使用的無人機概念構(gòu)想

01 引言 ?

在之前的文章中，我們曾經(jīng)論述過一種觀點，即俄羅斯的“庫茲涅佐夫海軍元帥”號航母已經(jīng)嚴(yán)重過時，最好建造一種新的軍艦，而不是去對老舊航母進行維修。在兩艘23900型“伊萬·羅哥夫”級多用途登陸艦敷設(shè)龍骨時，有關(guān)方面宣稱每艘的造價為500億盧布，比“庫茲涅佐夫海軍元帥”號航母的維修費用要低。我們假定訂購基于多用途登陸艦船體的航母，則航母船體不會比多用途登陸艦船體昂貴。

近15年以來，我們不斷提出“風(fēng)暴”級航母方案，其重量尺寸與美國的“尼米茲”級航母相近。但“風(fēng)暴”級航母100億美元的造價估算扼殺了所有的想法。要知道，除了“風(fēng)暴”級航母本身之外，還需要為它建造一個航母突擊群、雅克-44遠程雷達預(yù)警機、飛行聯(lián)隊飛行員訓(xùn)練系統(tǒng)，等等。本來就撥款不足的俄羅斯海軍明顯無法承擔(dān)這筆開支。

02 航母構(gòu)想的主要指標(biāo) ?

筆者既不是造船專家，也不精通飛機制造。文章中引用的技術(shù)指標(biāo)只是概略值，是通過與已知裝備型號比較得來的。如果有專家能夠予以修訂，則將大幅提高建議的水平，國防部就不會對此置之不理。

2.1航母的主要任務(wù)

??對陸軍行動，包括在遙遠戰(zhàn)區(qū)的登陸行動提供航空支援。距離航母的作戰(zhàn)縱深可達500~600千米。

?對敵方艦艇突擊群實施空中打擊；

?對方圓1000千米內(nèi)的海上情況進行偵察；

?在航母前方100千米以內(nèi)，借助配備磁強計的無人機來搜索潛艇。

航母的任務(wù)范圍有限，其原因是航母不應(yīng)該對敵方航母突擊群實施打擊，而在對敵方領(lǐng)土實施打擊時，艦載飛行聯(lián)隊的無人機也不應(yīng)該飛到離敵方殲擊轟炸機駐扎機場300千米以內(nèi)的空域。無人機編隊一旦遭到敵方殲擊轟炸機的突然攻擊，則無人機應(yīng)當(dāng)只與敵機進行遠距空戰(zhàn)，同時向航母方向后撤。

2.2重量尺寸指標(biāo)

為了最大程度地降低航母造價，我們將其滿載排水量限定為2.5萬噸，這與多用途登陸艦的尺寸220×33米相符。然后，艦艇專家需要綜合考慮船臺、干船塢的尺寸來評估哪種方案最有利：繼續(xù)使用這種尺寸，還是轉(zhuǎn)而使用對航母更為合適的240×28米尺寸。船首的隆起應(yīng)當(dāng)保留。我們建議選擇240×28米這種尺寸。

2.3防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的選擇

航母只安裝近程防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的典型方案對俄羅斯來說不太適用。俄羅斯沒有自己的導(dǎo)彈驅(qū)逐艦，“戈爾什科夫海軍元帥”號護衛(wèi)艦也不多，不能夠解決防空任務(wù)。因此，航母上應(yīng)當(dāng)配“貨真價實”的遠程防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)。這種防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的雷達綜合系統(tǒng)概貌的相關(guān)建議已經(jīng)在之前的文章中給出，其中指出反導(dǎo)雷達應(yīng)當(dāng)擁有4個有源相控天線陣，各陣面面積為70~100平方米。此外，在軍艦上層建筑上還應(yīng)安裝多功能雷達站、電子對抗系統(tǒng)和國別識別系統(tǒng)天線。和多用途登陸艦一樣，在位于側(cè)面的上層建筑上不能找到這樣的空地。

2.4上層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計

建議研究以下方案：沿甲板整個寬度來建造上層建筑，使其盡可能地接近軍艦艏部。上層建筑下部7米高，設(shè)計成空洞的，空艙的前部和后部用艙門關(guān)閉，在飛機起降時，艙門打開，沿船舷方向呈大約5°的開口角固定住。

這樣的開口能夠形成一個喇叭型入口，當(dāng)無人機降落時嚴(yán)格偏離跑道中線時，可防止無人機機翼直接碰撞上層建筑的墻壁。為了預(yù)防事故，在上層建筑空洞部分的頂板上安裝消防系統(tǒng)噴淋器。最終，跑道的寬度只受到上層建筑下部寬度的限制，為26米，可容許翼展為18~19米、垂直安定面（垂尾）高度4米以下的無人機降落。此外，這個自由場所也可以用作值班的兩架無人戰(zhàn)斗機機庫，這兩架飛機處于常備狀態(tài)，發(fā)動機可以進行暖機運轉(zhuǎn)。

甲板之上的上層建筑高度不應(yīng)小于16米，上層建筑側(cè)面上的天線分布圖在前一篇文章圖1中給出。在上層建筑的前面和后面，反導(dǎo)雷達的有源相控天線陣不能按照側(cè)面上的那種方法來安放，因為這些天線陣安裝在艙門上面，而上層建筑的總高度不足以安裝這些天線陣。只能將這些天線陣側(cè)轉(zhuǎn)90°，即天線陣的長邊水平放置，而短邊垂直放置。

緊急時間，在甲板尾部還應(yīng)該有3對各配備4枚R-77-1式中程導(dǎo)彈或者12枚近程導(dǎo)彈的無人戰(zhàn)斗機待命，這在第5節(jié)有所說明。這樣一來，跑道的可用長度就縮減到了200米。

03 使用的無人機概念構(gòu)想 ?

假設(shè)空戰(zhàn)是一種例外（不常發(fā)生），則無人戰(zhàn)斗機應(yīng)當(dāng)是亞聲速設(shè)計。小型航母最好配備小型無人機，這樣的話在機庫內(nèi)容易移動，需要的跑道也更短，所需的甲板寬度也更小。我們將無人戰(zhàn)斗機的最大起飛重量限定為4噸，這樣一個飛行聯(lián)隊就可以擁有40架左右的無人機。假定這種無人機的最大戰(zhàn)斗載荷為800~900千克，同時由于起落架高度不大，不能將一枚這么重的導(dǎo)彈懸掛到機身下面。因此，最大載荷應(yīng)當(dāng)由兩枚各重450千克的導(dǎo)彈組成。進一步增大無人機的起飛重量是不可行的，否則必須擴大航母的尺寸，使其變成常規(guī)航母。

重量450千克以下的空面導(dǎo)彈通常射程不遠，不能從超過中程防空導(dǎo)彈射程的距離上發(fā)射。在空空導(dǎo)彈之中，能用的只有射程為110千米的R-77-1中程導(dǎo)彈。如果考慮到美國的АМРААМ導(dǎo)彈射程為150千米，那么我們要贏得遠距空戰(zhàn)就很成問題。R-37遠程導(dǎo)彈由于重達600千克，也不合用。因此我們需要研制替代武器，例如第5章節(jié)將要講到的滑翔炸彈和滑翔導(dǎo)彈。

無人戰(zhàn)斗機重量小，這使得不可能配備有人駕駛戰(zhàn)斗轟炸機上安裝的所有設(shè)備。這就需要研究組合式方案，例如機載雷達與電子對抗綜合系統(tǒng)，或者將無人機聯(lián)合成雙機編隊：一架無人機安裝機載雷達，另一架上安裝各種光學(xué)設(shè)備和無線電技術(shù)偵察設(shè)備。

如果為無人機布置近距空戰(zhàn)任務(wù)，則它需要具有明顯超過有人駕駛戰(zhàn)斗轟炸機能力的過載，比如15g過載。還需要與操作員聯(lián)系的全向抗干擾通信鏈路。這樣一來，戰(zhàn)斗載荷還需要大幅減少。比較簡單的是限定為遠距空戰(zhàn)，且過載為5g。

在地區(qū)沖突中，經(jīng)常需要打擊意義不大的目標(biāo)，其價值很小，使用精確制導(dǎo)導(dǎo)彈不合適，也太過于浪費金錢，導(dǎo)彈重量也太大。使用滑翔彈藥會降低重量和費用，并且射程還會增加。從這里可以看出，飛行高度應(yīng)當(dāng)最大化。

第二種類型的無人機，遠程雷達警戒無人機（無人預(yù)警機）負責(zé)為航母提供情報支持。其空中值班時間應(yīng)當(dāng)很長，達6~8小時。為此，其重量將增加到5噸。雖然重量不大，但無人預(yù)警機應(yīng)當(dāng)提供重達23噸的“鷹眼”有人駕駛預(yù)警機那樣的能力。

無人預(yù)警機問題將在下一篇文章中討論，這里只是強調(diào)建議的預(yù)警機與現(xiàn)有的預(yù)警機的區(qū)別在于雷達天線占據(jù)無人機機體側(cè)壁的大部分位置，為些需要研發(fā)專門類型的無人機，其上翼為V形，不會擠占旁側(cè)天線的空間。

04 無人戰(zhàn)斗機概貌 ?

美國的“全球鷹”無人機使用了客機發(fā)動機，其冷部件（Cold part）針對在稀薄大氣中的工作進行了改造。最終實現(xiàn)了飛行高度20千米，重量14噸，翼展35米，速度可達630千米/小時。

對于無人戰(zhàn)斗機來說，翼展不應(yīng)當(dāng)超過12~14米，機體長度近8米。這樣，依據(jù)戰(zhàn)斗載荷和燃油量，飛行高度需要減少到16~18千米，而巡航速度增加到850~900千米/小時。

無人機的推重比應(yīng)當(dāng)足以獲得不小于60米/秒的爬升率。飛行時長不小于2.5~3小時。

4.1無人戰(zhàn)斗機性能

為了進行遠距空戰(zhàn)，機載雷達擁有兩個有源相控天線陣，分別位于前部和尾部。機體的準(zhǔn)確尺寸將在以后予以確定，現(xiàn)在我們假設(shè)機載雷達的有源相控天線陣直徑為70厘米。

機載雷達的主要任務(wù)是探測各種目標(biāo)，為此使用的是波段為5.5厘米的主相控天線陣。此外，需要壓制敵方的防空雷達。將足夠功率的電子對抗系統(tǒng)安裝到小型無人機上是非常困難的，因此我們將使用同樣的機載雷達來代替電子對抗系統(tǒng)。為此，必須確保有源相控天線陣波段比需要壓制的雷達波段更寬。在大部分情況下，這是可以做到的，例如“愛國者”防空導(dǎo)彈系統(tǒng)雷達在5.2~5.8厘米波段內(nèi)工作，這被主有源相控天線陣波段所覆蓋。

為了壓制敵方的戰(zhàn)斗轟炸機機載雷達和“宙斯盾”制導(dǎo)雷達，需要3~3.75厘米波段的有源相控陣天線。因此，在起飛執(zhí)行具體任務(wù)之前，必須為機載雷達配備所需波段的有源相控陣天線。甚至可以安裝5.5厘米波段的頭部有源相控陣天線和3厘米波段的尾部相控陣天線，機載雷達的其他部件是通用的。其功率至少要比任何電子對抗綜合系統(tǒng)高出一個數(shù)量級。因此，用作干擾施放機的戰(zhàn)斗轟炸機可以掩護自安全區(qū)域行動的機群。為了壓制“宙斯盾”的多功能雷達，需要9~10厘米波段的有源相控陣天線。

4.2機載雷達的結(jié)構(gòu)和性能

機載雷達有源相控陣天線包括416個收發(fā)模塊，聯(lián)合成許多簇（4Х4個收發(fā)模塊形成的方陣）。每個方陣尺寸為11Х11厘米。有源相控陣天線總共有26個簇，每一個收發(fā)模塊由功率25瓦的發(fā)射器和初步接收器組成。來自16個接收器輸出端的信號集中到一起，最終在接收通道內(nèi)進行放大，而接收通道的輸出端與數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連。數(shù)模轉(zhuǎn)換器以200兆赫的頻率進行瞬時信號取樣。信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式后，送入信號處理機，濾除干擾并做出發(fā)現(xiàn)目標(biāo)或者目標(biāo)不存在的判定。

每一部有源相控陣天線的重量為24千克，需要液體冷卻。冷卻裝置也重7千克。配備兩部有源相控陣天線的機載雷達總重量估計為100千克，能耗為5千瓦。

有源相控陣天線陣面不大，使這種機載雷達無法獲得典型的戰(zhàn)斗轟炸機機載雷達所具備的性能。比如，對位于典型的60°×10°搜索區(qū)域內(nèi)、有效散射面積為3平方米的戰(zhàn)斗機的探測距離為120千米，跟蹤角誤差為0.25°。

在這種性能指標(biāo)下，指望贏得遠距空戰(zhàn)是很困難的。

4.3增大機載雷達作用距離的方法

為了找尋出路，可以建議采用編隊行動方法。為此，無人機彼此之間應(yīng)當(dāng)有高速通信鏈路。如果在無人機側(cè)面各安裝機載雷達的一個簇，就足以實現(xiàn)這種鏈路。此時，在20千米以下的距離上，傳輸速度可達到300兆比特/秒。

我們來研究一下由4架無人戰(zhàn)斗機起飛執(zhí)行任務(wù)的例子。如果4部機載雷達同時掃描空間，那么輻射目標(biāo)信號的功率將是原來的4倍。如果所有的機載雷達嚴(yán)格地用一個頻率來發(fā)射脈沖，則可以認為是一個功率翻了兩番的機載雷達在工作。每一部機載雷達接受到的信號強度也將翻兩番。

如果接受到的所有信號都發(fā)送給無人機編隊的長機，在長機上進行合成，則其強度還會翻兩番。因此，在設(shè)備理想工作情況下，四部機載雷達接收到的信號強度將是單部機載雷達的16倍。在實際的設(shè)備中，總會出現(xiàn)合成損耗，損耗大小與設(shè)備的性能有關(guān)。這里無法列舉出具體數(shù)據(jù)，因為不知道哪里有相關(guān)著作，但估計損耗系數(shù)會翻倍，這完全是可能的。這樣一來，上述信號強度將會是單部機載雷達的8倍，探測距離將是單部機載雷達的1.65倍。對戰(zhàn)斗機的探測距離將增加到200千米，超出了АМРААМ導(dǎo)彈的射程，這就可以進行空戰(zhàn)了。

05 可控滑翔彈藥 ?

我們只研究一下滑翔炸彈和滑翔導(dǎo)彈。

GBU-39滑翔炸彈最初用于打擊固定目標(biāo)，使用GPS系統(tǒng)信號制導(dǎo)，或者慣性制導(dǎo)?；枵◤椀膬r格適中，約4萬美元。

看來后來查明了，直徑20厘米的滑翔炸彈外殼不能使GPS接收器屏蔽掉地面電子對抗綜合系統(tǒng)輻射的干擾。然后對制導(dǎo)進行了改進，最新改型已經(jīng)配備主動導(dǎo)引頭?；枵◤椀闹茖?dǎo)誤差下降到了1米，但價格卻上漲到20萬美元，在地區(qū)性戰(zhàn)爭中不太適用。

5.1對于滑翔炸彈概貌的建議

建議滑翔炸彈放棄使用格洛納斯制導(dǎo)，轉(zhuǎn)而使用指令制導(dǎo)。如果機載雷達可從周圍物體反射的背景中發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，也就是說這是具有“輻射對比度”（radiocontrast）的目標(biāo)，就可以使用指令指導(dǎo)。為了進行制導(dǎo)，滑翔炸彈上應(yīng)該安裝：

?慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，可使滑翔炸彈在10秒內(nèi)保持直線運動；

?低空高度計（小于300米）；

?無線電應(yīng)答機，可將機載雷達詢問信號傳回。

假設(shè)機載雷達可在三種情況下發(fā)現(xiàn)地面目標(biāo)：

?目標(biāo)相當(dāng)大，在自然波束情況下，也就是戰(zhàn)斗機直接飛向目標(biāo)時，可在地表反射背景中發(fā)射目標(biāo)。

?目標(biāo)不大，在合成波束情況下，即從側(cè)面觀測目標(biāo)數(shù)秒，可發(fā)現(xiàn)目標(biāo)；

?目標(biāo)不大，但移動速度超過10~15千米/小時，可通過這一特征來區(qū)分出目標(biāo)。

制導(dǎo)精度取決于是一架還是兩架戰(zhàn)斗機進行制導(dǎo)。單部機載雷達只能以1~2米的誤差來測量滑翔炸彈的距離，而方位角的測量誤差很大，單次測量為0.25°。如果觀測滑翔炸彈1~3秒，橫向誤差將減少到滑翔炸彈距離的0.0005~0.001。這樣的話，在大約100千米的距離上，橫向誤差將是50~100米，這只適合射擊面狀目標(biāo)。

我們假設(shè)有一個戰(zhàn)斗機雙機編隊，兩架飛機相距10~20千米，借助于格洛納斯系統(tǒng)，可以相當(dāng)準(zhǔn)確地得到戰(zhàn)斗轟炸機的相互坐標(biāo)。此時，通過測量滑翔炸彈與兩架戰(zhàn)斗機的距離，構(gòu)建一個三角形，就能夠?qū)⒄`差降到10米。

當(dāng)需要更高的制導(dǎo)精度時，就應(yīng)當(dāng)使用能夠自1千米距離上發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的導(dǎo)引頭，例如電視導(dǎo)引頭。也可以考慮將電視畫面?zhèn)魉徒o艦上操作員的方案。

5.2滑翔導(dǎo)彈的使用

選定的空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)要求在發(fā)現(xiàn)敵方戰(zhàn)斗轟炸機來襲時，必須對其進行遠距離射擊，然后馬上轉(zhuǎn)彎，向航母方向撤退。R-37遠程導(dǎo)彈由于重達600千克是完全不合用的，而R-77-1中程導(dǎo)彈只是部分適用，其重量也不小，190千克，但射程有點小，只有110千米。因此我們將研究使用滑翔導(dǎo)彈的可能性。

假設(shè)無人機在17千米的高空，其遭到以500米/秒（1800千米/小時）巡航超聲速度在15千米高度飛行的敵方戰(zhàn)斗轟炸機攻擊。假定敵機以60°角攻擊無人機，這時無人機為了躲避被迫進行120°轉(zhuǎn)彎，如果飛行速度為250米/秒，過載為4g，轉(zhuǎn)彎就需要12秒。為了明顯起見，我們設(shè)定滑翔導(dǎo)彈重量為60千克，無人機的彈藥基數(shù)為12枚。

我們來研究一下空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)。假如敵方戰(zhàn)斗轟炸機以對無人機最為不利的方式發(fā)動攻擊，即借助于外部目標(biāo)指示來實施攻擊。這時，戰(zhàn)斗轟炸機在發(fā)射導(dǎo)彈之前不會打開機載雷達，無人機只能通過自身的機載雷達來發(fā)現(xiàn)敵機。如果能夠使用無人機群的4部機載雷達進行編隊掃描，那么對于普通戰(zhàn)斗轟炸機來說，200千米的探測距離是夠用的，而對于F-35而言，探測距離會下降到90千米。航母的反導(dǎo)雷達此時可以提供支援，它能夠探測到高度15千米、距離500千米的F-35戰(zhàn)斗機。

當(dāng)與敵方戰(zhàn)斗轟炸機的距離縮短到120~150千米時，做出無人機必須撤退的決定?？紤]到空戰(zhàn)發(fā)生在15千米以上的高空，那里幾乎沒有云層。這樣，無人機就可以利用電視或者紅外攝像機發(fā)現(xiàn)敵機發(fā)射了導(dǎo)彈。如果敵機位于反導(dǎo)雷達的視界內(nèi)，那么這部雷達也能探測到其發(fā)射導(dǎo)彈的情況。

如果敵方戰(zhàn)斗轟炸機繼續(xù)接近無人機，沒有發(fā)射導(dǎo)彈，無人機就投放首批兩枚滑翔導(dǎo)彈。投放時，滑翔導(dǎo)彈打開旋翼，開始沿指定方向滑翔。此時，無人機繼續(xù)轉(zhuǎn)彎，當(dāng)滑翔導(dǎo)彈位于其尾部相控陣天線作用區(qū)內(nèi)時，捕獲滑翔導(dǎo)彈并進行跟蹤。兩枚滑翔導(dǎo)彈繼續(xù)滑翔，彼此飛散開來，相距10千米左右，以便夾擊敵方戰(zhàn)斗轟炸機。當(dāng)滑翔導(dǎo)彈距離敵機30~40千米時，操作員發(fā)出滑翔導(dǎo)彈發(fā)動機點火的指令，將速度提升到3~3.5馬赫。導(dǎo)彈在滑翔時高度會下降1~3千米這個情況可以不予考慮，因為滑翔導(dǎo)彈的動力足以彌補高度損失。滑翔導(dǎo)彈上應(yīng)當(dāng)安裝應(yīng)答機，幫助以很高的精度制導(dǎo)滑翔導(dǎo)彈?；鑼?dǎo)彈不需要雷達導(dǎo)引頭，配備簡單的紅外或者電視導(dǎo)引頭就足矣。

如果敵方戰(zhàn)斗轟炸機在追擊過程中逼近到離無人機大約50千米的界線，就會發(fā)射導(dǎo)彈。在這種情況下，無人機以“反導(dǎo)”模式使用滑翔導(dǎo)彈，用普通方式投放滑翔導(dǎo)彈，但在旋翼打開之后，滑翔導(dǎo)彈轉(zhuǎn)彎迎著敵方導(dǎo)彈飛行，然后啟動發(fā)動機。由于攔截發(fā)生在迎面方向，光學(xué)導(dǎo)引頭不需要廣闊的視界。

注：為了討論航母使用戰(zhàn)術(shù)，最初必須研究目標(biāo)指示信息的獲取方法。在海上戰(zhàn)區(qū)行動的主要信息源——無人預(yù)警機的構(gòu)造問題將在下一篇文章中研究。

06 結(jié)論 ?

?我們建議的航母方案造價將是“風(fēng)暴”級航母的數(shù)分之一。

?按照“費效比”標(biāo)準(zhǔn)，這種航母大幅超越“庫茲涅佐夫海軍元帥”號航母。

?強大的防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)可保障航母突擊群的反導(dǎo)和防空能力，無人機可保證對敵方潛艇進行不間斷探測。

?滑翔彈藥比典型導(dǎo)彈要便宜得多，可確保在地區(qū)性沖突中進行長時間的空中掩護。

?航母最適合支援登陸作戰(zhàn)。

?航母上的無人預(yù)警機可以用來為其他的艦艇突擊群提供目標(biāo)指示。

?研發(fā)出的航母、無人機、滑翔炸彈和滑翔導(dǎo)彈很容易出口海外。

審核編輯：黃飛

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