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无需降落:美军研发激光充能技术可令无人机不间断飞行

2021-11-18 03:17    

1月16日报道 近日,据英国《每日邮报》网站报道,美国防部正计划研发以“激光充能”为动力的“蝙蝠”无人机。当提到激光技术在军事领域的应用时,人们会先和防空、反导及致盲等硬杀伤系统和效能联系起来,但实际上,激光技术在雷达探测、能量传输等其他方面也有发挥作用。那么“激光充能”技术对未来无人机的作战性能带来怎样的影响?本文就此为您解读。

据英国《每日邮报》网站报道,美国防部计划研发的这种新型激光动力无人机,将以蝙蝠和昆虫为原型研制。这型无人迹具备更灵活的飞行性能,但与生物原型不同,在激光充能(又称“激光充电”)技术进一步完善后,这些无人机甚至无需降落,可一直保持留空飞行。这种看似科幻小说中的新颖设计,实际早在6年前就已经得到了成功实践。2012年7月,美国洛克希德-马丁公司(下文简称“洛马”)旗下的“臭鼬工厂”与激光动力公司共同研发了一种利用光纤供电系统,发射自由电子激光波束系统进行远距离激光能量传输的新技术。资料显示,该系统并已完成了地面风洞测试,内容包括在风洞内使用地基激光充能系统,为“潜行者”手掷式单兵无人机(该型机是“臭鼬工厂”专为美国特战司令部研发,于2006年投入服役,最大续航时间超过2小时,实用升限4600米,已在阿富汗执行超过80次作战行动)充能等。测试不仅大获成功,而且成功将该型无人机的飞行时间增加到48小时以上,续航能力扩展了24倍。一个月后,洛马公司网站报道称,他们已经完成了激光充能型“潜伏者”无人机的一系列户外飞行测试,以验证该技术的可行性。

图为加州理工大学研制的蝙蝠机器人

户外测试表明,激光充能系统可以在昼、夜条件下为“潜伏者”无人机传输能量,而且不会受到强风和高温影响(试验专门选在偏僻沙漠中进行)。“潜伏者”在测试期间,安装了一个轻型光电接收器和电源管理硬件,接收激光充电的最大有效范围达600米。在激光能量传输时,该系统可以将波束跟踪定位接收器的精度控制在厘米级,不仅不会破坏和影响“潜伏者”的正常飞行操作, 而且还不影响无人机进行盘旋、爬升等各种机动飞行。光纤激光充能技术由于光纤本身不会导电,不用担心会遭受雷击或短路影响,且在高电压和强磁场环境下不会出现干扰。该系统唯一的不足在于激光充能系统的体积较为庞大,需要装在一辆房车中。目前,洛马公司宣称他们的目标是将充能系统缩小到只有“2个行李箱”大小,以便特战队员携带。除单兵固定翼无人机外,在2013年5月,美国还进行了4旋翼无人机在垂直起降情况下的激光充能试验。这种绰号“隐形塔”的充能系统,可利用激光在任意条件下为无人机充电,在地基充能系统能源充足的情况下,可实现令无人机不间断飞行。

除美国外,俄罗斯也于2016年10月完成了激光充能试验。据俄新社报道,俄“能源”火箭航天公司成功地利用激光充能系统在一小时内,为1.5千米外的手机充了电。试验主要在两栋建筑物之间进行,其中一栋楼是“能源”公司位于莫斯科郊区的大楼。在试验中,试验人员在这栋楼的6楼安装了激光充能装置,并在1.5千米外的另一栋楼的楼顶安装了总长10厘米的导光板(可对激光进行精确感应),并接入常规移动电话的充电端口,可借助专门的仪器设备将激光能量转化为电能。俄方人员接受采访称,该技术未来将用于为无人机或人造卫星等航空航天装备进行远程充能。

从美俄两国的试验可看出,激光充能技术在未来军事和航天领域都具有极大的发展潜力,可预见其在未来最大应用之一,就是可以近乎无限地延长军用无人机的续航时间(只受搭载平台的激光能源限制)。一旦激光充能装置的技术得到完善并使其尺寸大幅缩小后,该装置可以安装到装甲车、战舰甚至运输机上,为飞行中的无人机群进行“充能作业”,就像今天的空中加油一样。与空中加油不同的是,激光充能系统不仅可以同时为多架无人机充能,而且无需要求无人机必须保持编队或固定航线飞行,无疑能大幅提升无人机和充能平台的作战灵活性和战场生存能力。此外,激光充能系统不仅能为无人机补充飞行用的燃料,甚至还可以包括武器,例如定向能武器所需的能源。或许在不久的将来,过去科幻电影中设想的无需降落,还能连续多天作战的无人机群会成为现实,人们对此将拭目以待。(文/黄晋一)

【延伸阅读】变形金刚!美无人机可从坦克潜艇发射

位列全球军火公司前列的美国洛克希德·马丁公司,近日在2017英国国际防务装备展(DSEI)上又推出了一种名为“先驱者”的能从海陆空三栖平台上发射的可消耗型折叠式微型无人机,发射方式堪比变形金刚,本文就此解读。图为“先驱者”发射容器与无人机本体合影。

“先驱者”(Outrider)可消耗型折叠无人机,采用获得专利的高纵横比折叠机翼设计,可最大限度地延长滞空时间,同时还可以方便的折叠成很小尺寸来存储和发射,无人机折叠之后只有10厘米宽,1.7公斤重。可以从北约标准的潜艇信标发射器发射,也能从地面车辆发射。图中这辆“武士”步战车上,看似反坦克导弹发射器的装置其实就是“先驱者”无人机发射箱。

陆基车载发射十分简便,就像垂发导弹一样直接将“先驱者”无人机(折叠状态)弹射出去(左小图),之后“先驱者”会在空中像变形金刚一样展开为飞行状态,启动头部发动机,转入水平飞行(右小图)。

转入水平飞行后的“先驱者”就可作为地面“武士”战车的空中耳目在前方侦察了。

“先驱者”也能从潜艇上发射,直接通过现有的VLS垂发单元或鱼雷发射管均可。大图为机敏级攻击型核潜艇发射“先驱者”模拟图,红圈标出的是垂发放出的发射容器,左上小图展示了发射容器上浮到海面后,会展开一个花瓣形的稳定器,之后再利用压缩空气(或火药)弹射无人机,这样不会暴露潜艇自身位置。

“先驱者”还可以采用空投方式释放,空投容器尺寸甚至比反潜声呐浮标都要细小,连EH-101“灰背隼”直升机都能挂载多架。相当于一架反潜直升机就能携带一个反潜无人机队,大幅增强了作战效能。

空投后,发射容器尾部会先释放减速伞(左小图),之后再开启头部释放无人机(右小图)。

自由下落过程中,“先驱者”会迅速展开机翼,转入水平飞行状态。

图为现实中的“先驱者”水下发射测试视频截图,可见花瓣式稳定器已展开。

在压缩空气作用下,“先驱者”无人机被疾速弹射出水,此时机翼已开始展开(左小图),似乎就是在几毫秒内,无人机就已转入飞行状态。

“先驱者”飞行速度可达到每小时92.6公里,滞空时间两个半小时。图中可见头部发动机启动后,“先驱者”进入巡航状态,随后就可利用尾部携带的小型光电传感器向后方控制员传回高清光学电视或红外图像,右下图为“先驱者”传回的实时地面视频,清晰度足以识别地面停放的车辆及周围的人员。

图为“先驱者”传回的视频影像截图,足以分清车辆种类以及周围的人员。

在英国国际防务装备展会现场,洛马展台还专门展示了“先驱者”无人机从折叠状态转入飞行状态全过程的动态展示模型,左小图为“先驱者”折叠状态。右小图为高度爬升的同时,“先驱者”展开了折叠主翼。

即将转入水平飞行前,开启头部推进器,位于尾部的光电传感器也已启动。

动态展示架一旁就是静态展台,从左至右依次为,“先驱者”发射容器,无人机本体,以及单兵便携式遥控终端。

控制终端十分轻便,外形酷似掌上游戏机,中间设有高清触摸屏,用于遥控无人机航向,并监控其传回的实时视频影像。

【延伸阅读】P-8A可空射无人机:同时跟踪256个目标

2017年1月4日,网络上流出了一段据称是美海军P-8A“海神”反潜巡逻机拍摄的中国093型核潜艇航行视频,引发军迷们热议,那么P-8A有哪些先进之处?本图集就此为您简介。图为2016年12月拍摄的P-8A巡逻机与最新服役的DDG-1000隐身驱逐舰合影。

网络上流传的美军P-8A巡逻机拍摄的中国093A核潜艇动态图。

P-8A由美国波音公司基于波音737系列客机改进而来,主要用于取代服役多年的P-3C反潜机。P-8A在波音737-800型的机身上,加装了737-900型的主翼,动力系统则沿用2台CFM56-7B27A涡扇发动机。由于是由现役的民航客机改进而来,P-8A在研发阶段能够严格控制成本,以较高的经济性获得了美海军的青睐。 图为P-8A彩色剖面图。

图为P-8A正面特写照。

P-8A机长39.5米,翼展37.6米,机高12.8米,最大起飞重量85.8吨,最大巡航速度每小时907千米(比P-3C高20%),最大作战半径2222千米,在执行反潜巡逻任务时,可连续滞空4小时。

图为P-8A“海神”(前)与P-3C“猎户座”巡逻机编队飞行。

作为美海军的最新反潜机,P-8A搭载多种先进电子设备,最大亮点就是位于机头的AN/APY-10有源相控阵雷达。该雷达以X波段工作,最大探测距离大于100千米,主要用于搜索水面目标以及处于潜望深度的潜艇,也可探测空中目标。该雷达具有高分辨率合成孔径雷达(SAR)扫描模式,可同时跟踪256个目标,是P-3C雷达性能的8倍。图为P-8A总装线上,工人正在检查已安装好的AN /APY-10雷达。

图为P-8A技术参数剖面图。

图为美海军公开的P-8A巡逻机内部画面,可见大型综合显控台,可同时显示来自多种不同传感器的情报。一架P-8A可监控64个被动声呐浮标和32个主动声呐浮标,综合反潜效能相当于3架P-3C。

武备方面,P-8A总计搭载有11个武器挂点,5个位于机身后部的内置武器舱内,6个为翼下外挂点,可搭载的武器弹药包括AGM-84“鱼叉”反舰导弹、“斯拉姆”ER防区外巡航导弹、Mk54轻型鱼雷以及多种制导炸弹、水雷等,武器配置基本与P-3C相同,但P-8A的最大载弹量达15吨,P-3C仅为9吨。图为P-8A进行连续投放3枚“鱼叉”反舰导弹试验。

P-8A机舱内搭载了先进的多功能显控台,可让机组人员实时处理多种信息。

P-8A的一大“独门绝技”是是配备了由洛-马公司研发的“高空反潜战武器概念”(HAAWC)系统,在MK54鱼雷上加装了“远射滑翔翼适配器套件”,使普通鱼雷能像远程滑翔炸弹一样,从高空滑翔下降到正常发射高度后再入水。配备了HAAWC系统后,P-8A可从9100米的高空直接投放鱼雷,在GPS卫星的制导下,攻击敌方水面舰艇或潜艇,而无需冒险接近到敌方防空武器射程内再开火,大大提高了机组人员的生存性以及攻击突然性。

除自身具有较强探测能力外,美海军研究办公室还耗资890万美元,授权英国BAE系统公司研发一种能从P-8A上直接发射的UTAS小型无人机,其搭载有专门用于反潜的“磁异常探测器”(可通过测量磁场变化,发现水下航行的潜艇),可自动向P-8A传送数据。P-8A搭载无人机后,无需下降飞行高度,就能获得关键目标数据,大幅提升了该型级的生存性和监视能力。 图为“无人瞄准航空系统”(UTAS) 空射小型无人机。

除自身可发射小型无人机外,P-8A还能与MQ-4C“人鱼海神”(海军型“全球鹰”)远程监视无人机联网作战,可通过专用机载通用数据链为后者提供实时的海上以及海岸情报、侦察以及监视(ISR)目标数据,协助P-8A追踪和攻击潜在目标。MQ-4C的最大航程超过3700千米,最大续航时间超过24小时,一次执行任务就可覆盖700万平方千米的海域。

图为美海军P-8A与空军RC-135电子侦察机、侦察卫星以及海军航母打击群协同作战示意图。

图为P-8A外挂2枚“鱼叉”反舰导弹试飞。

P-8A释放热焰弹资料图。

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