從FARA計劃淺析美軍攻擊偵察直升機發展

楊洪波,黃恒偉

(陸軍航空兵學院,北京 101100)

1 引 言

陸軍部隊行動對戰場情報掌握的準確性、時效性、可信度要求較高,并且陸戰場地廣闊、地形復雜多樣、敵我目標交織,運用雷達、技偵、航天偵察手段難以滿足指揮員對戰場態勢時效性、真實性的把控,故而在美陸軍體系中,攻擊偵察直升機一直是戰場上不可或缺的偵察力量。

“未來攻擊偵察飛行器”(Future Attack Reconnaissance Aircraft,FARA)計劃于2018年發起,是美陸軍“未來垂直起降飛行器”FVL研發項目中的重要部分,目的是開發代替已退役的貝爾OH-58“基奧瓦”偵察直升機。該計劃開始授予5家制造商進行方案競標,2020年3月,美陸軍宣布貝爾360“無敵”和西科斯基“突襲者”X進入最終角逐,如圖1所示。

圖1 正在組裝的“突襲者”X和360“無敵”

實際上,FARA計劃已不是美陸軍首次為OH-58系列尋找下一代替代機型。早在1982年,美軍方便開展了新型攻擊偵察直升機的研制,并誕生了著名的“科曼奇”隱身直升機。該機采用的大量先進技術即便在如今也屬前沿,但最終在2004年,由于諸多因素項目被取消。在此期間,無人機戰場運用的興起,曾一度出現用無人機代替有人偵察直升機的爭論,但美軍在輾轉伊拉克、利比亞等戰場實踐中發現,輕型攻擊偵察直升機依然具備難以被取代的優勢,從而又持續展開了近20年的項目研發。

2 攻擊偵察直升機項目發展歷程

受益于陸軍航空兵在越戰中取得的出色戰績,美軍戰后提出要將陸航部隊多型直升機整合為4種性能優越的機型,要求研發一款集攻擊、偵察和隱身能力于一體的輕型偵察直升機,以替代OH-58機型,此后美國陸軍開展了多次項目嘗試,如圖2所示。

圖2 攻擊偵察直升機發展歷程

2.1 耗資巨大的科技杰作

與冷戰時期大多數武器研制思路相同,RAH-66“科曼奇”直升機迎合美軍縱深攻擊理論,研發理念上以開發平臺隱身性能為重點,目的是突破蘇聯防空體系實施縱深目標打擊。為此,RAH-66采用了占整機結構重量約51%的復合材料,前所未有地進行了直升機整體隱身設計,從降低雷達反射截面、紅外輻射、噪聲和目視分辨4個方面入手,對機身、旋翼、武器掛架、發動機進/排氣口、尾槳等多處進行了特殊的設計處理,并加裝雷達干擾器、紅外抑制器、自衛電子對抗裝置等設備,可謂極盡可能地打造完美的隱身能力。不過,這也導致項目開支巨大、技術成型時間長、進度嚴重滯后、制造維修成本高等一系列的問題。加之蘇聯的解體,使得美軍戰略重心發生轉移,開支巨大的“科曼奇”研制計劃不得不中止。

雖然該項目最終沒有列裝部隊,但項目研制在科研技術領域取得了許多突破和積累,比如各類隱身手段、先進的偵測裝置搭配計算機自主輔助處理技術、三軍實時態勢傳遞的通信技術(JTIDS)、頭盔顯示瞄準技術等,都被應用在后續的眾多項目中,FARA計劃也明顯受到了其設計理念的影響。

2.2 無果而終的過渡項目

2004年“科曼奇”項目取消后,美軍空閑出140億美元發布了ARH提案,用以尋找一種低成本的攻擊偵察直升機。最終,貝爾公司在其原有直升機基礎上的改進方案贏得了訂單,型號定為ARH-70“阿拉帕霍”直升機,原型機在2006年7月首飛。該機可定義為OH-58的升級型,除配備了先進的數字座艙、機載設備和武器系統外,還提升了飛行性能、機內空間以及載重,使其具備更強的運用靈活度,并可根據作戰需要在座艙內增加偵察設備、副油箱,或用于運送、乘載作戰人員執行任務。同時,為提高生存能力,該機也沿用了部分RAH-66項目中的隱身手段,如在旋翼上采用高效阻尼器、支架隔音系統,加裝紅外抑制器和主/被動電子戰設備等?？傮w而言,該機已在有限成本內大量集中當時的前沿技術,但隨后在2008年7月9日項目調查中依然因研發超支而接受審查并終止。

ARH-70項目終止后,在21世紀的局部沖突中,由于OH-58D機型出現高溫高海拔環境下性能衰減、航程不足、速度較慢、迫降生存能力差、火力不足、機體老化嚴重等問題,2011年美陸軍又制定了“攻擊空中偵察平臺”AAS項目。項目要求AAS單機價格控制1300～1500萬美元之間,且在航程、速度、滯空時間、懸停性能等方面需有所突破。經歷2年6家公司的努力,項目在最終沒有達標者的情況下而告終。

綜上2個過渡項目的研制可以看出,美軍對陸軍航空裝備在未來戰場的定位始終處于爭論、探索的階段,令其一方面難以擺脫對攻擊偵察直升機戰場使用的依賴,另一方面又不愿為提升性能而消耗過大的研發費用。

2.3 未能如愿的替代嘗試

迫于OH-58型直升機再無延壽計劃,美陸軍在經歷3次項目相繼被取消后,提出改用AH-64E“阿帕奇”武裝直升機和MQ-1C“灰鷹”無人機編隊,由直升機控制無人機前出執行武裝偵察任務。戰術無人偵察機制造成本低、雷達反射截面小,解決了直升機在復雜戰場縱深實施偵察的生存難題。美軍為此方案做過大量努力,并取得了實質性進展,開發出較為成熟的有人/無人機協同控制技術。最新陸軍航空兵部隊列裝的AH-64E“阿帕奇”V6型直升機上就安裝了有人/無人編隊-能力拓展(MUMT-X)技術,飛行員在座艙內可以直接控制無人機傳感器、武器系統以及除起降之外的飛行過程(如圖3所示)。但在實際操作中美軍發現,無人機受智能化程度限制,暫無法完全取代有人直升機,且“阿帕奇”為重型攻擊直升機,其出動準備時間長、使用成本較高,難以適應瞬息萬變的戰場偵察任務。此次嘗試雖未能如愿,卻為繼續研發下一代攻擊偵察直升機下定了決心,其中更為深遠的影響,是實現直升機與無人機協同的全新作戰模式,為后續的FARA在該技術上的引用打下扎實基礎。

圖3 有人/無人編隊-能力拓展(MUMT-X)技術演示

3 FARA計劃研制目標及作戰流程

從美攻擊偵察直升機的發展歷程不難看出,現代戰爭已跨入體系對抗時代,武器平臺不再是各自獨立、自成一體的存在,不能僅圍繞性能提升作為研發重點,而是強調在戰場空間內不同武器裝備之間的協同配合,一并實現“殺傷鏈”閉環。因此,FARA計劃以踐行陸軍“多域作戰行動”作戰概念為牽引,旨在制造一款戰場生存能力強、智能程度高、作戰半徑大、具備指揮無人機協同作戰能力的輕型高機動飛行器平臺,能夠執行輕型攻擊、偵察、城市特種作戰和陸航戰斗編隊護航任務,在整個作戰體系中扮演著關鍵角色(如圖4所示)。

突破前沿防線的“先鋒官”:偵察是“偵、控、打、評”鏈路的第一環節,FARA先于陸軍地面機動野戰部隊和航空兵部隊首先進入戰場實施先期作戰。但與研發于冷戰時期、迎合美軍縱深攻擊理論的“科曼奇”直升機不同,其不再依賴自身隱身能力單機突防進入敵防空圈內將目標摧毀,而是在提升直升機戰場生存能力和靈敏性的基礎上,使其突防至敵人探測感知范圍及武器射程之外,直接控制地面起飛的長航程先進無人機(AUAS)或空射自身攜帶的近程微型無人機(ALE)進入敵防空圈內,協同完成前沿目標的定位識別和威脅判定。

聯動武器平臺的“關節點”:以FARA為“多域作戰行動”的網絡中心,將前沿偵察中判定妨礙部隊下步行動的威脅目標的信息通過可靠無線網絡傳遞至指揮所及各武器平臺。指揮員根據威脅目標的屬性和等級,決策選用遠程精確火力(LRPF)或FARA直接控制長航程先進無人機(AUAS)、近程微型無人機(ALE)等手段進行軟/硬殺傷,粉碎敵方以遠程防御武器為主體的多層次防御體系,為友鄰撕開敵前沿防線,開辟出通道和航路。此外,FARA構成前沿戰場無形的網絡媒介,可有效減輕戰時武器平臺對衛星通信的依賴,也能夠將指揮決策位置前移至一線,有效縮短指令延遲時間,提高惡劣氣候和復雜電磁環境下的抗干擾性。

掌握實時態勢的“千里眼”:根據陸軍設計要求,FARA能夠在1h內達到250km以外的作戰地域進行快速支援,并能在到達后保持90min以上的續航時間。利用中低空長續航優勢,以及控制半自主無人機(AUAS、ALE)協同技術,為友鄰部隊傳遞實時、準確的目標定位和毀傷效果等信息,以此保障由新一代陸軍戰車(NGCV)、遠程精確火力(LRPF)等地面機動部隊,或由重型攻擊直升機、未來遠程突擊機(FLRAA)等空中突擊部隊組成的第二梯隊進入戰場完成作戰任務。

從美陸軍整體作戰而言,由于當前難以將重型裝備或大量作戰單元投入跨域作戰,因此希望陸航可以利用FARA開辟空中通道,配合未來遠程突擊機(FLRAA)投送機降部隊至作戰地域,補充陸軍超地平線登陸作戰能力,更加凸顯陸軍空地一體戰效應[2]。其次,從陸航戰術體系層面看,FARA是破解先進防空體系,威脅陸航戰斗實施的最佳方案,有人/無人協同作戰使其具備跨視距情報獲取和打擊能力,通過可靠的數據鏈傳輸態勢,能夠協同各武器平臺利用優勢火力,經濟有效地壓制/摧毀敵防空乃至要點防御系統,令陸航與防空系統之間對抗向陸航大幅傾斜,可以說FARA計劃對提升美軍陸航戰斗力和戰術地位都具有里程碑意義。

4 FARA計劃關鍵技術發展

攻擊偵察直升機項目的坎坷遭遇,卻也使得美軍不斷在摸索中積累和發展自主技術,并運用于FARA的設計指標中,支撐其融入到聯合作戰體系中。

4.1 多方式提升戰場生存能力

作為戰術體系中的抵近戰場的偵察作戰平臺,要求出動時機早、待戰時間長,雖然與“科曼奇”直升機相比,FARA不再需要依靠自身隱身能力突防進入防空識別范圍內,但隨著聲源定位技術、便攜式防空導彈、雷達探測技術快速發展,加之直升機平臺存在噪聲大、抗擊打能力弱的固有局限,依然極大地威脅直升機的戰場生存。為解決該問題,FARA雖然沒有對機體雷達反射截面積(RCS)做出特別要求,不過飛機制造商通過外形設計一體性、改良發動機尾噴口、安裝紅外抑制設備、運用部分雷達吸波材料等一系列手段,并利用部分聲學隱身技術為新機提供一定的隱身性能[3],降低被探測到的可能性。同時,為進一步加強新機的靈敏性,FARA除使用單臺大功率發動機外,還大量使用高度集成、可靠、能效比高的機載元件,以減輕機體自重、體積和構型負荷,使其能夠在城市街道或山地叢林中靈活穿梭,或隱藏在山丘和建筑物之中,降低直升機因低高度、低速度而受輕武器打擊的風險。

4.2 重點開發無人機協同技術

實現有人/無人機協同作戰,對陸軍航空兵實施空中偵察和戰術發展具有變革性的意義,是FARA計劃中的核心內容。相較于遠程靜態的地面控制站,利用空中高機動平臺近距控制無人機實施偵察,能保持數據鏈控制穩定、延遲更低,不易受到干擾[4],可近乎實時地為指揮員提供更清晰的可視化戰場態勢,加快“偵察―指揮―打擊―評估”的鏈路閉環,更好地完成OODA循環周期,形成1+1>2的效果。

美陸軍其實早在1993年便開始該技術研發,并自2017年正式運用在現役“阿帕奇”直升機中,FARA協同作戰系統是該基礎上的迭代升級。在新機設計中,駕駛艙人機交互界面更為簡潔高效。為減少飛行員同時操縱直升機與無人機的負荷,軍方還要求直升機可選擇無人駕駛模式;同時,無人機的智能化程度更高,采用基于決策輔助的任務規劃系統,可根據地理、環境、態勢、平臺載荷能力和機動性等限制,規劃出無人機最佳觀測位置、最佳攻擊陣位,以及處理不可預測事件[5]。這意味著飛行員能夠通過發送簡單指令便可實現無人機控制,完成非接觸偵察和打擊,并且伴隨著無人機武器平臺能力拓展,未來還可與直升機協同執行誘騙、干擾、電子對抗等多樣化任務。

4.3 計算機自主態勢融合分發

美軍早在RAH-66項目中,便開始研發計算機輔助處理技術,實現通過偵察傳感器半自主搜索和追蹤目標,獲取目標信息后與儲存資料進行類比分析,自主判斷情報真偽,將最終得出的目標屬性以及數據顯示在座艙中,并根據飛行員指令,近乎實時地傳送給地面部隊指揮員或編隊內其他空中機組。而如今,FARA在此基礎上,還需處理來自無人機的偵察數據,為此,美陸軍運用了分級式融合系統和按需自主信息分發技術,此技術屬前期有人/無人機協同項目開發的積累,即經過對機載計算機的智能化升級,可集中對直升機與無人機上的光電、紅外成像、電子偵察設備等異構傳感器數據進行自主融合處理,將戰場態勢利用三維彩色數字地圖疊加,顯示在座艙綜合顯示器中;且能夠通過匯總體系內各作戰單元上報的情報需求,將有價值和重要性的實時信息自動推送。

4.4 綜合運用高性能通用裝備

眾所周知,裝備通用化是影響戰時武器效能發揮的重要因素。攻擊偵察直升機充當陸軍突破前沿防線的先鋒官角色,要擁有隨時快速機動部署的能力、應對各類突發情況的手段,以及應盡量縮短再次出動準備的時間。因此,美陸軍基于通用性和作戰性能考慮,對新機運用的系統和部件都做出了規定。比如動力系統指定安裝單臺T901-900渦軸發動機,該發動機是陸軍改進型渦軸發動機項目(ITEP)的獲勝者,其性能參數極其出色,長度僅1.2m、直徑660mm,但最大輸出功率卻高達約2237kW,比現役大部分直升機裝備的T700發動機功率高出近50%,油耗卻降低了25%。該發動機賦予直升機更強性能和更遠航程,后續除作為FARA指定動力系統外,還將全面替換至陸軍現役直升機中。武器配備上,指定裝備XM915型三管20mm速射炮,采用集成導彈、火箭、炸彈等多種彈藥的綜合武器掛架,并要求能夠掛載新型AGM-179A聯合空地導彈(JAG)。這兩種武器均以升級殺傷力和提高通用性為目的,XM915速射炮重量輕、射速快、備彈量大,可選配至多款現役直升機中;AGM-179A聯合空地導彈則是美軍為多發射平臺而研發的導彈配置,將取代目前BGM-71陶氏反坦克導彈、AGM-114地獄火導彈和AGM-6小牛導彈。該導彈射程遠、精準高、威力大,配備了雙模導引頭和一個多用途戰斗部,能夠使用半主動激光制導或主動毫米波制導,射程達500～8000m,今后將作為主要武器選配至美各軍種的固定翼飛機、直升機和無人機中。

4.5 建立標準模塊化開放系統

FARA利用其空中戰場感知優勢,與地面作戰部隊緊密協作、相互保護,通過空地戰場信息共享和武器平臺協同,撕開敵前沿防線。為此,美陸軍針對FLV項目開發了MOSA(Modular Open Systems Approach)模塊化開放系統架構[6],運用在航電和任務系統中,其要求不同廠商武器系統的接口和網關進行標準化統一,解決以往系統不兼容而信息無法流轉的問題,從而最大限度構建陸空跨平臺間互聯、互通、互操作的開放性協同架構。其次,開放系統架構將成為美陸航所用航空平臺的數據中心,以此實現平臺間從目標坐標位置到發動機診斷等所有數據的無縫推送,便于產生、處理和傳播情報以及引導空/地火力支援,也便于掌握機內各系統工作狀況,節約戰場維護時間。另外,開放系統架構有利于后期進行軟件和集成新硬件的迭代升級,以此保持裝備技術領先,延長可服役年限。最后,開放系統架構整合機內多個處理模塊,減少機上零件數量,降低了新機的開發成本和整機重量?？偠灾?模塊化開放系統架構對于FVL項目飛行器的全面性至關重要,其也成為了美國國防部的一項戰略標準化計劃,被編入美軍面向各類武器平臺的采購法規中。

5 借鑒和啟示

美軍是陸軍航空兵運用最成熟、戰場經驗最豐富的軍隊,其攻擊偵察直升機項目雖屢屢受挫,卻從未停止,歸根結底是研制方向始終難以與作戰概念并行的矛盾。而FARA計劃作為軍方現階段尋索的答卷,展現了其對陸軍航空裝備未來作戰方式演變的研判,其航空裝備技術和策略對我軍航空工業發展具有良好的借鑒和啟示作用。

5.1 著眼融入體系,重視頂層規劃

新型武器裝備的設計研發應緊密圍繞戰略要求和使命任務,以武器裝備和戰斗單元的橫向一體化聯合作戰為原則,依據作戰流程構建完整的架構體系,明確各裝備系統的功能、性能、接口及成員交互關系等,統一做好整體聯動的研發規劃,區分類別,分階段、有步驟地實施,真正貫徹和落實體系頂層設計。尤其是攻擊偵察直升機作為陸軍體系內唯一的有人空中偵察力量,是陸軍指揮員戰場感知和串聯地面部隊發揮整體效能的重要關節,對數據網絡以及作戰信息系統集成的依賴程更高,需要建立標準化、通用化、開放化的鏈路中樞,才能將整個戰場中的各作戰單元、火力單位、保障裝備等聯為一體,在共通的平臺上實現信息共享、綜合作業、協調行動,充分發揮武器裝備的整體作戰效能。

5.2 加強需求分析,謀可持續發展

梳理美軍項目研制過程,對攻擊偵察直升機不能僅單一關注其性能指標,更要注重對體系作戰流程、成員節點協作關系等環節進行綜合分析,從任務適用性、戰術成熟度、研制成本、時間跨度和后勤維護鏈等方面確定作戰需求。此外,要立足于新時期信息化裝備的特點,既要立足當前,也要對戰爭形態的發展變化保持一定的前瞻性,為未來發展留有余地,具備“一代平臺、多代負載”的功能,便于平臺的更新升級和重新配置。

5.3 落實技術路徑,積累關鍵能力

FARA計劃作為美軍新一代武器裝備研制的代表項目,對無人化、智能化、自動化技術的重視程度日益加深。以其協同無人機作戰的核心能力為例,根據北約STANAG4586關于有人/無人機協同技術的等級劃分標準(如表1所示),FARA在該技術已突破5級互操作水平。相比而言,雖然我國在無人機領域近年來發展十分迅猛,科研單位早已對協同技術開展了多項試驗和攻關,并取得了一定成效,但目前現役列裝的陸航無人機也僅能達到初級的協同水平,差距依然明顯。因而要充分總結高新技術的發展規律,瞄準未來關鍵能力加大預研力度,通過迭代求精逐步完善,同步做好積累儲備。

表1 有人/無人機協同技術的等級劃分標準

6 結束語

通過本文分析可知,美軍FARA計劃的完成,將是陸軍航空兵作戰模式的一次重要變革,對兵種戰斗生成和提升聯合作戰協同效能都具有重大意義。美軍長達數十年的研制經驗表明,攻擊偵察直升機是集感知、殺傷、敏捷、生存和可持續于一體的高科技航空裝備,其體系融合程度高、技術研發難度大、成本控制難,需要清晰的作戰概念和頂層規劃來確保項目的有序組織開展。

我國以直升機為主體的陸軍航空裝備發展起步晚、基礎弱,但經過多年的復合式發展,現階段已基本實現自主創新和國產化,多型有人/無人國產裝備已全面列裝部隊,航空設計和制造水平都有了很大的提升,下一步應以國外先進經驗為參考,注重將我軍新的作戰觀念和需求融入到武器裝備的設計研制當中,引領航空裝備走向更高質量發展。