“捕食者”系列無人機地面控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與未來

錢　錕　張　坤

經(jīng)過多年的發(fā)展，“捕食者”系列無人機已經(jīng)成為了美軍反恐戰(zhàn)爭的主戰(zhàn)裝備，美國空軍正計劃為其采購操作界面更為友好的地面控制系統(tǒng)，以改善美國空軍裝備的“捕食者”系列(MQ-1“捕食者”、MQ-9“死神”)無人機的使用安全性。雷聲公司和通用原子公司正在全力以赴競標(biāo)“捕食者”系列無人機的下一代地面控制系統(tǒng)。

經(jīng)過眾多實戰(zhàn)的考驗，通用原子航空系統(tǒng)公司的“捕食者”系列無人機已經(jīng)成為了美軍重要的反恐情報、監(jiān)視、偵察(ISR)平臺和戰(zhàn)場時敏性目標(biāo)精確打擊平臺。但是，現(xiàn)有簡陋的地面控制系統(tǒng)(GCS)已經(jīng)不能滿足“捕食者”系列無人機面臨的日益復(fù)雜任務(wù)要求了，美國空軍急需研制新一代操作界面更為友好的無人機地面控制系統(tǒng)。

從“捕食者”到“死神”

RQ-1/MQ-1“捕食者”無人機是由通用原子航空系統(tǒng)公司開發(fā)的多用途中高空長航時無人機系統(tǒng)(MALE)，自從1995年交付部隊使用以來，“捕食者”無人機已經(jīng)在阿富汗、巴基斯坦、波斯尼亞、塞爾維亞、伊拉克和也門等戰(zhàn)場執(zhí)行過作戰(zhàn)任務(wù)，也成為目前世界上參戰(zhàn)次數(shù)最多、使用范圍最廣的無人機系統(tǒng)。正是憑借其優(yōu)異的表現(xiàn)，“捕食者”成為了美軍重要的戰(zhàn)場ISR平臺和時敏性目標(biāo)精確打擊平臺。

“捕食者”無人機最大滯空時間高達40小時，巡航速度126千米/小時?！安妒痴摺睙o人機裝備有作用距離280千米的C波段數(shù)據(jù)鏈用于近距離通信，裝備有Ku波段的衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈用于超遠距離通信。其機頭下方可攜帶重量為204千克的光電/紅外(EO/IR)監(jiān)視偵察吊艙，吊艙內(nèi)可容納彩色攝像機、高分辨率的前視紅外系統(tǒng)，而諾斯羅普格魯曼公司提供的小型機載合成孔徑雷達(sAR)為“捕食者”提供了全天候監(jiān)視能力，其SAR成像分辨率達到了0.3米量級水平。另外，“捕食者”的監(jiān)視偵察吊艙還具有激光指示/測距、電子對抗和地面機動目標(biāo)指示(GMTI)的功能。

“捕食者”無人機系統(tǒng)可以攜帶兩枚AGM-114“海爾法”反坦克導(dǎo)彈或兩枚AIM-92“毒刺”空空導(dǎo)彈，使得該無人機系統(tǒng)具備了攻擊地面和空中目標(biāo)的能力。2005年，美軍正式將“捕食者”無人機的編號從RQ-1改為MQ-1，以表示其主要使命已經(jīng)由戰(zhàn)場偵察轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行多用途任務(wù)，包括使用精確制導(dǎo)武器攻擊地面時敏性目標(biāo)甚至空中目標(biāo)的能力。在伊拉克戰(zhàn)場，“捕食者”無人機曾經(jīng)有過和伊拉克空軍“米格-25”戰(zhàn)斗機交火的經(jīng)歷，從而使之成為了世界上第一種進行過空戰(zhàn)的無人機。

為了滿足日益增加的民用和軍用的需求，通用原子公司在“捕食者”無人機系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)了“捕食者B”型無人機，編號為MQ-9，也叫“死神”無人機。為了降低風(fēng)險，節(jié)約研發(fā)成本，它繼承了“捕食者”無人機的氣動布局、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)和飛行控制系統(tǒng)。和“捕食者”無人機相比，“死神”無人機尺寸更大、飛得更快、更高，有效載荷更大，作戰(zhàn)效能更強。“死神”無人機一次可攜帶多達14枚“海爾法”反坦克導(dǎo)彈，或者攜帶兩枚GBU-12“寶石路II”激光制導(dǎo)炸彈加4枚“海爾法”反坦克導(dǎo)彈。將來，通用原子公司還計劃在“死神”無人機上集成227千克的GBU-38 JDAM精確制導(dǎo)炸彈和AIM-9“響尾蛇”空空導(dǎo)彈。而美國空軍還計劃在“死神”無人機上集成具備網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)能力的空基彈道導(dǎo)彈防御單元(NCADE)，從而使之成為一種能夠部署在戰(zhàn)場前沿并能夠?qū)μ幱谏仙?助推段的彈道導(dǎo)彈進行快速打擊的空基反導(dǎo)武器系統(tǒng)發(fā)射平臺。

“死神”無人機裝備有改進過的EO/IR系統(tǒng)監(jiān)視吊艙、AN/APY-8“山貓2”合成孔徑雷達(作用距離超過80千米，其SAR成像分辨率達到了0.1米量級水平。)和地面機動目標(biāo)指示雷達(功能和美國空軍的JSTARS“聯(lián)合星”對地監(jiān)視飛機上裝備的雷達功能類似)，這套先進的傳感器系統(tǒng)使得“死神”無人機具備了極強的戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力；“死神”無人機也可裝備多模式海面搜索雷達發(fā)展成RQ-9“水手”無人機，為美國海軍提供卓越的廣域海面ISR服務(wù)。由于“死神”無人機具備強大的戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力，并能夠攜帶多種精確打擊武器系統(tǒng)對時敏性目標(biāo)進行打擊，因此得到了包括美國國土安全部(DHS)/海關(guān)和邊境保護局(CBP)、美國海軍、美國航天局，以及英國皇家空軍的青睞。目前，美國空軍計劃采購70架MQ-9，而英國皇家空軍計劃采購13架，另外，德國和意大利空軍也計劃采購MQ-9無人機。

美國空軍前參謀總長麥克莫斯利(Michael Moseley)評論到：“‘死神無人機代表了無人機的技術(shù)革命，以前無人機的主要用途還停留在執(zhí)行ISR任務(wù)，而隨著‘死神這樣的專用攻擊無人機的出現(xiàn)，無人機將具備執(zhí)行多種作戰(zhàn)任務(wù)的能力……”

“捕食者”系列無人機的地面控制系統(tǒng)

為了對“捕食者”系列無人機的作戰(zhàn)行動進行遙測控制，通用原子公司為其研發(fā)了配套的數(shù)字地面控制系統(tǒng)(GCS)。“捕食者”無人機的地面控制系統(tǒng)由兩名操作人員控制：一名駕駛員(PPO-1)，負責(zé)操縱無人機的飛行；一名傳感器操作員(PPO-2)，負責(zé)控制各種機載傳感器和武器系統(tǒng)。兩名操作人員并排坐在GCS控制臺前，PPO-1坐左側(cè)，PPO-2坐右側(cè)。兩者的人機界面類似，都是由四個液晶顯示器組成，其中最上方的顯示器顯示無人機航路規(guī)劃和數(shù)字地圖疊加信息；而中間的顯示器則實時顯示無人機頭部的彩色攝像機拍攝到的畫面，其作用相當(dāng)于有人駕駛戰(zhàn)斗機上的平視顯示器(HUD)，而最下方的兩個顯示器則顯示各種傳感器采集到的信息、圖像、戰(zhàn)術(shù)信息、飛機狀態(tài)和飛行儀表等內(nèi)容，相當(dāng)于有人駕駛戰(zhàn)斗機上的多功能下視顯示器(MFD)。在GCS系統(tǒng)的右側(cè)安裝有操縱桿，而在座艙左側(cè)安裝有油門桿，十分符合美軍戰(zhàn)斗機飛行的側(cè)桿操縱習(xí)慣。正因為PPO-1和PPO-2的控制界面十分類似，所以，在必要時PPO-1和PPO-2的角色也可迅速進行切換。GCS系統(tǒng)可裝在很多移動平臺上，例如車輛、艦船甚至大型飛機上，以便操作人員在遠離戰(zhàn)場千里之外的任意地點對“捕食者”系列無人機進行遙控。

“捕食者”無人機和地面控制系統(tǒng)都裝備L-3通信公司提供的C波段數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)終端和Ku波段衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)通信終端，這樣即使在地球的另一端也可對“捕食者”系列無人機進行遙控。

“捕食者”無人機系統(tǒng)的地面遙控方式有四種：第一種方式是通過C波段數(shù)據(jù)鏈對無人機進行近程直線(LOS)遙控，其遙控范圍可達280千米，主要適用于無人機的起飛和降落階段，第二種方式是以一架無人機作為通信中繼機對戰(zhàn)場前沿的另一架無人機進行遠程遙控：第三種方式是以一架無人機和一個地面控制系統(tǒng)分別作為通信中繼機和中繼站對戰(zhàn)場前沿的無人機進行遠程遙控而第四種方式則是通過Ku波段的衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈中繼對遠在萬里之外的無

人機進行遙控。

2007年9月27日，首架“死神”無人機被派往阿富汗戰(zhàn)場執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)。10月27日，“死神”無人機首次向恐怖分子發(fā)射了“海爾法”空地導(dǎo)彈，11月6日，“死神”無人機首次在實戰(zhàn)中發(fā)射了“寶石路”激光制導(dǎo)炸彈。通過衛(wèi)星中繼遙控的方式，位于美國本土內(nèi)華達里奇空軍基地的第42無人攻擊機中隊的控制人員，可足不出戶地遙控遠在1.1萬千米之外的阿富汗戰(zhàn)場上的“死神”無人機執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)地面控制人員將通過衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈向無人機傳遞導(dǎo)航和作戰(zhàn)指令，隨時對戰(zhàn)場上的時敏目標(biāo)發(fā)動攻擊。并同時與駐阿富汗戰(zhàn)場的的無人機部隊地面控制站點進行即時衛(wèi)星圖像聯(lián)線。真正實現(xiàn)了“零傷亡”的目標(biāo)，達到了“決勝千里之外”的效果。

2008年6月7日，一架‘死神在阿富汗用一枚“寶石路”激光制導(dǎo)炸彈擊中了一輛行進中的基地組織的車輛，“死神”無人機從發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到擊毀目標(biāo)總計用時不到6分鐘。這次成功的作戰(zhàn)行動被認為是無人機的主要功能從執(zhí)行ISR任務(wù)擴展到執(zhí)行多種作戰(zhàn)任務(wù)的標(biāo)志性事件。

現(xiàn)有地面控制系統(tǒng)的局限性

在現(xiàn)有地面控制系統(tǒng)的指揮下，“捕食者”系列無人機完成了很多有人駕駛戰(zhàn)斗機無法完成的任務(wù)，極大提升了無人機在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的地位。然而從2003年參加伊拉克戰(zhàn)爭迄今，美軍第15遠征偵察中隊的無人機群損失慘重，不斷有戰(zhàn)場墜毀或報廢的“捕食者”系列無人機需要緊急替換。美軍投入實戰(zhàn)的90余架“捕食者”系列無人機，超過一半已徹底損失。美國空軍前參謀總長莫斯利坦言，美軍無人機作戰(zhàn)部隊的平均出勤損失率接近50％這意味著捕食者無人機每出動兩個架次，就有一個架次飛不回來。

美軍的統(tǒng)計表明，無人機的損失除了敵方的地對空火力、惡劣的自然環(huán)境和空中相撞事故等原因外還有一個主要的原因就是“人為因素”，即由于地面操縱人員的失誤而引發(fā)的墜毀事故。空軍研究人員羅伯特·P·赫爾調(diào)查發(fā)現(xiàn)，盡管美國政府將無人機的年度研發(fā)與裝備經(jīng)費從上世紀90年代的30億美元上調(diào)至2009年的120億美元，但在操控人員的培訓(xùn)上的投資卻遠遠不夠。美國空軍第432空中遠征聯(lián)隊的司令官克里斯查姆布里斯上校解釋道：早期“捕食者”無人機的PPO-1與PP0-2要求必須具備豐富的有人戰(zhàn)斗機駕駛經(jīng)驗，并且執(zhí)行過實戰(zhàn)任務(wù)，但是隨著“捕食者”無人機的裝備規(guī)模擴大，現(xiàn)在有一半以上的無人機地面操控員是“接受新兵訓(xùn)練后就直接上崗”，更不要談實戰(zhàn)經(jīng)驗了。

同時，“捕食者”無人機的地面控制系統(tǒng)采用的是上個世紀90年代的技術(shù)，根本不符合人機工程學(xué)的設(shè)計理念，查姆布里斯說道：“要從一架‘捕食者無人機上發(fā)射一枚‘海爾法導(dǎo)彈，必須在下拉式菜單中點擊鼠標(biāo)以進行一系列不同的操作，這樣的復(fù)雜操作多達17次之多。而在F-16戰(zhàn)斗機的座艙中，只用按一個按鈕就可以發(fā)射導(dǎo)彈?，F(xiàn)有的地面控制系統(tǒng)的另外一個設(shè)計缺陷是發(fā)射導(dǎo)彈和關(guān)閉無人機的發(fā)動機用的按鈕設(shè)置位置，這兩個按鈕離得太近，很容易造成誤操作?！眳⒓?。捕食者無人機操作培訓(xùn)的前戰(zhàn)斗機飛行員們說，如果他們能得到一個像先進戰(zhàn)斗機座艙那樣好用的無人機地面控制系統(tǒng)，那么，他們將可以執(zhí)行更多的任務(wù)。

顯然，現(xiàn)有簡陋的地面控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足“捕食者”無人機系統(tǒng)面臨的日益復(fù)雜任務(wù)要求了，美國空軍急需制新一代操作界面更為友好的無人機地面控制系統(tǒng)。

通用原子公司的“先進座艙”GCS

升級計劃

通用原子公司正致力于利用美國空軍提供的經(jīng)費和公司自籌的資金開發(fā)“捕食者”和“死神”無人機的下一代地面控制系統(tǒng)(GCS)并宣稱他們能夠為美國空軍的無人機作戰(zhàn)系統(tǒng)提供循序漸進式的技術(shù)支持，并最終開發(fā)用于遠程遙控?zé)o人機的“先進座艙”GCS，這種新的GCS降擁有全新的人機交互界面。美國空軍表示他們已經(jīng)與通用原子公司簽訂專項合同，但同時也在考慮雷聲公司的競標(biāo)方案。目前，美國空軍僅裝備了10余架MQ-9“死神”無人機，因此，任何一支美國空軍部隊只要有意購買MQ-9“死神”無人機，哪怕是一架，都會影響到“捕食者”系列無人機新的地面控制系統(tǒng)競標(biāo)的結(jié)果。

美國空軍目前使用的地面控制系統(tǒng)(GCS)的架構(gòu)最早可追溯到“捕食者”無人機的早期概念論證階段，這種老舊的GCS已經(jīng)被證實不能適應(yīng)“捕食者”無人機日益復(fù)雜的作戰(zhàn)功能和不斷升級的技術(shù)要求了。通用原子公司業(yè)務(wù)總監(jiān)克里斯艾姆斯(chris Ames)透露：GCS的“先進座艙”升級計劃中硬件的技術(shù)升級將分為兩個階段進行，第一階段升級工作是在現(xiàn)有的GCS架構(gòu)上改進顯示器和核心處理器，而第二階段升級將徹底改變GCS系統(tǒng)架構(gòu)，并采用全新的人機交互界面。

“捕食者”無人機“先進座艙”GCS升級計劃第一階段工作已經(jīng)完成，通用原子公司自籌資金對GCS的飛行員操作席和傳感器操作席進行了升級，并在2007年7月控制“捕食者”無人機進行了首次飛行試驗，艾姆斯還透露；經(jīng)過第一階段的升級的GCS在作戰(zhàn)功能上有很大的提高，目前，通用原子公司正準(zhǔn)備為升級后的GCS進行第二次飛行試驗。

需要指出的是“先進座艙”GCS升級計劃試飛中使用到的軟件系統(tǒng)是由美國空軍出資研發(fā)的，該軟件系統(tǒng)的技術(shù)升級將經(jīng)歷5個階段：版本1.0的軟件已經(jīng)集成到MQ-1無人機和GCS上準(zhǔn)備進行飛行試驗，而版本5.0的軟件預(yù)計到2010年中期完成艾姆斯解釋道：分階段對GCS的人機交互界面軟件進行升級并采用逐步趨于成熟的后端結(jié)構(gòu)會顯著降低技術(shù)風(fēng)險。

他還說“空軍資助的是MQ-1的GCS的升級計劃，并正為MQ-9的GCS升級計劃尋找資金來源。目前，MQ-9的GCS升級計劃是在公司自籌資金的基礎(chǔ)上進行的，并計劃2010年完成?！蓖ㄓ迷雍娇障到y(tǒng)公司希望經(jīng)過技術(shù)升級的GCS能在2010年實現(xiàn)對多種無人機的并行控制。

艾姆斯堅信通用原子公司研制的下一代GCS系統(tǒng)會贏得競爭，并隨著捕食者”系列無人機的批次升級進入量產(chǎn)，并交付美國空軍形成戰(zhàn)斗力。但是，在美國空軍下一代GCS競標(biāo)過程中，通用原子公司將不得不面臨雷聲公司強有力的挑戰(zhàn)。

雷聲公司的競爭方案

目前，雷聲公司正致力于開發(fā)新的無人機地面控制系統(tǒng)，以求取代通用原子航空系統(tǒng)公司研制的老系統(tǒng)，從而代替通用原子航空系統(tǒng)公司成為美國空軍無人機部隊地面控制系統(tǒng)的供應(yīng)商。雷聲公司向空軍軍方提出了采用開放式架構(gòu)設(shè)計的通用式地面控制系統(tǒng)(CGCS)的競爭方案，初步設(shè)想是用于遠程控制MQ-9“死神”無人機，將來還可用于控制其他型號的無人機，但空軍暫時還沒就此給出回應(yīng)。

雷聲公司在情報、監(jiān)視和偵察系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域擁有傳統(tǒng)的優(yōu)勢，該公司早在兩年前就開始研究無人機的先進地面控制系統(tǒng)，以求提升無人機的作戰(zhàn)效能、增強無人機的ISR能力并大幅降低地面操作人員的工作負擔(dān)。鑒于目前美國空軍裝備的無人機GCS性能落后的問題，雷聲公司適時地推出了CGCS方案，并表示CGCS可將美國空軍對于無人機操作人員的培訓(xùn)費用降低20％，培訓(xùn)時間縮短30％，將由人為因素造成的無人機損失數(shù)量降低50％。雷聲公司表示：隨著“捕食者”無人機裝備規(guī)模的逐步擴大，在未來10年里，CGCS系統(tǒng)可為美國空軍節(jié)省5億美元的開支。

雷聲公司于2008年g月份主動向美國空軍提交的標(biāo)書里表示該公司將拿出了一個開放式的接口控制文件，雷聲公司將在這個接口控制文件的基礎(chǔ)上自主開發(fā)GCS核心軟件，同時，希望這個開放式的接口控制文件由美國空軍轉(zhuǎn)交給無人機系統(tǒng)的制造商通用原子公司，以便后者制造三架采用這個開發(fā)式接口控制文件的MQ-1B無人機進行飛行認證。

為了預(yù)防通用原子公司拒絕公開“捕食者”無人機系統(tǒng)接口的狀況出現(xiàn)雷聲公司早在提交給美國空軍的標(biāo)書里就有所準(zhǔn)備，雷聲公司的要求是：只有在美國空軍提供3架用于開發(fā)GCS的“捕食者”無人機，并提供所有相關(guān)資料的前提之下，雷聲公司才向空軍提交開放式接口控制文件。在雷聲公司的CGCS研發(fā)完成之后，雷聲公司將交還給空軍3架經(jīng)過CGCS飛行認證的“捕食者”無人機。雷聲公司的市場開發(fā)總監(jiān)馬克·比哈姆(Mark Bigham)強調(diào)：“我們對于美國空軍和通用原子公司所要求的就是開放無人機系統(tǒng)接口，這樣我們才具備公平競爭的條件?！?/p>

雷聲公司堅信通用原子公司必將公開其“捕食者”系列無人機的系統(tǒng)接口，以便于各家公司競標(biāo)捕食者無人機的下一代GCS系統(tǒng)，顯然這是美國空軍樂于見到的局面。倘若通用原子公司態(tài)度依舊強硬，美國空軍將撤掉“捕食者”系列無人機的發(fā)展計劃。這樣，通用原子公司不僅會輸?shù)袅诉@次GCS競標(biāo)，更會失去整個“捕食者”系列無人機發(fā)展項目，其中的利害關(guān)系，通用原子公司自然會知道如何權(quán)衡。