美國空軍典型無人機(jī)系統(tǒng)成本分析

李梁/中國航空工業(yè)集團(tuán)有限公司 張海濤/中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心

隨著無人機(jī)系統(tǒng)的大量應(yīng)用，成本問題已經(jīng)成為廣泛關(guān)注的重點(diǎn)。本文系統(tǒng)梳理了美國RQ-4“全球鷹”、MQ-9“死神”等國外典型無人機(jī)系統(tǒng)的項(xiàng)目概況、采購費(fèi)投資情況和成本情況，并對(duì)采購費(fèi)投資和采購成本進(jìn)行了分解。采用美軍建立的成本分析模型框架，從飛機(jī)平臺(tái)、地面站等兩個(gè)維度，對(duì)技術(shù)特征與價(jià)格的綜合對(duì)比，提出對(duì)飛機(jī)平臺(tái)成本價(jià)格影響最大的技術(shù)性能指標(biāo)是續(xù)航時(shí)間和有效載重，對(duì)地面站成本價(jià)格影響最大的技術(shù)性能指標(biāo)是最大作用距離，分析結(jié)論認(rèn)為MQ-9飛行平臺(tái)的性價(jià)比更高，地面站性價(jià)比基本相當(dāng)。

近年來，美國空軍通過加強(qiáng)頂層規(guī)劃，大力發(fā)展各種無人機(jī)系統(tǒng)，不僅針對(duì)未來的軍事需求不斷擴(kuò)大無人機(jī)系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，而且不斷強(qiáng)化高空偵察和中空察/打一體式無人機(jī)系統(tǒng)的作戰(zhàn)使用。

目前，美國空軍裝備的無人機(jī)主要系統(tǒng)主要有以下三種：高空長(zhǎng)航時(shí)RQ-4“全球鷹”、中空長(zhǎng)航時(shí)MQ-9“死神”和MQ-1B“捕食者”。其中，MQ-1“捕食者”已停產(chǎn)，并正逐步被MQ-9“死神”替代。

RQ-4“全球鷹”

圖1 “全球鷹”RQ-4A與RQ-4B的主要特性

圖2 “全球鷹”各批次發(fā)展途徑

作為美國空軍無人機(jī)作戰(zhàn)體系的重要節(jié)點(diǎn)，“全球鷹”是目前世界范圍內(nèi)續(xù)航時(shí)間最長(zhǎng)、航程最遠(yuǎn)、實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用最多的高空長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)系統(tǒng)，也是目前世界上已列裝的無人機(jī)中尺寸和重量最大的型號(hào)。

項(xiàng)目概況

1994年6月1日，美國國防部國防研究計(jì)劃局（ARPA，后改名為國防部預(yù)研局/DARPA）發(fā)布了一份“先進(jìn)概念技術(shù)驗(yàn)證”（ACTD）項(xiàng)目招標(biāo)書，旨在探索和驗(yàn)證“超第2等級(jí)”（Tier Ⅱ+）長(zhǎng)航時(shí)偵察無人機(jī)。包括特里達(dá)因?瑞安公司（1999年7月被諾斯羅普?格魯門公司收購）在內(nèi)的5家廠商遞交了投標(biāo)書。ARPA原本計(jì)劃選擇2家廠商進(jìn)行下一輪競(jìng)爭(zhēng)，但資金的缺乏迫使其直接選擇了一家廠商開展樣機(jī)研制和試飛工作。1995年5月23日，瑞安公司成為該項(xiàng)目的最終獲勝者，制造和試驗(yàn)5架驗(yàn)證機(jī)，編號(hào)為AV-1~AV-5。1997年2月20日首架原型機(jī)AV-1出廠，1998年2月28日完成了首飛。2001年2月16日，“全球鷹”項(xiàng)目通過了美國國防部國防采辦委員會(huì)的評(píng)審。2001年3月21日，諾?格公司獲得了工程制造與研發(fā)（EMD）合同，制造和試飛2架EMD型“全球鷹”，即AV-6和AV-7。2003年2月，AV-7交付美國空軍，“全球鷹”基本型（批次 0）研制結(jié)束。

“全球鷹”無人機(jī)系統(tǒng)用于取代U-2高空戰(zhàn)略偵察機(jī)，作為未來美國空軍和海軍重要的情報(bào)與信息平臺(tái)以及“空海一體戰(zhàn)”中的重要節(jié)點(diǎn)，是美國軍方發(fā)展的重點(diǎn)型號(hào)之一，也是目前世界上已列裝的無人機(jī)中尺寸和重量最大的型號(hào)。每套“全球鷹”系統(tǒng)由2架無人機(jī)平臺(tái)和2個(gè)地面指揮控制站組成。其飛行平臺(tái)RQ-4A與RQ-4B樣機(jī)的主要特性如圖1所示。

目前，“全球鷹”已研制發(fā)展了6個(gè)批次，如圖2所示。第0批次（批次 0）是“全球鷹”無人機(jī)平臺(tái)的原型機(jī)，包括5架ACTD型和2架工程與制造發(fā)展（EMD）型； 批次 10是初始小批量生產(chǎn)型（LRIP），也是RQ-4A的唯一構(gòu)型，共7架； 批次 20、批次 30和批次 40是RQ-4B的三種構(gòu)型，屬于批生產(chǎn)型，分別為6架、21架和11架；改進(jìn)改型（批次 X）目前包括兩種型別：以批次 20為基礎(chǔ)平臺(tái)的“歐洲鷹”和以批次 40為基礎(chǔ)平臺(tái)的美國海軍“廣域海上監(jiān)視”（BAMS）型。

表1 “全球鷹”無人機(jī)項(xiàng)目采購費(fèi)投入情況（百萬美元）

表2 “全球鷹”無人機(jī)系統(tǒng)飛機(jī)平臺(tái)年度采購情況（百萬美元）

成本情況

2001年，美國空軍發(fā)布了“全球鷹”無人機(jī)系統(tǒng)的采購計(jì)劃，正式開始“全球鷹”的采購工作，使用漸進(jìn)式的采購策略，逐漸獲得所需作戰(zhàn)能力。漸進(jìn)式采購是根據(jù)在相關(guān)環(huán)境中驗(yàn)證的技術(shù)，按照分階段要求、經(jīng)過驗(yàn)證的制造或軟件部署能力，來定義、研制、生產(chǎn)和部署具有初始作戰(zhàn)能力的硬件或軟件（第1批），并對(duì)后續(xù)增加的超出初始能力的部分（第2批、第3批以及更多批次）的研制、生產(chǎn)和部署作出新的規(guī)劃。采用漸進(jìn)式采購方式時(shí)，將最終交付用戶的能力分成兩批或兩批以上，初始能力可以在較短時(shí)期內(nèi)提供，隨著時(shí)間的推移和技術(shù)的改進(jìn)，陸續(xù)提供后續(xù)批次的能力（批次 10在第3批量之后停止生產(chǎn)，批次 20在第4批量之后停止生產(chǎn)）。

根據(jù)美國空軍《飛機(jī)采辦，空軍 2018》披露數(shù)據(jù)，截至2017年，美國空軍已經(jīng)完成了全部55套“全球鷹”無人機(jī)系統(tǒng)的采購工作，采購費(fèi)總投入為43.54億美元（2018年幣值）。其中，飛機(jī)平臺(tái)45架（7架批次 10、6架批次 20、21架批次 30和11架批次 40），采購費(fèi)為31.43億美元（2018年幣值）；通用地面站10套，采購費(fèi)為2.18億美元（2018年幣值）；綜合保障系統(tǒng)采購費(fèi)為9.93億美元（2018年幣值）。

飛機(jī)平臺(tái)各批次按年度分解的采購情況請(qǐng)見表2。

根據(jù)空軍《飛機(jī)采辦，空軍 2018》，“全球鷹”批次 10單價(jià)為4640萬美元（2018年幣值），批次 20單價(jià)為5440萬美元（2018年幣值），批次 30單價(jià)為7880萬美元（2018年幣值），批次 40單價(jià)為7590萬美元（2018年幣值）；通用地面站單價(jià)為2182萬美元（2018年幣值）。

MQ-9“死神”

項(xiàng)目概況

1994年1月7日，通用原子航空系統(tǒng)公司（GA-ASI）獲得一份為期30 個(gè)月、總金額3170 萬美元的先進(jìn)概念技術(shù)驗(yàn)證（ACTD）項(xiàng)目合同，研制第二等級(jí)（Tier 2）中空長(zhǎng)航時(shí)偵察無人機(jī)驗(yàn)證機(jī)。首架于1994年7月3日完成首飛，同年10月即完成了首套系統(tǒng)（3 架機(jī)和1 個(gè)地面站）。美國國防部在ACTD 項(xiàng)目中共購買了27 架“捕食者”。1996年6月30日，ACTD 項(xiàng)目結(jié)束。1997年該項(xiàng)目被移交給美國空軍，后者在同年將初始生產(chǎn)型“捕食者”系統(tǒng)編號(hào)為RQ-1A，并于同年8月19日首批訂購了2 套初始小批量生產(chǎn)型系統(tǒng)。

“捕食者”系統(tǒng)中出現(xiàn)的編號(hào)較為繁雜，其中RQ-1A和RQ-1B 均指整套無人機(jī)系統(tǒng)，而RQ-1K 和RQ-1L 均指無人機(jī)平臺(tái)。到2002年年底，美國空軍所有的RQ-1A 基本已升級(jí)為RQ-1B，所有的RQ-1K 基本已升級(jí)為RQ-1L。在2006年之前，RQ-1B 又被升級(jí)為MQ-1B，RQ-1L 又被升級(jí)為MQ-1L，因此美國空軍目前列裝的“捕食者”無人機(jī)系統(tǒng)均為MQ-1B，無人機(jī)均為MQ-1L。

“捕食者”無人機(jī)系統(tǒng)已發(fā)展成一個(gè)系列，其主要型號(hào)包括M Q-1B“捕食者”、MQ-1C“天空勇士”和MQ-9“死神”等。其中MQ-1B采用MQ-1L 無人機(jī)，可外掛2 枚AGM-114 空地導(dǎo)彈。該系統(tǒng)有時(shí)被稱為“捕食者”A系統(tǒng)。MQ-9“死神”為MQ-1B 的改進(jìn)型，屬于“捕食者”B系列。MQ-1L 的放大型，2001年10月，為準(zhǔn)備全球反恐戰(zhàn)，美國空軍提出了發(fā)展這種改型的建議。在此之前，GAASI已研制并首飛了“ 捕食者”B 原型機(jī)。2003年6月，美國空軍作戰(zhàn)司令部確定了該機(jī)的作戰(zhàn)概念。美國空軍于2002年12月訂購了首批2 架預(yù)生產(chǎn)型機(jī)和4 架初始小批量生產(chǎn)型機(jī)。其中首架于2003年10月17日首飛。

目前美國空軍已經(jīng)停止采購MQ-1（“捕食者”A），最后一架于2011年3月3日交付?！安妒痴摺盉（MQ-9）是在“捕食者”A的基礎(chǔ)上改型而來，增大了外形尺寸，垂尾由倒V形改為V形，換裝了霍尼韋爾TPE331-10T渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，飛行包線全面擴(kuò)展，任務(wù)載荷載重和續(xù)航能力顯著提高。該機(jī)采用螺旋式（Spiral）的研制途徑，Spiral0是捕食者B的最初基本型，主要用于飛行特性評(píng)估。Spiral1主要用于驗(yàn)證攜帶AGM-114“地獄火”（Hellfire）激光制導(dǎo)導(dǎo)彈對(duì)地攻擊的能力。Spiral2增加了無人機(jī)的最大起飛重量，集成了更多的電子設(shè)備。

表3 MQ-9“捕食者”B無人機(jī)系統(tǒng)采購費(fèi)詳細(xì)情況費(fèi)用單位：百萬美元（2018年幣值）

表4 飛行平臺(tái)成本密度對(duì)比表

表5 地面站成本密度對(duì)比表

成本情況

根據(jù)美國空軍《飛機(jī)采辦，空軍 2018》，2002年美國空軍發(fā)布了“捕食者”B無人機(jī)系統(tǒng)的采購計(jì)劃，使用漸進(jìn)式的采購策略，正式開始“捕食者”B的采購工作。目前最新的采購計(jì)劃為379架飛機(jī)平臺(tái)，總采購費(fèi)用預(yù)算（含飛機(jī)平臺(tái)和地面站）為77.96億美元（2018年幣值）。

截止2017年底，美國空軍共采購了347架MQ-9“捕食者”B飛機(jī)平臺(tái)，89個(gè)固定式地面控制系統(tǒng)，27移動(dòng)式地面控制系統(tǒng)，17個(gè)復(fù)合式地面控制系統(tǒng)，144個(gè)地面數(shù)據(jù)終端、120個(gè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈和34套訓(xùn)練模擬器，采購費(fèi)支出63.16億美元（2018年幣值），詳見表3。

根據(jù)美國空軍《飛機(jī)采辦，空軍 2018》，MQ-9飛機(jī)平臺(tái)單價(jià)為1410萬美元（2018年幣值）,復(fù)合式地面站單價(jià)為708萬美元（2018年幣值）。

技術(shù)特征與價(jià)格的綜合對(duì)比

飛機(jī)平臺(tái)對(duì)比

衡量軍用飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，美軍通常的做法是采用成本密度法，即單位空機(jī)重量的飛機(jī)平臺(tái)價(jià)格。根據(jù)美國空軍《2016～2036年無人機(jī)系統(tǒng)飛行規(guī)劃》數(shù)據(jù)，目前美國空軍無人機(jī)系統(tǒng)飛機(jī)平臺(tái)平均成本密度（飛機(jī)平臺(tái)價(jià)格/空機(jī)重量）大致為1500美元/磅，即3300美元/kg。

另外，美國陸軍成本與經(jīng)濟(jì)性研究中心（DASA-CE）在2004年委托美國Technomics公司開展了無人機(jī)系統(tǒng)采辦成本估算方法研究工作，收集了美國20余種無人機(jī)型號(hào)的技術(shù)、成本數(shù)據(jù)，回歸建立了基于性能的無人機(jī)系統(tǒng)（含飛機(jī)平臺(tái)、地面設(shè)備）成本估算模型。

其中，飛行平臺(tái)價(jià)格的估算模型為：

式中，UAV表示飛行平臺(tái)價(jià)格（2003年萬美元），包括機(jī)體、發(fā)動(dòng)機(jī)、系統(tǒng)成品和任務(wù)設(shè)備。Endurance表示續(xù)航時(shí)間（h）。Payload_Wt表示有效載重（kg）。FF_Year表示飛機(jī)首飛年。

按照美國陸軍的說法，對(duì)飛行平臺(tái)成本價(jià)格影響最大的技術(shù)性能指標(biāo)是續(xù)航時(shí)間和有效載重。續(xù)航時(shí)間和有效載重的乘積可以近似代表無人機(jī)系統(tǒng)飛機(jī)平臺(tái)的效能指數(shù)。

將RQ-4A/B、MQ-9飛行平臺(tái)的空機(jī)重量、有效載重、續(xù)航時(shí)間、價(jià)格數(shù)據(jù)以及計(jì)算的效能指數(shù)、成本重量密度、成本效能密度列于表4。

結(jié)論：MQ-9“死神”無人機(jī)系統(tǒng)飛機(jī)平臺(tái)盡管在在空機(jī)重量、續(xù)航時(shí)間上略遜于RQ-4“全球鷹”無人機(jī)系統(tǒng)，但在有效載重上占優(yōu)，且綜合效能指數(shù)高于RQ-4“全球鷹”無人機(jī)系統(tǒng)。同時(shí)，MQ-9飛行平臺(tái)單價(jià)遠(yuǎn)低于RQ-4，成本重量密度和成本效能密度均低于RQ-4。也就是說，MQ-9飛行平臺(tái)的性價(jià)比更高。

地面站對(duì)比

DASA-CE回歸建立的基于性能的無人機(jī)系統(tǒng)成本估算模型中關(guān)于地面站價(jià)格的模型如下：

式中，GSE表示地面設(shè)備價(jià)格（2003年萬美元），包括地面控制站、便攜式地面數(shù)據(jù)終端、發(fā)射與回收設(shè)備、便攜式控制設(shè)備、運(yùn)輸車輛、維修設(shè)備和其他輔助設(shè)備。Range表示地面站最大作用距離（公里）。MobileBase表示控制設(shè)備可移動(dòng)時(shí)取1，不可移動(dòng)時(shí)取2。

由此可見，對(duì)地面站成本價(jià)格影響最大的技術(shù)性能指標(biāo)是最大作用距離。因此，在進(jìn)行技術(shù)特征與成本價(jià)格綜合對(duì)比分析時(shí)，選取單位作用距離的價(jià)格密度為指數(shù)。

結(jié)束語

“死神”無人機(jī)系統(tǒng)地面站較“全球鷹”無人機(jī)系統(tǒng)通用地面站在探測(cè)距離上的差距較大，但單價(jià)遠(yuǎn)低于“全球鷹”。因此，兩者的成本距離密度基本相當(dāng)。■