潛射無人機，為潛艇開了“天眼”

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導(dǎo)語：日前，由西北工業(yè)大學無人系統(tǒng)技術(shù)研究院負責的“游隼”管射折疊翼無人機，完成捷聯(lián)圖像末制導(dǎo)閉環(huán)試驗宣告成功，這次的試驗首次驗證了國產(chǎn)折疊翼無人機“由陸到空”“由海到空”的氣動性能完成了巨大提升。游隼這種能垂發(fā)、可潛射的無人機，能夠?qū)崿F(xiàn)深水釋放、冷發(fā)射、水面漂浮狀態(tài)下發(fā)射，有關(guān)潛射無人機的話題在網(wǎng)上再次引起熱議。

“游隼”長航時折疊翼無人機在陸地大仰角發(fā)射過程

一、潛射無人機：潛艇的“飛行潛望鏡”

世界各國不斷增強無人機能力建設(shè)，完善無人機譜系，憑借低廉的成本和較強的信息搜集能力，無人機和潛艇的搭檔會怎樣？潛射無人機的發(fā)展將給潛艇的作戰(zhàn)能力帶來巨大提升，通過增強潛艇的指揮通信、預(yù)警探測、態(tài)勢感知和對空打擊等能力，改變目前“空優(yōu)潛劣”的戰(zhàn)場格局。

2020年美國海軍太平洋艦隊潛艇部隊司令布雷克·匡威在接受美國“商業(yè)內(nèi)幕”網(wǎng)站采訪時提到，“將無人機作為‘飛行潛望鏡’能顯著擴展?jié)撏У膫鞲衅鱾蓽y范圍，進而將這些數(shù)據(jù)提供給聯(lián)合打擊部隊，為‘魚叉’和‘戰(zhàn)斧’導(dǎo)彈等多種武器系統(tǒng)的運用提供方便。”

游隼”長航時折疊翼無人機在水面漂浮態(tài)垂直發(fā)射過程

值得關(guān)注的是，在成功完成大展弦比折疊翼無人機設(shè)計后，西北工業(yè)大學團隊再把目光投向海空跨域飛行，宣布突破水面搖晃態(tài)垂直發(fā)射氣動力系拓撲結(jié)構(gòu)變體重構(gòu)技術(shù)，實現(xiàn)“游隼”長航時折疊翼無人機的首次深水釋放、水面漂浮垂直冷發(fā)射無人機自主飛行驗證，以及首次電動后推螺旋槳陸地垂直冷發(fā)射折疊翼無人機自主飛行驗證。

無人機在投入使用前的儲存、運輸、發(fā)射是一門很大的學問。此次試驗成功的“游隼無人機”屬于管射折疊翼無人機，該研究團隊針對串列翼布局能在有限尺寸的發(fā)射管滿足設(shè)計需求，終于找到采用“Z型折疊”方案，并同時成功提出“氣動-結(jié)構(gòu)協(xié)同的大展弦比折疊翼無人機設(shè)計技術(shù)”。

我國潛射無人機技術(shù)發(fā)展晚，目前各國研究重點主要集中在與潛艇配合使用的潛射無人機研發(fā)上，研發(fā)機構(gòu)主要集中在歐美等發(fā)達國家。尤其是美國，自20世紀90年代至今，已研發(fā)出了“海上搜索者”、“海上哨兵”、“鸕鶿”、“矢量鷹”等多種潛射無人機的原理樣機，有些已經(jīng)進入量產(chǎn)和實戰(zhàn)部署狀態(tài)。

二、美國海軍正式裝備的第一款潛射無人機 “黑翼”

據(jù)外媒報道，2021年3月美國海軍計劃為其潛艇部隊購買多達120架“黑翼”(BLACKWING)無人機，在裝備潛艇部隊，作為美國海軍采購并正式裝備的第一款潛射無人機， “黑翼”是AeroVironment公司基于“彈簧刀”(Switchblade)巡飛彈而研發(fā)的潛艇發(fā)射的無人機系統(tǒng)。

“黑翼”無人機官網(wǎng)示意圖

根據(jù)該公司官網(wǎng)顯示，“黑翼”是一種小型低成本無人機，重約1.8公斤、翼展約68.5cm、續(xù)航時間1小時，最大巡航速度160千米/小時，擁有慣性/GPS導(dǎo)航系統(tǒng)和用來聯(lián)絡(luò)潛艇的加密數(shù)據(jù)鏈。具備跨域指揮控制中繼能力，可連通水下潛艇、水面艦只和無人潛航器等裝備平臺，具備與同一區(qū)域內(nèi)同系列無人機的互操作功能。計劃今年5月全部交付完畢。

黑翼無人機還能為不同航行器之間提供高速數(shù)據(jù)和通信中繼的能力

“黑翼”等無人機不僅可以從潛艇上發(fā)射，還能從無人水下航行器上發(fā)射。該無人機能夠在30米至50米的水下進行發(fā)射，離開潛艇后，可在海面上休眠24小時后再升空，還能在空中懸停，能夠利用光電或紅外傳感器偵察和自動獲取目標信息。

無人機可在水下部署的無人水下運載器中發(fā)射

從公開信息看，美軍潛艇準備列裝的無人機并不限于“黑翼”一款，2020年11月，美軍負責潛艇項目的一名少將級官員透露，至少有21種無人機被用于配合潛艇實戰(zhàn)研發(fā)，這個數(shù)字還可能進一步增長。

美國海軍學會新聞網(wǎng)報道稱，早在2012年，美國海軍宣布已經(jīng)成功驗證通過潛艇魚雷發(fā)射管發(fā)射一架封裝的“彈簧刀”無人飛機，從研發(fā)測試到正式采購裝備“黑翼”大約用了8年。

由于潛射無人機要跨越水空兩種完全不同的介質(zhì)行動，水的密度是空氣的800倍，再加上水下發(fā)射時潛艇的深度、航速和海情的變化，使問題變得更為復(fù)雜，它們對無人機的發(fā)射產(chǎn)生很大影響。因此潛艇在水下發(fā)射無人機是一項十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程，研發(fā)涉及多項關(guān)鍵技術(shù)，包括發(fā)射回收、動力裝置、機翼折疊、通信技術(shù)等，對于潛射這一特殊發(fā)射環(huán)境而言，無人機的發(fā)射回收技術(shù)最為關(guān)鍵。

三、水下出擊，發(fā)射技術(shù)不簡單

無人機可以根據(jù)需要通過潛艇的對抗發(fā)射器、垃圾管、或聲對抗短艙、無人潛航器水下平臺發(fā)射等進行發(fā)射，水上發(fā)射技術(shù)難度低，潛艇容易暴露，生存能力差，因此已經(jīng)被淘汰。

潛射無人機可采用的發(fā)射系統(tǒng)

水下發(fā)射方式，潛艇生存力高，是目前美國等潛射無人機發(fā)射技術(shù)的主要發(fā)展方向。

水下發(fā)射按無人機在發(fā)射過程中是否與水接觸又可分為濕式發(fā)射與干式發(fā)射兩大類。濕式發(fā)射與干式發(fā)射各有優(yōu)缺點，發(fā)射方式的選擇既對無人機總體設(shè)計有很大影響，又與潛艇這一載體有很大關(guān)系，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的發(fā)射方式。

美國的“黑翼”、“矢量鷹”、XFC等無人機采用干式發(fā)射方式，技術(shù)比較成熟。

無人機裝在一個密封的運載器內(nèi)，運載器它可像魚雷一樣從魚雷發(fā)射管發(fā)射出去。運載器還具有程序控制功能，順序控制運載器折疊尾翼的展開和操舵，保證水中彈道的穩(wěn)定和滿足出水姿態(tài)要求，在水中按一定控制方式運動，運載器頭部出水后，及時進行頭罩分離和尾錐解鎖，并控制無人機點火以實現(xiàn)無人機和運載器水面動態(tài)分離。

潛射反艦導(dǎo)彈一般都采取這種干式發(fā)射方式。可以避免了無人機水下濕式發(fā)射的密封和抗壓問題，而且可以利用潛艇已有的魚雷發(fā)射管等裝置發(fā)射，潛艇改動很小。

“彈簧刀”無人機及其潛射示意圖

濕式發(fā)射方式的無人機無運載器，直接從水下點火發(fā)射，或者由艇載（垂直）發(fā)射裝置直接彈射出水，在空中完成助推火箭點火及展開翼面等動作，這種發(fā)射方式作戰(zhàn)反應(yīng)速度最快，美國“戰(zhàn)斧”潛射巡航導(dǎo)彈及“魚叉”反艦導(dǎo)彈大都采用該發(fā)射方式。

四、潛射無人機“折疊的翅膀”

飛翔展翅的潛射無人機要想裝人運載器內(nèi)必須將其機翼或尾翼等進行折疊，方可置于其中，因而，折疊翼被廣泛的用于箱或筒式發(fā)射的大翼展的飛行器上。

潛艇無人機橫向折疊裝入運載器的示意圖

無人機的折疊機構(gòu)的功用是連接、折疊和展開翼面的被折疊部分。對折疊機構(gòu)的要求是連接可靠，折疊方便，展開迅速，鎖緊保險。

折疊機構(gòu)一般包括展開裝置與鎖緊裝置兩部分。展開裝置的作用是使處于折疊狀態(tài)的翼面在一定條件下展開。對于大型的折疊翼面，展開裝置也是折疊裝置，即展開裝置也起折疊作用，它是自動展開和自動折疊的。

五、潛射無人機能發(fā)，還要能收

潛射無人機的回收可分為水上回收和陸上回收兩種，因戰(zhàn)術(shù)使用等原因一般采取水上回收的方式。

對于水面回收的傘降回收系統(tǒng)，應(yīng)配備能夠使無人機在水面漂浮規(guī)定時間的漂浮系統(tǒng)。它可以是無人機的密封機體，也可使用充氣的浮筒過氣囊或兩者的組合。此外無人機要采用密封結(jié)構(gòu)，以防鹽霧海水對其內(nèi)部的侵蝕。

目前美海軍在海上進行的無人機試驗中一般均回收無人機，以便發(fā)現(xiàn)問題，減少損失，加快研制進程，因而試驗用無人機都十分注意其機體的密封性能。

美國 “鸕鶿”無人機發(fā)射回收過程示意圖

美國"鸕鶿"無人機降落時，一個降落傘幫助該機穩(wěn)定入水，然后漂浮著直到一個由潛艇部署的遙控潛器（ROV）利用一個聲納聲波發(fā)射器找到它。隨后，ROV把一個纜繩系到該機上，移動的潛艇像收風箏一樣把它收回到艇內(nèi)。

目前，為了保護潛艇不被發(fā)現(xiàn)，美海軍傾向于采用一次性使用的無人機，包括最為成功的“黑翼”在內(nèi)的部分潛射無人機，完成任務(wù)后，具有自動銷毀能力，無需回收。這種方式能夠較大降低無人機的研制難度，造價也相對較為低廉。

結(jié)語：

潛射無人機是空中、水面、水下作戰(zhàn)的一個新的結(jié)合點，圍繞潛射無人機實現(xiàn)三者之間的重塑，建立一個新的更具隱蔽性和智能化的作戰(zhàn)體系，更好地實現(xiàn)潛艇兵力與航空兵之間的協(xié)同，是突破現(xiàn)有作戰(zhàn)體系的新思路，必將對未來信息化海戰(zhàn)產(chǎn)生深遠影響。

但客觀來說，潛射無人機并未從根本上解決潛艇在深海潛行時接收或發(fā)送信號的問題，使用加密安全數(shù)據(jù)鏈依然須面對與電磁波一樣的問題，即如何在潛艇不必上浮的情況下，把更多信息高效傳遞至深海。由此可見，如何幫助潛艇實現(xiàn)高效通信，潛射無人機只是一個開端，前面還有很長的路要走。

參考文獻：

[1]張曉東， 孫碧嬌.美軍潛射無人機的發(fā)展與關(guān)鍵技術(shù),1673—1948(2005)03-000 -0

[2]邢天安．潛艦導(dǎo)彈運載器系統(tǒng)方案若干問題的思考[J]．艦船論證參考．2003．2

[3]陳熾．海上探索者折疊翼小型無人機[J]．國外艦載
飛機．2000．