美國無人機空中加油試驗
王 劍，空軍裝備研究院某所研究室主任、高級工程師。空軍高層次人才，中國航空學會高級會員，浮空器分會及空氣動力學分會委員。主要從事無人飛行器發展、使用及相關研究，獲國家科技進步二等獎1項，軍隊科技進步一等獎1項、二等獎3項，先后榮立三等功3次。
新聞提示
美國《空軍》3月刊披露，美軍今夏將試驗無人機空中加油。據悉，這是美國防部高級研究計劃局正在進行的一個新項目：讓一架“全球鷹”式無人偵察機作為加油機在高空給另一架“全球鷹”式無人偵察機加油。該項目負責人吉姆·麥考密克說，這將給空中加油技術帶來顛覆性變化。
日前，就無人機空中自主加油技術難點、發展趨勢、應用前景等問題，記者采訪了空軍裝備研究院某所研究室主任、無人機研究專家王劍。
無人機自主空中加油是一項劃時代技術
問：作為無人機研究專家，您對美軍今夏無人機空中加油試驗怎么看？
答：提到無人機空中加油，我不禁聯想到美國大片《絕密飛行》中的場景：一個浮空器作為加油平臺在固定空域游弋，有力支援了有人和無人作戰飛機的遠程作戰。無人機自主空中加油技術的試飛驗證，是一項劃時代技術，必須應對無人系統、傳感和空氣動力學的挑戰，其價值不亞于空中加油對有人飛機帶來的影響。一方面，可以大大提高無人機航程、航時和部署上的靈活性，減少對前進基地的依賴，成為作戰效能的倍增器；另一方面，能使無人機同樣具備空中編隊飛行能力，從而改變當前無人機各自為戰的使用方式，這對探索未來無人機與有人飛機協同使用的作戰模式具有開創性意義。
問：與有人飛機相比，無人機自主空中加油的優勢和價值在哪？
答：以美軍“全球鷹”無人機為例，據說通過空中加油，續航時間和航程能提高3倍，單架次飛行作戰效率將成倍提升，進一步深化擴展該型無人機的用途。通過快速部署和對特定地域全天候的定點偵察，它還能彌補衛星定軌運行導致偵察范圍及時間受限的不足，并能在間諜衛星被摧毀或被干擾時替代衛星完成偵察任務。
有人飛機雖然具備空中加油能力，但航行時仍會受飛行員疲勞耐受時間影響。例如：海軍“大黃蜂”F/A-18艦載戰斗機通常每次出擊的飛行距離不超過450英里，只能執行幾小時的任務。為此，美國海軍將為諾·格公司正在開發的兩架X-47B無人作戰飛機增加空中加油設備和軟件。這一變化將使海軍核動力航母有效打擊射程增加數千英里，即從遠海安全區域對太平洋地區的任意目標實施打擊，從而改變太平洋地區的力量平衡。
此外，無人機自主空中加油技術同樣可以在有人駕駛飛機上發揮重要作用。對飛行員來說，一次長達10至30小時的飛行任務(相當B-2轟炸機從美國中西部飛往伊拉克)是一個不小的挑戰，特別在起飛、著陸、轟炸和空中加油階段是飛行員最緊張的時候。如果采用了自動編隊和自主加油技術，就可以幫助減輕飛行員長距離飛行和惡劣天氣飛行的負擔。
從有人到無人需要突破飛行控制系統等核心技術
問：無人機空中自主加油有哪些技術難點？
答：需要解決精確導航、精確測量跟蹤、精確飛行控制三方面的技術難題。
在當前美國研究機構開發的自主空中加油驗證系統中，導航系統采用的是“gps＋慣性導航”的組合導航方式，并通過測量、解算加油機和受油機的相對位置、速度、加速度等相關數據，引導受油機從較遠距離接近加油機，組成精確加油編隊。
實現精確測量跟蹤，主要是在受油無人機上安裝光學測量跟蹤系統。通過對數碼圖像的解算，識別并鎖定加油機錐套，跟蹤測量錐套的相對位置、角度、距離、速度等數據，引導加油管和錐套的最后精確對接。
最核心的是飛行控制系統。首先，要根據組合導航和光學測量跟蹤系統提供的數據，精確控制無人機形成滿足空中加油要求的飛行編隊，進而完成對接；其次，要消除加油機和受油機之間復雜氣流以及加油過程中的重量、重心變化帶來的影響，保持加油編隊和無人機平臺穩定；再次，要克服突發氣流對無人機平臺的影響，并在加油編隊做標準轉彎機動時實施有效控制。
此外，還應具有完善的自動保護模式，一旦在對接過程中出現異常，飛控系統能夠控制受油機自動和加油機脫離。正是由于上述關鍵技術的突破和綜合應用，從而實現了空中加油從有人到無人的技術跨越。
問：美軍無人機空中自主加油技術經歷幾個發展階段？
答：針對無人機自主空中加油技術，美國空軍研究實驗室制定了一個分階段實現的發展路線圖：第一階段進行由有人飛機模擬無人機平臺的試飛驗證；第二階段利用F-16 VISTA變穩飛機模擬美軍典型無人機（如“全球鷹”“捕食者”）飛行特性的試飛驗證；第三階段，進行無人機對無人機的試飛驗證，從而實現空中加油技術從有人到無人的跨越。
越來越多的無人機將占據未來空戰場
問：目前美軍無人機空中自主加油技術進展如何？都有哪些機構在研究？
答：2006年8月15日，波音公司用改裝的“里爾”飛機，采用硬式加油方式，與一架KC-135R加油機成功驗證了無人機空中加油位置自動保持技術。
同年8月30日，德萊頓飛行研究中心用改裝的F/A-18飛機，與一架波音707-300加油機首次成功實現全自主空中軟式加油對接飛行。
RQ-4“全球鷹”無人機的開發商諾·格公司，一直在探討利用空中加油技術提升該型無人機的續航能力。為配合美國空軍研究實驗室的發展路線圖，該公司在美國航空航天局的支持下開展在兩架“全球鷹”之間進行自主空中伙伴加油技術的技術研發。美國航空航天局采購了兩架“全球鷹”無人機，安裝軟式加油系統，分別作為無人加油機和無人受油機，計劃在今年夏天試飛驗證無人機空中自主加油。
問：能談談無人機自主空中加油技術在未來的發展趨勢與實戰應用嗎？
答：美國空軍對無人機空中加油能力的發展十分重視。在最新的“2009一2047年無人機系統飛行計劃”中，中型無人機MQ-9“死神”的后續機型MQ-X在2030年應具備空中加油功能，并能夠作為小型加油機協助擴展其它機型執行任務；大型無人機RQ-4“全球鷹”的后續機型MQ-L在2030年前要求具備空中加油能力。美國空軍正在進行論證的新型轟炸機“下一代遠程攻擊系統”（NGLRS-Ⅱ），采用的就是一種能夠自主空中加油的無人轟炸機。
當前，美國空軍位居第一的采辦項目已不再是F-22“猛禽”戰斗機，而是對空軍具有重大影響的空中加油機。可以預見，隨著無人空中加油技術的發展與成熟，越來越多的無人機將占據未來空戰場，成為有人作戰飛機的強有力支援。
今夏美軍計劃組織的試驗，僅僅是真正意義上無人機自主空中加油飛行驗證的開始，無人機時代即將加速起飛。
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