舰载无人机和无人机航母的问题

在空军和陆军方面,无人机成为改变战场的现象级飞行装备,但在海上,无人机似乎发展乏力。岸基无人机不算,那与空军和陆军的陆基无人机没有本质上的差别,只是任务系统面对海上环境。有意义的海军无人机需要是舰载的。

海军对无人机的需求与空军和陆军一样迫切,但无人机与航母的适配是一个问题。无人机上舰的问题不在于无人,而在于“机”。

飞机上舰需要解决:

1、 有限甲板长度上的起飞、着舰问题

2、 有限甲板宽度上的飞机甲板运作问题

第一个问题得到普遍关注。最简单直接的解决办法是降低起飞、着舰速度,否则就要用弹射起飞、拦阻索降落了。第二个问题用折叠机翼可以降低停机时的占地,但起飞和着舰还是需要机翼展开到最大翼展才能得到足够的升力,过大的宽度很影响甲板运作,这个问题较容易受到忽视。

无人机是统称,实际上可大体划分为多旋翼、大翼展、常规高性能和特种构型四大类。

大疆是多旋翼无人机的典型,可垂直起落,对起降场要求最低,但速度慢,续航时间较低。对海军来说,多旋翼几乎可在任何舰艇上起落,但只适合在离舰不远的地方短时间使用。用于护航反潜、扫雷还有可能,用于诱骗来袭导弹或者电子战也行,用于海空巡逻和预警、海上攻击、空中拦截就不行了。

彩虹和翼龙是大翼展无人机的典型,需要跑道起落,速度比大疆快,但依然属于中低速飞机。大翼展无人机最大的强项是超长的续航时间,这对海上巡逻很重要。大翼展也适合高空飞行,对预警有利。海上C4ISR(指挥、控制、通信、计算机、情报、监控、侦察)是打击链的眼睛和耳朵,耳清目明才能拳拳到肉。载重能力不足问题不大,海上攻击、空中拦截可以由舰载导弹担任。问题是大翼展在航母上起落不便。E-2D、空警-600采用独特的气动外形,最大的原因就是缩短翼展和甲板上的占地,便于航母上运作和起落。

常规高性能以X-47B和MQ-25为代表,飞行性能与对应气动布局的常规固定翼飞机相当。常规高性能的起飞重量大,系统复杂,成本高,只有大甲板航母才可能运作。这是有人舰载机的有力补充,但还谈不上开拓了海军无人机的新维度。常规高性能在航空技术上没有跨不过去的坎,问题主要出在自主作战控制。多旋翼和大翼展无人机一般不用于直接的高对抗性作战,所以这方面问题较小。

特种构型就一言难尽了,典型的有美国TERN坐地起落式无人机。坐地起落是50年代曾经流行的垂直起落方式,在起飞状态时,飞机机尾朝地,机头朝天,发动机推力全部用于产生直接升力,起飞后转入平飞。着舰时,首先转入机头朝天、机尾朝地的姿态,然后在发动机推力的控制下垂直降落。这样的构型不再有升力发动机和巡航发动机交替使用或者联合使用的问题,升力发动机和巡航发动机一体化了,而且对产生直接升力并无特殊设计,在理论上有很大的优越性。

但在实用中发现,飞行员在起飞、着舰状态脸冲天,后脑勺冲地,很难看清地面参照,很难控制飞行姿态,很难确保着舰状态的飞行安全。不过这个问题在无人机时代不存在,地面遥控起飞、着舰是与机上飞行员完全不同的视角,相对简单直接。机上全向全时光电系统也没有难度。问题是在垂直停放状态下,重心很高,甲板作业受到舰船颠簸的影响很大。另外就是在垂直状态下受到侧风的影响很大。这些因素限制了海上使用。

串列翼、搭接翼、固定翼-多旋翼混合是其他选项,各有各的优缺点。

在可预见的将来,大翼展无人机是海军与空军和陆军达到最大限度技术共用的有效途径,非常适合用于海上广域C4ISR。

以055级驱逐舰为核心的水面战斗群具有强大的远洋对海、对空、对陆打击能力,解决了海上广域C4ISR问题后,可成为航母战斗群的强有力的补充,或者在远洋独当一面。在第一岛链,052D和054A是有用的战斗力和较低成本的完美结合,得到海上广域C4ISR和岸基火力的支持后,可形成有效的海上控制,不仅拒止敌对势力的进入,还使得海洋为我所用。

但要解决大翼展无人机的起飞、着舰问题。

大翼展飞机的升阻比高,起飞和着舰速度低,是有利于上舰的。问题是,大翼展的扫过宽度也大,需要很宽大的甲板才能起飞和着舰。RQ-4“全球鹰“的翼展达到35米,相比之下,E-2D“鹰眼”为24.6米,基本上是有人舰载机里最大的。更加常见的舰载机翼展一般在13-15米级,如X-47B为15米,F-35C为13.1米,F-18E为13.5米。MQ-9“死神”为20.2米,比E-2D小,比所有其他舰载机大,但MQ-9的起飞重量比上述所有舰载机都小多了,最大起飞重量只有4.7吨。

航母的宽度要大得多。“福特”号的甲板宽达77米,小型航母如意大利的“加富尔”号也有39米。问题是,航母有很高的出动率要求,甲板不仅是起飞着舰的地方,也是停机和装弹、加油的地方,不能为了起飞着舰而清空甲板。

航母也有很高的安全性要求,甲板上堆满易燃易爆品,出事故就是大事故。翼尖不仅不容许触及舰岛和停放的飞机,还要保持足够的安全距离。为了飞行安全,一侧机翼在舷外悬空也不可行,那样机轮的滑行线离舷侧太近,不安全。两侧机翼有地效差别,产生的升力不一致,也不利于安全起飞和着舰。

这意味着大甲板航母运作MQ-9一级的大翼展无人机都需要把小飞机当作大飞机运作,甲板效率较低。小型航母更加勉为其难。

然而,无人机成本较低,起飞重量较小,起飞、着舰速度较低,甚至不需要弹射、滑跃和拦阻索就可以上舰,本来在理论上适合与较小、较低成本的无人机航母相匹配,极大地改变航母越造越大、越来越昂贵的问题,问题在于大翼展。

可能需要回到二战前全平甲板航母的老路了。

最早的航母是全平甲板的。在传统船型基础上,甲板全平,没有突出的舰岛。这不是什么富有远见的天才设计,只是解决飞机上舰的过渡之举。

无舰岛的全平甲板便于飞机起飞、着舰,也仅此而已。很快,人们在实践中发现,需要一个舰岛。不仅航海指挥需要一个居高临下的指挥所,航空指挥更加需要。这是控制舰载机放飞、回收的神经中枢,也是甲板上飞机和装弹、加油的调度中心。在目视海空观察时代,这还是登高望远的理想地方。

左置舰岛和右置舰岛没有好坏之分,只是习惯而已。前置、中置、后置舰岛则是各种设计要求权衡的结果。

这也是直通甲板的时代,还没有斜甲板。起飞、着舰和停放都在同一个直通甲板上。在极端情况下,后甲板停满飞机,前甲板放飞;或者前甲板停放刚回收的飞机,后甲板着舰。前者的问题只是起飞跑道缩短,后者的危险性则显而易见,着舰飞机停不下来就一头撞进停放的飞机了。所以二战后航母都采用直斜两段式甲板,起飞和着舰分开了,起飞还得到弹射助力。

斜甲板和舰岛之间还增加了额外的“三角区”,用于停机、装弹。直斜两段甲板的代价是舷侧外飘加大。为了恢复横摇稳定性,吨位不断加大。

但大翼展对甲板宽度提出“不现实”的要求,用全平直通甲板反而是有用的“返璞归真”。无人机的自主着舰问题相对容易解决,自主起飞更容易解决。重点在于海上广域C4ISR的话,需要的是可持续的循环出动,但出动率要求并不高。这大大缓解了甲板调度的难度,甚至容许为起飞和着舰的无人机清空甲板,其余飞机在折叠机翼后用升降机在甲板下机库和甲板之间转移,以便回收作业和待命起飞。

甲板全平化后,航空和航海指挥可通过可升降的现代光电桅杆来解决。在出动率要求不搞的情况下,这是可行的。海空作战指挥由编队内的055或者052D担任,无人机航母只需要负责无人机的放飞和回收。

为了赢得额外的可用甲板宽度,光电桅杆可以安装在从舷侧外挑的舷台上,加大桅杆与滑行线的距离,避免碰撞的可能,也不再升降。由于舷台和桅杆重量相对较轻,对横摇稳定性的影响不大。

在理论上,大甲板航母的舰岛也可用光电桅杆替代,解放出来的甲板面积极大地便利于甲板调度,增加甲板停机数量,提高周转率和出动率。但大甲板航母的出动率要求高得多,在可预见的将来,常规舰岛可望进一步缩小,但还不能被光电桅杆所取代。

这样的全平甲板无人机航母可以吨位较小,降低指挥和观通要求进一步降低建造成本。055级宽度为23米,052D为19米,但这些是按照较大的长宽比和较高的航速设计的。适当增加吨位,降低长宽比,增加外飘,可以舒适地部署大翼展无人机。比如“加富尔”号约3万吨,甲板宽度达到39米,2.6万吨的“出云”号也达到38米。如果全平的话,部署RQ-4“全球鹰”一级的重型无人机都可达到宽度要求。

在这样的情况下,从055的基本舰体开始,适当增加吨位,加大舰体和增加外飘,加装电弹、电拦,甚至不一定需要电弹、电拦,就可以搭载4-6架“全球鹰”一级的HALE无人机,成为高性能广域C4ISR平台,可持续地控制大片海洋;或者混合搭载6-8架MALE无人机加6-8架X-47B一级的常规高性能无人机,补充大甲板航母的作战,或者用作 055水面战斗群的空中奇兵,当然这就必须有电弹、电拦了。富余的甲板和机库容量可搭载额外的重型直升机,加强编队的反潜能力。

反过来,注重于MQ-9一级相对较小的大翼展无人机的话,只要不超过25米的宽度就可安全运作。也就是说,从052D开始,适当增加外飘,都是可能做到的。8000吨级的无人机航母成本较低,适合大量建造和部署,每艘搭载6-8架MALE无人机,这是新质的海上战斗力。

陆军的MALE无人机已经普遍具有察打一体的能力,但用的都是小型弹药,打击坦克、工事没有问题,打击舰船就力不从心了。海上MALE无人机也一样,用于察打一体的话,只能打击小型的海盗船、无人艇,或者近岸的一般目标,重磅打击还是要靠舰载导弹或航母出动的舰载机。

MQ-9一级的MALE无人机用于海上广域C4ISR不能取代E-2D一级的预警机,但是有用的补充。多架MALE无人机可提供有效的广域覆盖,并用雷达、红外、光电等多种手段互相补充。MALE无人机还可以在通信卫星故障或者战损的时候,提供远程中继通信能力。

对于中低烈度战场,察打一体MALE无人机和无人机航母是高效、低成本的组合。对于高烈度战场,HALE、MALE和UCAV无人机和无人机航母既可与水面战斗群配合独立作战,作为航母战斗群的延伸;也可直接编入航母战斗群,用无人机补充航母的有人机作战。这是适合从低烈度到高烈度的全频谱武器系统,没有“高端低用”或者“不堪重用”的问题。

MALE无人机的起飞、着舰速度较低,上舰改装相对简单,折叠机翼可能是最大的挑战。折叠机翼本身已经是成熟技术,但翼展太大后,折叠机翼要么依然留下太大的内翼段宽度,要么相对折叠后翼尖碰撞。有可能需要一些创意,比如两段式折叠,或者斜向折叠,一侧向前斜折、另一侧向后斜折,以避开左右机翼相对折叠时的碰撞。此外,需要适当加强起落架和防盐雾,还需要加强自动起飞和着舰能力。

MALE无人机本身具有较长的留空时间,如果空中加油的话,还可以进一步提高留空时间,这对海上广域C4ISR有很大的意义,也充分利用无人机不受飞行员生理限制的有点。中低速的MALE无人机之间的伙伴加油没有不可克服的技术困难。

在船型上,无人机航母可以从两栖攻击舰发展而来。两攻具有宽大的平甲板,075那样的全通甲板两攻更接近无人机航母,坞舱可用于搭载无人艇和潜航器,这是海上战争与无人机相媲美的新维度。从艉门泛水进出大大简化了收放作业。但两攻短肥的船体不利于提高航速,对无人机起降的影响不是大问题,但对跟上舰队行动的影响较大。

还是从细长船型开始发展为好,航速较高,便于与驱护舰配合作战,也便于编入航母战斗群时跟上编队。

同时,驱逐舰有大中之分,055和052D互相补充,无人机航母也可以这样。8000吨级的中型无人机航母用于与052D、054A编队作战,只搭载MQ-9一级的MALE无人机,主打第一岛链或者远洋中低烈度作战;20000吨级的大型无人机航母搭载RQ-4级和X-47B级无人机,配备电弹和电拦,可与055配合作战,也可与大甲板航母配合作战,主打高烈度作战。由于建造和运作成本相对较低,同时建造都是可能的。

舰载无人机是大有潜力的领域,无人机航母可能决定性地改变海战,值得认真考虑。

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