战力倍增 美国海军MQ-4C“海神信使”无人机系统

  今年10月,美国海军将按照计划开始接收MQ-4C无人机,预计在2018年正式部署到关岛安德森空军基地。作为RQ-4“全球鹰”高空长航时无人机的海上衍生型,“海神信使”(Triton)无人机是诺格公司为美国海军精心设计的一种先进自主飞行器,主要角色是协助P-8A“海神”反潜巡逻机在大洋上空执行情报、监视与侦察(ISR)任务,正在成为美国海军的一种全新“力量倍增器”。

  在此之前,美国海军在位于马里兰州的帕图森特河海军航空站组建了“海神信使”综合测试团队(ITT),主要承担作战评估任务。随着MQ-4C无人机系统成功完成作战评估,各项数据表明了这种无人机系统的成熟度,为美国国防部批准“里程碑C”铺平了道路,并获准进入小批量生产。时隔一年多后,综合测试团队在今年3月向外界介绍了MQ-4C系统在性能测试和操作使用中的一些情况,从中可以进一步了解到这种海上监视无人机的作战方式和独特能力。

  集成多种系统

  “海神信使”综合测试团队由帕图森特河海军航空站、第20飞行测试与评估中队(VX-20)和“先锋者”飞行测试与评估中队(VX-1)等研制与作战测试部门的人员组成。该团队在帕图森特河海军航空站专门建造了一个设施,配备了3架MQ-4C无人机、一个足够容纳3架MQ-4C的机库以及飞行试验计划所需的不同类型控制站,包括在前方作战基地使用的控制站。

  MQ-4C及其承担的任务

  有许多令人感兴趣的地方。与“全球鹰”相比,MQ-4C在外部构型上看起来非常相似,但是在蒙皮下加强了机翼结构,不仅增加了一套防冰和除冰系统,还配备了多种机载系统,这些都使“海神信使”有别于美国空军的“全球鹰”系列。

  2015年下半年,综合测试团队和美国海军航空系统司令部下属的持久海上无人机系统计划办公室(PMA-262)为MQ-4C集成了最新的综合多功能能力2.2(IFC 2.2)软件,可以将诺格公司多功能有源相控阵雷达和雷锡恩公司的多频谱目标截获系统、电子支援措施、自动识别系统融为一体,达到基本的作战能力,满足国防部规定的“里程碑C”要求。

  凭借着出色的长续航能力,MQ-4C在广域监视领域具有无与伦比的优势,而出色完成ISR任务的关键是在机身腹部安装的多功能有源传感器(MFAS),其正式编号为AN/ZPY-3。这种雷达是第一种能够从极远的距离对海洋及沿岸实现360度持续覆盖的雷达系统,采用了2D有源电子扫描阵列,具备海上模式和空地模式,可以远距探测、识别和跟踪海上和沿岸的多个目标。

  根据海上任务需要,MQ-4C在机头下采用了雷锡恩公司研制的多频谱目标截获系统(MTS-B)。该系统具备了红外、光电、激光指示等能力,并采用了先进的数字体系结构,可以实现远程空中监视、高空目标截获、跟踪、测距,主要用于侦察和瞄准。它在技术上最突出特点是把图像融合能力作为标准配置,增强了图像处理能力,提高了清晰度。

  MQ-4C还根据海上巡逻任务需要安装了一种自动识别系统(AIS),可以接收到海面上行驶的船只通过VHF频段广播数据传输系统自动、定时播发的信息,有效地采集到相关的船籍、船型、位置和航向等多种数据,从而可以全面地掌控目标海域的战场态势,完善海上ISR手段。此外,该机还配备了ZLQ-1电子支持措施系统,用于检测、识别和定位雷达威胁信号。

  展开作战评估

  2015年11月至2016年1月期间,MQ-4C接受了作战评估。此次评估包括6次试飞和大约60小时的飞行时间,主要测试无人机的飞行包线性能及其传感器套件。6次任务都是在马里兰州海岸的警戒区内飞行,根据需要延伸到弗吉尼亚州南部的海角。其中,最长的一次任务时间超过12小时。

  作战评估还为综合测试团队提供了一种具有作战代表性的海上环境,用于测试机载视线和超视线数据链及其转发系统,向MQ-4C提供指挥与控制,并将传感器数据从无人机传输到任务控制站(MCS),实时分发给海上舰队的战术作战中心和情报分析部门。

  在6次飞行测试中,机组人员能够在地面站内有效地控制MQ-4C,并向美国海军的终端用户提供实时更新的数据。机组人员尝试了有效改进机队操作的多种方法,在使用过程中通过程序调试和发现软件存在的小问题,力求构建更好的用户界面,如减少某些功能所需的命令推送次数,同时认为传感器的性能非常出色。

  在作战评估测试中,测试人员主要关注传感器的稳定性、照相机系统的多功能性、全套通信系统(无线电、视距和卫星通信)的信息传输;传感器、通信与地面航空综合实验室(SAIL)模拟海上作战是否具有互操作性;无人机的可靠性。在评估期间,SAIL也被用于模拟不同类型的美国海军作战飞机,如P-8A反潜机,在6次飞行任务中均模拟了“海神信使”与P-8A之间的互操作性。

  在照相机性能方面,测试人员评估了MQ-4C检测一定尺寸船只的能力,并使用雷达检测和识别了船舶类型。他们还确定了探测小型渔船或巡逻艇的范围,并尝试探测了一艘较大型的海上竞速船的位置、航向和速度。

  作战评估计划的一个目标是在一次具有代表性任务中使用“海神信使”,其中一部分包括在不同条件下改变高度,特别是在不同空域和海域的环境条件下。这个阶段主要用于确定“海神信使”的性能,使无人机系统能够进一步发展和提升性能,因此,无论各种条件是否妨碍了传感器检测目标,无人机都将改变飞行高度。

  在作战评估期间,“海神信使”无人机系统证实了传感器性能和可靠性,海上目标的最大检测和识别距离超出了能力发展文件的要求,而“海神信使”机组人员能够通过通用数据链,将视频传输到地面的综合实验室。

  选择防撞技术

  MQ-4C无人机在研制过程中最具挑战性的要求之一是无人机必须具备在可控空域外安全飞行的能力。根据最初签订的合同,ITT Exelis公司将为MQ-4C提供一种机载感知与规避(ABSAA)雷达,也被形象地称为“预先关注”(Due Regard)雷达。这种雷达能够使无人机完全满足国际民用航空组织的要求,即军用和他国飞机在国际水域上空飞行时,都应该“预先关注”民用飞机的安全。

  按照设计,ABSAA雷达安装在无人机的鼻锥后面、卫星通信天线的前方,采用一种三面薄瓦式的有源电子扫描阵列,工作于Ku波段,探测距离大约为14~18千米,水平视场达到220度,俯仰视场达到60度。MQ-4C飞行期间,该雷达将向地面站提供信息,由操作员及时发出指令,让无人机远离可能发生碰撞的空域。从发展来看,具备自主飞行能力的MQ-4C将基于ABSAA雷达的数据,自行改变飞行路径。

  遗憾的是,由于技术问题和成本超支,美国海军在2013年6月终止了ABSAA项目,并专门成立了一个专家组来评估如何替代这一子系统。目前,PMA-262正在考虑选择一个技术解决方案,准备在正式宣布“海神信使”无人机系统具备初始作战能力(IOC)后,为其提供空中规避冲突和防撞的能力。目前,美国海军航空系统司令部正在研究合适的替代方法,包括已经集成在MQ-4C无人机中的程序和其它协同规避系统,以支持“海神信使”在IOC阶段的使用。

  美国海军在2016年11月宣布,将在MQ-4C上安装下一代空中防撞系统。目前,诺格公司已经到一份价格不菲的合同,将机载防撞系统X(ACAS X)的自动响应模块(ARM)安装进MQ-4C的航空电子系统中。

  ACAS X由麻省理工学院林肯实验室研制,可以探测和跟踪其它飞机,评估潜在的碰撞风险,及时发出提醒,以阻止空中相撞。该系统以每秒一次的频率提取和处理监视数据,针对每一架目标飞机来确定最佳的行动。ACAS X可以跟踪不同飞行模式的平台,从而允许相对于其它飞机更近距离地飞行,同时保持各种安全协议。

  验证作战概念

  在作战评估中,“海神信使”作战概念是在距离控制站数千千米远的空域保持一架MQ-4C无人机飞行。按照计划,两架MQ-4C分别部署在佛罗里达州杰克逊维尔海军航空站和华盛顿州的惠德比岛海军航空站。一旦MQ-4C系统交付美国海军正式服役,“海神信使”机队将有两组完全不同的机组人员,一组与MQ-4C无人机和MCS部署在前线作战基地(FOB),另一组驻扎在主作战基地(MOB)。像任何一种其它型号飞机一样,“海神信使”的任务也是从机组人员之间的任务规划和准备工作开始。机组人员包括一名无人机操作员(AVO)兼无人机指挥官、一名战术协调员(TACCO)和两名任务载荷操作员(MPO)。其中,AVO负责无人机的安全飞行及其为传感器的战术使用进行定位;TACCO负责协调战术画面;MPO从其控制站操作传感器。

  在MQ-4C无人机正式起飞前,机组人员开始听取任务简报,涵盖了安全性、特定项目、当天的任务和目标,以及飞行前所需的各种细节。然后,机组成员开始执行各自的职责。

  无人机指挥官在完成了飞行前检查后,将MQ-4C移交给测试控制员,他将确保没有遗漏无人机的所有事项。然后,无人机指挥官签署飞行起飞指令。因为“海神信使”的续航时间太长,所以在飞行任务的多个阶段,会使用多个机组人员,因此在飞行后半段,需要轮换机组人员。

  驻扎在帕图森特河航空站的ITT使用了两种任务控制站:一个前线作战基地MCS和一个主作战基地MCS。两名操作员并肩而坐,他们与机队的操作方式完全相同。

  在前线作战基地,MQ-4C处在视线范围之内,AVO的目的是控制地面上的无人机,执行起飞和初步爬升。随后,无人机的控制权交给主作战基地。所有控制站都能够同时控制飞机并保持无人机的指挥与控制。

  作战概念的目的是针对前线作战基地的AVO,一旦MQ-4C无人机在主作战基地人员的控制下执行任务,AVO将不再指挥与控制无人机。返回基地时,该机的控制权限再次移交给前线作战基地AVO,根据实际情况下达最终的下降、着陆和地面滑行的指令。

  演练舰机协同

  2016年3月,美国海军在“艾森豪威尔”号(CVN 69)航空母舰打击群的合成训练部队演习(COMPTUEX)期间,专门为MQ-4C无人机系统安排了一次联合测试。利用此次机会,ITT在合成演练期间着手实施了几项任务,为航母打击群的指挥官提供战场态势感知。“海神信使”机组寻找一支模拟的敌方作战部队,利用雷达和照相机识别,并将作战部队的网络化全动态视频实时传输给航母战斗群的指挥官。

  测试表明,流媒体视频可以很好地传输给航母战斗群。MQ-4C在演习中表现出色,通过与航母战斗群相互配合,能够使用所有的任务传感器。同时,P-3C和P-8A反潜机也参加了此次演习,很好地展示了“海神信使”无人机系统在今后几年与反潜机队协同作战的方式。

  VX-20中队的P-8A反潜机和MQ-4C无人机在分别执行各自的测试任务时,都能够实现互操作。根据高分辨率视频和其它数据的传输需要,MQ-4C将“全球鹰”使用的10.7兆字节/秒的数据链更新为一种非专用的数据链,将容量增加了一倍。该机还将集成一种VHF/UHF中继载荷,以便作为低空飞行的海上巡逻飞机和直升机与水面船只的通信中继平台。

  2016年6月2日,“海神信使”无人机从帕图森特河航空站起飞,执行测试任务。在此期间,该机用MTS-B系统跟踪目标,为保持在一定距离外的P-8A反潜巡逻机上的机组人员提供了作战空域的态势感知信息。无人机首次在飞行期间,通过通用数据链,将目标的全动态视频传输给P-8A。在作战环境中,这使P-8A机组人员在飞机到达预定空域之前,就能够熟悉相关的感兴趣目标和周围的船只。

  “海神信使”无人机系统可以在超过15850米的高度持续飞行24小时,使其任务系统在一次任务中能够监测5.179万平方千米的海洋面积和沿海区域。然而,处于作战评估阶段的MQ-4C受限于携带的燃油量,暂时还不具备昼夜持续留空能力。

  2016年6月,MQ-4C计划达到了一个重要的里程碑。当时,ITT团队执行了一次任务,将“海神信使”的重载包线扩展到全燃油载荷,这是MQ-4C无人机实现24小时续航飞行的关键要求。该机以重载构型,在第一次任务中完成了所有的测试目标,同时在一个6100米的高度上正常工作。随后,该机在6月14日进行了第二次飞行,在9150米的高度上成功完成了测试。

  2016年8月22日,美国国防部负责采购、技术和后勤的副部长弗兰克·肯德尔正式批准了美国海军MQ-4C无人机系统发展计划的“里程碑C”评审结果,标志着“海神信使”无人机系统获准进入低速初始生产(LRIP)阶段。

  准备作战部署

  按照最初的“广域海上监视”(BAMS)计划,美国海军计划采购68架MQ-4C无人机,与117架P-8A反潜机组成编队,逐步替代现役的P-3C巡逻机。但是,美国海军航空系统司令部负责MQ-4C计划的吉姆·霍克上校透露,美国海军可能考虑减少MQ-4C的采购数量,因为它的可靠性高出预期。

  2016年10月28日,美国海军在佛罗里达州杰克逊维尔海军航空站组建了第一支配备“海神信使”的无人机巡逻中队(VUP-19),标志着自主系统的历史性转变。该中队由操纵MQ-4C的后方任务人员组成,将在今年底形成早期作战能力。首批两架MQ-4C基准构型无人机和一个发射、回收与维护团队最早将在2018年夏天部署到关岛安德森空军基地,着手建立一个前线作战基地。

  关岛位于美国海军第七舰队的任务范围内,在一年内将部署两架MQ-4C,部署时间为两年。MQ-4C从关岛起飞后,可以直接飞往南中国海或日本海,实施不间断侦察。在此期间,MQ-4C的雷达、电子支持措施和自动识别系统方面的功能将得到进一步改进,其后美国海军将装备一种早期作战构型。

  2016年第四季度,PMA-262决定将初始作战测试与评估阶段从2017年第四季度推迟到2020年第四季度,改变了“海神信使”无人机系统的采购策略。这一改变的主要目的是力求与MQ-4C第一种作战构型的研制与交付保持同步,这种构型将具备“海神信使”最为重要的多情报能力。

  多情报系统将为“海神信使”提供电子和信号情报功能,包括传感器和相应支持的软件与硬件,后者可以处理机密、敏感和隔离的信息。多情报构型将有效扩大现役P-8A反潜机所具备的海上ISR能力,并最终取代目前执行大多数任务的EP-3“白羊座Ⅱ”情报搜集飞机,这是美国海军装备MQ-4C的主要目的。

  诺格公司在今年4月4日宣布,隶属于ITT的一架MQ-4C在加载了经过升级的软件后,已经完成了首次飞行。新软件旨在改进无人机的空中防撞系统(TCAS)、多机控制和AN/ZPY-3雷达的附加作战模式。4月18日,美国海军航空技术训练中心在穆古角正式启用了MQ-4C系统的维护训练校舍,开始为即将接收和部署“海神信使”做好各项准备。今年晚些时候,ITT将着手测试IFC3.1软件。

  与此同时,MQ-4C无人机正在国际市场获得一些国家的青睐。作为P-8计划的合作伙伴,澳大利亚将采购8架P-8A反潜巡逻机,同时也决定引进7架MQ-4C,将在2023年正式服役。由此,美国海军相应取消了原定在印度洋的迪戈加西亚基地部署MQ-4C的计划。目前,德国正在评估MQ-4C的关键技术数据,考虑将其作为“欧洲鹰”监视与信号情报计划终止后的替代方案。在亚洲,印度对MQ-4C表示出了浓厚兴趣,日本航空自卫队被认为是一个潜在用户。

  文/温杰

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