2013防務(wù)技術(shù)前瞻

1/12013防務(wù)技術(shù)前瞻2013防務(wù)技術(shù)前瞻高超聲速技術(shù)美國國防預(yù)先研究計劃局（DARPA）在七八十年代投入隱身技術(shù)的研發(fā)了世界最先進(jìn)的隱身飛機(jī)。

當(dāng)前，其戰(zhàn)略優(yōu)勢受到了其他國家隱身及反隱身能力的威脅，保證其戰(zhàn)場空間的優(yōu)勢地位則需要提高速度及航程。

在DARPA看來，高超聲速技術(shù)可以替代隱身技術(shù)保證國家的戰(zhàn)略優(yōu)勢，因此DARPA繼續(xù)投資高超聲速空氣動力學(xué)。

超過馬赫數(shù)20的高超聲速飛行可使國防部在一小時內(nèi)全球投送力量，如今在幾十年的研究后有了重大的進(jìn)展。

DARPA負(fù)責(zé)人凱姆加比埃爾表示，國防部的高超聲速技術(shù)開發(fā)在幾個關(guān)鍵領(lǐng)域獲得了進(jìn)步，包括空氣動力學(xué)、氣動熱效應(yīng)、導(dǎo)航制導(dǎo)及控制。

戰(zhàn)略辦公室負(fù)責(zé)人表示，至今還沒有解決一個完全的高超聲速系統(tǒng)方案，這一高超聲速綜合項目將導(dǎo)致該領(lǐng)域的投資調(diào)整。

這個項目將涉及五個主要領(lǐng)域：

熱防護(hù)系統(tǒng)及熱結(jié)構(gòu)、空氣動力學(xué)、導(dǎo)航制導(dǎo)與控制、儀器儀表和推進(jìn)系統(tǒng)。

速度在馬赫數(shù)20以下，飛行器在大氣層中運行，將超過煉鋼爐達(dá)到3500華氏溫度，并且殼體承受極大壓力。

熱防護(hù)和熱結(jié)構(gòu)主要改進(jìn)材料在高溫環(huán)境下的特性，以承受高溫及結(jié)構(gòu)負(fù)荷。

另一個目標(biāo)則是優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計及制造方法，使得殼體適應(yīng)高馬赫數(shù)飛行的需要。

激光射束驅(qū)動技術(shù)2012年下半年，洛馬公司和激光驅(qū)動公司（LaserMotive，Inc.，一家專門從事激光射束動力商業(yè)化應(yīng)用的研發(fā)公司）在一個風(fēng)洞內(nèi)驗證了一種創(chuàng)新的激光動力技術(shù)該系統(tǒng)成功將洛馬公司闊步者（Stalker）無人機(jī)系統(tǒng)的連續(xù)飛行時間延長到了超過48小時，這相當(dāng)于闊步者自身能力的24倍。

闊步者是一種小型的安靜型UAS，參加驗證的無人機(jī)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母难b，加裝了激光驅(qū)動公司的專利系統(tǒng)，使之能夠接收激光射束通過無線方式不間斷傳輸?shù)哪芰俊?/p>

當(dāng)驗證結(jié)束時，闊步者的機(jī)上電池所存儲的能量比驗證開始時還要高。

研究小組結(jié)束驗證僅僅是因為闊步者的連續(xù)飛行時間已經(jīng)超過了最初設(shè)定的目標(biāo)。

洛馬公司臭鼬工廠（SkunkWorks）對驗證結(jié)果表示滿意，并認(rèn)為類似于激光射束的地對空能量補(bǔ)充系統(tǒng)將允許公司提供實際上是無限的航時，進(jìn)而可以延伸和擴(kuò)展闊步者的任務(wù)剖面。

這一驗證是把激光射束動力飛行技術(shù)投入實用的最終步驟之一，對于電動無人機(jī)來說，該技術(shù)最終將提升其能力、延長其航時和拓展其任務(wù)。

自主空中加油技術(shù)2012年9月30日，DARPA主導(dǎo)的高空自主空中加油（AutonomousHigh-AltitudeRefueling，AHR）項目正式結(jié)束。

在該項目中，DARPA、諾斯羅普格魯門公司和美國NASA代頓飛行研究中心利用2架經(jīng)過改裝的RQ-4全球鷹無人機(jī)（UAV），成功地完成了接近和編隊試飛，驗證了自主空中加油技術(shù)。

早在2007年，DARPA就與NASA聯(lián)合進(jìn)行了自主空中加油驗證，證實了高性能飛機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)自主空中加油（與常規(guī)加油機(jī)配合）。

現(xiàn)在，DARPA通過AHR項目，對UAV在具有挑戰(zhàn)性的高空飛行環(huán)境中實現(xiàn)安全的全自主空中加油進(jìn)行了探索，解決了這一能力空白。

在該項目在加利福尼亞州愛德華茲空軍基地進(jìn)行的最后一次試飛中，2架經(jīng)過改裝的全球鷹飛機(jī)以緊密編隊方式進(jìn)行了飛行當(dāng)時兩機(jī)在13655米的高度進(jìn)行了超過2.5小時的自主匯合飛行，在其中大多數(shù)時候，前方加油機(jī)的錐套與后方受油機(jī)的輸油管相距不超過100英尺（30.48米）。

這次試飛首次驗證了高空長航時（HALE）等級的UAV能夠安全、自主地在空中加油條件下操作。

自適應(yīng)發(fā)動機(jī)在許多人看來，自適應(yīng)（ADAPTIVE）發(fā)動機(jī)是自渦扇發(fā)動機(jī)問世以來，噴氣發(fā)動機(jī)領(lǐng)域最大的技術(shù)跨越。

這種采用變循環(huán)原理和第三股氣流（ThirdStream）技術(shù)的新型發(fā)動機(jī)與當(dāng)前的渦扇發(fā)動機(jī)相比，可以減少25%的污染物排放。

目前，通用電氣和羅羅公司都計劃于2013年開展發(fā)動機(jī)驗證機(jī)的地面測試；與此同時，按照美國空軍此前授予的合同，通用電氣及普惠公司正在對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行完善和測試，并計劃2016年進(jìn)行新型自適應(yīng)風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的測試。

與傳統(tǒng)的渦扇發(fā)動機(jī)相比，這種變循環(huán)發(fā)動機(jī)除了擁有高壓和低壓兩個涵道外，還有第三個涵道。

發(fā)動機(jī)工作時，如果關(guān)閉這個涵道，則可以使更多的氣流通過高壓核心機(jī)，從而提高起飛和超聲速階段的推力；如果打開，則可以使更多空氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)，從而降低巡航時的油耗和排放。

此外，采用這種技術(shù)還可以在更寬的推力范圍內(nèi)使進(jìn)氣量與發(fā)動機(jī)相匹配，減小阻力，而額外的低壓氣流還可以改善飛機(jī)的冷卻系統(tǒng)。

吸氣式火箭發(fā)動機(jī)盡管維珍銀河公司和XCORAerospace公司已經(jīng)用吸氣式火箭發(fā)動機(jī)動力飛行器抵達(dá)了大氣層邊緣，但要想依靠吸氣式火箭發(fā)動機(jī)動力實現(xiàn)像飛機(jī)一樣完全可重復(fù)的太空飛行還是個夢。

不過，在2013年，該領(lǐng)域?qū)⒂锌赡軐崿F(xiàn)大的技術(shù)突破。

要實現(xiàn)飛行器完全可重復(fù)的太空飛行，其中的關(guān)鍵就是研制出實用的吸氣式火箭發(fā)動機(jī)組。

目前，英國正在開展一項名為佩刀（Scabre）的發(fā)動機(jī)驗證項目，既能用作噴氣發(fā)動機(jī)，也能用作火箭發(fā)動機(jī)，能使飛機(jī)以高達(dá)5倍聲速的速度在大氣層內(nèi)飛行，或以20倍聲速的速度直接進(jìn)入地球軌道。

該項目中采用了一項開創(chuàng)性的預(yù)冷器技術(shù)，能夠在百分之一秒內(nèi)使吸入的氣流溫度冷卻1150度。

該技術(shù)可以使吸氣式火箭發(fā)動機(jī)的速度達(dá)到馬赫數(shù)5，并可以用作單級入軌航天器的動力。

佩刀發(fā)動機(jī)在工作過程中，當(dāng)空氣進(jìn)入入口時，熱交換器冷卻大氣空氣，此時大量空氣通過渦輪壓縮機(jī)然后進(jìn)入到火箭發(fā)動機(jī)的燃燒室，與液體氫燃料一同燃燒為飛行器提供動力。

當(dāng)飛行器的速度達(dá)到馬赫數(shù)5.5，佩刀發(fā)動機(jī)會轉(zhuǎn)入純火箭動力模式，以燃料箱中的液態(tài)氫和液態(tài)氧作為燃料工作。

佩刀項目預(yù)計2015年開始進(jìn)行縮比驗證機(jī)地面測試。

水面/水下無人駕駛艦艇無論是在水面還是在水下，未來的無人駕駛艦艇在能力上都將有一個跨越式發(fā)展。

由于遙控技術(shù)和傳感器技術(shù)的驅(qū)動，發(fā)展全自動、長航時的無人駕駛艦艇成為多個國家關(guān)注的重點領(lǐng)域，這種艦艇能夠在近海海面巡邏，也能在水下追蹤他國潛艇。

目前，美國海軍官方公開了一項大排水量水下無人駕駛艦艇（LDUUV）研制計劃，旨在驗證無人艦艇的傳感器、自動化以及作戰(zhàn)等方面的技術(shù)，這種艦艇可以不依靠其他艦艇協(xié)助獨自部署數(shù)月之久。

按照美國海軍的打算，LDUUV的綜合能力要超出不依賴空氣推進(jìn)（AIP）潛艇5～10倍，有觀點認(rèn)為該計劃有可能采用氧化物電池作為動力源。

LDUUV計劃在2020年投入部署。

與此同時，科學(xué)應(yīng)用國際公司（SAIC）DARPA開始合作開發(fā)反潛型連續(xù)跟蹤無人駕駛潛艇（Actuv）。

Actuv采用全自動導(dǎo)航模式，可以躲避其他船只以及海面和水下的潛在危險，其可以對噪聲很小的先進(jìn)柴電潛艇連續(xù)跟蹤80天以上，航程超過6200千米。

預(yù)計2015年，Actuv首艘試驗艇就投入測試。

群體虛擬設(shè)計通過互聯(lián)網(wǎng)組建的設(shè)計團(tuán)隊，其設(shè)計和制造的步兵戰(zhàn)斗車輛，能否優(yōu)于傳統(tǒng)工業(yè)模式下的同類產(chǎn)品？美國國防預(yù)先研究計劃局（DARPA）正在尋找答案，他們計劃在今年1月末啟動設(shè)計3項下一代快速自適應(yīng)（FANG）地面車輛計劃中的一項。

依托新型的設(shè)計模式和設(shè)計工具，通過虛擬協(xié)作以及鑄造、生產(chǎn)流程，F(xiàn)ANG計劃的目標(biāo)就是研制一款高性能水陸兩棲戰(zhàn)斗車輛，但是研制周期僅相當(dāng)于傳統(tǒng)研制模式的五分之一。

這種群體虛擬設(shè)計模式之前已經(jīng)在DARPA和NASA內(nèi)部進(jìn)行了測試，以解決算法問題。

但是將這種模式用于戰(zhàn)斗車輛的設(shè)計，獨立的設(shè)計師被虛擬地集合在一起，并且與傳統(tǒng)設(shè)計模式相比他們無法獲得來自五角大樓的資源和相關(guān)支持，因此DARPA會在設(shè)計和制造過程中提供專家支持。

目前，共有三個團(tuán)隊參與了FANG地面車輛虛擬設(shè)計的競爭，在之后的12個月里，他們必須完成設(shè)計并制造出一輛樣車，然后交由海軍陸戰(zhàn)隊進(jìn)行測試。

戰(zhàn)場支援系統(tǒng)在阿富汗戰(zhàn)場上，能夠運載作戰(zhàn)物資以減輕人員負(fù)擔(dān)的無人駕駛車輛首次亮相。

但是類似的全自動的獨立系統(tǒng)如要要能夠在真正意義上實現(xiàn)負(fù)重作業(yè)，那么他們必須智能地跟隨作戰(zhàn)士兵各處奔跑。

DARPA的步兵班戰(zhàn)斗支援系統(tǒng)（LS3）計劃，旨在研發(fā)出一款四腿機(jī)器人，可以負(fù)重達(dá)180千克，跟隨戰(zhàn)場的士兵部隊攜帶重型載荷，就像訓(xùn)練有素的動物一樣。

2012年上半年完成戶外測試后，美國波士頓動力公司準(zhǔn)備對他們研制的LS3系統(tǒng)進(jìn)行升級，使其能夠在2014年配屬美國海軍陸戰(zhàn)隊并參加作戰(zhàn)演習(xí)。

同時，DARPA還發(fā)起了一項名為機(jī)器人技術(shù)挑戰(zhàn)的研制計劃，希望研制出在機(jī)動性和靈活性方面都更勝一籌，并且在危險環(huán)境中有能力像人類一樣使用同樣的武器設(shè)備進(jìn)行攻擊和自衛(wèi)的更先進(jìn)的機(jī)器人。

可選擇駕駛飛行器可選擇駕駛飛行器（OPV）能否成為下一輪高性價比、可執(zhí)行特殊任務(wù)飛行器中的大熱門？這種飛行器既能在民航空域由飛行員駕駛飛行，又能依靠機(jī)載傳感器系統(tǒng)實現(xiàn)無人駕駛長距離飛行，并且使用成本遠(yuǎn)低于當(dāng)前空中國王等熱門機(jī)型。

關(guān)于上述問題，美國極光飛行技術(shù)公司和諾斯羅普格魯門公司相繼給出了肯定答案。

極光飛行技術(shù)公司研制的單價450萬美元的半人馬座OPV飛行器，已經(jīng)獲得了來自瑞士的訂單，瑞士國防部準(zhǔn)備將其用于無人機(jī)系統(tǒng)與民航空域融合的測試。

諾斯羅普格魯門公司則計劃在今年上半年向客戶交付首架雙座型火鳥OPV。

極光飛行技術(shù)公司選擇的路子是在鉆石公司DA42系列上進(jìn)行改進(jìn)，而諾斯羅普格魯門的路子則是研制全新的火鳥高空長航時無人機(jī)，同時能夠由飛行員駕駛。

上述兩種飛機(jī)續(xù)航時間都超過了24小時，半人馬座載荷能力為90千克，火鳥載荷為560千克。

微型無人機(jī)雖然隱私和安全問題一直都是無人機(jī)在美國國內(nèi)空域飛行遭到反對的主要原因，但是美國的警察部門都在現(xiàn)有法律框架下，有條不紊地推進(jìn)部署無人機(jī)的計劃。

而關(guān)于無人機(jī)的選擇，很多警察部門都傾向于微型旋翼無人機(jī)，其主要優(yōu)點是價格適合、易于操作且具有垂直起降能力。

加拿大DraganflyInnovations公司研制的四旋翼X4型無人機(jī)和六旋翼X6型無人機(jī)，在該市場上雖然一直處于領(lǐng)先位置，但是后來者帶來的競爭威脅越來越明顯。

此類無人機(jī)通常采用電池動力，雖然續(xù)航時間通常只有20分鐘左右，但是足以獲得大量有用的現(xiàn)場畫面和錄像，而其使用成本要比有人駕駛直升機(jī)低得多。

在2012年末，微型旋翼機(jī)已經(jīng)被用于監(jiān)控利比亞和莫斯科的一些活動。

可佩帶的顯示器事實證明，顯示器個人化的趨勢越來越明顯，如果士兵們要融入互聯(lián)網(wǎng)，那么他們就需要顯示器，而現(xiàn)在加固型的單兵筆記本仍顯沉重，且耗能又易碎。

所以，研制輕便靈活，可以戴在手腕或者集成到服裝和防護(hù)鏡上的電腦顯示器，已經(jīng)成為一個大趨勢。

目前，美國陸軍正在測試可戴在手腕上的便攜式顯示器，而美國空軍正在測試集成在護(hù)膝上的觸屏式L-3型顯示系統(tǒng)，該顯示器采用堅固的發(fā)光二極管（OLED）有機(jī)塑料為原材料制造。

上述便攜式顯示器的一個共性就是尺寸小，只有4.3英寸。

2012年，美國軍方支持亞利桑那州立大學(xué)可折疊式顯示器研發(fā)中心設(shè)計研發(fā)了7.4英寸全彩OLED屏幕，為全動態(tài)可折疊設(shè)備的研制奠定了基礎(chǔ)。

在DARPA的領(lǐng)導(dǎo)下，美國多家公司正在聯(lián)合推進(jìn)精密近距離空中支援計劃，該計劃下研制的增強(qiáng)現(xiàn)實畫面作用的顯示器將允許地面人員直接控制無人機(jī)上的傳感器和武器系統(tǒng)，并能夠顯示武器命中的目標(biāo)的效果。

對面/對海主動相控陣?yán)走_(dá)憑借出色的可靠性以及多任務(wù)性能，主動相控陣?yán)走_(dá)（AESA）已經(jīng)改變了軍用航空領(lǐng)域。

現(xiàn)在，這項技術(shù)開始向陸地和海上轉(zhuǎn)移。

在海上，由法國泰雷茲公司研制的APAR主動陣列雷達(dá)已經(jīng)裝備了三個歐洲國家的海軍護(hù)衛(wèi)艦，而美國海軍第一種配備主動相