美国陆军研究如何使用无人机为前线部队运送面包和子弹,美军如何自动驾驶直升机
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美国陆军近日表示,其目前没有使用无人机承担将士兵运送至前线的任务,但将推动自主和遥控飞行技术在货运任务领域的应用。陆军无人机系统能力开发主管保罗克莱维上校称,由于对技术的信心问题,我们不会让士兵坐在没有飞行员的直升机内飞抵前线。尽管陆军希望将无人旋翼机用于敌对区域的任务,以避免人员丧生的风险,但其也表示,这种作战概念不能扩展到士兵运输或救援任务领域。

据英国《飞行国际》网站4月8日刊文,美国陆军正在探索使其有人驾驶的飞机远离敌人的远程精确武器的作战方式,计划使用无人机为前线的排/中队级作战单元快速补充武器、弹药和其他基本物资。

美海军研究所近期宣布,美海军陆战队在弗吉尼亚州匡提科基地成功测试了“自主空中货运/通用系统”,实现了直升机的无人驾驶与物资的自主投送,使海军陆战队的无人化项目向前迈进了一步。据报道,该自动化系统由波音公司旗下极光飞行科技公司研发,集成了包括激光雷达和高分辨率摄像头传感器在内的一系列自动化套件,具有很强的兼容性,可附加到任何旋翼平台,控制其操作系统,实现自主飞行。

包括波音和西科斯基公司在内的几家制造商已经验证了无人驾驶技术,如波音公司的H-6U“无人小鸟”和西科斯基公司的可选有人/无人驾驶UH-60A。后者使用了公司自主开发的Matrix项目和陆军MURAL项目的技术成果。海军和海军陆战队目前也正在通过洛马/卡曼K-Max和诺格公司MQ-8B/C项目开发类似的无人直升机技术。克莱维称,目前可用于推动无人直升机在物资再补给任务领域应用,以及推动其成为陆军未来战略和作战概念组成部分的资源、机会都非常有限。在陆军发布的2010-2035无人机路线图中,无人机在“中期”阶段将承担约25%的后勤再补给空运任务。

在研究了过去几年在阿富汗的后勤行动后,美军认为,可以使用无人驾驶飞行器来响应战场上小规模但至关重要的部队单位的需求——通过允许士兵按需调用补给,有效地减少了军事组织层级和后勤问题。为了实现这些想法,陆军已经与美国海军陆战队联合,并要求航宇工业制造商参与。美军于3月26日在维吉尼亚州Fort Lee的陆军后勤大学举办了为期三天的行业信息交流会。

测试中,测试人员将自动化系统安装在UH-1H直升机前端的机鼻处,系统用户终端则安装在平板电脑等便携式设备上。测试者通过平板电脑发出飞行指令,之后系统自动收集信息和规划路径,绘制到达目的地的最适航线,检测和规避障碍及禁航区。在临近规划着陆区域附近,系统通过扫描挑选临近待支援部队的最佳降落点,以便地面部队能够快速卸载机舱中的物资补给。据悉,该系统能够自主导航至目标区域,在没有GPS导航、能见度较低的情况下,也能自动判断适合安全着陆的最佳位置。

限制无人直升机使用的一个技术短板就是自主着陆问题,海军研究办公室目前正在开展的“自主空中货运通用系统”项目正在试图克服这一技术难题,该项目使用的验证平台是K-Max和H-6“小鸟”直升机。陆军目前关注优先级较高的领域是有人/无人机组队,其使用AH-64和无人固定翼飞机组队执行武装空中侦察任务。陆军的新参谋长马克米雷上将称,相比于货物再补给地面无人车辆,无人直升机的技术挑战更低一些,无人直升机发展的更大挑战可能在组织体制方面,他打趣说,“我们可能会等空军先尝试,看看他们的飞行员作何反应再说。”

美军将这一想法命名为“联合战术自主空中补给系统”,他们正在寻求重量小于599千克的轻型无人机,这种无人机应能够很轻松地搭载在小型车辆上,只需最少的支持设备和维护,且能够运载136到636千克的物资。无人机单程飞行的最小航程应为80千米,并具备垂直起降能力。军方并未对动力形式做出规定,因此制造商们一直在探索电动、混合动力、燃料电池和汽油发动机等不同于当前直升机、飞机的动力方案。

据报道,该系统有效解决了美军在阿富汗和伊拉克执行作战任务时直升机经常遭敌袭击、无法在投送点进行自主着陆的困境,“使陆战队具备了以无人手段向前线运输和分发后勤补给的关键能力”,提升了向前线运送燃料、食物、水、弹药和医疗设备的效率,也能满足轮式车辆难以到达偏远地区的补给需求。从今年4月起,该系统将在加州二十九棕榈村海军陆战队战斗发展中心进行深度测试。除海军陆战队外,美国陆海军也对该系统表现出浓厚兴趣。

陆军表示,JTAARS必须具备发射、飞行、导航、货物坠落、着陆和返回原始发射地点等全过程的自动飞行能力,并能够自主探测和避开障碍物,评估并与前线士兵沟通确定着陆地点,并能够自主优化路线以完成再补给并返航。JTAARS应能够在2024财年前投入使用。

组织结构瓶颈

这种应召式的无人机概念来自美军在阿富汗作战的经验。杰里米·戈茨霍尔中校在2015~2017年负责整理“联合战术空中系统”的需求,他表示,前线指挥官请求直升机支援需要等待72~96小时或更长的时间。戈茨霍尔中校认为,“很多时候,这些直升机会临时被调用执行更重要的任务,当能用其运送几吨货物的时候,还用来执行几百千克物资的运输任务就显得不那么值得了。”因此,一些战术指挥官就不会要求提供再补给了。戈茨霍尔说,他们要么不提出再补给请求并在原地等待,要么使用地面运输,根据威胁环境组建运输车队、安排好安保条件。他还表示,陆军航空兵在应对紧急情况时会优先处理,这种电话很快就会转到指挥链上,但我们需要的是尽量减少这种情况的发生。

而使用无人机的话,陆军希望它能够为前线部队快速提供其所需要的所有物资。戈茨霍尔说,JTAARS在某些方面可能与亚马逊、联邦快递和DHL等商业物流实体的无人机交付服务类似。这样的系统可以让小股部队持续行军并为其提供补给。对于拥有精确打击武器和远程打击武器的作战对手,再补给将是维持快速作战的关键因素。在这种近似势均力敌的战斗中,前线部队不可能长时间保持不动,并且肯定不会有大型的前线作战基地和后勤基地为部队提供支援,所以我们要做的是所有补给尽可能分散,避免被一次性消灭的可能性。

更重要的是,这种实时后勤补给模式有助于减轻步兵的负担,美军步兵目前的负重越来越大,如电池、电子设备、防弹衣、武器、弹药和食物。根据美国新安全智库研究中心的一项研究,在战斗中美国地面部队士兵平均的负重是41~64千克,有时甚至更多,这将降低其机动性,增加疲劳度,降低任务效能。

技术不确定性

最终,陆军将开发一个易于拆包、发射和飞行的系统。美军需要该系统可由2~4名士兵从其运输集装箱中抬出,并在10分钟内即可飞行。该系统将采取何种形式并没有确定。

贝尔公司和波音公司正在考虑开发可用于商业物流的货运无人机,但其产品也具有军事应用价值。贝尔公司表示,他们对JTAARS计划一直很有兴趣,并计划参加相关的行业信息交流会。而波音公司则没有对此事发表意见。贝尔公司目前已经开发并试飞了2种电池驱动的无人机,公司称为“自主吊舱运输”系统:APT20,商载能力为9.1千克,APT70为32千克。波音公司则于2018年1月推出了首款电池驱动、自主飞行的货运无人机,公司称其为“货运航空飞行器”,能够在未公开的航程内运输227千克有效载荷。贝尔公司的APT是一种带四个电动旋翼的无人机,可垂直起降。该机前飞时,全机转到水平姿态,通过机翼飞行。这使其比传统的四旋翼无人机飞行速度更快、效率更高。波音的CAV则是一种没有机翼的8旋翼无人机。

美国陆军实验室也在试验其与英国马洛伊航空公司合作开发的货运无人机原型机,该机参与了2017年在弗吉尼亚州开展的演习。

贝尔公司透露,正在对JTAARS不同的动力形式进行权衡分析,并表示由于市场上新电池的功率密度正在不断增加,他们目前更看好电池动力的未来前景但同时表示,也正在同步开展混合动力、燃料电池和汽油发动机等其他动力形式的研究。APT20和APT70都是全电驱动的,贝尔公司将为后续的APTXXX提供两种动力形式选择,此外贝尔公司还在测试氢和固体氧化物燃料电池技术。

最终,考虑到使用自主货运无人机的民用需求,陆军可能借鉴民用领域的先进技术。很多时候,这些技术没有在民用领域验证可行性之前,军方不会对其提起过多的重视。因此戈茨霍尔指出,他很希望亚马逊或联邦快递能够尽快证明这些技术的可行性,从而使国防部能够树立信心。

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