最近,美国空军装备部门表示,凡是不能让中国害怕的武器都不能再留。为此,美军需要退役多款老旧飞机,比如A-10,F-15和F-16等战斗机,但保留大家熟悉的F-22隐身战斗机,F-35联合战斗机,B-21隐身轰炸机,还有隐身无人机和隐身空中加油机。
仍然处在高度保密、绰号“大白蝙蝠”的RQ-180无人机,被美国媒体疯狂地加上了无数美誉,包括“革命性的情报侦察中心”、“飞行的人工智能数据处理器”、“空战革命的核心”、“网络战游戏规则的改变者”,等等。著名的《航空航天周刊》就热炒过该机,甚至在没有正式公布的时候,就发布了大幅高清想象图。
假如从航空技术的角度给“大白蝙蝠”的RQ-180无人机定位的话,可以说,这不但是美国空军继U-2、SR-71、RQ-4之后的第四代战略侦察机,而且是更加强大的未来空中作战信息化节点。
美国空军RQ-4全球鹰战略侦察机无人机
源于海空联合计划
2000年,美国空军和海军发起个联合开发无人机项目J-UCAS。但因意见分歧太大,2005年12月其分解为两个项目:空军的秘密项目,和海军的UCAS-D。
2000年,洛-马公司为美国空军和海军启动了一个联合无人机项目J-UCAS,由著名的臭鼬工程队负责。
最初,前者被称为X-47C,拥有52米翼展的超级大型机翼,后来演变为现在的RQ-180无人机。后者则是被美国海军取消的X-47B无人机。两家分道扬镳后,诺格公司开始了两款无人机研发。RQ一180高度保密,而X-47B无人机则极度公开。
美军X-47B无人机降落航母
从目前美国多家媒体和互联网的信息综合来看,该机可以确认是一款超级大机翼的飞翼无人机。它采用了X-47B无人机类似的结构,如机头的尖头设计,进气道在脊背上,排气口扁平,尽量增大冷却周长,在后脊背有一段较长的冷热空气混流区域等。这种设计主要针对红外传感器,尽量降低红外辐射。
按照惯例,该机发动机前面进气道和后方喷气管都采用S型进气道设计,完全回避正前方雷达波的照射,这也是B-2轰炸机的设计技术翻版。机翼采用大展弦比中等后掠翼,全机平面轮廓只有3对平行方向,分别为机头左右头锥,机翼左右前缘。这种设计极大的简化了隐身设计,也将飞机暴露最严重的法线方向降低到最小。
美国已经通过RQ-170无人机掌握了隐身无人机技术,这个型号被伊朗捕获后,还进行了仿制。
由于同一家公司设计,所以这两款飞机的区别并不特别大。主要差别有几个,RQ-180飞机翼展更大。翼展有很多说法,40米、52米,甚至62米。不管哪一个,机翼的尺寸都是X-47B的两倍以上,也超过了“全球鹰”无人机的35.4米。该机采用了双发设计,可能是F100-220发动机取消加力型号,发动机最大推力65千牛。
“全球鹰”无人机的翼展特写
秘密发展的大杀器
作为一款美国空军长期秘而不宣的神秘飞机项目,2008年,诺格公司宣布,获得20亿美元的研发经费,研发新型飞机。2014年,美国空军官员首次承认有这种飞机,但是拒绝透露任何信息。2021年初,美国空军预算将“全球鹰”大幅度削减到10架。第20和30批次全部退役,仅仅剩下最新的40批次。当有议员大力抗议时,美国空军回应,会有新飞机替代。
根据某些互联网消息,该机从2008年开始研制,2015年开始进入美军服役,目前可能拥有7架,而且还在增产中。它从研制到生产的多种费用都进行保密,完全没有公开。这么一款黑项目,一定具有独特的先进之处。关于RQ-180的具体数据众说纷纭。唯一有共识的是,该机可以持续巡航24小时,内油航程将可能达到22000千米甚至更高,升限在20千米以上。
美国51区军事基地负责各种高保密程度飞机的试飞,机库右侧有一架飞机疑似RO-180.
该机拥有如此强悍的性能,除了大机翼飞翼带来的超级升阻比之外,还有一项技术,那就是层流机翼。对于空气动力学家而言,寻找最低阻力机翼一直是个世界级难题。最大的希望是,在机翼表面完全保持层流,取消高阻力的紊流。
为了大量采用复合材料,诺格公司2007年耗费巨资收购了大名鼎鼎的比例复合公司。该公司特别擅长制造复合材料飞机,而且机翼大都采用超大展弦比,能实现超低空重、超级大航程飞机。比如首次环球不着陆航行的“旅行者”飞机和“海神”飞机等。
鲁坦旅行者号飞机,用9天完成不着陆、不加油环球飞行
设计难度巨大
◎高度隐身
RQ-180具备和B-2家族一样的高度隐身性能,这也是美国空军给的第一项要求。美国最近些年开发了多款新型有源相控阵雷达,雷达的功率和信噪比都比过去有了台阶性的提升。美军要求RQ-180必须能对抗任何国家的雷达和红外传感器,尤其是中国的诸多先进雷达。包括中等波段雷达和米波反隐身雷达。诺一格公司称为全方位全频段隐身能力。
而且美国空军还要求,该机能安全进入敌方纵深进行侦察,而不被敌方发现。这是一个极高的要求,几乎要把美国的优势重新恢复到F-117和B-2刚刚出现时候的极端不平衡状态。这可以算是全新一代的隐身技术,特别要针对米波雷达进行加强设计。
根据美军的计划,RQ-180将会取代U-2侦察机,这是诺-格公司RO-4“全球鹰”无人机未能完成的任务。
最近美国官员叫嚣,假如美军B-2隐身轰炸机在台湾海峡飞行,中国雷达也不会有任何反应。RQ-180作为更新一代的隐身飞翼飞机,将具有针对所有波段的强大隐身能力。其中包括先进的米波反隐身雷达,将对中国防空系统构成更大的考验。
◎超大展弦比机翼
RQ-180采用了“钻石”布局的机身。这种设计在美国B-2轰炸机早期方案中使用,主要优点是隐身性能更好,但是低空操纵性不佳。该机要达到20千米以上的高度飞行,主要依靠超级大展弦比的机翼提供升力。如何解决超大翼展带来的机翼刚度弱化,导致翼尖上翘变形和颤振,而且还不能带来隐身性能的恶化,这是一个很头疼的问题。
美军的高空远程战略侦察监视任务目前由RQ-4和U-2两个型号负责,可以看出RO-4的尺寸甚至比U-2更大。
◎双发设计
美国空军长期使用的U-2和全球鹰无人机都采用了单发设计,而且保持了相当低的事故率。但是实践证明,单发飞机虽然具备重量轻,省油,费用低等特点,但是也存在不少问题,比如爬升率太低,不能及时进入工作高度。“全球鹰”从地面起飞到工作高度超过1小时,就是很大的问题。虽然美国发动机技术独步天下,但是也不能避免发动机在使用中不出问题。
另外,先进飞机往往装有大量航电设备,需要大量供电。在这种情况下,发电机的可靠性是一个瓶颈,最好的办法还是采用双发设计,尽量避免单发发动机失效。因此就RQ-180采用了双发设计,和过去的很多款战略侦察无人机都不同。
成本控制也是个大问题。“全球鹰”无人机一架达到了2亿美元,RQ-180极有可能造价翻番,达到4-5亿美元。即使美国财大气粗,也很难承受损失一架的后果。
“全球鹰”使用的劳斯莱斯AE 3007H涡轮风扇发动机
侦察是老本行
RQ-180装有先进的对地观测雷达,拥有E-8C“联合星”飞机类似的地面移动目标指示器和合成孔径雷达能力。“全球鹰”就具备这种能力,将近20年后出现的RQ-180毋庸置疑能力更强,可以让指挥官实时看到敌军移动和部队态势变化。这种雷达也能充当高宽带保密通信设备,或者集中能量对某个敌方目标进行电子攻击,进行欺骗或者压制。
该机还有无源电子情报收集任务,可以通过机载天线和基于干涉测量的方法快速检测和定位射频发射威胁。类似的技术已经在美国多款飞机上实现,比如EA-18G电子干扰机,以及F-35战斗机等。
该机还将装备先进的光电传感器,昼夜拍摄各种高清图像。由于该机拥有隐身优势和飞行高度优势,有些美国研究者甚至认为,该机可以进行高保真的现场直播。这对任何一个国家都是巨大的威胁。
J-UAS的另外一个遗产是美国海军的X-47B舰载隐身无人机,但是因为无法满足要求,已经下马,
X-47B无人机
由于该机拥有无可匹敌的超级隐身,高空飞行,长时间巡航,强大的雷达和光电传感器,可以深入敌后作为敌方远程导弹发射的前沿侦察机存在。在敌方导弹发射出去就获取各种弹道信息,为后方拦截做好充分的准备,结合陆基海基和空基以及天基多种传感器,做到高效拦截。这是一个巨大的优势。
全隐身作战机队的核心节点
该机具备和敌对国家冲突前进行情报的收集和分配,这是史无前例的同时具备着网络和侦察两种能力的飞机。除了侦察,美军还为RQ-180赋予了全新的功能,那就是:多功能信息节点。
该机主要考虑和F-22、F-35以及很快到来的B-21隐身轰炸机联合作战。必要时候它也可以和美军目前非隐身的战斗机,轰炸机,运输机,空中加油机,电子干扰机,反潜机等联合行动。该机还可以接受从F-22和F-35等平台获得的信息,然后进行融合处理,重新发布出去。发布对象包括战场的F-22和F-35,也包括通过宽带卫星连接起来的战区和全球作战网络。
2021年,一名摄影师意外地在美国东海岸拍摄到了HQ-180试飞的照片。如不是它进入拉烟区,根本没有人能注意到
F-22和F-35战斗机具有强大的信息获取功能,但是缺乏足够强大的信息能力处理,以及足够的宽带回传功能。所以,目前F-22和F-35能做到小机队内协调,但不容易做到高质量的实时态势全战区共享。
目前,美军战场机载通信节点飞机是全球鹰EQ-4B变种和E-11A飞机。它们是完全不隐身的高亚音速飞机,速度慢\机动性差,而且缺乏自我防护能力,在敌人的战斗机和防空导弹攻击下极其脆弱。
图示:E-11A是一款庞巴迪民用飞机的军用改型,配备“战场空中通信节点”系统,可在山地等通信条件较差的地区为军事行动提供通信支持和数据共享。
除此之外,美国还有一个超视距增强系统,安装在KC-135加油机上,和传统非隐身飞机使用的Link一16和态势感知数据链的“活动网络”连接。由于KC-135飞机体积庞大,可以容纳大量设备,所以比较适合接收并融合来自多种飞机的信息,并通过不同的数据链发送回去,在隐身和非隐身平台之间做到完美兼容。这种技术极大地增强了飞机在作战空间的态势感知和合作潜力,不仅仅包含最新型的高度隐身平台,也包含了早期非隐身的大量平台,比如战斗机,轰炸机,电子干扰机,空中加油机等型号。该系统也可以安装在RQ-180上,高速联系该机下方广大区域的F-22和F-35战斗机。
F-22、F-35战斗机和XQ-58A无人机联合飞行
如何在高速通信情况下,不被敌方窃听和干扰,就成了一个极端的难题。为了解决这个麻烦,该机将采用定向通信技术。其波束特别窄,高精度对准己方的飞机,而且采用LOA低可截获技术,保证飞机相互联通的时候,不会被敌方轻易探测得到通信数据。假如运气不太好,敌方监听平台正好处于该机和战斗机之前连线的上,采用超宽带的LOA技术也容易被看成背景噪音过滤掉,不会被识别出来。
人工智能情报处理
目前美军的问题之一是,传感器先进而且众多。原始信息传输是一个巨大的困扰,战场通信带宽严重不足,必须将原始信息进行压缩,去掉虚假或者无用信息,保留最关键的部分,这对于战场有限的通信带宽而言至关重要。这种经过高度压缩的信息,便于全球快速传送。
过去侦察机刚刚降落,地勤立即拿走硬盘,到地面站进行分析。后来发展到无人机用卫星链路把侦察图像发回后方。因此出现了两个制约环节,一个是卫星的传输带宽,另外一个是后方数据处理中心处理能力。后者只要大量采购超级计算机就能弥补。但前者的解决难度比较大。一颗宽带卫星从建造到发射要几年时间,能力成长慢,无法满足战场实时侦察实时打击的需求。
美国“锁眼”侦察卫星
在RQ-180时代完全不同了。RQ-180拥有超强的存储、计算和处理能力,可以通过人工智能和机器学习技术,直接在机上处理情报,过滤掉不重要信息和虚假信息,保留关键信息。这不但是航空侦察的进步,也将是未来六代机作战的关键技术之一。指挥官可以经过卫星通信链路给RQ-180飞机发送指令,通过高度保密的定向通信低可截获概率数据链,把情报发送到该作战区域下的所有节点。
从美国隐身无人机发展路线图可以看出,节点“9”是RQ-180,可见它其实早就研制成功了。
蜂群战术的核心
最近些年,无人机蜂群战术成了一个热点。蜂群最大的难题就是指挥和控制。RQ-180飞机支持无人机蜂群和战场巡飞弹使用。从本质来看,巡飞弹和无人机并无区别。RQ-180在高空飞行,可以为己方的无人机在敌人纵深以及低空超低空飞行时,提供关键的信息支援。它还可以让无人机或者巡飞弹保持“人在回路”的控制模式,可以攻击,也可以侦察,或者寻找别的目标,或者监视感兴趣的某些区域或者特定目标。
美国研究者认为,使用RQ-180有一个巨大好处,那就是由于RQ-180强大的网络信息能力可以节省一大笔费用,不再需要传统无人机的先进卫星通信终端,避免因此带来了信号泄密概率。
隐身无人机执行任务时,将非常贴近敌方的防空网络。在这种情况下,存在两个重大风险,一是被敌方击落,二是被敌方先进无线电侦察设备截获。在这种情况下,高度保密的数据链的使用就成了悖论:不开启,无法实现信息传输和作战;开启的话,容易导致数据链被干扰甚至被破译,造成巨大损失。为此,RQ-180使用更先进的通信技术来操作这些无人机,解决上述问题。
美军从轻型战术车辆上发射无人机
该机还可以为计算能力弱的平台或者作战单元提供辅助,比如无人机蜂群、巡航导弹或电子战诱饵。对这些单元的软件进行实时升级,以提高作战效率。
替代导航
目前美军作战高度依赖GPS卫星导航系统。但是在大国冲突中,GPS极有可能在第一时间遭到攻击。比如导航卫星被击毁或者信号被干扰,作战部队将极大失能。多种平台和弹药投射,甚至军事调动都受到极大影响。在这种情况下,RQ-180可能作为一种GPS替代方案,作为一款替代性的区域导航平台而存在。它可以携带导航型号发射源,起到一种“伪卫星”的作用。而且RQ-180距离地面比较近,信号功率更大,干扰起来更难。
J-UCAS联合无人机项目本意并非是研发单纯的侦察机,而是一款拥有弹仓,同时可以执行侦察任务的先进攻击无人机。最终RQ-180飞机会不会取消弹仓,还有待观察。但是加上弹舱也并非难事。目前美国拥有大量的先进精确小型弹药,巨大机身内携带20枚SDB,或者4至5枚重磅炸弹,不是什么难事。所以,RQ-180将对其他国家构成严重的威胁。如何反制,可以说是一个巨大的难题和挑战。
美国航空爱好者为RO-180制作的臂章,文字意思是“他人死于睡梦中”,暗示着它有攻击能力。
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