引 言
小型、微型無人機(jī)按大小和航程可這樣劃分,小型無人機(jī):任務(wù)半徑可達(dá)數(shù)千米,飛行高度達(dá)數(shù)百米,質(zhì)量達(dá)數(shù)千克;微型無人機(jī):任務(wù)半徑可達(dá)數(shù)百到上千米,飛行高度達(dá)數(shù)十米,質(zhì)量達(dá)數(shù)十克到數(shù)百克。
小型無人機(jī)具有成本低、安全性好、質(zhì)量輕、體積小、靈活、機(jī)動等突出特點,特別適合在地區(qū)沖突和反恐作戰(zhàn)中、在人口稠密的城鎮(zhèn)環(huán)境下使用。小型無人機(jī)具有翻山越嶺、繞過街角實行近距離作戰(zhàn)的能力,可為地面部隊進(jìn)行偵察警戒和搜索行動,實時提供情報。
1 云雀(Skylark)系列無人機(jī)
云雀無人機(jī)由以色列埃爾比特公司研制生產(chǎn),它在無人機(jī)發(fā)展領(lǐng)域里提供了一種與眾不同的新概念,將以往的無人機(jī)發(fā)展成為一個由單兵便攜發(fā)射的、完備的空中巡邏監(jiān)視系統(tǒng),成為一種隨時掌握戰(zhàn)場主動權(quán)的特殊裝備。目前,埃爾比特公司也在不斷升級云雀小型無人機(jī),已由原來的單兵攜帶的云雀Ⅰ發(fā)展到車載導(dǎo)軌式發(fā)射器發(fā)射的長航時云雀Ⅱ-LE。
1. 1 云雀Ⅰ
云雀Ⅰ無人機(jī)是一種常規(guī)小型無人機(jī),機(jī)長為2. 2 m,翼展為2. 4 m,質(zhì)量5. 5 kg,航程10 km,巡航速度37 km/h ~74 km/h,續(xù)航時間約2 h。該機(jī)用手?jǐn)S發(fā)射,借助于一個可重復(fù)使用的氣囊著陸,氣囊在飛機(jī)下降過程中被一小型電風(fēng)扇吹脹。它還可以在深度失速的狀態(tài)下著陸。云雀帶有一個相當(dāng)穩(wěn)定的光電有效載荷,具有10∶1光學(xué)變焦能力。這一特性在其它小型無人機(jī)上極為罕見,它使云雀能夠飛近目標(biāo)并在其上方懸停,出色地完成偵察任務(wù)。
云雀Ⅰ小型無人機(jī)采用萬向架支撐的位標(biāo)器和無人機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng),具有鎖定地面目標(biāo)的能力。先進(jìn)的航空技術(shù)和性能穩(wěn)定的傳感器使得飛行器更容易操控,操作人員通過向無人機(jī)下達(dá)一些簡單的命令操縱無人機(jī)。這些命令有:“看這里”、“看那里”、“靠近目標(biāo)”、“離開目標(biāo)”、“跟蹤”、“搜索”等。
云雀Ⅰ無人機(jī)能精確到距目的地5 m的范圍內(nèi)自主著陸,它是靠gps全球定位系統(tǒng)和微機(jī)電系統(tǒng)慣性數(shù)據(jù)結(jié)合的軟件來預(yù)知氣囊中氣體的狀態(tài)來實現(xiàn)這一高難要求的。系統(tǒng)在不利的天氣狀態(tài),包括大風(fēng)中也能正常操作,該型無人機(jī)完成任務(wù)后還可收回、裝箱運送、重復(fù)使用。2004年云雀Ⅰ被以色列陸軍選用并已部署了若干套。除了以軍以外,現(xiàn)在全球已經(jīng)有15個國家采用云雀Ⅰ小型無人機(jī)裝備其營級規(guī)模的部隊,包括法國、澳大利亞、加拿大、瑞典、荷蘭、墨西哥和韓國等。
1. 2 云雀Ⅰ-LE
近兩年,云雀Ⅰ在性能上得到大幅提高。云雀Ⅰ-LE在原云雀Ⅰ無人機(jī)的框架結(jié)構(gòu)上有些改變,整合了一個新型電池組,長航時小型無人機(jī)的續(xù)航時間由2 h增加到3 h,航程超過15 km。
據(jù)報道, 2009年以色列國防軍已經(jīng)選用埃爾比特公司的云雀長航時小型無人機(jī)裝備其營級地面部隊,這是天空騎士(SkyRaider)項目的內(nèi)容之一。每套系統(tǒng)包括3架無人機(jī)、2個先進(jìn)的U-STAMP靜態(tài)監(jiān)視和對準(zhǔn)有效載荷、通信系統(tǒng)和1個小型地面站,整套系統(tǒng)可裝入兩個背包內(nèi)。無人機(jī)能夠全自主(預(yù)編程)飛行。
1. 3 云雀Ⅱ
以色列埃爾比特公司對云雀Ⅰ無人機(jī)進(jìn)行了升級改進(jìn),云雀Ⅱ是一種近距離戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)系統(tǒng),可以提供先進(jìn)的高性能的情報、監(jiān)視、目標(biāo)截獲與主要偵察能力。云雀Ⅱ的設(shè)計主要用于裝備旅級和營級機(jī)動部隊,而且能夠滿足全球地區(qū)性反恐作戰(zhàn)(GWOT)的需要。
云雀Ⅱ翼展增加到4. 2 m,可在中空飛行約6 h,任務(wù)半徑達(dá)50 km~60 km。較大的云雀Ⅱ不是手?jǐn)S發(fā)射,而是靠一個安裝在車頂部的導(dǎo)軌式發(fā)射器發(fā)射。
在戰(zhàn)場上,系統(tǒng)可通過裝備了綜合發(fā)射裝置的悍馬(HMMVEE)越野車進(jìn)行點發(fā)射和點回收,同時系統(tǒng)還配備有雙站式地面控制站。云雀Ⅱ的尺寸和質(zhì)量使得僅需1~2名人員即可完成整個任務(wù)過程。云雀Ⅱ能在機(jī)動中操縱,可在超低空或中空執(zhí)行隱蔽的飛行任務(wù),拍攝清晰的圖像,或借助云層的掩護(hù)進(jìn)行作戰(zhàn)偵察。
云雀Ⅱ的靜音性能優(yōu)越,由于云雀Ⅱ采用了基于可充電電池組的全電推進(jìn),飛行時的聲音很小,據(jù)稱,在130 m外就聽不到聲音,不易被敵方發(fā)現(xiàn)。它采用的電推進(jìn)技術(shù),不僅噪音小,而且結(jié)構(gòu)簡化、質(zhì)量小、效能高,特別適合在反恐作戰(zhàn)環(huán)境中使用。
2006年,埃爾比特公司將推出的一種新型的超輕型熱成像傳感器安裝在云雀Ⅱ上。該傳感器的質(zhì)量為0. 7 kg~0. 8 kg,是同類傳感器中最輕的。該型無人機(jī)前端就是直徑20 cm的球形傳感器轉(zhuǎn)塔(如圖3所示),內(nèi)裝有晝用高清晰彩色CCD攝像機(jī)、高分辨率非制冷長波(8μm ~12μm)前視紅外攝像機(jī)和激光照射燈及跟蹤器。它可以提供寬的視場覆蓋,可連續(xù)跟蹤移動目標(biāo),而且分辨率高于以前任何同類型傳感器。
云雀Ⅱ無人機(jī)熱成像傳感器
1. 4 云雀Ⅱ-LE
埃爾比特公司又將其云雀Ⅱ無人機(jī)升級為長航時的云雀Ⅱ-LE,從外形上看,云雀Ⅱ-LE幾乎完全變成了一個新模樣,它在整體結(jié)構(gòu)上有很大變化,發(fā)動機(jī)被轉(zhuǎn)移到后部,改變了機(jī)身的尾部構(gòu)造,續(xù)航時間也增加了一倍多,超過15 h。其新的數(shù)據(jù)鏈可以在高達(dá)150 km的范圍內(nèi)操控?zé)o人機(jī),這將使其競爭力超過波音公司的熱門產(chǎn)品掃描鷹(Sca-nEagle)。云雀Ⅱ-LE無人機(jī)將成為標(biāo)準(zhǔn)的云雀Ⅱ產(chǎn)品。
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2 隕石(SkyLite)系列無人機(jī)
為了避免與埃爾比特/銀箭公司的云雀發(fā)生混淆,以色列的拉斐爾(Rafael)公司把它的發(fā)射管中發(fā)射的小型無人機(jī)命名為隕石(SkyLite)。隕石系列無人機(jī)已發(fā)展到現(xiàn)有的隕石A、隕石B和遠(yuǎn)程隕石(B-LR)三個型號。
2. 1 隕石A (SkyLiteA)
隕石A是一種便攜式的、用發(fā)射管發(fā)射的空中巡邏無人機(jī),質(zhì)量6. 5 kg,翼展1. 7 m,直徑12 cm。無人機(jī)借助小型助推器肩扛發(fā)射,發(fā)射后,機(jī)翼快速展開到飛行姿態(tài),由電動機(jī)驅(qū)動,可以回收。無人機(jī)裝備一個穩(wěn)定的照相機(jī),可覆蓋廣大區(qū)域、監(jiān)視感興趣的目標(biāo)。它可以飛抵10 km遠(yuǎn)的目標(biāo)并巡弋1 h,提供實時圖像直接支持戰(zhàn)斗編隊。其優(yōu)點是:操作人員可在隱蔽處控制發(fā)射,不必在曠野中站立或奔跑;其尺寸略大于手?jǐn)S發(fā)射無人機(jī),這就允許它攜帶續(xù)航飛行1 h所需的電池。
此外,拉斐爾公司利用自己的導(dǎo)彈技術(shù)在隕石無人機(jī)的頭部安裝了一個二軸框架穩(wěn)定的尋的器,這也是小型無人機(jī)市場上唯一的一種雙波段晝用+紅外尋的器( dual-band day-plus-IR seek-er)。該尋的器采用了拉斐爾公司在空地和反坦克導(dǎo)彈中使用的技術(shù)。隕石無人機(jī)可以用其傳感器鎖定目標(biāo)并在目標(biāo)被煙霧或障礙物遮蔽時重新捕獲目標(biāo),非常適于特種部隊和城市作戰(zhàn)。
2. 2 隕石B(SkyLite B)
隕石B無人機(jī)以隕石A為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計,并重新設(shè)計了V型尾翼和較大的翼展(隕石A為1. 7 m,而隕石B為2. 4 m),改進(jìn)了電池,采用新的穩(wěn)定有效載荷和一個增強(qiáng)的地面控制系統(tǒng),提供一種較為耐用的士兵終端。無人機(jī)的質(zhì)量仍維持在6. 5 kg。隕石B支持營級和營級以下作戰(zhàn)部隊以及特種部隊作戰(zhàn)需要,續(xù)航時間90 min,可以在惡劣氣象(如風(fēng)速54 km/h)的條件下飛行。
隕石B既可以用發(fā)射管發(fā)射,又可以用輕型彈射器發(fā)射。這種彈射器質(zhì)量僅為4 kg,不用時可疊放在一個手提袋中。無人機(jī)裝備可充電薄膜鋰電池,借助降落傘和充氣氣囊的幫助可實現(xiàn)軟著陸回收(如圖5所示)。著陸后更換電池和降落傘、折疊氣袋后,便可立即恢復(fù)飛行狀態(tài)。隕石B使用以色列Controp公司的D. STAMP袖珍型萬向穩(wěn)定的光電有效載荷,能夠從約90 m~600 m的高度傳輸高分辨率圖像。
拉斐爾公司在開發(fā)隕石無人機(jī)的數(shù)據(jù)鏈時,考慮到巷戰(zhàn)時視線容易受阻,因而使用了高功率數(shù)字信號處理技術(shù)。公司聲稱,即使發(fā)射機(jī)在一座大樓內(nèi)四處移動,也能與數(shù)據(jù)鏈保持聯(lián)系。
經(jīng)過長期的研制和試驗飛行后, 2004年底拉斐爾公司向以色列陸軍司令部演示了這種新型小型無人機(jī)。隕石B在惡劣氣象條件(包括下雨和強(qiáng)風(fēng))下的演示試驗中展示了能力,包括執(zhí)行常規(guī)作戰(zhàn)、保衛(wèi)城市安全等多種任務(wù),提供需要的數(shù)據(jù)流和高精度圖像,向部署中的步兵實時提供高質(zhì)量的情報等。
2. 3 隕石B-LR(遠(yuǎn)程)
以色列拉斐爾公司推出的最新款遠(yuǎn)程隕石B-LR無人機(jī)是在隕石B原機(jī)身的基礎(chǔ)上增加了一個功率更大的電池組和擴(kuò)展翼。原有隕石B的質(zhì)量為6. 5 kg,新系統(tǒng)增加了1. 5 kg。
現(xiàn)場操作人員能夠選擇是否安裝LR組件。完整的系統(tǒng)包括2~3架無人機(jī),空中彈射發(fā)射器、便攜式任務(wù)控制單元、電池和燃料。此外,隕石B-LR裝備了一個安全的數(shù)據(jù)鏈,擴(kuò)展了任務(wù)距離。2007年拉斐爾公司演示驗證了隕石B-LR無人機(jī),在演示中,該機(jī)進(jìn)行了3個小時的耐久飛行,飛行距離達(dá)35 km。
據(jù)拉斐爾公司透露,與原結(jié)構(gòu)相比,隕石B-LR能夠更快地裝配,不需使用工具就能使其快速轉(zhuǎn)向。該系統(tǒng)還裝備了萬向節(jié)和穩(wěn)定光電載荷,內(nèi)置的光電跟蹤器和一個光學(xué)相機(jī)制導(dǎo)模式,這將使系統(tǒng)自動連續(xù)地跟蹤一個移動目標(biāo)。
3 以色列其它小型無人機(jī)
3. 1 鳥眼(Bird Eye)系列無人機(jī)
鳥眼是以色列飛機(jī)工業(yè)公司(IAI)研制的小型無人機(jī)系列,主要有三種型號:鳥眼-100、鳥眼-400和鳥眼-500。它們的機(jī)身長分別為0. 80 m、0. 80 m和1. 56 m;翼展分別為0. 85 m、2. 2 m和1. 2 m;質(zhì)量分別為1. 3 kg、4. 1 kg和7. 5 kg;航程分別為5 km、15 km和10 km;有效載荷從100 g到1 kg,最大續(xù)航時間為100 min,最大飛行高度305 m。該無人機(jī)可通過手?jǐn)S或彈射發(fā)射。
鳥眼有一個與眾不同的特性,即在倒飛姿態(tài)時可以恢復(fù)深度失速以保護(hù)有效載荷免受損壞。盡管鳥眼主要為炮兵和特種部隊使用而設(shè)計,但它的歐洲經(jīng)銷商———MALAT國際航天協(xié)會和CondorBV公司,也努力爭取大眾用戶應(yīng)用此系統(tǒng)。2004年6月在荷蘭阿姆斯特丹由CondorBV公司成功地進(jìn)行了鳥眼-500的演示驗證。這次演示驗證內(nèi)容有交通管制、人和車輛的探測和跟蹤、火災(zāi)探測、都市和農(nóng)場地區(qū)監(jiān)控。鳥眼-500無人機(jī)的續(xù)航時間在1 h以上,能為跟蹤、偵察和監(jiān)視實時提供晝夜圖像數(shù)據(jù)。
鳥眼-400是典型的輕型無人機(jī),用于在距地面指揮所10 km~40 km的半徑范圍內(nèi)進(jìn)行低空偵察和巡邏。主要任務(wù)是為分隊實時提供最近的山(樓房)等地形的情況。
鳥眼-400無人機(jī)最大起飛質(zhì)量5. 6 kg,有效載荷1. 2 kg。
微型電動機(jī)可保證其續(xù)航時間約1 h,最大作戰(zhàn)半徑10 km,飛行高度約3 400 m。盡管有效載荷小,它可攜帶非常有效的MicroPOP觀察與偵察系統(tǒng),可在幾分鐘內(nèi)更換傳感器:晝間電視攝像機(jī)或紅外攝像機(jī),并裝備視距內(nèi)通信數(shù)據(jù)交換裝置。1架無人機(jī)全套系統(tǒng)可裝于2個步兵背包中,可有效用于特種作戰(zhàn)小組行動。一套“雙背包”系統(tǒng)包括3架無人機(jī),一套光電設(shè)備、便攜操控臺、通信系統(tǒng)、電源和修理工具,戰(zhàn)勤編組2人。2009年初俄羅斯就已向以色列IAI公司訂購了鳥眼-400無人機(jī),于年底前交付。
3. 2 海鷗(Seagull)無人機(jī)
海鷗是埃爾比特公司研制的另一種小型無人機(jī)。該機(jī)質(zhì)量4. 5 kg,采用折疊飛翼設(shè)計,其外形與鳥非常相似,身長從152. 4 mm~609. 6 mm不等,可從安裝在車、船或飛行器上的發(fā)射筒中發(fā)射,航程10 km,巡航速度37 km/h~74 km/h,續(xù)航時間為4 h。海鷗為一次性使用無人機(jī),攜帶的傳感器沒有云雀無人機(jī)的復(fù)雜。與其它無人機(jī)的明顯不同在于,這些小型無人機(jī)的機(jī)翼能夠在飛行過程中變形,改變其飛行穩(wěn)定性和靈活性,特別適用于城區(qū)環(huán)境中使用。
研究表明,海鷗能夠在飛行過程中盤旋、俯沖或快速爬升,在改變飛行狀態(tài)時,海鷗的翅膀
在肩部與肘部連接處可靈活變形。當(dāng)肘部向下折回后,無人機(jī)失去飛行穩(wěn)定性,但靈活性增加;當(dāng)肘部向上伸直后,無人機(jī)重獲穩(wěn)定性滑翔飛行,操控性好且易于降落。無人機(jī)飛行過程中,發(fā)動機(jī)能夠在12 s內(nèi)控制機(jī)翼從向下折疊狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛏险归_狀態(tài)。另外,海鷗小型無人機(jī)能夠在1秒鐘內(nèi)3次翻轉(zhuǎn)360°,機(jī)動性極佳。
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3. 3 I-See無人機(jī)
以色列飛機(jī)工業(yè)公司的Malat分公司推出了其最新的I-See無人機(jī),該無人機(jī)是一種增強(qiáng)型小型無人機(jī),其翼展為2. 9 m,機(jī)長1. 82 m,續(xù)航時間約1 h,航程為5 km~10 km。I-See無人機(jī)由600W的電動機(jī)推進(jìn),起飛質(zhì)量為7. 5 kg,載荷質(zhì)量為0. 8 kg,它可攜帶電視和紅外光電傳感器。I-See無人機(jī)還裝有數(shù)據(jù)鏈通信設(shè)備。該無人機(jī)主要設(shè)計用于短距離監(jiān)視、偵察和打擊評估任務(wù),并且能很好地完成在山上(on the hill)的任務(wù)。
3. 4 軌道飛行器(Orbiter)無人機(jī)
軌道飛行器小型無人機(jī)由航空防御系統(tǒng)公司研制,是為軍事和國土安全任務(wù)而設(shè)計的緊湊、輕型無人機(jī)系統(tǒng),適用于低強(qiáng)度武裝沖突和城市作戰(zhàn)行動。機(jī)身采用無尾設(shè)計,由復(fù)合材料制成,柔性著陸,空氣動力性能好,巡航速度為38 km/h ~120 km/h,采用小型彈力裝置發(fā)射或手?jǐn)S發(fā)射。整套無人機(jī)系統(tǒng)可裝于一個背包內(nèi),只需一人經(jīng)過很短時間的培訓(xùn)就能完成無人機(jī)的運輸、組裝、發(fā)射等操作,并可在10 min內(nèi)裝配完畢。這種無人機(jī)幾乎可以靜音飛行。它裝備有先進(jìn)的航空電子組件、數(shù)據(jù)鏈路和精確的GPS、慣性導(dǎo)航系統(tǒng),能夠在15 km的距離實時傳輸圖像。軌道飛行器最大起飛質(zhì)量6. 5 kg,最大有效載荷1. 5 kg,它的有效載荷包括一個晝用10倍聚焦的彩色CCD傳感器和夜用低照度相機(jī)。軌道飛行器無人機(jī)用電動機(jī)驅(qū)動,可在距地面約150 m ~610 m的高度上執(zhí)行1. 5 h的任務(wù),并已經(jīng)過以色列陸軍100 h的野外測試。軌道飛行器無人機(jī)在整個任務(wù)階段(包括發(fā)射和回收時)自主飛行,將人員操作和后勤保障的要求降至最低。
4 結(jié)束語
在小型無人機(jī)研制領(lǐng)域,以色列處在僅次于美國的世界領(lǐng)先地位,并且不斷有新型號無人機(jī)問世。以色列國防工業(yè)部門目前還在研制下一代概念的、靠電力驅(qū)動、用于單兵攜帶的微小型無人機(jī)。在未來信息化戰(zhàn)爭中,這些適于單兵攜帶、發(fā)射、零傷亡又經(jīng)濟(jì)實惠的小型無人機(jī)必將大顯神威。
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