从替代到融合
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作者: 龙腾日月
自1913年自动驾驶仪应用以来，无人机逐渐在航空发展史上占有一席之地，鉴于其低损耗、零伤亡、机动限制小、可重复使用等优势，使用范围日益广阔：在军事方面，可用于侦察、监视、通信中继、电子对抗和早期预警等；在民用方面，可用于大地测量、气象观测、城市环境检测、地球资源勘探和森林防火等；在科学研究领域，可用于大气研究、核生化污染区取样与监控、新技术设备验证等。1976年以色列率先将无人机用于对埃及的战争，取得显著效果，从此无人机成为军事装备领域最热门的发展科目之一。但不得不承认，公众对于无人机概念、无人机研制采购模式乃至无人机发展方向都存在一定的模糊认识。
明确概念
关于无人机的概念，各国军方及航空工业技术部门未能给出一个清晰而严格的定义。
美国国防部的定义是：机上不载有操作人员，利用空气动力起飞，可以自主飞行或遥控驾驶，可以一次使用或回收使用，携有致命或非致命有效负载的飞行器。且不说这些区分标准的模棱两可之处，仅考虑到弹道导弹、巡航导弹甚至精确制导炮弹也符合这些特征描述，却显然不属于无人机范畴。
还有国家认为，无人飞机是一种有动力、可控制、携带多种任务设备、执行多种任务且能重复使用的无人驾驶航空器。这里忽视了无动力滑翔无人机和一次性无人机。事实上，一次性无人机可以采用炮射或者火箭弹布撒的方式，投放至敌方空域负责校射，还能安装战斗部执行攻击任务。以色列“哈比”反辐射无人机就是这类的典型，其发射后在预定空域巡航待机，一旦发现敌方雷达信号，主动“自杀攻击”――称之为“反辐射巡飞弹”也无不可。这反映出新时期技术条件下，新武器新作战样式对于传统观念和理论形成了冲击，导致军事认知的暂时性混乱。
再看看大众普遍接受的定义：无人机通常是指机舱内无人操作，能够在空中飞行并执行任务的飞行器。这个概念把握住了无人机的关键特性，必须明确的是一无人机是由无线遥控设备或自备程序控制系统操纵的飞行平台，而不是导弹那样在平台上搭载的武器；无人机与固定翼飞机和直升机同类，都比空气重，要跟无人飞艇严格区分开。
经过对几个概念的简单分析，可见业界对于无人机的概念认知依然是不严谨的，那么技术部门进行无人机系统开发和国际交流的时候，也都按照各自理解展开，这显然对无人机的发展和作战理论研究非常不利。
“信息孤岛”
目前全球至少已有32个国家研制出了250多种无人机，至少55个国家装备了无人机，北约装备无人机十余万架，但即便是军事实力最强的美国，其装备的“全球鹰”和“捕食者”这类较完善的大型无人机也不过数百架，真正“霸占”装备数量份额的是各种小型和微型无人机，性能类似的型号层出不穷，主要是因其技术门槛较低，经济代价较小，往往只需要将数码相机装到高级遥控航模上就号称“侦察无人机”。这反映出军方对于无人机的技术方案和性能指标存在不确定性，目前实用完善的大型军用无人机只有“全球鹰”和“捕食者”堪称典型。
“全球鹰”是1994年6月1日根据高空长航时监视无人机计划开始研制的，可以在18300米至19800米高度巡航24小时，采用合成孔径雷达作为主要机载侦察传感器，并内装直径1.22米的宽带卫星天线，翼根和后机身则容纳通用数据链天线，整套系统包括两架无人机和一个地面站。
由于“全球鹰”航程较大，传统的地面通信手段已经无法与其进行视频图像和指令传输，导致“全球鹰”必须依靠自备的专用卫星视频数据天线。问题是，较为清晰的视频信号需要2M左右的传输带宽，根本无法融入美军16号数据链(限制单个用户最大带宽300K左右)，这迫使“全球鹰”探测到的信息必须传回地面站，经过处理后再传到航空兵部队，航空兵必须在起飞之前等待接收这些重要情报，一旦起飞就很难更新了。这反映出无人机的高带宽通信无法与现有低速通用数据链结合的窘境。
如果说“全球鹰”研发目的之一是替代U-2进行战略侦察，对于实时情报传输还没有太大需求，那么“捕食者”在这方面的问题就比较突出了。
“捕食者”1994年1月7日开始研制，整套系统包括4架无人机、28人机组(6名无人机操作员、12名传感器操作／分析员、4名视频分发系统操作员、6名维修人员)和一个地面站。“捕食者”一般为遥控驾驶，执行战役任务时，距离地而站在185～278公里内，但获取后需要传递的高速视频数据流对于带宽的需求量太大，数据链无法承载，只好采用模拟宽带下行链路；执行战略任务时，需要超视距飞行，也就是无人机与地面站之间距离过远，地球曲率导致两者无法直接接触，要采用卫星通信链路，卫星通信天线就安装在“捕食者”机头，一旦卫星通信中断，无人机就无法自主执行任务，必须自动返航。
为了提高无人机信息传递效率，美军特意开发了AN／TSQ-190(V)“特洛伊专用情报远程综合终端”(俗称“特洛伊精灵”)，这是一种采取加固保密措施的基于商用卫星的宽带通信系统，经常用于美国国家级情报机构数据库(如国防部情报网、中央情报局、联邦调查局、国家图像与地图局等)与前沿部队交互传送大容量信息。只要一线人员提出要求，可随时将问题键入数据库并被迅速答复。该系统轻型化后，装上“捕食者”，成为AN／TSQ-226(V)，其地面设施一般包括两辆M1097重型高机动多用途轮式车搭载的S-788／G方舱，第一辆方舱内有保密话音、数据、卫星通信处理与分发没备、卫星通信机动天线平台，可以支持14条链路(8个串行接口，6个间接接口)，与战场移动用户设备的战术分组网以及局域网联通，两台工作站帮助操作人员接收并分发二次图像信号情报，必要时充当应急通信设备。总体而言，“特洛伊精灵”是一种陆军卫星通信系统，主要用来保障旅一级编制的远程战场通信，“捕食者”无人机处于地面站无法视距接触的空域时，必须利用这套系统进行战场视频传输。
“捕食者”的初始功能是战术侦察，主要任务载荷是机头下方球塔内的光电／红外传感器，后来加装了AN/ZPQ-1TESAR战术合成孔径雷达。目前“捕食者”无法与配套地面站之外的其他作战平台进行通信，战术情报经传输和处理后，实时性必然受到影响，美军并不是没有尝试过“捕食者”直接向作战平台传输视频图像，但这必须保证“捕食者”先接收到作战平台的实时位置信息，无疑加大了跨平台通信的难度。
“捕食者”的问题也被空军E-8战场情报及空地打击协同飞机遇到过，但E-8本身具有情报识别能力，将最终信息利用16号数据链传输即可，无需传输原始视频图像。然而“捕食者”只是初级传感器平台，没
有能力提取出视频中有用的信息再传输。
无线视频传输带宽较大，电磁环境极复杂，一般只能依靠专用的定向通信手段，这就造成了无人机使用需要“自成系统”，在整个作战系统中形成一个个“信息孤岛”，与整个网络的通信不顺畅。因此“捕食者”索性开始追求本身的火力打击能力，这个体系具有的技术价值固然不可低估，但却反映出了“捕食者”作为侦察平台，与传统作战平台之间的“沟壑”较深，这恰恰是无人机系统面对的大难题。
优劣之辩
无人机系统的独立性很强――专用的侦察设备、通信链路、地面站乃至武器，这也使无人机系统的横向通用性较差，尚未出现通用地面控制站和通用无人机数据链。“捕食者”进化为具备火力打击能力的“死神”无人机，固然让人兴奋，但是仔细探究其全遥控方式，就会发现这并不是“智能无人战斗机”，地面站、专用通信系统的价格加上无人机操作人员的薪水，最终导致无人机系统的整体成本并不比战斗机低很多，而战斗机目前的全面性能却是无人机完全不能比拟的。相比之下，战斗机相对于无人机的最大劣势是有损失飞行员的风险，但无人机本身受攻击的风险也不低，还要冒着更突出的不能完成任务的风险，更不必说进行大规模战争时，无人机地面站也较容易遭到敌方的火力打击，人员损失风险并不比有人战斗机少很多。
公众普遍认为无人机节省成本，但事实上，无人机的研制费用远大于无人机的装备费用(前者是后者的两倍以上)。无人机本身需要高精度惯导系统和先进传感器，如果要求一定的自主能力，还要昂贵的智能计算机，而最终实现的大都是较低水平的自主反应和自动导航功能。无人机地面站是典型的技术密集型产品，包含遥测设备、图形工作站、传感器图像识别工作站、视频分发系统、无人机控制系统、专用视频通信和指令数据链等，研制成本自然相当高昂。由于无人机是相对独立的作战系统，本身并没有融入传统信息系统，很难有现役装备直接接收，只是在主要系统之外做些辅助性工作，因而需求量较低。
高昂的经济代价又开始冲击无人机简单易用的先天优势：如果一架无人机装备了价格高昂的传感器系统，那势必会导致无人机不允许被轻易损失，那么为无人机加装自卫系统就开始变得必要了。但由于无人机的航线比较呆板，自主应对外界攻击的能力较差，其生存能力先天就不强，如果给无人机加装复杂的主动／被动干扰和自卫系统，那结构简单的优势也不复存在了，额外研制自卫电子系统更加剧了无人机效费比的恶化。
于是近年来，无人机研制方面出现了两个分支：一是功能单一、结构极为简单的可损失无人机，一是技术先进、系统复杂的先进无人机系统。可是由于无人机还需要人员在地面遥控，增加的机载系统越多，通信压力就越大，通信内容也越复杂，效费比也越低。根据现在无人机的发展情况来看，游离于敌方防空火力之外进行战略侦察的无人机的生存能力还是勉强让人满意的。但是各类战术无人机则基本上无法在战区内生存――对于防空体系比较完善的军队来说，飞行高度几千米、速度200千米／小时左右的各类战术无人机都是防空导弹极好的靶标(无人机的“鼻祖”恰恰是无人靶机，这实在是个讽刺)。正因如此，当前清除敌方防空火力等高难度高风险工作还是需要有人战斗机完成，无人机一般执行的是巡逻清剿任务，与无人机研制和装备所耗费的资金相比，这种任务本身的价值就比较有限。
等待成熟
无人机目前还处于等待成熟的时期，一时显得发展混乱和“过热”，其原因主要是：首先，无人飞行器代替有人飞行器的最终梦想十分诱人，追求没有人类死伤的战争态势始终是随着文明进步而被期盼的目标，任何无人机系统无论实际效费比如何，只要罩上这个“光环”，往往很容易从军方装备发展部门拿到不非的经费――毕竟人工智能很“烧钱”的；其次，无人机的蓬勃发展并不是士兵和战争的刚性需求驱动的，而是技术进步驱动的“无意识”产物，毕竟战争自古至今都带来血腥和暴力的印象，开战双方很难有“一定要零伤亡”的觉悟，目前战争对于无人机并不是没有需求，但主要是辅助性需求，除了作为测试设备的靶机之外，其余侦察、电子战、巡逻的任务都是有人驾驶飞机干起来绰绰有余的；第三，武器系统的智能化水平提高是潮流和趋势，投资研制无人机可以“顺带”发展智能控制技术和先进传感器技术，也可以应用于有人驾驶飞机，乃至提升军队整体信息化水平，但这不能成为必须发展无人机的理由。
总体而言，目前无人机系统的发展思路是替代有人机，这个初衷是好的，但是综合现在技术水平和武器装备体系来看，整体思路已经出现偏差。在笔者看来，无人机发展思路应当强调的是融合而不是替代，一定要认清无人机相对于有人驾驶飞机的先天优势，然后在武器装备体系中找到其独特的位置，至于追求“完全等效替换”则是事倍功半的。
目前无人机的先天优势是：第一，无人员伤亡；第二，滞空时间长；第三，便于执行重复性呆板任务。需要注意的是，原本的成本低廉等优势已经随着无人机技术复杂化而不再成立了。
无人员伤亡，意味着无人机可以作为“自杀性”攻击武器使用，可以深入敌方火力范围内，执行诱饵设伏、反辐射和电子压制等战术使命。这类用途的无人机一般强调低技术难度和低成本，损失本身就是一种“正常状态”，只要能达到既定作战效果即可。
滞空时间长，主要是因为无人机没有飞行员的生理限制问题(考虑到飞行员饮食排泄和疲劳程度，目前有人驾驶飞机很少执行任务超过24小时)，动辄就是24小时甚至36小时的滞空时间，虽然也需要地面人员操纵，但是地面人员是可以随时轮换和休息的，时刻保证有精力充沛的人员参与。这一点相对于有人驾驶飞机应该是关键优势，比如执行巡逻和监视任务，一般战斗机滞空时间很难超过4小时，而“捕食者”可以滞空24小时，可以调动更少的兵力完成任务，降低战术规划难度和后勤压力。
无人机自主智能还处于比较低下的状态，各国急着让无人机担当作战的核心，确实是“心急吃不了热豆腐”，其实完全可以“曲线发展”――先让无人机执行不需要过多快速反应的辅助性任务，比如运输、通信中继、国土巡逻、战场监视等。
尤其运输工作很适合无人机执行，因为有人驾驶运输机除了起降之外，只要是空情良好，都可以在惯导和其他手段辅助下自动平稳飞行，而且远程运输的航线比较简单，任务枯燥，人员在机上长期生活不便，这类任务非常适合由无人机执行，只需要加强控制，提高其起降成功率就可。
国土防空巡逻任务更容易令飞行员感觉枯燥，不仅需要长时间滞空值班，更要不放过一丁半点告警指示，时刻保持精神紧张，此时若启
用无人机，就可以“不厌其烦”地反复巡逻飞行，绝不会因为工作时间过长而疲劳或者粗心大意。
通信中继同样也是一种只需要保持既定航线飞行的任务，简单地说，就是为了实现克服地球曲率的通信，由飞行器充当信号转发节点。无人机只需要在安全空域按照既定航线飞行，同时打开通信中转设备即可。
总而言之，无人机可以“解放”被枯燥却不能疏漏的工作所困扰的大量人力资源，让人类可以从事更适合本身生理特点和更易发挥思维智能优势的工作。
发展策略
目前美国在“全球鹰”无人机系统研制过程中，开始推行渐进式采办和螺旋式开发策略，笔者认为这是无人机系统在开发和项目管理方面值得关注的地方。
由于先进传感器和地面站的成本高昂，美国索性将“全球鹰”的研制需求分成数个步骤来渐进式采办完成，这样其研制费用就可以分摊，每年的财政压力大大减轻。螺旋式开发是指在产品一个批次内开发一系列已有把握的功能，通过持续不断的反馈沟通，可以为用户提供该批次内最好的实验室产品。在螺旋式开发过程中，新武器能够很快被部署，通过列装部队进行训练甚至作战检验，从而在这个过程中得到新的经验，能够比“闭门造车”更快地改进产品。
“全球鹰”项目就这样每年启动一次新的预期开发，各不相同：第一步，使现有系统投入运行，具备全球范围的执行任务能力，且研制了可持续的保障系统；第二步，具备扩展的图像情报、初步信号情报和使用防区外光电，红外／合成孔径雷达的能力；第三步，具备全频域初步的情报获取能力，能满足中等规模交战的情报和简单的地平线综合侦察，并且具备防御威胁感知能力；第四步，改进机载雷达，使其可以跟踪大量地面移动目标，对其进行精确识别，拓展任务空域，提高生存性；第五步，进行全域作战，具备扩展的通信能力和极端环境下生存能力。就这样，整个系统处于“一直在研制，一直在装备，一直在使用”的状态，一旦部队有新的作战需求，立刻可以反映到下一个步骤的研制工作里，不会强求所有研制需求和成本压力集中于短时间内完成，笔者认为这种项目管理方法非常值得借鉴。
结语
20世纪50年代末，洛克希德公司集中力量研发第二代战斗机F－104，高调宣称“最后一代有人战斗机”，结果各种缺陷反而使得不少飞行员无谓地牺牲，之后新型有人战斗机的性能不断被推上新的高度，而畅想已久的无人战斗机依然停留在概念验证阶段。可以说，无人机需要被视作常规武器，而不是什么特别的“热门尖端技术”，如此才能理性发展，更好地融入现有和未来的作战体系。
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