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美国国防高级研究计划局新兴技术发展分析

时间:2018年01月25日 信息来源:国际太空 点击: 【字体:

本文重点介绍美国国防高级研究计划局(DARPA)在分布式能力、高超声速打击武器和定向能等方面开展的突破性研究工作,这些能力可在反介入/区域拒止(A2/AD)环境中发挥重要作用,提供可信的全球打击能力。


1. 分布式能力

美国国防高级研究计划局在分布式能力研究方面开展的典型项目包括:

①“小精灵”项目,发展低成本分布式无人机群;

②“机组人员驾驶舱工作自动化系统”(ALIAS)项目,通过机器学习能力提高人机协作的有效性,同时完善人机界面(HSI);

③“拒止环境中协同作战”(CODE)项目,研究人机编队和半自动化协作的算法。

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“小精灵”项目


“小精灵”项目是研究由多个无人机平台组成的系统,可避免有人作战平台在保障维护和复杂防御方面的高额成本。“小精灵”飞行器设计为空中发射和空中回收。“小精灵”项目采用较大的载机(包括轰炸机、战斗机和运输机),将无人机群运输至攻击区域的边缘再进行投放。“小精灵”飞行器为可重复使用,每一次的运行成本远远低于巡航导弹或传统弹药。空中发射和空中回收解决了“全球敏捷性”的几项关键挑战。利用目前的全球机动装备,从美国本土出发,可在36h内将“小精灵”飞行器部署到世界任何地区。

 

“小精灵”是实现分布式能力的重要方案。2017年3月15日,美国国防高级研究计划局选择通用原子航空系统公司(GA-ASI)和动力系统公司(Dynetics)进入项目第2阶段。两家公司将设计全尺寸验证方案,在地面试验验证关键技术,并对安全系统和发射回收系统开展飞行试验。在第2阶段,“小精灵”项目将通过初步设计评审(PDR),并将在2018年初进入第3阶段。


“机组人员驾驶舱工作自动化系统”


平台研发仅是发展分布式能力的众多挑战之一,与作战人员的有效结合也十分重要。美国国防高级研究计划局计划通过“机组人员驾驶舱工作自动化系统”(ALIAS)项目,进一步发展人机协作和机器自主学习能力。

 

“机组人员驾驶舱工作自动化系统”项目旨在研发能安装在现有飞行器上的新型自动化系统,从而提高任务有效性和安全性,同时减少执行任务所需的机上人员。为实现这一目标,必须先推动机器自主学习能力和人机协作的发展。

 

“机组人员驾驶舱工作自动化系统”项目的关键是智能处理核心,可进行飞行管理和系统分析。同时,该项目还在研发一个感知系统,可以模拟任何复杂的计算机算法,测量和监测任务中所有关键的参数,例如空速、高度、燃料状态、方位、分析系统状态和飞行器性能等。


拒止环境中协同作战

人机编队和半自动协作是十分重要的能力,也是美国国防高级研究计划局“拒止环境中协同作战”(CODE)项目的核心概念。该项目旨在研发先进自动算法和监测控制技术,以提高在拒止环境中无人机或先进导弹的性能,相关技术领域有:①协作自动化;②飞行器自动化;③监测接口;④分布式系统的开放式架构。关键的技术改进主要是传感、打击、通信和导航方面的自动协作,降低对通信宽带和人机接口的要求。


协同作战能显著提高效率,降低齐射规模。另一个重要优势是相干无线电频率效应。在充满挑战的无线电频谱环境中,有效利用可用的带宽对于协同作战也十分重要,项目目标是在编队中形成一个通用的态势感知图。开放式架构是开发“拒止环境中协同作战”通信结构的关键,现有系统和新的设计必须在一个不断改进的环境中融合。


2. 高超声速打击武器


近几年,美国国防高级研究计划局在高超声速武器研发方面连续推出多项计划。例如“战术助推滑翔”(TBG)项目,旨在发展、验证战术射程的空射高超声速助推滑翔系统的关键技术;以及“高超声速吸气式武器概念”(HAWC)项目,旨在开展高超声速巡航导弹的演示验证。这两个项目均与美国空军联合开展,计划在2019年开展首飞试验。此外,美国国防高级研究计划局还开展了“试验型太空飞机”项目。2017年5月,美国国防高级研究计划局宣布波音公司将承担试验型太空飞机-1项目第二和第三阶段的研制工作,以研制一种有望降低发射成本的可重复使用一子级。

 

除美国外,其他国家也在发展高超声速技术。例如,印度的高超声速巡航导弹——布拉莫斯Ⅱ。高超声速打击武器将很快出现在战场上,很有可能掌握在对手的手中。因此,美国认为更应该继续发展高超声速打击武器:鉴于高超声速武器难以防御,必须加强对敌方武器系统的了解,研发有效的防御策略,降低潜在威胁。


3. 定向能

高能机载激光器是航空防御领域的发展趋势,也是未来一种重要的进攻性打击力量。与传统的化学激光器相比,固态光纤激光器具有更好的鲁棒性,体积更小巧,更适用于作战环境。光纤激光阵列、光束合成和自适应光学技术的发展,都预示着高能激光器具备较好的发展前景,激光功率能够达到数百千瓦的量级。

 

进攻型激光武器具有多种重要的作战优势。首先,机载光纤激光器的弹药量和打击频次,仅取决于载机的电源能力;第二,激光具有不可见、无声的优点;第三,通过实时反馈,激光武器有着极高的精度,并可持续更新打击方位;最后,激光的速度如同光速,打击几乎是瞬间完成的。机载激光器的另一个重要技术进展是自适应光学技术。该技术可以根据实际情况调整输出光束,抵消大气造成的光束畸变。


美国国防高级研究计划局和空军研究实验室都在继续发展定向能技术。在未来的战场上,激光武器将发挥重要作用。


(作者:佚名)
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