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美國(guó)士兵在放飛無(wú)人機(jī)

當(dāng)俄羅斯強(qiáng)力部門(mén)還不能確定他們需要什么樣的無(wú)人機(jī)和準(zhǔn)備為此花多少錢(qián)的時(shí)候，世界主要國(guó)家的軍隊(duì)正在成千而不是成百地購(gòu)買(mǎi)無(wú)人機(jī)。特別受歡迎的是“手提”無(wú)人機(jī)，也就是士兵只用自己雙手的力量就可以放飛的小型無(wú)人機(jī)。

按最保守的估計(jì)，近十年來(lái)僅五角大樓就購(gòu)買(mǎi)了不少于12500架各種用途和型號(hào)的小型無(wú)人機(jī)。這種無(wú)人機(jī)起飛重量約0.25-6.5公斤，翼展0.7-2.7米，可與操縱臺(tái)一起攜行，必要時(shí)可與輔助設(shè)備裝在一至兩個(gè)背囊里。可在數(shù)分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)入戰(zhàn)斗狀態(tài),然后士兵只需揮手放飛即可。

兩小時(shí)不夠

盡管尺寸和重量小，但小型無(wú)人機(jī)具有足夠強(qiáng)的偵察能力，主要是光學(xué)和(或)紅外波段偵察，并能實(shí)時(shí)向操縱員的操縱臺(tái)傳遞偵察到的敵情，向分隊(duì)指揮員甚至單兵提供當(dāng)前戰(zhàn)場(chǎng)的圖景。

小型無(wú)人機(jī)的有效載荷通常包括小型攝像機(jī)和照相機(jī)、熱像儀。動(dòng)力裝置采用電動(dòng)機(jī)，以蓄電池為能源，從而可以降低無(wú)人機(jī)的噪聲和重量，提高防爆防火特性。

但另一方面，這種無(wú)人機(jī)也有一系列缺點(diǎn)，其中最明顯的是續(xù)航時(shí)間短——這是由其尺寸和起飛重量小決定的，不能攜帶大量能源。因此，小型無(wú)人機(jī)留空時(shí)間通常不超過(guò)1-2小時(shí)。

當(dāng)然，這些時(shí)間對(duì)于其執(zhí)行大部分任務(wù)完全足夠了：小型無(wú)人機(jī)畢竟是靈活反應(yīng)手段。但是美國(guó)將領(lǐng)和軍事專(zhuān)家在分析此類(lèi)無(wú)人機(jī)的使用結(jié)果、包括在實(shí)戰(zhàn)條件下(在阿富汗和伊拉克)的使用結(jié)果后得出結(jié)論，必須將小型無(wú)人機(jī)的續(xù)航時(shí)間增加50-100%，有可能的話還要更多。

不久前，主要研究飛行器氫動(dòng)力裝置的美國(guó)空軍科學(xué)研究試驗(yàn)室分部的一位代表在接受記者采訪時(shí)說(shuō)：“較長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間對(duì)軍用飛行器極為重要，這給美軍提供了更長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控目標(biāo)的可能，還能在停止飛行或返航充電或加油之前進(jìn)行大范圍偵察和監(jiān)視。在當(dāng)前的戰(zhàn)場(chǎng)上，信息是關(guān)鍵性因素，因此通過(guò)增加續(xù)航時(shí)間我們可以顯著擴(kuò)大我們和友軍能夠獲得的偵察情報(bào)的容量。”

雜交發(fā)動(dòng)機(jī)

因此，就出現(xiàn)了這樣一個(gè)問(wèn)題：如何在不顯著增加無(wú)人機(jī)的尺寸和重量的情況下增加其續(xù)航時(shí)間?要知道，目前通過(guò)提高蓄電池的工作效能或增加其數(shù)量來(lái)取得積極結(jié)果是不可能的：工程師們還不能保證近期能夠研制出工作性能得到根本提高的蓄電池。

當(dāng)然，一些公司和機(jī)構(gòu)正在嘗試研制更緊湊的、所用燃料類(lèi)型有限的發(fā)動(dòng)機(jī)。例如，今年年初，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局授予曙光飛行科學(xué)公司一份合同，為后者撥款進(jìn)行小型無(wú)人機(jī)新型雜交動(dòng)力裝置第一階段的研制工作。這種動(dòng)力裝置包括電動(dòng)機(jī)和配備渦輪增壓葉輪式鼓風(fēng)機(jī)的小型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

新型發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)具有較高的效能、單位功率和經(jīng)濟(jì)性，噪聲應(yīng)比現(xiàn)役汽油發(fā)動(dòng)機(jī)小。同時(shí)，其功率不小于10馬力。曙光公司正在從事的這項(xiàng)工作的意義在于，使需要使用重油的柴油機(jī)適應(yīng)無(wú)人機(jī)，暫時(shí)不還不行，主要是因?yàn)槭褂貌裼突騄P-8燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸和重量較大。

這種發(fā)動(dòng)機(jī)暫時(shí)還只是遠(yuǎn)景設(shè)計(jì)，而續(xù)航時(shí)間今天就要增加。

氫燃料電池

好在，出路找到了——使用氫燃料作為能源，近年來(lái)西方在該領(lǐng)域取得了突破性的成果。

例如，從事氫燃料研究的Protonex公司不久前演示了通過(guò)使用此類(lèi)燃料將無(wú)人機(jī)(起飛重量6.3公斤)續(xù)航時(shí)間延長(zhǎng)至9小時(shí)的可能性。同時(shí)，該公司的專(zhuān)家們聲稱(chēng)，燃料電池和燃料加在一起的體積比兩升的可口可樂(lè)瓶子還小。

早些時(shí)候，公司已經(jīng)研制了一系列功率從100到500瓦的燃料電池。誠(chéng)然，在此情況下仍需要為無(wú)人機(jī)配備鋰離子電池——用于在起飛和著陸時(shí)提供補(bǔ)充能源。電池組在飛行中用氫燃料電池充電。

Protonex公司負(fù)責(zé)人斯科特皮爾森在接受美國(guó)《防務(wù)新聞》周刊采訪時(shí)說(shuō)，采用氫燃料電池和鋰離子電池的無(wú)人機(jī)的留空時(shí)間比采用有電動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)動(dòng)力裝置的無(wú)人機(jī)延長(zhǎng)1-3倍。

試驗(yàn)結(jié)果給美國(guó)國(guó)防部領(lǐng)導(dǎo)人留下了應(yīng)用的印象，后者很快便交給公司一份價(jià)值330萬(wàn)美元的研制改進(jìn)型燃料電池和所有伴隨設(shè)備的合同。

曙光公司研制的氫燃料電池將整合入AeroVironment 公司研制的“美洲豹”AE無(wú)人機(jī)的動(dòng)力裝置。該無(wú)人機(jī)長(zhǎng)1.4米，翼展2.7米。用于在晝間和夜間執(zhí)行偵察任務(wù)，為此它裝備了光電和紅外監(jiān)視系統(tǒng)。動(dòng)力裝置為1臺(tái)電動(dòng)機(jī)。飛行控制和空地通信系統(tǒng)也有電源。

AeroVironment公司選擇此設(shè)計(jì)并非偶然：正是其專(zhuān)家研制了世界上最著名的小型無(wú)人機(jī)——重1.9公斤的RQ-11А“大鴉”小型無(wú)人機(jī)。僅美軍就裝備約4000架該型無(wú)人機(jī)。2001年，該機(jī)完成了首飛，2003年列裝。美軍特種作戰(zhàn)司令部接收了第一批“大鴉”無(wú)人機(jī)。按照最初的合同購(gòu)買(mǎi)了約850架，單價(jià)35000美元(一套系統(tǒng)價(jià)格為25萬(wàn)美元)。

技術(shù)問(wèn)題

Protonex公司的一份廣告宣傳單中是這樣說(shuō)的：“您需要做的全部工作就是添水，然后您會(huì)得到高能燃料。”

這里說(shuō)的氫是硼氫化鈉和水在催化劑和熱的作用下發(fā)生分解反應(yīng)產(chǎn)生的。所獲得的氣體直接進(jìn)入燃料電池，遇正極——鉑催化劑離解并失去電子，然后電子輸出到外電路——這對(duì)動(dòng)力裝置的工作來(lái)說(shuō)是必須的，而中子同時(shí)到達(dá)負(fù)極(催化劑)，在這里與大氣中的氧發(fā)生反應(yīng)生成水，水是生成氫的反應(yīng)所必需的。多余的水直接排到機(jī)外，以避免無(wú)人機(jī)過(guò)載。這就是一架無(wú)人機(jī)中的物質(zhì)循環(huán)。

自然，這一半封閉循環(huán)的時(shí)間長(zhǎng)短取決于原物質(zhì)——硼氫化鈉的儲(chǔ)備量。已經(jīng)用過(guò)的燃料組件或者在飛行中拋投出去，或者送回去重新充電。專(zhuān)門(mén)研制的內(nèi)置于油箱的控制系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)程度和氫的產(chǎn)量。

研制公司的代表說(shuō)，正在按五角大樓的訂貨研制的燃料動(dòng)力系統(tǒng)的突出特點(diǎn)是，其所使用的所有成分均無(wú)毒、不可燃，相當(dāng)重要的一點(diǎn)是成本相對(duì)較低。

AeroVironment公司新聞發(fā)言人斯蒂文吉特林在接受記者采訪時(shí)強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“我們認(rèn)為裝備了氫燃料電池系統(tǒng)的‘美洲豹’AE無(wú)人機(jī)有很大的潛力。這種無(wú)人機(jī)可非常有效地用于長(zhǎng)時(shí)間在受保護(hù)設(shè)施周?chē)�進(jìn)行監(jiān)視或在地面護(hù)送隊(duì)行進(jìn)路線的前面巡邏。”

此外，應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)，“美洲豹”AE無(wú)人機(jī)的研制公司不僅為陸軍分隊(duì)、邊防部門(mén)或空軍還正在為特種作戰(zhàn)部隊(duì)、海軍和海岸警衛(wèi)隊(duì)研制改型。

該無(wú)人機(jī)的“雜食性”體現(xiàn)在其名稱(chēng)上，AE為All-Environment的縮寫(xiě)，意為“全環(huán)境”，即可在任何條件下使用。海軍和海岸警衛(wèi)隊(duì)可使用有不透水機(jī)體的“美洲豹”，這樣，無(wú)人機(jī)能夠安全地在水上降落。用15.24×25.4厘米的操縱臺(tái)及所配的10.16×15.24厘米屏幕操縱。

美國(guó)國(guó)防部代表稱(chēng)，旨在研制使用氫燃料電池動(dòng)力裝置的長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)的計(jì)劃的第一階段預(yù)計(jì)于2010-2011年完成，如果試驗(yàn)順利，將在最短時(shí)間內(nèi)裝備美軍各軍兵種。

其他國(guó)家的軍方也對(duì)這一先進(jìn)設(shè)計(jì)頗感興趣。這種無(wú)人機(jī)似乎對(duì)俄羅斯強(qiáng)力部門(mén)也非常有益，但不幸的是，俄羅斯在類(lèi)似的燃料電池和不依賴(lài)空氣的動(dòng)力裝置研制領(lǐng)域還落后于西方。