全球防衛誌 256 期(2005年12月)

無人載具獨領風騷-新世代美國陸軍航空隊

The UAV's Time, the New Age of US Army Air Force
作者:黃偉傑 

        在美國國國防部長倫斯斐一聲令下後,耗費鉅資發展的RAH-66卡曼契攻擊直升機發展計畫宣告腰斬,也讓美國陸軍航空部隊在戰力轉型喊的震天賈響的美國陸軍中成為最尷尬的一群。因為目前美國陸軍航空隊轄下的攻擊、偵搜和運輸直升機群的平均機齡都已經超過15年,如果把一些經過性能重建的UH-1行政機也算在內的話,這數字還會水漲船高。

        美國陸軍航空隊在2005年的堪用作戰機數為3,890架,但是其中沒有一架是1990年代以後開發的新機種。目前美國陸軍航空隊麾下最新的機種就是1991年首次試飛的AH-64D長弓阿帕契,但是嚴格說來也只能算是AH-64系列的最新改良型,而非全新機種。而且在美國陸軍航空隊目前的財產清單中,還有422架老驥伏櫪的UH-1直升機,可見其裝備整體新陳代謝的速度之慢。

        雖然目前美國陸軍航空隊麾下的主力機種像是AH-64A/D阿帕契攻擊直升機和OH-58D戰搜直升機尚能應付後冷戰時期的作戰需求,但是在未來的高強度區域衝突中,美國陸軍航空隊將必須面臨更為狡猾的敵軍和更多的高科技武器,因此美國陸軍航空隊已經另闢蹊徑,以全然不同的方式進行戰力轉型。

 編裝願景

        由於波音/塞考斯基團隊負責的RAH-66卡曼契計畫中途喊停,到2020年為止美軍將不再發展任何新的載人直升機,而獨挑大樑的就是UCAR無人戰鬥直升機開發計畫。而根據美陸軍的近代化計畫來看,為了彌補新型直升機開發中止的戰力空檔,未來陸航部隊將以改良現有機種為主,另外則是引進新的UCAR無人戰鬥直升機和改良型武裝戰搜直升機(ARH)。

        因為RAH-66卡曼契戰搜直升機的計畫終止,因此原本編列用於購買121架卡曼契的146億美元採購預算可以轉用到其他方面,美陸航司令部計畫以這筆經費採購800架新直升機,另外對1,400架現役直升機進行性能提升。

        美陸航司令部計畫於2006年∼2011年和2012年∼2020年間分別對現有的陸航兵力進行大規模整建,其中20062011年為兵力整建階段(POM),20122020年則是兵力成軍階段(EPP)。由於沒有新的戰鬥直升機開發計畫,因此現役的714AH-64A/D阿帕契攻擊直升機將在性能提升後繼續擔任主力。目前計畫在20072017年將現役的284AH-64D長弓阿帕契BlockⅠ和217BlockⅡ型全部升級到BlockⅢ型,總數為510架。

        AH-64D長弓阿帕契BlockⅢ型的改良部分包括換裝新型目標獲得暨瞄準系統(M-TADS/PNVS)、新型複合材料主旋翼、加裝共通資料鏈和線傳飛控系統。在經過這些改良之後的長弓阿帕契將可以有效和陸軍其他單位整合,進行網路中心作戰。

        而在戰搜直升機方面,現役的OH-58奇歐瓦戰搜直升機將全部汰除,改由368ARH戰搜直升機取代。而在2020年以後,美陸航部隊計畫以新開發的聯合多任務直升機(JMRH)取而代之。

        至於1,605UH-60黑鷹通用直升機和428CH-47契努克運輸直升機也將繼續服役到2020年,其中將有331UH-60黑鷹通用直升機和169架契努克運輸直升機將進行性能提升,換裝新發動機和數位化座艙。不過和整體數量相較之下,比例其實很低,像UH-60黑鷹機群內預定進行改良的機數僅佔21%,而CH-47契努克機群也僅有39%。

        垂垂老矣的UH-1系列由於性能嚴重不足,在兵力整建階段中將以303架輕型通用直升機(LUH)汰換,為了節省經費,這批直升機將先以經過全面性能重建的休伊Ⅱ式或UH-1Y充任,而在2020年之後將會由新開發的聯合垂直降落運輸機(JVATF)取代。

        為了配合戰場需要,未來美軍陸航部隊將統籌運用陸軍所有的飛行無人載具系統。其中師級單位將配屬RQ-5獵人式無人載具,旅級單位則為RQ-7陰影200無人載具,排級單位則是RQ-11烏鴉式無人載具,而師級單位將優先換裝RQ-8B無人戰搜直升機,至於目前美國陸軍航空隊最具野心的無人載具計畫就是UCAR無人戰鬥直升機。

 UCAR無人戰鬥直升機

        經多次實戰洗禮,無人載具(UAV)已經成為目前美國四軍(陸、海、空、陸戰隊)不可或缺的重要武器系統。目前各軍種最具代表性的無人載具分別為空軍的RQ-4A全球之鷹、RQ/MQ-1掠奪者、陸軍的RQ-5A獵人式和海軍/陸戰隊共用的RQ-2A先鋒式無人飛行載具。

        而在這些無人載具中,空軍所使用的掠奪者可說戰績輝煌。在持久自由作戰中,掛有地獄火飛彈的掠奪者無人載具不僅可以進行長時間夜間偵察,更重要的是可以在發現目標時直接對敵發起攻擊,不需要另外呼叫有人在空機進行掠襲。

        目前美軍無人載具的發展方向主要分為兩大類,其一是單純型的無人偵察機,另外一種就是無人武裝載具,而美國陸軍航空隊目前正在進行的UCAR無人戰鬥直升機(UCAR)計畫正是無人武裝載具的代表作。陸軍希望UCAR無人戰鬥直升機能夠取代AH-64ARH戰搜直升機,除對敵前線進行威力偵察之外,還能擔任反裝甲任務獵殺敵戰車。

        針對陸軍提出的性能需求,共有兩個團隊參與競標,分別為洛馬和諾格公司,這兩個團隊將分別建造原型機進行性能展示,再由美國陸軍擇一進行全系統發展。按照計畫,UCAR無人戰鬥直升機的正式原型機將於2007年首次試飛,如果順利的話會在2012年開始量產。

        美國陸軍對於UCAR無人戰鬥直升機性能需求如下:巡航時速160節(296公里),最大升限20,000呎(6,096公尺),戰鬥距離700公里以上。除此之外,UCAR無人戰鬥直升機還必須採用整合式感測、通訊和武器系統,並且擁有優秀的飛操性能。

        UCAR無人戰鬥直升機最大的優點就是省去兩名飛行員所佔的座艙空間和重量,由於不用考慮座艙視野和生存性問題,因此外型擁有更大的設計自由度,機體重量和尺寸也可以變的更為緊緻,更重要的是,UCAR無人戰鬥直升機的外型可以完全符合匿蹤需求。從目前設計團隊所公布的概念圖可以發現,兩架原型機在構型設計上都大量採用匿蹤原則。

        不過兩家團隊最大的設計差異在於主尾旋翼構型,洛馬團隊採用的是傳統單主旋翼和扭力抵銷系統(PATS),但是諾格團隊則是採用鮮為戰鬥直升機採用的嚙合式雙主旋翼設計。

        直升機設計上的一個關鍵問題就是如何抵銷主旋翼所產生的逆向扭力,為了抵銷逆向扭力,直升機需要耗費不少寶貴的發動機出力。雖然歷來有不少革命性的構想出現,但是考量到成本以及飛操性,現今大多數直升機依然採用傳統的單主旋翼和尾旋翼設計。

        在實戰中業已證明,尾旋翼可說是直升機最脆弱而且最易受損的部分,只要用小口徑武器就足以對直升機尾旋翼造成嚴重損傷。除了易於受損之外,直升機消耗在尾旋翼上的發動機出力也不容小覷,平均約為915%。因此有不少現役直升機都在尾旋翼上動手腳,像是UH-60黑鷹直升機的尾旋翼就刻意設計成左傾,希望能夠多少增加一點升力。

        不過這些辦法頂多只能治標,不能治本,真正解決問題的辦法就是取消尾旋翼。洛馬公司所採用的扭力抵銷系統其實就是以前休斯飛機公司所發展的無尾旋翼設計(NOTAR)。該設計利用反作用力原理,將機身內導風扇所產生之噴射氣流從直升機尾部導出,藉此產生反作用力來抵銷主旋翼產生的逆向扭力。這套系統的好處是成本低廉、技術可靠,而且徹底解決了尾旋翼暴露在外易遭敵火或外物損傷的問題。噴氣口僅是簡單的活門,即使遭到敵火命中也不容易完全失效。

        無尾旋翼設計最大的缺點是仍須耗用發動機出力,而且在機內加裝導風扇和傳動系統也必須佔用重量和空間。不過洛馬公司在設計扭力抵銷系統時除了用來抵銷主旋翼的反向扭力之外,還打算利用多餘的噴射氣流來增加飛行速度和飛操性。根據目前洛馬公司所公布的資料顯示,利用扭力抵銷系統所產生的額外推力,該公司的UCAR無人戰鬥直升機將可以達到333公里的瞬間衝刺時速,遠超過目前所有的戰鬥直升機。

        雖然問題相同,但是諾格公司所採用的解決辦法可就和洛馬公司大不相同。諾格公司引進了卡曼公司獨創的嚙合式旋翼改良型,並且加裝自動控制襟翼(ISF)。

        嚙合式旋翼算是雙主旋翼設計的變形版,過去縱列雙主旋翼設計曾經是重型運輸直升機設計者的首選,像CH-47運輸直升機就是採用縱列雙主旋翼的代表性機種。不過嚙合式旋翼的設計比較特殊,事實上嚙合式主旋翼的運作原理和齒輪很像,兩組外傾的主旋翼彼此交錯,在運轉時剛好會插進彼此的空隙中。雖然看起來很危險,但是根據飛行記錄,嚙合式主旋翼事實上相當安全。卡曼公司所設計採用嚙合式旋翼的起重直升機已經在商用市場上銷售多年,已經算是相當可靠而且成熟的技術。

        嚙合式旋翼雖然外型頗為怪異,但是其實優點不少。首先,嚙合式旋翼採用兩具對轉主旋翼,可以完全抵銷主旋翼運轉時所產生的扭力,能夠完全發揮發動機出力。再者,嚙合式旋翼可以用較小的主旋翼直徑獲得相同的旋翼升力面積,這對於需要在狹小空間內起降的艦載直升機或是起重用直升機來說相當有利。而直徑較小的主旋翼就代表重量可以減輕,而且在高速飛行時所產生的導生阻力也比較小。

        不過嚙合式旋翼也有其缺點存在,其中最大的問題就是傳動系統,由於需要同時驅動兩具主旋翼,因此傳動系統和減速齒輪箱的配置會佔掉機身重心部分的不少空間。另外由於需要進行同步運轉,因此在傳動系統方面的設計會比較複雜。

        另外一個問題就是迴旋性,單主旋翼設計中的尾旋翼雖然會消耗不少動力,但是位於機身力矩尾端的尾旋翼能夠在機身迴旋時提供立即反應。而雙主旋翼設計如果要進行機身迴旋的時候就必須調整兩具主旋翼的週期變距,才能利用扭力差來達成相同飛操動作,這代表雙主旋翼設計在飛行包絡線某些區域內的飛操性會不如單主旋翼設計。

        不過諾格公司之所以採用嚙合式旋翼,顯然就是看上嚙合式旋翼外型緊緻的優點。而且諾格公司新設計的自動控制襟翼號稱可以有效減少阻力,進一步增加飛行速度。

        根據該公司所公布的資料顯示,加裝新型自動控制襟翼的嚙合式旋翼的發動機出力消耗比起傳統單主旋翼或是無尾旋翼設計足足減少了1520%,因為嚙合式旋翼不需要驅動導風扇或是尾旋翼,所以在相同的起飛毛重要求下,嚙合式旋翼設計可以讓UCAR無人戰鬥直升機攜帶更多的任務酬載,或是在相同任務酬載的狀況下獲得更長的滯空時間和作戰距離,飛行速度也會更快。

        除了旋翼配置構型大異其趣之外,洛馬和諾格公司的原型機構型設計也有許多不同之處。洛馬公司的機體設計較為扁平,整體外型頗為類似X-32實驗機,其中最特殊的地方就是在機體兩側裝有折疊式操縱面。根據洛馬公司表示,這組折疊式操縱面可以在高速時提供額外的控制,讓UCAR無人戰鬥直升機的飛操性更加提升。至於內建武器艙和模組化感測器莢艙則是採縱列配置,位於機身前半部。

        洛馬公司的UCAR無人戰鬥直升機具有高度自動化任務執行能力,預計將可以攜帶318公斤的任務酬載,包括各種複合感測器和武裝。在無武裝狀態時,滯空時間超過9.5小時,而在全副武裝時的滯空時間也有4.5小時,能夠自動進行地貌追沿飛行(NOE)和搜索任務。

        諾格公司的UCAR無人戰鬥直升機在尺寸和酬載量上都遠遠超過洛馬公司的設計,光是起飛重量就高達4,000公斤,任務酬載量則為1,134公斤,如果加掛輔助燃料箱的話,滯空時間更能超過10小時以上,戰鬥距離達1,780公里,可說是重量級的UCAR無人戰鬥直升機。

        由於酬載量大,因此諾格公司的UCAR無人戰鬥直升機可以攜帶超過四發的地獄火飛彈或是未來的聯合通用飛彈(JCM)之類的重型反戰車飛彈,而且像是先進精密射擊武器系統(APKWS,加裝導引裝置的HYDRA火箭彈)和25公厘XM307先進近戰武器系統(ACSW)這類尚在研發階段的武器系統也游刃有餘。

        從規格上來看,兩家團隊的設計可說完全不同,洛馬公司強調成熟技術,並且以低成本和輕量化取勝,但是諾格公司則是以高性能和酬載量取勝,兩者可說是各有千秋,接下來就看競標過程鹿死誰手。

 ARH戰搜直升機

        ARH戰搜直升機可說是美國陸軍在未來10年內唯一進行的「新」載人直升機計畫,主要目標是用來取代機體結構逼近壽限的OH-58戰搜直升機。由於被腰斬的RAH-66卡曼契就是因為價格飛漲而遭遇不幸,因此美國陸軍在推動ARH戰搜直升機計畫時就特別強調成本控管。

        美國陸軍計畫自2007年起開始採購ARH戰搜直升機,由於成本與時程考量,ARH戰搜直升機並非如原先所推測的一樣是RAH-66卡曼契直升機的廉價版,而是直接向OH-58一樣直接從現貨市場選定機體進行改裝。美國陸軍要求ARH戰搜直升機的引擎和座艙必須能夠承受7.62公厘機槍彈的直接命中,並且還有有足夠的酬載量用於容納模組化感測裝置,另外還必須能夠掛載開發中的聯合通用飛彈進行反裝甲任務。

        身為OH-58製造商的貝爾飛機公司已經向美國陸軍提出兩個ARH戰搜直升機的建案,其一是OH-58D戰搜直升機的全面性能提升計畫,而這也是最便宜的辦法。不過由於ARH戰搜直升機預計將服役20年,因此已經被改良到極限的OH-58D顯然已經沒有性能提升以配合新系統的餘裕。

        貝爾公司的另外一個建案就是以現有的貝爾407或貝爾427商用直升機為基礎所設計的新型ARH戰搜直升機,雖然就尺寸而言貝爾407和現有的OH-58D相去不遠,但是貝爾的建案中包括換裝925馬力的HTS900渦輪軸發動機,因此在酬載量和飛操性方面的表現絕對會比OH-58D來的優秀,在改裝容許裕度上也會更大。不過如果純就改裝空間來看的話,雙發動機的貝爾427可望是未來ARH戰搜直升機的最佳候補。而除了貝爾公司之外,包括休斯飛機公司和數家外國直升機公司也不約而同地向美國陸軍推銷中小型直升機。

 RQ-8B火蜂式

        RQ-8B的前身是諾格公司為海軍開發的RQ-8A火斥候無人戰搜直升機,陸軍版的RQ-8B為了提升酬載量和續航力,換裝四葉主旋翼和更大的燃料箱(720公升),並且修改部分機體構型。改良後的RQ-8B最多可以攜帶270公斤的任務酬載,而在搭載90公斤任務酬載的狀況下,滯空時間可達8小時。RQ-8B除了擔任偵察任務之外,還可以掛載2枚地獄火飛彈或是其他武器進行攻擊任務。

        RQ-8B的標準感測器包括機鼻下方的前視紅外線(FLIR)和電視攝影機,以人體大小的目標為例,白天時的識別距離為250公尺,夜間則降為125公尺。所攝得的影像除了直接下載到地面管制站之外,也能暫存在機體內。RQ-8B具有部分自動飛行能力,地面管制站人員只需要設定導航點和飛行路線,RQ-8B就能自動執行任務。美國陸軍預定於2008年接收第一批共7架的RQ-8B無人戰搜直升機,並且計畫在2011年配屬部隊,達成初期作戰能力(IOC)。

 務實的妥協

        美國陸軍航空隊的戰力改革進程雖因RAH-66計畫的腰斬橫生波折,但是在調整方向之後也已經重新啟動。由於後冷戰時期的獨特戰略環境影響,未來美國陸軍航空隊編裝勢將走向輕薄短小,並且大幅強化無人載具戰力比重,接手更多的第一線戰場偵搜任務。

  

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