全球防衛誌 257 期(2006年1月)

戰場之眼─俄羅斯新一代無人飛行載具的發展現況與簡介

 New Generation UAV in Russian
作者:孔德兟

       隨著軍事科技的日新月異,未來戰場上勢必充斥著各類型的精確導引武器,為了降低人員與昂貴裝備的損失,各先進國家莫不熱衷於發展各式的無人飛行載具(Unmanned Aerial VehicleUAV)以因應未來的戰場環境。由近年來世上幾場規模較大的戰爭,如兩次美伊戰爭與阿富汗反恐戰爭,可發現各類型UAV在整體作戰中所發揮的功能與其重要性與日俱增,從早期只進行偵察、戰場監視等輔助任務到後期甚至直接發射武器攻擊敵人,由此可預見在未來戰場上UAV將扮演舉足輕重的角色,成為戰場上的新寵。

        在刻板印象中,俄國在UAV的發展上似乎不如西方先進國家,其實不然,俄國人對UAV的研究與使用是早於西方國家的。早在1950年代,前蘇聯的圖波列夫(Tupolev)設計局已開始進行UAV的研究,1950年代末推出首款UAVTu-121,但技術未臻成熟,性能不穩而未量產,後來進一步研發出Tu-123 鷹(Yastreb)式UAV,於1964年進入前蘇聯空軍服役成為首款實用化的UAVTu-123全長30公尺,起飛重量達35噸,為一種重型的UAV,起飛時以兩具固態火箭發動機加速,再以一具渦輪噴射發動機提供續航動力,可攜帶偵照器材和ELINT電子情報收集裝置,以22,000公尺飛行高度和2.2馬赫速度進入敵方領空執行任務。1960年代時的防空飛彈系統都拿它莫可奈何,無疑是當時最先進UAV系統。雖然性能優異,但這款UAV只能單次使用,操作成本高昂,故未大量部署,僅少量生產服役而鮮為人知。

        後來圖波列夫設計局以Tu-123為基礎,進一步發展出Tu-1392式,是俄國第一種可重複使用且具備低雷達截面積特性的UAV,不過此機並未量產,而是再日後進一步發展成為性能更優異的Tu-143Tu-143航行者(Reis)式保留了Tu-139可重複使用並具備低雷達截面積的特性,配備更先進的航電系統,執行任務方式也由原本的高空高速入侵改為配合低雷達跡訊特徵的超低空入侵方式,操作高度降為100~2,000公尺,速度降為次音速,巡航時速925公里。此UAV可藉由機上的自動導航裝置與高精密度的無線電高度儀和都卜勒測速儀追沿地貌保持低飛,配合其低雷達截面積的特性以躲避敵方的防空雷達。Tu-143是一款相當成功的UAV,有多次在戰場上成功使用的記錄,例如1982年黎南戰爭期間曾秘密軍援敘利亞,由敘利亞軍方操作用於監視以色列軍隊的動態,獲得許多寶貴的情資,以色列雖知道此款UAV的存在,但始終未能成功攔截,深感芒刺在背。

        Tu-143之後,圖波列夫設計局又發展了一款較小型Tu-141燕子(Strizh)式。Tu-141是一種次音速的多用途UAV系統,操作高度在50~6,000公尺之間,航程1,000公里,目前還少量服役於俄羅斯與烏克蘭空軍。1980年代初,圖波列夫設計局又推出了新一代的Tu-243航行者D型,Tu-243基本上也是以Tu-123為基礎發展而來,使用相同的發動機與類似的外型設計,但配備現代化的導航與感測系統,飛行高度進一步降低,執行任務時能以50公尺的高度追沿地貌飛行,航程達360公里。此機在1999年獲俄羅斯空軍採購20架,目前少量服役於俄羅斯空軍。

        雖然俄國有這麼許多性能優異的UAV設計,不過長久以來保守又缺乏新思維的前蘇聯軍方高層相當輕視UAV的發展運用,各型UAV都僅有少量部署與使用,因此鮮少有關於俄國UAV在戰場使用的報導。但隨著近年來UAV在幾場戰爭中的優異表現,與西方先進國家競相研發各種先進UAV的刺激,俄羅斯軍方開始重視這方面的發展,像雅克列夫(Yakovlev)設計局的蜜蜂(Pchela1T型、蘇霍(Sukhoi)設計局的探針(Zond)系列、卡莫夫(Kamov)設計局的Ka-1372005年莫斯科航空展首度公開的無風(Shtil)式等,都是近年來研發的成果。

 蜜蜂-1T

        蜜蜂1T型是一款輕型多用途UAV系統,由已在俄羅斯陸軍服役的蜜蜂1型改良而來,蜜蜂1型曾被俄軍用於車臣戰場,多次發現隱匿的游擊隊陣地而讓俄軍砲兵增添許多靶子,是車臣游擊隊相當憎恨的裝備之一,實戰表現相當優異。改良後的蜜蜂1T型具備快速部署與機動發射的功能,由機動狀態→展開系統→發射僅需20分鐘,可迅速部署於戰場前線執行敵情偵察、目標定位與警戒等任務。

        蜜蜂1T型全系統包含:可移動式的地面控制站、10架裝有助推火箭的蜜蜂1TUAV、一輛後勤支援載具與一輛運輸載具。可移動式的地面控制站可裝載一架蜜蜂1T型,設有發射軌道供UAV起飛之用,其主要功能有傳送控制訊號予UAV,一次最多可時控制兩架在空中的UAV、真時地接收並處理由UAV所回傳的數位影像訊號,並將影像顯示於控制台的螢幕上與記錄於磁帶中。同時還肩負對外通訊的功能,可將UAV蒐集的敵情與友軍分享,可說是蜜蜂1T型系統的靈魂中樞。後勤支援載具是以URAL-4320載重車改裝而成,主要的功能是提供蜜蜂1T型所需的一切技術支援,如儲存、保養、修復、發射前的準備工作、加油、回收與程式編輯等,可說是蜜蜂1T型系統的後勤支援中心。運輸載具則是由GAZ-66型載重車改裝而來,可一次載運兩架蜜蜂1T型,主要負責蜜蜂1T型任務完成後的降落區域執行回收工作,並擔任地面控制站與後勤支援載具間的UAV運送任務,可說是蜜蜂1T型系統的橋樑。

        接下來談談此系統的主體:蜜蜂1TUAV。蜜蜂1T型的外型簡潔,像一枚扛著一片機翼與簡單固定式起落架的飛彈,離陸重量138公斤,起飛時由機身兩側的可拋棄式固態火箭發動機提供動力,火箭燃畢後自行拋棄,接著由機尾的活塞式發動機所驅動的風扇式螺旋槳提供續航動力來源,飛行時速120~180公里,有效操作距離60公里,飛行高度在100~2,500公尺,飛行控制可自動亦可手動,自動模式下UAV可自動發射,並依照預先輸入的任務程式自主飛行和執行任務,完成任務後會飛至預先設定的地點以降落傘和機腹的緩衝支架著陸,後由運輸車回收,飛行期間必要時可由地面管制站人員接手控制,改以手動操控。

        蜜蜂1TUAV的機鼻下方設有一轉塔,轉塔內裝一部高解析度的電視攝影機,攝影機鏡頭的視野為5度至-6.5度,並可由可旋轉的轉塔改變掃描方位,測量的距離誤差在150公尺方位角誤差在一度內,所獲取的影像可真時地傳回給地面控制站。此電視攝影機可依需求換裝不同的裝備,如熱影像儀等,以適應不同的環境與任務,也可加裝雷射標定系統為雷射導引砲彈或飛彈提供目標照明功能,具有快速佈署、機動發射與多重任務特性的蜜蜂1T型系統確實為前線作戰時的好幫手。

 Ka-137

        Ka-137型是一款旋翼式UAV系統,推進系統採用卡莫夫設計局慣用的同軸反轉旋翼設計,外型看來就有如在一顆金屬球上加上一副同軸反轉旋翼般,造型相當奇特帶點科幻的味道,卻也因此而獲得良好的飛行與控制性能。Ka-137型於1994年開始研發,目標是設計一款可在各種惡劣地形起降的多用途輕型UAV系統,可執行各類型的軍事或民用任務,如偵察、目標定位、緊急物品運送、工程用途、核生化災害的調查、農漁礦業資源的調查、森林上空的例行性巡邏以預防森林大火等任務,取代有人飛行器進入危險區域執行任務,以避免人員與昂貴裝備所可能面臨的損失,整個研發工作於1999年完成並正式量產,目前已少量在俄羅斯陸軍和岸防部隊服役中。

        Ka-137UAV是整個MBVK-137多用途無人直升機系統的一部份,MBVK-137共有三種型式,分別為陸基型、空基型和艦載版。陸基型整套系統包含2~5Ka-137、由KAMAZ載重車改裝而來的地面控制站,以及內含PPU-137型控制裝置和可運載兩架Ka-137的後勤支援暨運輸載具和起重吊車所組成;空基型則以Ka-32型直升機為載台,直升機座艙內含PPU-137型控制裝置,Ka-137UAV則吊掛於機外,執行任務時由Ka-32吊掛至目標區釋放,可為武裝攻擊直升機提供目標的雷射照明與目標定位等任務;艦載版則可配備於各式海軍艦艇上執行諸如海上目標的偵察與定位、反艦飛彈的中繼導引與水雷的偵測等任務。一套MBVK-137多用途無人直升機系統可同時控制兩架Ka-137UAV執行任務,Ka-137具有完善的衛星導航與數位式自動化飛行控制系統,可依照預先輸入的任務指示自主飛行並執行任務。

        Ka-137UAV機體的長、寬皆為1.88公尺,高2.3公尺、主旋翼翼展5.3公尺、離陸重量280公斤,正常任務的載重量為50公斤,最大載重量可達80公斤,動力來源為一部Hirth 2706 R05型二行程活塞式發動機,最大出力達65匹馬力,驅動複合材料製造的同軸反轉旋翼,提供Ka-137最高達175公里的飛行時速與145公里的巡航時速,最大航程可達530公里,於50公里的行動半徑執行任務的續航時間達4個小時。球型機體的上半部主要容納發動機、燃油、控制與導航裝置,主要感測裝置則置於機身下半部內,可裝載包含電視攝影機、熱影像系統、雷達、無線電中繼設備等重量小於80公斤的裝置,以執行不同類型的任務。感測裝置外則覆上整流罩使之不暴露於機身外,此整流罩兼具電磁屏蔽與抗腐蝕功能,確保Ka-137能於惡劣環境下執行任務。

        筆者認為,具有體積小、所需操作空間小、可在惡劣天候與地形起降並執行任務等特點的Ka-137,相當適合部署於艦艇上使用,尤其是無法搭載一般有人直升機的小型艦艇,如巡邏艇、掃雷艇上執行任務、可大幅拓展這類小型艦艇的偵測範圍,又能為飛彈快艇這類的攻擊載台提供視距外目標的偵測與定位,並提供反艦飛彈的中繼導引,對提升這類小型艦艇的作戰效能大有助益。

 探針系列

        探針系列UAV是蘇霍設計局最新的UAV發展計畫,在今年的巴黎航空展和莫斯科航空展堿狾酗蓿}展出其縮小尺寸模型,尚處於研發階段,還沒有實機展出。探針系列目前共有三種構型,分別為探針1型、探針2型和探針3型,是一種在外型上及功能上與美國的RQ-4A全球鷹(Global Hawk)類似的長程UAV系統,可執行長航時、中高空的大範圍監視任務,進入敵方領空執行危險的偵照任務或在惡劣地形與天候執行危險的搜救任務等不適合由有人駕駛飛機執行的3D任務(Dull無聊、Dirty骯髒、Danger危險),降低人員與昂貴裝備所可能面臨的損失。

        探針1型的外型上採高展弦比的低單翼設計,垂直尾翼採大傾角的V型設計,外觀與美國的全球鷹類似,只是進氣口位於機身兩側,發動機噴嘴也被巧妙的設計所隱蔽,無法從下方直接看到噴嘴,可有效減少向下方輻射的紅外線跡訊,以降低被地面紅外線導引防空飛彈鎖定之機率。探針1型翼展35公尺、全長13公尺、最大起飛重量12,000公斤,以渦輪扇發動機為動力來源,最高飛行速度0.5馬赫,最大載重量1,500公斤,飛行高度14,000~16,000公尺,航程可達12,000公里。主要的感測器與電子設備為機背上呈三角形排列的相位陣列雷達系統,以及無線電與電視訊號的中繼設備,設計用以執行飛航管制(Air traffic control)任務,並擔任空中的無線電通訊與電視訊號中繼站。

        探針2型的尺寸、外型與探針1型相仿,最大不同在於主要感測器酬載的位置由原本的機背上方移至機腹下方,機身全長13公尺、翼展35公尺、最大起飛重量12,000公斤,由於不像探針1型在機背上設有大型的雷達天線陣列,因此飛行阻力較低,最高飛行速度增為0.6馬赫,最大載重量1,500公斤,飛行高度14,000~16,000公尺,航程達12,000公里。機腹配備有側視合成孔徑雷達與包含前視紅外線和電視攝影機在內的電子光學系統,設計用以執行大範圍的地球表面與大氣監測,可監測諸如河川的流量、冰山的飄移、森林大火等危險情資與支援空難海難的搜救,大氣中的臭氧層監測等任務。

        探針3型的尺寸是探針系列中尺寸最小的,外型設計也與前兩者不同,反而較類似美國的RQ-1掠奪者(Predator),只是進氣口的設計較近似於全球鷹。探針3型的主要感測器置於機首下方的轉塔內,進氣口則位於機背上近機尾處,尾翼採倒V字型設計,主要動力來源為機尾由活塞式發動機推動的螺旋槳。翼展16公尺、全長9.5公尺、最大起飛重量僅2,000公斤,最高飛行速度0.5馬赫,最大載重量為500公斤,操作高度在200~8,000公尺之間,航程可達2,500公里。配備有側視合成孔徑雷達與包含前視紅外線和電視攝影機的電子光學系統,設計用以執行地表監測任務,可紀錄地形的微小變動、冰原的覆蓋範圍監視、評估廣佈於俄羅斯境內的地下天然氣與石油管線狀態等任務。

        我們可以發現,以上原廠公佈的資料中所列出的任務範圍皆以民用任務為主,但我們並不能因此而輕忽探針系列UAV在戰場上使用的潛力,其實具有長時間滯空能力與配備包含合成孔徑雷達與前視紅外線等精密探測儀器的探針系列在戰場上也可發揮巨大的效果,如探針1型其實就是一架無人空中預警機,可作為空中的C4ISR平台,執行指揮、管制、通信、情報、電腦、監視、與偵察等功能,並可作為戰場上無線電通訊的中繼站;探針2型的合成孔徑雷達可透過雲層與沙塵獲得目標區的大範圍高解析度雷達圖像,全天候監視戰場的敵軍動態,並精確地提供目標的座標,前視紅外線則可全天候獲取高解析度的影像,具有強大的全天候戰場監視與偵察功能,並能提供目標識別;配備有轉塔式前視紅外線與電子光學系統的探針3型除一樣具有偵察與目標定位功能之外,亦十分適合執行攻擊任務,必要時可像美國的MQ-1掠食者式一樣,在翼下掛載反戰車飛彈直接執行攻擊任務。所以雖然俄國官方的資料刻意強調探針系列的非軍事用途,但仍無法掩蓋其具備強大軍事用途能力的事實,可說是假民用之名行軍用之實。

 無風式匿蹤UAV

        無風式是一種輕型匿蹤UAV,發展始於1990年代末期,當時由隸屬於Kvand飛航儀器設計局的INDELA獨立發展試驗所正進行的一項先進UAV發展計畫,此計畫的目標是發展一款實驗性同時具備定翼機與旋翼機特性的多用途小型UAV,無風式匿蹤UAV即為此計畫下誕生的產物。

        無風式匿蹤UAV是一款高速高機動性並具備垂直起降能力的多用途UAV,全長3.15公尺、翼展2.98公尺、空重僅17.6公斤,最大垂直起飛之離陸重量則為60公斤,氣動外型採常規的高單翼設計並融合匿蹤外型設計,主翼末端具有下反角,進氣道位於機首兩側並採沒入式的設計以降低雷達跡訊,起落架則採可收放的四點式設計,分別位於機首、機尾與主翼末端。動力來源是由3具置於機身中段的渦輪噴射發動機所提供,其中2具為推力較大的主發動機,主要供給垂直/短場起飛與各種飛行狀態所需的動力,可轉動的噴嘴位於機腹中段的重心處,並採巧妙的隱藏設計以增進匿蹤性能,第三具推力較小的發動機用於懸翔(Hover)狀態時的姿態平衡控制之用。拜獨特的動力裝置設計,飛行性能同時具備定翼機與旋翼機之特性與優點,可垂直起飛、短場起飛,也可像直升機一般的懸翔,使之能滿足各種不同操作環境的需求。

        無風式匿蹤UAV另一項先進之處在於其具備高度自主性的任務執行能力,從起飛、飛行至目標區執行任務到返回、回收都能在無人指揮的狀態下完成,這歸功於機上由俄國工程師所研發的高可信賴性全自主導航系統,此自主導航系統的功能包含自動空速保持、自動飛行高度保持、轉向時的姿態協調控制、GLONASS衛星定位導航、自動發射與回收控制、飛行狀況監視、參數調整與任務模擬等,從發射到回收皆能自主完成,可有效降低對人力的需求。無風式匿蹤UAV執行任務前由地面控制人員預先將任務參數輸入可程式化的任務電腦中,接著就由機上的自主導航系統來執行預先輸入的任務,載具在執行任務期間會隨時將機上的狀況與所處的方位自動回傳至控制站,地面控制人員可藉此監視無人飛行載具執行任務的狀況必要時也可隨時接手控制,或是加入新的任務。

        在用途方面無風式匿蹤UAV可依任務的需要裝載不同的設備如電子光學器材、前視紅外線系統及SAR合成孔徑雷達等,以執行各種不同的軍/民用任務。酬載容積限制為0.8立方呎,功率限制為100W,感測器所獲取的目標資訊可透過機上的數位資料鏈系統即時回傳給地面控制站,使地面控制人員能即時獲得所需的資訊。無風式匿蹤UAV的誕生的確開啟了俄國UAV發展的新紀元,未來如果發展順利且經費充足的話還將以此為基礎發展更大型的匿蹤無人戰機,其後續的發展值得關注。

 結語

        以上介紹的幾款UAV僅是俄羅斯近年發展的各類型UAV中的一小部分,其實俄羅斯製造或研發中的UAV遠不只於此,本文僅就幾款較知名較重要的UAV介紹之,雖無法全般了解俄羅斯UAV的發展現況,不過由此就可看出俄羅斯正積極發展UAV的科技,除供自用外也將在外銷市場上與西方國家的製品一較長短,不論其結果為何可以肯定的是未來UAV的世界將更加多采多姿。

 

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