2013年5月、7月，美国海军舰载无人作战飞机验证机X-47B先后在“布什”号航母上成功完成弹射起飞和拦阻着舰，标志着航母舰载无人机技术取得了根本性突破，引起世人的广泛关注。美国海军从2000年开始提出航母舰载无人机研究计划以来，先后历经航母舰载无人作战飞机先进技术计划（UCAV-NATP）、联合无人空战系统（J-UCAS）、舰载无人作战飞机系统演示验证（UCAS-D）、舰载无人空中监视与打击系统（UCLASS）和舰载无人空中加油系统（CBARS）等5个阶段。按照《美國海军航空兵2030愿景》，2025年美国海军舰载无人作战飞机将开始取代F/A-18，与F-35混合编成，舰载无人机将成为编队海空作战的主力之一，大幅度提升海上态势感知、高危区域突防以及远距离空中打击等能力，将会给航母编队的作战样式带来巨大变革。
国外航母舰载无人机发展情况
基于全球战略调整和海上作战需求考虑，美国海军在航母舰载无人机技术发展方面起步较早、投入较大，其整体技术上已远远领先英、法、俄等军事强国。2000年，美国国防预研局（DARPA）与海军启动UCAV-NATP计划。2003年，美国国防部将UCAV-NATP计划和空军无人作战飞机（UCAV-ATP）计划合并为J-UCAS计划，但由于海军、空军需求的巨大差异，2006年，J-UCAS项目终止。从2006年起，美国海军独立开展UCAS-D项目。2011年2月，X-47B验证机实现首飞。两年后，2013年5月14日，X-47B从“布什”号航母上完成首次弹射起飞，7月10日完成拦阻着舰。至此，美国航母舰载无人机技术取得了根本性突破，具备转入型号研制的条件。
在开展技术验证的同时，2012年，美国海军启动了首个航母舰载无人机系统研制项目——UCLASS。波音公司、洛马公司、诺格公司、通用原子航空系统等4家公司参与竞标工作。美国海军原计划2014年第二季度发布技术发展阶段的正式招标书，从4家公司中选择一家进入工程发展阶段。2016年，美海军将UCLASS项目调整为CBARS，为舰载有人战斗机加油，使更多的F/A-18E/F、F-35舰载战斗机遂行打击任务，提高航母打击群的作战效率和作战半径。美国海军已证实舰载无人机加油平台还将具备情报、监视与侦察（ISR）、目标指示以及发射导弹和投放炸弹等多任务能力，但侦察和打击不是主要任务，为提高其加油能力还降低对隐身能力的需求。航母舰载无人机加油平台正式命名为“黄貂鱼”无人机（代号MQ-25A）。美国海军计划2017年夏天将发布最终的需求建议书（RFP），从波音、洛马、诺格、通用原子航空系统4家公司的竞标方案中选定MQ-25A构型，2018年签订项目合同确定主承包商，2021年交付首架无人机。
虽然如此，美国海军并未停止对高隐身远程舰载无人作战飞机的研究，2017年2月9日，美国战略与预算评估中心（CSBA）发布《恢复美国海权：美国海军新舰队结构》报告，建议美国海军在拥有空中优势战斗机的同时，发展一型远程无人战斗机，以应对反介入/区域封锁带来的威胁，在拟议的舰队结构下，对机动部队最不利的冲突地点是亚太区域，机动部队可以从印度洋西海岸或太平洋中部出发，前往3219km以外冲突区域。然而，该距离将挑战飞行员的耐力，可连续飞行10h的战斗机由于体型巨大而难以在航母上起降。为此，CSBA建议美国海军采用作战半径大于926km、可空中加油、具备优秀隐身能力的无人战斗机。
参与竞标的4家公司航母舰载无人机发展简况如下：
（1） X-47系列
X-47系列舰载无人机由美国诺格公司研制。X-47A参加UCAV-NATP计划，2003年首飞，采用类似风筝气动布局，配装1台普惠JT15D-5C发动机，最大起飞重量约2.68t，翼展8.47m。2006年，诺格公司根据美国海军UCAS-D要求，研发X-47B验证机，与X-47A相比，体积更大，机长11.64m，翼展18.92m（折叠后9.42m），尺寸与F/A-18相近；采用无尾飞翼布局，拥有优异的雷达和红外低可探测性，被称为缩小版的B-2。最大起飞重量达到20.215t，最多可搭载2t武器，发动机采用1台普惠F100-220U涡扇发动机，巡航速度Ma0.9，实用升限12190m，作战半径达到1481km。诺格公司以X-47C参与UCLASS方案竞标，根据UCLASS系统关键性能指标要求，预计X-47C相比X-47B作战半径、航时都将增加（UCLASS要求3704km），可搭载4536～9072kg武器弹药＼任务载荷深入敌纵深执行任务。
（2）“幻影射线”（Phantom Ray）
波音公司提出基于X-45C“幻影射线”的方案。X-45C于2011 年4月在爱德华空军基地首飞，采用“箭头”式飞翼布局，机长10.9m，翼展15.2m，最大起飞重量16.556t，发动机采用1台通用电气F404-GE-102D不带加力涡扇发动机，巡航速度Ma0.8，实用升限12190m。
（3）“海上复仇者”（ Sea Avenger）
“海上复仇者”是通用原子航空系统“复仇者”无人机的改进型，正式名称是“捕食者”C，为满足上舰要求，采用翼尖折叠、加强起落架和加装拦阻钩，动力装置配装一台普惠PW545B涡扇发动机，采用弯曲进气以降低涡轮叶片造成的雷达反射，飞机V型尾翼可部分遮蔽尾喷口，从而降低红外特征。与其他飞翼布局方案相比，“海上复仇者”隐身性能有限，但其大展弦比布局设计利于实现长时间执行ISR任务（航时20h）。
（4）“深海幽灵”（ Sea Ghost ）
2013年4月，洛马公司公布了“深海幽灵”方案概念图，方案明显强调隐身能力，采用飞翼布局，类似扩大版的RQ-170（图4），采用类似RQ-170和F-117的格栅式进气道，在中线以下有一个传感器罩，武器舱在起落架舷内。该方案利用了洛马公司为RQ-170“哨兵”无人机、F-35C战斗机和其他海军项目所发展的各项技术，综合考虑了适航性、机舰适配性和作战安全性的要求。2017年3月，洛马公司臭鼬工厂负责人称，按照美国海軍最新修订的MQ-25A“黄貂鱼”舰载无人加油机项目要求，需要修改设计方案。虽然洛马公司认为采用无尾飞翼布局具有较好的隐身性能，可在剧烈对抗环境下执行任务，但2017年美国海军态度表明飞翼布局并非最合适的构型，要求竞标方重新设计机身机翼和尾翼，以提高载油量和生存能力，根据新的要求，洛马公司表示将采用翼身融合及尾翼一体化布局方案参与新一轮竞标。
航母舰载无人机的关键技术
航母舰载无人机的研制包括高隐身/长航时/高升阻比总体设计技术、高推比低油耗涡扇发动机、精确导引与着舰控制、态势感知与航路重规划、集成化机载任务载荷、自主飞行控制与空中加油等关键技术。
高隐身/长航时/高升阻比总体设计技术
舰载无人机要在航母上操作使用，首先应满足舰上起降和转运的要求，对机体尺寸特别是翼展有严格限制；其次，舰载无人机要在百余米长的航母甲板上起降，必须具备优良的气动特性和加速性能；而为了满足远距离突防任务需求，航母舰载无人机应具有尽可能大的作战半径和良好的隐身性能。
因此，舰载无人机在机舰适配性、飞行性能和生存能力方面，必须综合权衡考虑。早期验证机X-47A采用“风筝”构型气动布局，虽然能满足高生存力、空中压制及打击要求，但展弦比较小、升阻比低，不适宜执行大航程长时间侦察监视任务；为减小操纵面配平偏角（同时为减阻/隐身），造成重心配置过于靠前、内部空间利用率太小。为解决这些问题，X-47B加装外段可折叠翼，且外段机翼前后缘均与“风筝”构型后缘平行，外翼后掠角减小，提高了“风筝”构型的力矩上仰边界，允许飞机以更大迎角、更小速度进行着舰。采用的双后掠外形综合考虑了气动和隐身的结果，虽然牺牲了一定的隐身性能，但提高了气动性能。这说明舰载无人机设计过程中应当综合考虑气动、隐身的要求，单纯按照某一方面的要求都难以获得满意的设计。
而要实现长航时，必须在舰载无人机机体结构设计中大量采用高性能复合材料，实现全机结构重量的轻量化，增加燃油的装载量。X-47B舰载无人机机体结构中大量采用碳纤维复合材料，部分机体设计成模块化结构，可直接作为燃油储存油箱，其全机空重不到最大起飞重量的1/3。
精确导引与着舰控制技术
航母飞行甲板面积只有陆地机场的1/30～1/20，而且母舰还存在横摇、纵摇和升沉等运动，还有着舰区域的大气紊流扰动。在这种条件下，舰载无人机必须精确控制航迹，保持合适的速度、姿态以及相对航空母舰的位置，对准着舰甲板中心线，在预定着舰点啮合，才能安全实施拦阻着舰。
因此，舰载无人机对进近导引、动态定位和飞行控制的要求极高。从功能上讲，航母应将飞行甲板的运动参数不断传送给无人机，而无人机也需通过多种机载传感器（如雷达/激光/红外等）测定并预估飞行甲板着舰区域的运动参数，其飞控系统可实时处理大量位置和运动信息，具备在紊乱气流中精确控制飞行轨迹的能力。据分析，航母舰载无人机着舰时的定位精度要比有人舰载机提高一个数量级，如三级海况时着舰位置精度为：对中±0.3m、前后±1.0m，六级海况时为：对中±1.0m、前后±3.0m。
美国海军利用舰载飞机自动着舰系统（Automatic Carrier Landing System，ACLS）来提高舰载机着舰的安全性和成功率。ACLS相当于舰载飞机飞行员的“延伸”，可以部分取代飞行员完成舰载飞机进舰着舰的控制。ACLS的控制精度和抗扰动能力不仅取决于导航系统的测量精度和性能，还和飞机本身以及机载飞行控制系统的性能有关。
自主控制技术
自主控制水平是衡量一个无人机系统的最重要标志。自主控制能力既包括无人机的航路飞行控制，也包括机载传感器对周边态势的感知，以及对威胁的自主判断与自动规避，还包括航路重规划、与有人机的协同飞行和控制等技术水平。
通常，舰载无人机需携带多种探测设备，如雷达、光电/红外传感器、电子侦察设备等，并可通过卫星、预警机或他平台获取战场态势信息，使舰载无人机具备对战场态势、目标位置以及威胁程度等感知与判断的能力。航母舰载无人机按照预先规划方案飞往战区，执行作战任务时，如果情况发生一些变化（如由于事先的情报不准，目标位置发生变化；或者事先目标已消失取而代之出现了新的目标等），舰载无人机必须在人不干预或极少干预的条件下，及时自主做出决策，进行任务/路径重规划，在目标机动规避或丧失即时打击时机之前，进行识别、跟踪和打击。
未来海战场情报获取、指挥控制、火力打击以及后勤保障通过综合电子信息系统有机结合，作战双方实施“网络中心战”，强调“体系对抗”。舰载无人机需要具备多机协同、集群自主控制能力，作为海上C4ISRK网络中的重要节点，与舰载有人机/无人机密切协同，共享战场信息，以多平台协同攻击为主要作战模式，担负传感器到射手的种种使命任务，增强编队的综合作战能力。
推重比大、油耗低高性能涡扇发动机技术
航母舰载无人机要实现高亚声速巡航、长时间留空，发动机应具有较高的推重比、更低的耗油率、良好的可靠性。为满足飞翼式布局飞行控制需要，动力装置还需采用推力矢量控制技术，减少对飞机气动舵面的依赖。
未来采用自适应变循环结构的技术的先进涡扇发动机将有助于实现这一目标。自适应变循环发动机除了传统涡扇发动机的高压核心机和低压外涵道，还将在外圈增加可以开合的第三涵道。第三涵道可在起飞和超声速加速的时候关闭，降低涵道比并增加推力；在巡航和徘徊待机期间则打开，可以提高涵道比并降低油耗。第三涵道气流能够用作发动机热端部件、加力燃烧室和尾喷管的冷却气流，部分气流还可以用来填充飞机尾部的低压区，达到降阻的效果。第三涵道的引入可以使发动机的工作状况在所有推力范围达到最优，显著降低发动机的总油耗。
美国空军和海军为了2020年后下一代作战飞机（有人或无人）的研制做准备，于2007年8月启动了“自适应通用发动机技术”（ADVENT）计划，其目标是采用自适应变循环结构技术，降低全包线范围的总油耗，使油耗降低25%和航程增加30%。目前，通用电气公司和罗罗北美公司已赢得ADVENT计划验证机的合同，目前正在开展试车试验。
模块化、集成化任务载荷技术
航母舰载无人机要承担ISR、对地对海打击等作战任务，任务范围广，需要具有良好的多用途能力以提高任务灵活性和海上适应性。航母甲板面积有限，对载机数量和尺寸有严格限制，因此要求新型舰载无人机能够一机多用，最大限度地发挥其作战效能。采用标准化、模块化的任务载荷，作战时根据作战任务的变更，迅速地更换不同的任务载荷模块，可以使单架无人机满足多种作战任务的需要。而且减少载机种类也有利于提高舰面保障效率。
高集成度的机载电子与武器任务系统是先进航母舰载无人机的重要标志之一。因此，必须采取高度集成技术，把多种电子设备功能相结合，使传感器与机身结构相融合。首先，要研制高性能小型相控阵雷达，实现预警探测和电子侦察功能的集成。其次，要采用高度集成技术，研制小型机载光电/红外传感器、适合内埋的高能制导武器。通过设计特殊构型机翼、机身或尾翼，采用有源天线与机翼共型、瓦片数值阵列模块、智能蒙皮结构等技术，满足传感器天线全向扫描要求，提高无人机结构重量效率，真正实现无人机与传感器的一体化。
任务载荷模块化是提高无人机多用途能力的有效手段。若要实现模块化任务载荷，不同的任务载荷必须具有相互兼容的机械、电气、信息接口，从而对任务载荷研制提出了新的约束条件。而飞机的系统软件也必须具有开放性的构架，能够满足“即插即用”的要求。此外，在有限的内部空间里布置多种任务载荷不仅要考虑对无人机飞行性能的影响，更要解决不同有效载荷的散热、电磁兼容等技术难题。
自主空中加油技术
为了能进一步提升作战半径、增加留空时间，显著提高航母在远距离部署，执行作战、打击纵深目标和持久压制与监视等任务的作战效能，航母舰载无人机需要具备空中加油能力；此外，舰载无人机在等待时间过长、着舰不成功复飞等导致燃油不足的情况下，为确保有足够的油量安全着舰，也需要舰载无人机具备空中加油能力。
无人机自主空中加油难度比有人机间空中加油大得多，重点需解决高精度定位和自动稳定控制技术。首先，无人机的控制权要由地面/舰面交给加油机；其次，无人机需具备自动精确跟踪空中运动目标的能力，还要在大扰流情况下使空中对接误差在厘米级，并较长时间保持无人机与有人加油机的间距。因此，必须采用诸多近距精确定位技术，如激光/红外、双目成像等定位技术。
X-47B在完成航母着陆试验后，第二架测试机将执行美国空军和海军加油系统的自主空中加油试验（AAR），美国空军使用伸缩套管加油机，而海军加油机则使用套头和锥管型加油机，X-47B将使用组合GPS/基于视觉的相对导航系统，并配以飞机自身的自主飞行控制系统，在加油机和无人机之间建立和维持精确的距离。
通用化一体化舰面控制系统设计技术
舰船空间资源受限，舰面控制系统需要具备控制多型、多架舰载无人机的能力，因此，舰面控制系统需要采用通用化、一体化的体系架构，与航母舰机一体化设计。美国海军近日对航母无人航空任务控制系统（UMCS）进行了首次测试，以未来加油和侦察任务为背景，对其软件兼容性、数据通信能力、光电摄像头进行了评估。海军航空系统司令部发布声明表示，评估主要聚焦无人航空任务控制系统软硬件与现有航母网络集成和通信的能力，UMCS硬件采用已在DDG1000驱逐舰上装备的通用显示系统和通用处理系统组成，系统软件采用开放式、模块化体系架构，使得通用架构内的用户界面和组件能非常方便地与不同无人机系统进行集成，实现互操作能力。
航母艦载无人机的作战运用
根据国外航母舰载无人机技术与装备发展预测，未来10年可实现航母舰载无人机与有人驾驶飞机、水面舰船等其他作战单元进行信息共享和协同作战，在低强度冲突环境下独立执行打击任务，在高强度冲突环境下与舰队和友邻飞机系统协同作战；随着无人机自主控制技术的发展，未来20年航母舰载无人机可能遂行独立作战，使命任务会拓展到执行高威胁空域的空战任务。
航母舰载无人机与舰载战斗机协同作战时，部署在舰载战斗机前方，深入对方纵深区域或防空火力密集区域执行侦察监视任务，可以为其他作战平台远程打击武器提供目标指示信息，对敌防空系统的雷达实施电子干扰，并以自身携带的反辐射导弹实施打击，对敌防空系统系统（地空导弹、防空高炮）进行压制和摧毁，为舰载战斗机夺取制空权清除障碍。舰载战斗机注重对空作战，打击敌方战斗机，作战过程保持电子静默，只接收无人作战飞机机群、预警机、卫星和地面指挥中心发出的信息情报和自身探测器的信息，或用极短的脉冲指令来指挥无人作战飞机实施攻击。
航母舰载无人机的主要作战使用方式有：
（1）持续侦察监视
在航母编队进攻作战行动中，航母舰载无人机主要用于对作战对象活动海（地）域实施侦察监视，为编队提供战场态势，为航母编队实施远程精确打击提供目标指示信息，为打击效果评估提供目标毁伤信息。根据任务不同，主要采取两种不同使用方式：
方式一：在进攻作战实施前，航母舰载无人机飞抵作战任务区巡逻飞行，掌握任务区内作战对象活动态势，供编队指挥员决策使用；根据打击行动需要，在任务区巡逻飞行的航母舰载无人机可应召飞抵待打击目标附近空域，实时获取目标信息，供引导远程打击兵力占领阵位及为远程精确制导武器目标指示使用。
方式二：根据毁伤评估任务需要，在航母编队对作战对象波（轮）次打击行动结束后，预先部署至打击目标活动海域附近的航母舰载无人机应召抵近打击目标，获取打击目标毁伤图像信息，并实时回传至航母编队供目标毁伤判读使用。
（2）电子对抗
在航母编队进攻作战行动中，搭载电子干扰载荷的航母舰载无人作战飞机可伴随执行火力打击任务的有人作战飞机对作战对象实施电子压制。根据任务需要，搭载电子干扰载荷的航母舰载无人作战飞机编成无人电子干扰群，伴随舰载机群飞抵作战海域，对打击目标防空系统预先实施电子压制，降低目标防空系统抗击能力，保障舰载机群实现有效突防攻击。由于实施电子干扰的航母舰载无人作战飞机干扰阵位距离目标较近，危险性较大，通常采取多机交替进入干扰阵位接力开机方式实施干扰。
（3）火力打击
在航母编队进攻作战行动中，挂载武器载荷的航母舰载无人机可与舰载战斗机协同使用（高危情况下可单独使用），担负对作战对手重要目标和作战体系主要节点实施渗透火力打击。
航母舰载无人机当与舰载机协同实施火力打击时，根据舰载机提供的目标指示信息规划航路对敌防空火力实施突防，并适时发射武器载荷对目标实施火力打击；当航母舰载无人作战飞机单独执行危险区域打击任务时，可根据编队情报预设航路对敌防空火力实施突防，也可根据接收或自身获取的目标信息调整航路实施突防，并适时发射武器载荷对目标实施火力打击。
主要启示
客观地讲，美国不但掌握了航母舰载机的研制技术，有充分的实战使用经验，而且其岸基中高端无人机飞行操控水平和任务管理能力也相当成熟，但美国海军在发展航母舰载无人作战飞机时，仍然采用关键技术地面和海上试飞验证、多方案多公司间适度竞争等方式，化解新型装备的研制风险。通过分析多型舰载无人机发展历程以及关键技术的剖析，主要启示如下：
一是作战理念的升华，才能实现舰载无人机装备技术的跨跃。
舰载机作为航母编队的主要作战武器，无人化和智能化是未来的发展方向。因此，需要进一步提高新型舰载无人机在未来航母编队作战中作用的认识，而在装备技术和作战理念上，既要跟踪式发展，更需跨越式推进。无人机由于不受飞行员生理限制的影响，飞行航时、作战半径、隐身性能相比有人机有很大提升，且不需要考虑飞行员海上搜救问题。近几次局部战争表明，无人机还可大大降低作战运用的门槛和政治外交风险。在航母舰载无人机装备技术发展方面，美国海军已远远领先世界其他国家，而俄罗斯、英国、法国、印度等国海军由于航母舰载机作战理念落后以及经济技术条件限制，其航母舰载无人机的发展已远远滞后于美国。
二是只有以海军主导，才能满足航母舰载使用的特殊要求。
2003年，美国国防部曾将海军UCAV- NATP计划和UCAV-ATP计划合并为J-UCAS计划，旨在研制出一种能同时满足空军和海军不同作战需要的无人作战平台。然而，美国空军和海军在无人机性能需求方面存在的分歧不可调和，直接导致这一项目在两年后被迫取消。2006年以后，美国海军主导发展的X-47B验证机稳步推进，并于2013年取得重大进展和标志性成果。而美国空军的目标是发展一种尺寸更大、航程更远的无人机平台，目前正在发展的RQ-180无人机虽然也采用飞翼布局，隐身性更好，但大展弦比设计使其翼展达到近40m，根本无法滿足航母上起降使用要求。航母舰载无人机受到甲板严格限制，对自主起飞和降落控制要求极高，因此，只有以海军为主导研制，才能更好地满足航母舰载使用的特殊要求。
三是抓住核心关键技术，才能稳步推进舰载无人机的发展。
美国海军从2000年6月正式提出无人作战飞机概念，到2007年8月最终选定X-47B验证机方案，美国海军花了7年时间。而从选定验证机方案到现在，又花了5年多时间持续开展试验验证工作，才基本攻克飞翼布局无人作战飞机弹射起飞和自动着舰等关键技术。航母舰载无人作战飞机涉及的关键技术很多，难度也很大，只有抓住核心关键技术，合理规划好技术路线图，通过陆基验证和舰上试验等预先研究，才能稳步推进新型舰载无人机的发展。
四是积极引入竞争机制，共同攻克技术难点，加速研制步伐。
在UCLASS和CBARS项目中，美海军并不单单依靠在UCAS-D计划中研发X-47B验证机的诺格公司，而是积极引入竞争机制，将波音、通用原子和洛马等3家公司也接纳进来。2016年10月美国海军分别授予波音等4家公司各约4千万美元的合同，用于开展降低研发风险的工作。这表明美军在技术研究和型号研制过程中都充分开展多家单位参与和全面竞争的意图。
（周磊 徐明 郑震山，海军装备研究院）