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1、Scan Eagle扫描鹰无人机1 背景2005 年 4 月，波音公司从美国海军处获得 1450 万美元的合同提供无人机来支持伊拉克自由行动和全球反恐战争。波音公司为在波斯湾的海军远征打击群(ESG) 和石油平台安全提供扫描鹰无人机、通信链路和地面设备。2005 年 9 月，海军提供波音公司 1300 万美元的合同变更，令其继续为海军高速舰艇和一个漂浮前进的中途补给基地提供扫描鹰系统支持。自此，扫描鹰无人机系统开始登上历史舞台。2 扫描鹰系统简介扫描鹰由美国波音公司和英国 Insitu 公司联合研制，是一种低成本的，可提供高质量的图像情报、监视和侦察（ISR）和其他特殊任务的自主式长航时无人系
2、统。 “扫描鹰 ”的设计思想，就是可以最起码连续 3 天不着陆，在任务空域完成长时间监测与侦察任务。 “扫描鹰”是一个低成本的，可提供高质量的图像情报、监视和侦察（ISR ）和其他特殊任务的无人系统。对于和它同样大小的车辆，扫描鹰的续航能力/有效载荷的组合是无与伦比的。扫描鹰另一个关键的设计特点是其内部的航空电子模块。航空电子模块允许无缝集成新的有效载荷和传感器，以满足新兴客户的要求，并确保其能够采用最新的技术。系统主要由一架或两架扫描鹰无人机、弹射发射装置、 “天钩”（SkyHook）回收装置、地面或舰上控制工作站和运输储存箱组成。其主要技术指标如下：（1）外形尺寸：翼展：3.1m长：1.3
3、7m（2）重量：空结构重量：13.1kg最大起飞重量：20.0kg（3）性能：最大水平速度：41m/s巡航速度：25m/s最大飞行高度：5944m续航时间：24 小时以上（4）适用于：情报，监事和侦察；沿海巡逻；搜救；环境监测；地形测绘及勘察；生物化学试剂检测；气象测量；矿产勘测；3 扫描鹰总体设计接下来主要从扫描鹰的设计、发射和回收装置、有效载荷、发动机和导航与控制系统来介绍。3.1 设计扫描鹰由 5 个现场可更换的主要模块组成：机头，机身，航空电子设备，机翼和推进系统。它有一个 200cm 直径的圆柱形机身，带小翼的中置后掠翼（翼展 3.1m） ，尾翼端板鳍和一个转向舵。当扫描鹰在寒冷环境
4、中工作时，可配置化油器加热以及 ice-phobic 翼覆盖。监视和观测系统安装在机头上。寒冷天气下，机头可配置安装有反降水系统的皮托管。该无人机可被放置在一个单一的存储器中（1.71m0.45m0.45m） ，以便运往操作的远方地区。3.2 发射和回收“扫描鹰”无人机没有配置起落装置，它是通过一个“超级楔形”（SuperWedge）气动弹射架以 25m/s 的速度发射的，按照预先设定的程序或操作员的指令了飞行的。“搜索鹰”还具有同类机中独一无二的全地形安全降落能力，Insitu 公司的专利“天钩（SkyHook）系统用于回收，在“搜索鹰” 的两翼上装有类似于海军舰载机使用的降落拦阻钩，使其可
5、以抓住空中任意长度的降落拦阻索，并安全地挂在拦阻索上。由于在整个降落过程中，无人机都无需接触到地面，因此具有全地形降落的能力。该专利使得扫描鹰在前沿领域、移动车辆和小型船舰上可操作。3.3 有效载荷“有效载荷”指那些为了执行任务而装备到平台上的设备。有效载荷不包括燃油、机体，包括各种传感器、发射机、和执行各种任务所需要的设备。按照这样的定义，所谓有效载荷能力就是对完成起飞、飞行、着陆这些基本功能之外的其他功能所需要的额外尺寸、重量和动力的度量。有效载荷：侦察：日间摄像机、红外摄像机、照相机目标识别：激光成像、雷达成像电子战：通信情报及干扰、气象及化学传感器攻击：炸弹扫描鹰的有效载荷安装在机头部
6、分。作战时，操作者可以在几分钟之内变换有效载荷。转塔内安装的传感器允许操作者在无需重新操作无人机的情况下跟踪固定或移动目标。扫描鹰有一个 900MHz 的数据链路和 2.4GHz 的 S 波段下行链路进行视频传输。扫描鹰的有效载荷包括光电和红外传感器，生物和化学传感器，激光指示器和可进行磁异常识别与定位的磁强计。示范飞行前，工程师在加载扫描鹰的可扩展的航空电子系统。扫描鹰设有一个可拆卸的航空电子模块和两个扩展槽，允许无缝集成有效载荷。扫描鹰的机头设有一个万向和惯性稳定的转塔。升级后的 D 模块变种安装了一个新的传感器转塔，可容纳更大的相机。改进的红外摄像机是美国 DRS 技术公司的 E6000
7、，分辨率为 640480，并可支持 7.5的窄视场，而原摄像机的视场为固定的 18，分辨率为 320240。2008 年 8 月，配置 Goodrich 传感器提供的短波红外摄像机的扫描鹰成功地进行了飞行测试。其他发展方案是正在研究的安装和部署其他有效载荷，包括一盒轻量级的高分辨率雷达。波音公司与 ImSAR 公司和 Insitu 公司合作，于 2008 年 1 月 7 日在俄勒冈试验场成功地试飞了安装在“ 扫描鹰 ”无人机上的纳米合成孔径雷达（SAR） ，这部雷达是世界上最小的 SAR。在一个半小时的飞行期间，安装有 ImSAR 公司纳米 SAR 的“扫描鹰” 无人机完成了几次通过各种高度的
8、目标区和试验场上空的飞行。目标指的是各种车辆、建筑物和角反射器。 “扫描鹰” 无人机按计划完成了机上的数据收集工作，SAR 图像在无人机着陆后生成。下一步试飞是在无人机上实时生成图像。纳米SAR 是一个像鞋盒子大小的 2 磅重的系统，标准 SAR 的重量为 50200 磅。以前，SAR 全天候成像功能只是较大型无人机的优势，而今，甚至 40 磅的“ 扫描鹰”无人机都能同时携带一部光电或红外照相机和一部 SAR。SAR 目前的载荷重量预算还处于较低水平而不是达到了顶点。纳米 SAR 能够穿过霾、云、雨、雾进行探测，十分适合与海事环境之用。如果与“扫描鹰” 无人机的长持航能力相结合，纳米 SAR
9、能为用户的监视需求提供理想的费效比。SAR 是发现海上小型舰船的最好工具，但是，由于 SAR 系统的体积、重量、电源和成本等因素，作战人员还不可能在更广泛的领域里获得这种功能，而纳米 SAR 的应用改变了这种现状。纳米 SAR 是以成熟的印制电路技术为基础的，并且生产制造迅速而廉价。3.4 发动机扫描鹰装有一个两叶螺旋桨的推进式引擎。活塞式发动机功率为0.97KW。无人机最大能携带 4.3kg 的燃料。原来生产的机型均配备汽车汽油发动机。Sonex 研究公司承包开发重型燃油引擎（即基于 JP5 喷气飞机燃料的煤油） 。使用重型燃油达到海军作战的安全水平，同时极大地简化了远程部署的供应、储存和可
10、用型方面的物流需求。配置汽车汽油发动机的扫描鹰实现的最长飞行时间是 22 小时 10 分钟。而在 2007 年 1 月，配置重型燃油发动机使用 JP5燃料的扫描鹰实现了 28 小时 44 分钟的飞行。为了避免续航时间的损失，将汽油换位重油，新的技术，包括点火和燃烧控制技术，配置在了扫描鹰的发动机上。重油在寒冷环境中存在问题，但是 JP5 的耐力飞行实验完成了从-16至-6的飞行测试。波音公司 4 月 5 日表示，该公司一架使用氢动力燃料电池的扫描鹰无人机成功完成了飞行测试，这将增加无人机携带有效载荷的能力，因为这种燃料电池的重量小于传统的汽油和重油发动机。Insitu 公司、海军研究实验室和联
11、合技术公司一起合作，为扫描鹰无人机安装联合技术公司的 1500W（2 马力）燃料电池，并集成了海军研究实验室的氢燃料电池技术，研发出一种新型推进模式，最后整合到无人机上。氢动力燃料电池将作为一个模块化升级部署到第 2 远征团扫描鹰无人机上。3.5 控制和导航扫描鹰的地面控制站配有 2 个操作员控制台，可控制 8 架无人机。控制和导航系统使用差分 GPS 导航为扫描鹰提供航点导航，自动目标跟踪，和自主飞行路径映射。扫描鹰配置的是雅典娜技术公司提供的 GuideStar111 控制和导航传感器。此单元包括固态陀螺仪和加速度计、磁力计、GPS 接收机和大气数据压力传感器，提供高精度的姿态和航向测量。
12、这种高精度在动态机动情况下依然被保持。4 扫描鹰研制现状调研波音公司官员称，他们将集中精力提升扫描鹰无人机及其有效载荷的性能，以满足美国海军陆战队提出的无人机具有昼夜相同作战能力的要求。2008 年以来，公司方面已经对许多载荷进行了成功的试验。2008 年 1 月，一架扫描鹰无人机携载微型合成孔径雷达在俄勒冈州 Boardman 靶场飞行了1.5h，以不同的高度和范围在目标区域内完成了多次掠空飞行；之后，携载微型合成孔径雷达的无人机加装了惯性稳定光电摄像机在 5 月进行了试验；8 月，公司又对短波红外摄像机进行了试验。扫描鹰配备的短波红外摄像机由固特立(Goodrich)公司研制，可使无人机的
13、操作人员在雨、雾或低辐射热量等条件下也能识别目标。波音公司还在与美国国防威胁降低局(DTRA)联合测试扫描鹰无人机在生化探测领域的应用。2008 年初，做过相关的试验。当时扫描鹰无人机飞跃被探测区域，采集到空气样本，返回母舰后，进行了样本分析。后续的研究工作将围绕着实现机上实时探测、分析样本的能力展开。另外，提升自主和遥控能力也是扫描鹰系列改进工作的重要内容。波音公司已经利用机载预警与控制系统验证了 STANAG4586 四级遥控能力，包括在飞行中移交无人机的控制，而不是在起飞或着陆过程中。尽管提高无人机的飞行性能和续航能力( 由标准汽油发动机推进时可续航 22h，由重油发动机推进时可续航 2
14、9h)不是此次系列改进工作的重点，但公司将继续开展发动机方面的研究。在总体设计方面，公司正在对一种小型车载的扫描鹰进行可行性研究，以满足美国特种作战司令部的要求。水下发射的扫描鹰也是公司的一个研究方向。另外，波音公司正在开发一种新型消声器，这样可以减小发动机噪音，使无人机在未被察觉的情况下更接近目标。据悉，系列改进后的扫描鹰无人机，各方面的性能将会获得进一步提升，其应用前景也将更加明朗。4.1 扫描鹰反潜无人驾驶侦察机在成功研制“ 扫描鹰” 无人驾驶侦察机和 “扫描鹰”无人驾驶反生化武器侦察机后，波音公司目前正在加速研发“扫描鹰” 反潜无人驾驶侦察机系列。这个项目是波音公司与美国海军空战中心联
15、合发展的。反潜“扫描鹰” 在执行飞行任务的时将处于“ 电磁静默” 状态，使用 “磁异变”探测系统来侦察水下潜艇。反潜扫描鹰将由美国海军即将部署的 P-8A 反潜机在空中发射，成为 P-8A 反潜系统的一个部分，为总系统提供补充信息，使 P-8A 能够在高、低空同时执行反潜，反水面舰艇和 AWACS 的任务。该项目将于 2010 年内完成。反潜“扫描鹰” 自重12 公斤，最大起飞重量 20 公斤，速度每小时 48 海里，最大飞行高度为 19500英尺，滞空时间 20 小时。目前使用的发动机为两不 1.9 马力双冲程汽油发动机。目前“扫描鹰 ”公司正在发展使用 JP-5 燃料的重燃料发动机，该发动
16、机的滞空时间为 28 小时。4.2 折叠式扫描鹰SECC 是由波音公司自筹资金研制的一种自主式长航时无人机，能够提供情报、监视和侦察(ISR)、目标识别、打击效果评估以及致命性打击能力。该型无人机由美国空军研究实验室的区域控制弹药主宰者(Dominator)项目发展而来(该项目现已终止) 。自主宰者项目之后，美国军方对无人机提出了更高的需求要求无人机不仅可以回收，而且能够携带多种载荷，包括携带一定质量的子弹药。针对这一需求，波音公司研制了 SECC。SECC 沿用了主宰者巡飞弹的机身和机翼(机翼和控制面均可折叠)，并采用经过实战检验的扫描鹰无人机用于指挥控制、ISR 通信以及回收再利用的子系统。SECC 潜在的用户群主要是需要无人机支援但却无法使用现有无人机的偏远地带。SECC 潜在的任务类型包括：ISR 和远程固定/移动目标的识别；时间敏感目标的打击；通讯中继；核、生、化以及放射性或爆炸性物质的突发性事件处理。SECC 的留空时间预期为 14h24h，具体的留空时间取决于所携带的载荷。扫描鹰携
