RQ-4“全球鷹”無人機 (RQ-4 Global Hawk) 是美國諾斯羅普·格魯曼公司研制的是一種高空、長航時無人飛機,裝有集成傳感器套件,可提供全天候和晝夜的情報、監視和偵察 (ISR) 能力。
對于“全球鷹”這類的高空長航時無人機的需求起源于以色列沙漠之鷹0.50in手槍行動中對于尋找“飛毛腿導彈”等彈道導彈機動發射車的需求。1995年2月第二階段招標開始,Tier II+項目名稱為“全球鷹”(Global Hawk)。1995年5月TRA公司成為第二階段招標獲勝者,該公司的設計相對保守風險較低。1997年1月,“全球鷹”被賦予RQ-4的軍方編號。1998年2月28日,“全球鷹”首架飛機“AV-1”號機實現首飛。2001年3月21日,諾斯羅普?格魯門獲得了工程與制造發展(EMD)合同,制造和試飛2架EMD 型“全球鷹”。2003年2月AV-7交付美國空軍,“全球鷹”基本型(Block 0)研制結束。從2002年開始采購至2013年底,美國空軍共計采購了45架“全球鷹”無人機,再加上原有的7架原型機,總共建造數量為52架。
為了同時滿足“高空”和“長航時”的要求,“全球鷹”采用了大展弦比機翼和低雷諾數、大升力系數層流翼型。“全球鷹”的總體氣動設計特點就是在高空長航時飛行為最佳狀態,但是在中空氣動性能就很一般。?
“全球鷹”的使命是向美軍提供廣泛的情監偵收集能力,以支持全球和平時期、突發事件和戰時行動中的聯合作戰部隊。“全球鷹”通過機載圖像情報(IMINT)、信號情報(SIGINT)和移動目標指示器(MTI)等傳感器提供持續的近實時情報偵察能力。除了情報收集之外,“全球鷹”還能攜帶戰場機載通信節點(BACN)為空中和地面用戶提供通信中繼支持。此外“全球鷹”的情報收集能力還能在應對自然災害、開展搜救行動以及收集天氣和大氣數據預測風暴等民用領域發揮作用。
2022年6月,美國空軍透露計劃在2027年將其所有的“吉利全球鷹”無人機退役。
發展歷程
研制背景
美國在越南戰爭期間就開始使用“火蜂”等無人機進行戰術偵察。1982年以色列在貝卡谷地以及黎巴嫩作戰期間,使用了多種無人機,引發了美國軍隊的關注。1987年美軍在預算中增加了無人機的采購。海軍購買的無人機是RQ-2“先鋒”,它是由以色列開發的,在沙漠風暴行動中為海軍收集戰術情報。海軍戰列艦大口徑艦炮轟擊伊拉克地面目標,就是依靠“先鋒”無人機來定位。
對于“全球鷹”這類的高空長航時無人機的需求起源于沙漠風暴行動中對于尋找“飛毛腿導彈”等彈道導彈機動發射車的需求。美軍各軍種一致認為需要一種能夠在高空巡航并提供對特定目標區域進行長時間監視的航空器。1993年7月美國制定了采購無人機的三級方法,即第一級無人機(Tier I)突出快速反應能力(研發項目為蚊-750無人機)、第二級無人機(Tier II)為中高度長航時無人機(研發項目為捕食者無人機)、第三級(Tier III)為高空隱身無人機。而國防部研究與技術辦公室采取了將第二級和第三級并行研究的方法,研制一種傳統構型的高空長航時無人機(Tier II+)和一種隱身無人機(Tier III-)。
為此國防部研究與技術辦公室(DARO)成立了高空長航時(HAE)無人偵察航空器項目辦公室。該辦公室的任務是開發一系列符合目標的無人偵察航空器。DARO是項目贊助者,實際的管理責任分配給國防高級研究計劃局(DARPA)。后者來負責項目的初始階段。空軍作為參與組織,在后期承擔項目管理責任。
在無人機偵察航空器的研制上,美國為了避免成本超支等問題,應用了一系列新的開發策略,包括軍方在概念早期就進行詳細的評估、規避原有的軍用項目審批監督流程以賦予研發公司更高的自由度、強調單位飛行價格、嚴格控制項目風險和資金投入等。
1994年4月,美國公布傳統構型的高空長航時無人機(Tier II+)項目第一階段招標,設定了出廠單價不超過1000萬美元指標,總共有14個團隊參加,最終DARPA在10月選擇了特萊丹·瑞安航空公司(TRA)、諾斯羅普·格魯曼等5家公司。1995年2月第二階段招標開始,美國DARPA開始公開征集Tier II+和Tier III-項目的名稱,最終Tier II+項目名稱為“全球鷹”(Global Hawk),而Tier III-項目為“暗星”(DarkStar)。1995年5月TRA公司被選擇為第二階段招標獲勝者,該公司的設計相對保守風險較低。
研制歷程
作為主承包商,TRA公司負責開發和整合三個系統段:飛行器段、地面段和支持段。另外TRA公司應該確保實現兩個關鍵節點:1996年12月之前完成首飛、1997年12月之前完成第二階段研制工作。后續DARPA解除了TRA公司對地面段控制系統的研發工作,而轉交給E-Systems公司負責,而讓TRA公司專注于飛行器的研制工作。1996年4月,“暗星”無人機在第二次飛行時墜毀,這導致“全球鷹”項目更加保守,最終DARPA決定將“全球鷹”的首飛節點從原來的時間再向后推遲8-10個月的時間。
雖然DARPA應用了一系列新策略和招標方法來避免項目成本超支,但由于飛行控制軟件開發等技術問題,項目成本仍然存在上漲的趨勢。為了壓縮成本,DARPA決定壓縮用戶的評估時間并減少原型機的采購數量。但是美國官方和TRA公司都承認單價1000萬美元的指標是不現實的。
1997年1月,“全球鷹”被賦予RQ-4的軍方編號。其中R是美國國防部“偵察”的代號,而Q是無人機的代號。1997年2月20日,“全球鷹”首架飛機“AV-1”號機在TRA公司下線。在進行靜態測試后,“AV-1”在同年8月被拆解送往愛德華茲空軍基地。1998年2月28日,“AV-1”號機在愛德華茲空軍基地成功實現首飛,這比最初原定的首飛階段延遲了14個月的時間。首飛持續了56分鐘,最大飛行高度達到了9700米。整個首飛過程的起飛和著陸,都是由飛行器自主完成的,系統地面站只負責監測飛行器狀態。
從1998年2月28日到1999年6月11日,“AV-1”和“AV-2”兩架原型機總共進行了21次飛行測試,其中“AV-1”飛行12次總飛行時間為103小時,“AV-2”飛行9次,總飛行時間為55小時。由于“全球鷹”采用了一些現成的商用系統來作為偵察載荷,因此在飛行測試中特別注意這些商用系統能否在高空低溫狀態下正常工作。
1999年3月29日,“AV-2”在飛行測試時突然發生引擎關閉機體倒轉的現象,隨后陷入尾旋并最終墜毀,損失達到4500萬美元。事后調查發現這是因為內華達州內利斯空軍基地和加利福尼亞州愛德華茲空軍基地之間缺乏適當的協調。因為內利斯空軍基地為了準備“全球鷹”的演習進行測試,就從全球鷹的地面控制站進行檢查,其中涉及到發送“自毀”命令。雖然這只是演練,但是這道命令卻被當時在空中飛行的“AV-2”號機接收到,隨后立刻執行了自毀命令。
1999年1月,“全球鷹”進入第三階段,也就是演示和評估(D&E)階段。該階段主要是軍方對“全球鷹”無人機的有效性、適用性和互操作性進行評估。1999年7月,美國軍工巨頭諾斯羅普·格魯曼公司以1.4億美元收購了TRA公司,這被認為是諾格公司擴大無人機業務的行為。當時美國軍方認為收購有好處,因為TRA公司沒有大規模軍事項目的開發經驗,但實際收購帶來了成本增加、研發流程變慢等負面后果。
1999年6月至2000年6月美國軍隊聯合部隊司令部對“全球鷹”進行軍事效用評估,總共進行了21次飛行,其中11次是有實戰背景的演練,總共飛行381個小時。其中兩次演練包括“全球鷹”跨洋飛往歐洲葡萄牙等幾個北大西洋公約組織國家,收集一次兩棲登陸操作的雷達圖像。還有一次是“全球鷹”沿著美國東海岸向北飛行,空中拍攝喬治·華盛頓號航空母艦,然后傳輸給北卡羅來納州的福特布拉格的地面站。美軍通過軍事效用評估對“全球鷹”得出了積極的結論和建議,認為“全球鷹”可以執行超過32小時的飛行任務,收集高質量的SAR圖像,軍事價值高。
盡管軍事評估結果是正面的,但是“全球鷹”研發的三個階段卻無法轉化為大規模生產。為了控制成本,“全球鷹”的前期開發并沒有完成機翼極限載荷、子系統使用壽命和極端環境性能等方面的測試,無法形成驗證的飛行器生產規范。2001年3月21日,諾斯羅普?格魯曼公司獲得了工程與制造發展(EMD)合同,制造和試飛2架EMD 型“全球鷹”,即AV-6和AV-7。2003年2月AV-7交付美國空軍,“全球鷹”基本型(Block 0)研制結束。
2007年德國從諾格公司和EADS的合資企業訂購“歐洲鷹”無人機。該機以Block20批次為基礎,采用了EADS的電子信號偵察吊艙。首架“歐洲鷹”在2010年首飛,在2011年抵達德國。但是由于適航證明一直無法通過,該項目最終于2013年被終止。德國封存了僅有的1架“歐洲鷹”無人機。
2008年4月,美國海軍授予諾格公司新的廣域海上監視無人機系統(BAMS UAS)項目的系統開發和演示合同。諾格公司將為海軍生產 RQ-4 全球鷹無人機的海軍化版本MQ-4C,成為搭載BAMS UAS海上監視傳感器和通信系統套件的平臺。相比原有型號,MQ-4C的變化包括加固機身和機翼、加裝除冰系統和防雷系統。這些功能使飛機能夠穿過云層下降,以便能更近距離地觀察船舶和海上其他目標。
生產歷程
2001年3月,美國官方決定授予諾格公司“吉利全球鷹”無人機的“螺旋-1”階段的工程制造與開發(EMD)合同。“全球鷹”開始采用“螺旋式”研制生產途徑和漸進式的采購裝備策略。“螺旋式”研制是指快速將新武器部署到部隊手中進行訓練,同時通過使用者反饋,將新技術應用到后續裝備的生產上。而漸進式的采購策略則是先采購初始能力的裝備硬件和軟件,然后將通過驗證的的新技術應用到后續批次裝備上,最終實現全部的性能。
截至2013年,“全球鷹”無人機已發展了7個批次。第0批次(Block0)是“全球鷹”無人機平臺的原型機,包括5架驗證機和2架工程與制造發展(EMD)型;批次10(Block10)是初始小批量生產型(LRIP),即RQ-4A型,總共9架(美國空軍采購7架,美國海軍采購2架)。RQ-4B則包括批次20(Block20)、批次30(Block30)和批次40(Block40)三種構型。從2002年開始采購至2013年底,美國空軍共計采購了45架“全球鷹”無人機,包括7架Block 10、6架Block 20、21架Block 30和11架Block 40型,再加上原有的7架原型機,總共為52架。
裝備歷程
“全球鷹”無人機主要由美國空軍在加利福尼亞州比爾空軍基地的第12偵察中隊和北達科他州大福克斯空軍基地的第348偵察中隊維護運營,但飛機會輪換配屬到世界各地的作戰分隊。比爾空軍基地負責所有RQ-4飛行員和Block 30傳感器操作員的培訓,而大福克斯空軍基地348中隊負責所有 Block 40無人機的傳感器操作員提供培訓。2022年美國空軍為了節省資金,已經開始將第12偵察中隊的部分“全球鷹”Block 30無人機進行退役。
2018年美國海軍第一個無人機巡邏中隊——第19中隊,開始接受首批2架MQ-4型無人偵察機。2020年2月,第19中隊的2架MQ-4C首次部署到關島安德森空軍基地。2022年7月,第19中隊的MQ-4C首次部署到日本巖國基地。
基本設計
RQ-4“全球鷹”是一種遙控高空、長航時的空中情報、監視和偵察(ISR)系統。該系統由無人機、地面支持系統以及圖像和信號情報載荷組成。集成的指揮、控制和通信架構支持無人機載荷的操作和情報數據傳輸。“吉利全球鷹”在總體氣動設計方面,圍繞“高空” 和“長航時” 的任務需求,選擇了一條相對保守、平衡的設計路線。
總體氣動布局
為了同時滿足“高空”和“長航時”的要求,“全球鷹”的機翼必須要有較高的升力系數,同時又要盡量降低阻力,因此采用了大展弦比機翼。“全球鷹〞進氣道比常規的要短,在其喉道處有適度的擴張,主要為了適應高空飛行。為了在高空低密度大氣飛行,“全球鷹”采用了一種先進的低雷諾數、大升力系數層流翼型。這種翼型是根據預先確定的翼面壓力分布計算出來的,其相對厚度比較大,可以適應高空稀薄空氣中的飛行。計算顯示“全球鷹”在19000米高度執行任務時總阻力系數約為0.0407,升阻比為28.7。“全球鷹”的總體氣動設計特點就是在高空長航時飛行為最佳狀態,但是在中空氣動效率就很一般。
機身
“全球鷹” 機身分為前、中、后3段,衛星通信天線艙、雙側保形天線艙、 前起落架艙和前電子設備艙都布置在機身前段,前電子設備艙內裝載了高性能圖像數據通信系統、大功率通信放大器、增強型綜合傳感器處理機、GPS接收裝置、合成孔徑雷達、 衛星數據通信裝置、導航電子裝置等大量重要設備。機身中、后段主要用來布置主油箱、交流發電機、 直流發電機、供電整流控制裝置、空中交通告警及防撞系統計算機、敵我識別系統應答機等電子、電氣設備。“全球鷹”的機身主結構為鋁合金材質,后機身采用碳纖維復合材料制造,雷達罩、整流罩采用玻璃纖維復合材料制造。
機翼
“全球鷹” 機翼采用的是先進的層流翼型,不僅升力系數高,相對厚度也比較大。“全球鷹” 機翼的展弦比為25:1,后掠角為5.9° (從25%翼弦處測量)。Block20批次后的“全球鷹”機翼展弦比保持不變,但機翼后掠角已減小到5°。“ 全球鷹” 采用V形尾翼布局,上反角為50°,兼有平尾和垂尾的功能,尾翼上的舵面也同時具有方向舵和升降舵的功能,靠近翼根的舵面被稱為“內側方向升降舵”,靠近翼梢的舵面被稱為“ 外側方向升降舵”。V形尾翼布局能一定程度降低“全球鷹”的雷達發射信號特征。
RQ-4“全球鷹”的復合材料機翼展長 35.4米,比波音 737 的機翼長,為滿足彎曲剛度的要求,采用四梁式承扭盒結構,4根“工”字形梁由高模碳纖維織物/環氧預浸料制造。 改進型RQ-4B翼展增至39.9米,重約1814公斤,分為4段,2個大的翼盒在機身中心對接,另外在翼尖部分的制 造采用了一種新型的 RTM 工藝——相同合格沒藥樹傳遞模塑技術 ( SQRTM) ,僅用3個模具就能完成左、右翼尖所有零部件的制備。 除滿足對機翼性能的要求外,質量還減輕了5% 。
發動機
“全球鷹”采用英國羅爾斯·羅伊斯公司的AE 3007H渦扇發動機(美國軍用編號為F137)。AE 3007H發動機重746公斤推力4309公斤,風扇直徑0.98米,長2.92米,涵道比5.0,總壓比23。發動機采用1級寬弦單級低壓(LP)壓氣機、14級高壓(HP)壓氣機、噴射冷卻環形燃燒室、兩級高壓(HP)渦輪和三級低壓(LP)渦輪。
“全球鷹”發動機布置在機身中后段上方, 這種背負式布局的優點是增加了機身內的有效容積,能裝載更多任務載荷 , 結構效率較高,發動機拆卸比較方便。“ 全球鷹”發動機艙為直線型短艙進氣道,有很高的壓力恢復和最小的流場畸變。“全球鷹” 發動機尾噴管的主要特征是有一個向上7° 的偏轉,這是因為發動機位于機身上方,這種偏轉能在飛機正常平飛迎角4°的情況下,發動機的推力軸線正好對準飛機的前進速度矢量,而且對正飛機重心,從而使推力變化引起的俯仰配平變化最小。
機載航電
傳感器系統
“全球鷹”不同版本攜帶的傳感器并不一樣。Block 20 最初只配備圖像情報偵察(IMINT)功能,但三架 Block 20 已加裝了EQ-4 通信中繼配置,能攜帶戰場機載通信節點 (BACN)的載荷。Block 30是一個多功能平臺,能同時搭載光電、紅外、合成孔徑雷達(SAR)以及高低頻段SIGINT信號偵察傳感器。Block 40則加裝MP- RTIP有源相控陣雷達。
光電/ 紅外傳感器
“全球鷹” 裝備的光電/紅外傳感器主要用于獲取可見光波段和中波紅外波段的圖像,最早的Block 10版本被稱為“整體傳感器套件”(ISS),Block 20版本為“增強型整體傳感器套件”(EISS)兩者的區別是后者光學材料質量更好,均為雷聲公司建造,包括一個可見光凝視型焦平面陣列和一個中波紅外凝視型焦平面陣列,兩者共用一個框架,使用相同的光學器件。光組為卡塞格倫反射器,孔徑為0.28m,焦距為1.75m。其中可見光光電傳感器為柯達公司的1024×1024像素CCD,而紅外傳感器為雷聲公司的640×480像素銻化銦中波紅外凝視焦平面陣列。光電/紅外傳感器系統使用的是雷神公司AN/AAQ-16/29改裝的光電塔,能夠滾轉±80°,俯仰和偏航±15°,可在廣域搜索模式下每天覆蓋廣大區域。
2015年諾斯羅普·格魯曼公司開發了一種通用有效載荷適配器,并向“全球鷹”引入了開放式任務系統 (OMS) 軟件架構。這種適配器安裝在原有的SAR雷達位置,能夠讓新的Block 30版本適配新的傳感器有效載荷。2017年2月“全球鷹”RQ-4B通過適配器搭載E-8C飛機的MS-177多光譜光電偵察設備進行了試飛。2016年“全球鷹”RQ-4B搭載U-2使用SYERS-2 多光譜傳感器和OBC光學相機進行了飛行測試。
合成孔徑雷達(SAR)
“全球鷹” Block 10版本裝備的是原休斯飛機公司高清晰度成像X波段合成孔徑雷達“HISAR”(海薩)商用偵察系統,峰值掃描功率為3.5千瓦,重290公斤,安裝在機體和翼根下部的鼓包內。Block 20版本后的SAR雷達天線增大,峰值掃描功率超過3.5千瓦。
SAR雷達天線安裝在鼓包內的萬向支架上,可在“全球鷹” 的任意一側正負45° 范圍內進行掃描。該雷達擁有以下4種工作模式。1、聚束工作的探測距離為20-200km,聚束掃描的點目標面積為 2公里x2公里,天線視角為士45° ,圖像分辦率為0. 3m。掃描覆蓋速率為79 點 / (1900 點/ 天)。2、廣域搜素的探測距離為20-200km,掃描條帶寬度10公里, 分辨率為1米,對目標掃描覆蓋速率為138000平方公里/天。 這相當于24小時就可以對類似朝鮮面積的國家掃描一遍。3、對地活動目標探測距離為20~ 200km,分辦率為10米,運動速度最慢為7.4km/ h 的地面目標都可探測。4、高距離分辨率/動目標成像模式的探測距離為20~ 200km,分辨率 為0. 3米,掃描寬度為800米,可探測的目標最小速度為22公里/小時。
機載信號情報任務載荷(ASIP)
從Block30 開始,“ 全球鷹” 傳器系統增加了機載信號情報任務載荷 (ASIP)。“全球鷹”搭載ASIP載荷,能從至少18300米高空探測雷達和其他電子輻射源,提供對電子信號的自動搜素、探測、識別、處理、報告和定位的能力。該系統包括高波段子系統和低波段子系統。全套ASIP系統有6-7個機箱,平均每個機箱重約45公斤。“全球鷹”Block 30和Block 20的主要區別就是前者增加了ASIP系統的探測天線以及相關電纜線路。
MP- RTIP有源電子相控陣雷達
從Block40版本的“全球鷹”裝備由諾格公司研發的多平合雷達技術插人計劃(MP-RTIP)雷達。該型雷達是一種先進對空/對地探測的X波段雷達,具有遠程高分辦率合成孔徑雷達能力、地面活動目標指示能力和空中目標跟蹤能力,可進行作戰目標識別、時敏目標瞄準與跟蹤、連續精確監視。該雷達分辨率更高,能夠同時在合成孔徑雷達和活動目標指示模式下工作;能夠進行機載及地面目標跟蹤;提供了三維機載動目標指示來支持巡航導彈防御、活動目標模式下能夠自動跟蹤。該雷達為有源相控陣雷達(AESA),天線尺寸為0.45米x1.5米,在方位和高度方向均為電子掃描,通過180°陣面傾轉來覆蓋飛機的兩側探測區域。2011年后交付的16架Block 40型“全球鷹”都會配備這種新型雷達,主要部署在北達科他州的大福克斯空軍基地的第 348 偵察中隊。
飛控系統
“全球鷹” 無人機裝備的是雙余度飛行控制系統。無人機上的一系列導航和飛行數據傳感器將操縱信號以數據的形式輸送給兩臺綜合任務管理計算機 (IMMC) , 后者操縱飛行控制系統完成無人機的 飛行動作。通過采用GPS/INS導航系統, “全球鷹” 的飛行控制系統可以自動控制從起飛到著陸的整個飛行過程, 自主飛行時間最長可達41小時。“全球鷹” 飛行控制系統的雙余度設計帶有交叉鏈接和冗余管理,只有當兩套系統都發生故障時系統才會 喪失功能,可確保無人機在一個單點故障下的生存性。當一個系統發生故障時,一個操縱面會鎖在某個位置停止,這時 飛行控制系統利用控制冗余,可以自主調 節,保持對飛機的控制,使飛機繼續穩定飛行。綜合任務管理計算機由美國維斯塔控制公司開發,計算機上的綜合飛行管理系統由霍尼韋爾開發。兩合計算機通過接口連接到一起,都可以獲取來自大氣數據傳感器、慣性測量裝置及導航計算機的數據。同時,兩臺計算機之間也可通過跨通道數據鏈(CCDL) 傳輸傳感器數據。
導航系統
“全球鷹”采用GPS衛星定位系統+INS慣導來進行自動導航,能自動完成從起飛到著陸的整個飛行過程。也能使用衛星連結能力進行自主飛行(Ku頻或UHF頻)并從衛星轉送偵查訊號到MCE。“全球鷹”的導航系統主要包括LN-100G嵌人式GPS/INS導航裝置和LN-200光纖慣性測量裝置。LN-100G嵌人式GPS/INS導航模塊包括GPS接收機、一個具有3個零鎖激光陀螺(ZLG)的傳感器組件、一個A-4加速度計組件和5個具有2個剩余插槽的電子組件,針對不同的差分GPS,接收機有多種編碼選擇。而LN-200光纖慣性測量裝置則采用3個固態的光纖陀螺和3個微型固態硅加速度計以測量飛行器角速度和線性加速度,平均故障間隔時間超過20000小時。
通信系統
“ 全球鷹”的機載通信系統是由L-3通信公司開發的綜合通信系統(ICS), 主要用于飛機與地面、飛機與飛機之間的相互通信。該系統可為“ 全球鷹” 提供5條通信數據鏈,即UHF視距通信數據鏈、UHF衛星通信數據鏈、 Ku波段衛星通信數據鏈、天基通用數據鏈(CDL)和國際海事衛星(INMARSAT)通信數據鏈。其中最顯眼的是直徑為1.2米的裝在機頭上部天線罩內的Ku波段三軸可自動捕獲的碟形天線。高速CDL數據鏈天線在機尾腹部的小型整流罩內。UHF衛星通信數據鏈天線分為兩部分,一個是架設在發動機短艙頂部的“蝙蝠翼” 天線,另一個是在左側機翼下方的刀狀視線傳輸天線。“全球鷹”的機載通信系統ICS總重170公斤、總功率為3800瓦左右,部分系統需要液冷。通訊系統的工作溫度在零下54攝氏度到零上60攝氏度之間,工作高度為地平線至21300米左右。
天基通用數據鏈(CDL)和Ku波段衛星通信數據鏈是“全球鷹”的主通信數據鏈,因為這兩種數據鏈能夠分別在視距內(435公里)和超視距兩種環境中,完全實現高速寬帶的指揮控制信息上行傳遞、下行傳輸和戰場態勢感知數據分發。
美國軍隊還把一些Block20 版本的RQ-4B“全球鷹”改裝成了空中通訊節點,型號為EQ-4,搭載“戰場機載通信節點”(BACN)設備。該設備的主要功能是數據和通信橋接節點,支持同時跨多種無線電類型的多個連接,被美軍喻為“空中 Wi-Fi”。美軍使用各種數據鏈系統來交換戰術信息,但許多系統無法協同工作。BACN系統可以成為不同數據鏈交換信息的平臺。此外BACN系統還能夠在山地等非視距 (LOS) 環境中連接地面部隊的前進空中管制員 (FAC)和對地支援作戰飛機。2021年7月美國軍隊將全部5架EQ-4無人機退役。
防御輔助系統
“全球鷹”為了應對敵方導彈的威脅,裝備了防御輔助系統,來在高威脅戰場獲得一定的生存能力。“全球鷹” 防御輔助系統包括雷神公司的AN/ALR-89(V)雷達告警接收機、AN/ALE-50拖曳雷達誘餌以及諾斯羅普·格魯曼公司的LR-100告警與監視系統。AN/ALR-89(V)能夠探測C-J波段傳統脈沖雷達信號、H-J波段現代脈沖和非脈沖雷達信號和激光輻射信號,然后將探測到的威脅信號傳輸顯示在地面操作員的顯示器上。AN/ALE-50拖曳雷達誘餌則是釋放誘餌將雷達制導導彈誘導至遠離本機的地方。LR-100告警與監視系統則是從Block 20版本開始裝備的輕型雷達波段信號接收機,提供精確雷達告警、電子戰偵察和電子監視功能。LR-100能將輻射源識別和定位信息回傳到地面站中,地面控制站可以實時修改LR-100的軟件功能以進行更好的電子對抗。
地面控制系統
“ 全球鷹” 的地面控制站主要包括:任務控制單元(MCE)、發射和回收單元(LRE)和保障支持系統。支持“ 全球鷹” 30 天自主飛行作戰部署所需的全套人員設備(包括地面站、保障設備、支持人員以及維護支持配套工具)可以用3架C-141B或2架C-17運輸機或1架C-5B運輸機就可以裝運。
任務控制單元
“ 全球鷹” 任務控制單元(MCE)是地面控制系統的核心,其內部通常有4名操作員操控著4個工作站,包括指揮控制工作站、通信管理工作站、任務規劃工作站和傳感器數據與圖像處理工作站。
指揮控制工作站:操作員通過工作站負責對“全球鷹”飛行階段的指揮控制,還負責與空中交通管制人員聯系。操作員通過顯示器實時了解 “ 全球鷹 ” 當前位置和飛行儀表讀數,并同時對無人機的系統狀態、任務情況、受威脅狀態以及導航狀態進行近實時的監視,然后上傳指令進行控制操作。操作員可以根據任務計劃的變化情修改“ 全球鷹” 的飛行航跡,還可以管理“ 全球鷹” 機載敵我識別系統與防御輔助系統。
通信管理工作站:通信管理工作站由通信專業人員操作,負責管理系統所有的通信數據鏈,監視和維護這些鏈路正常的工作狀態等。通信專業人員負責構建和監視通信計劃,在需要時進行再定向。任務控制單元的通信設備包括所有的地面接收和發射設備。 在視距外操作時,通信管理工作站通過衛星通信數據鏈與“ 全球鷹” 進行通信聯系。
任務規劃工作站:負責為“ 吉利全球鷹” 生成一個完整的任務計劃,包括導航計劃、傳感器計劃、通信計劃和分發計劃。“全球鷹”升空后,一般都是按照系統預先制定的任務計劃飛行。在任務執行過程中,任務規劃工作站對無人機進行任務更新。任務更新的內容涵蓋對某張圖像的重新拍攝,到重新規劃飛行偵察計劃,甚至重新規劃整個任務。
傳感器數據與圖像處理工作站:負責分析“全球鷹” 機載傳感器下傳的信息,監視機載傳感器的工作狀態,對接收到的目標圖像進行處理、存儲和分發。該工作站可以通過分析傳感器的數據來檢查其工作性能,同時還可以選擇目標圖像進行快速評估。
發射和回收單元
發射和回收單元(LRE)負責“全球鷹” 的發射準備、發射和回收工作。 發射前,它要檢驗“全球鷹” 機載各類子系統的狀態,接收MCE 提供的任務計劃,并上載到機上任務管理系統中。在發射與回收階段, LRE 負責無人機控制,與當地或途經地的空管機構進行協調,并先后將無人機控制權移交給MCE或從MCE接管控制權。因此該單元也包含有一個 任務規劃工作站和一個指揮控制工作站,有2名操作人員。美國軍隊使用“全球鷹”時,只在前線部署LRE,MCE則一般部署在本土。LRE工作站和MCE工作站的區別,是前者不具有寬帶數據鏈路通信能力以及下行傳感器數據與圖像處理能力,但它擁有一個差分全球定位系統 (DGPS) 以提供地面操作、起飛和著陸所需的精確導航能力。美軍無論是LRE還是MCE的操作員上崗前都需要經過指揮理論學習、模擬訓練和飛行訓練的過程。飛行訓練期間必領獲得商用儀表飛行規則(IPR)飛行員等級證書。
保障支持系統
保障支持系統包括為全球鷹系統做好操作準備、完成任務后的無人機維護工作、維護系統以進行訓練演習、打包系統以進行部署然后在部署地點搭建系統。保障支持系統還包括地面備件、支援設備、培訓系統、技術指令文件等,這些資源是維護飛機、培訓人員和操作空中飛行器所必需的。
性能指標
服役情況
使用國家
韓國:2014年韓國空軍從美國購買4架 RQ-4 Block 30“吉利全球鷹”無人機,2020年10月全部4架已經被韓方接收。
日本:2015年日本從美國購買3架 RQ-4B“全球鷹”無人機,2020年3月日方接收了第一架。
北大西洋公約組織:2012年北約15個國家簽署AGS采購合同,從美國購買5架北約版本的RQ-4D“鳳凰”無人機。其技術基于美國空軍Block 40版本的“全球鷹”,但是專門針對北約的要求進行了調整。2022年4月,全部5架RQ-4D無人機已經移交北約在西西里島基地的AGS 部隊
美國:從2002年開始采購至2013年底,美國空軍共計采購了45架“全球鷹”無人機,包括7架Block 10、6架Block 20、21架Block 30和11架Block 40型。截至2021年5月,美國空軍擁有21架RQ-4“全球鷹”Block 30 無人機以及3架改裝為EQ-4B的Block 20 無人機,還有11架Block 40版本無人機,總共為35架。2018年美國海軍第一個無人機巡邏中隊——第19中隊,開始接收首批2架MQ-4型無人偵察機。
實戰使用
阿富汗戰爭:911恐怖襲擊發生后,美國軍隊立刻要求“全球鷹”參加反恐戰爭。2001年11月,一架AV-3“全球鷹”原型機就被部署到阿富汗,以支持美軍中央司令部對廣泛區域偵察和監視的要求。部署期間,“全球鷹”項目管理辦公室的幾名軍事和文職人員隨同部署。為了保證原型機能正常使用,另一架AV-6原型機的零部件被拆除當做備件。在阿富汗戰爭期間,全球鷹提供了超過17,000幅近實時、高分辨率的情報、偵察和監視圖像,執行了60多次戰斗任務,累計戰斗飛行時間超過1,200小時。
伊拉克戰爭:在伊拉克戰爭期間,全球鷹執行了15次飛行任務,收集了4800多張圖像。盡管這僅占所有圖像收集任務的3%,但卻占了55%的對空防御目標的時間敏感數據。一架全球鷹至少發現了13個地對空導彈發射器、50個地對空導彈發射裝置、300個彈藥筒和70個導彈運輸車;還拍攝了300輛坦克,占了伊拉克裝甲部隊的38%。美國軍隊指揮官認為全球鷹加快了伊拉克共和國衛隊的崩潰,縮短了戰爭的持續時間,并減少了傷亡,超出了作戰指揮官的預期。在伊拉克戰爭期間,空軍采用了遠程操縱能力,在加利福尼亞州的比爾空軍基地遠程操作無人機及其傳感器。這至少減少了50%的后勤壓力。飛行控制機組機使用類似聊天室的網絡軟件在全球范圍內有效的指揮與控制“全球鷹”的操作。
伊朗擊落“吉利全球鷹”無人機:2019年6月20日,伊朗使用防空導彈擊落美軍1架“全球鷹”無人機。美國軍隊稱這是一架海軍使用的RQ-4型“全球鷹”無人機,而被擊落的時候是在國際空域執行任務。但是伊朗方面稱是因為美軍無人機侵犯伊朗領空才將其擊落。該型無人機是美國海軍使用的廣域海上監視演示機 (BAMS-D) ,從空軍 R-Q4A“全球鷹”平臺改裝而來。該型飛機未來將被美國海軍采購的MQ-9C無人機代替。
俄烏戰爭:2024年6月23日12時15分,烏軍試圖用5枚美國提供的帶有集束彈頭的ATACMS導彈襲擊塞瓦斯托波爾,俄羅斯聯邦武裝力量擊落了其中四枚,但剩下一枚在防空系統的影響下偏轉,在城市上空爆炸。美國RQ-4RQ-4A全球鷹負責協調ATACMS導彈對塞瓦斯托波爾的襲擊。
衍生型號
RQ-4A:是初始小批量生產型(LRIP)的“全球鷹”無人機,為Block10版本。
RQ-4B:是2002年研發的翼展和長度比RQ-4A更大的型號。RQ-4B包括Block20、Block30和Block40三種構型。
RQ-4D“鳳凰”:北約15個國家從美國購買5架北約版本的無人機。其技術基于美國空軍Block 40版本的“全球鷹”,但是專門針對北大西洋公約組織的要求進行了調整。
RQ-4E“歐洲鷹”:2007年德國訂購的無人機,以Block20批次為基礎,采用了EADS的電子信號偵察吊艙。該項目最終于2013年被終止。德國封存了僅有的1架“歐洲鷹”無人機。
MQ-4C“海神”:RQ-4 全球鷹無人機的海軍化版本,成為搭載BAMS海上監視傳感器和通信系統套件的平臺。
EQ-4B:Block20 版本的RQ-4B“全球鷹”搭載“戰場機載通信節點”(BACN)設備的型號。
KQ-X:諾格公司在2012年改裝的2架“全球鷹”無人機,參加DARPA的自主空中加油KQ-X項目演示。
參考資料 >
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Navy RQ-4A Surveillance Drone Suffers Major Damage in Middle East.news.usni.org.2023-07-24
烏軍用美國導彈襲擊塞瓦斯托波爾,美國防部稱“無可奉告”.參考消息-今日頭條.2024-06-24
Technical advances have the Air Force on the verge of refueling operations with no human present./www.airandspaceforces.com.2023-07-26