長航時無人機是多種技術的高度綜合
“全球鷹”屬于典型的長航時無人機，這是無人機的一種主要類型。所謂長航時飛機就是在性能上突出滯空時間。盡管有人駕駛飛機也能做到很大的航程和航時，并可以用自動駕駛儀來減輕駕駛員的壓力，還可以配置正負駕駛來進行輪流駕駛，但飛行員疲勞的問題仍然是客觀存在的。因此無人機一直以來都被看做是長航時飛機的一種合適選擇，可以輕松執(zhí)行12小時以上的超長任務。一旦取消了飛行員，相關設備都可以取消，從而大大減輕飛機的重量，例如氧氣就不用帶，也無需設置增壓座艙，環(huán)境控制系統(tǒng)只需要考慮設備要求。而且有人駕駛偵察機要承擔損失飛行員的風險，一旦飛行員被擊斃或俘獲在政治上也非常敏感，例如當年U-2在蘇聯(lián)和古巴上空被擊落。長航時無人機面臨的最大挑戰(zhàn)是控制，通過自動駕駛儀和飛行路線預設，無人偵察機很容易執(zhí)行簡單的偵察任務，但缺少飛行員使隨機應變的能力明顯變差。如果要在飛行過程中實現(xiàn)遙控，就必須要建立與無人機的遠程通信能力。長航時無人偵察機看似簡單，卻涉及了航天和航空兩個領域，是自動控制技術、傳感器技術、衛(wèi)星通信技術等的高度綜合。
圖：U-2飛行員必須穿著近乎宇航服的高空代償服，長航時飛行的工作條件十分艱苦
無人機與遙控模型絕不可簡單類比
無人飛機和遙控模型飛機完全不能等量齊觀，因為遙控模型飛機一般是在視距范圍內遙控的，操作員實現(xiàn)的手眼協(xié)調，即眼看飛機的同時手控遙控器，遙控時滯非常小，而且人機間通信通常采用的是簡單的模擬方式，也沒有數(shù)據采集和數(shù)據遙測的問題。而長航時無人機執(zhí)行遠程甚至洲際偵察任務，與地面站之間的通信距離巨大，一般需要通過衛(wèi)星數(shù)據鏈路進行中繼，傳輸內容不僅包括控制指令，也包括各種飛行參數(shù)和設備參數(shù)，控制人員并不能直接感受到飛機的實際飛行狀態(tài)，只能依靠控制臺上顯示的各種參數(shù)來進行類似儀表飛行的控制。無人機的遠程遙控雖然目前已經比較成熟，但應急處置能力畢竟與有人駕駛有巨大差距，主要是機上自主飛行控制系統(tǒng)處置復雜突發(fā)情況的能力還很有限，地面控制又具有時滯，美國擁有全球最龐大的無人機機隊，控制人員數(shù)量最多，實戰(zhàn)經驗也最豐富，但是同樣因為操作失誤損失了大量無人機。所以現(xiàn)在美國正在開發(fā)更加智能的無人機自主能力，例如在機翼突然破損甚至折斷的情況下，迅速感知到飛行姿態(tài)和飛機狀態(tài)的變化，并迅速切換到相適應的控制規(guī)律上來。
圖：RQ-4機頭整流罩內安裝了碩大的碟裝天線，主要用于由衛(wèi)星中繼的遠程通信
長航時無人機為什么采用長平直翼
從總體布局上來看，幾乎所有的長航時飛機都采用展弦比巨大的平直機翼，這種機翼顯然不適合高速飛行，但在低速狀態(tài)下卻擁有很高的升阻比，并且十分適合高空飛行。大展弦比平直翼常見于滑翔機，出自洛克希德臭鼬工廠凱利·約翰遜之手的U-2，當年就被稱為是裝噴氣發(fā)動機的滑翔機。在這一點上“全球鷹”和U-2沒有本質的區(qū)別，但U-2和“全球鷹”畢竟是兩個時代的飛機了，在機翼結構上有巨大差別。在U-2誕生的50年代初復合材料的用量還很小，而到了“全球鷹”復合材料用量大幅增加，在機翼上廣泛使用了碳纖維/環(huán)氧樹脂材料，不僅減輕了機翼的重量還提高了剛度，而到了RQ-4B Block 40全機復合材料用量進一步提高。盡管如此，由于“全球鷹”的機翼實在太長，其結構重量還是超過了1.5噸，RQ-4B放大10%后的機翼更是達到了1.8噸，在全機結構重量中還是占到了很高的比例。值得一提的是，“全球鷹”的這幅機翼也是系出名廠，由沃特飛機工業(yè)公司的達拉斯工廠生產，諾斯羅普在90年代初的時候曾經會同凱雷財團收購過該公司，雖然2000年又將其賣還給了凱雷，但是業(yè)務聯(lián)系一直沒有中斷。
圖：RQ-4和RQ-4B的差異，后者的機翼進一步加長、加大
RQ-4A的翼展為35.41米，RQ-4B進一步提高到39.8米，比U-2系列的各型號都要大。U-2為了在地面停放和滑跑時支撐機翼，在左右機翼下各設置了一個可以拋棄的支撐輪。而“全球鷹”則無需這樣的設計，剛度較好的機翼地面停放時下垂也不明顯。不過，“全球鷹”并不像U-2那樣刻意追求高空性能，雖然重量要小了近一半，但阿里遜·羅爾斯－羅伊斯AE3007H渦扇發(fā)動機僅能提供31.4千牛的推力，較U-2的J57或者F118要小很多，在很大程度上限制了實用升限和最大升限。“全球鷹”的正常偵察高度都在2萬米以下，相比U-2還要差了幾千米。這主要是因為在地空導彈已經普及的情況下，簡單地提高飛行高度已經無法保證偵察機的安全了。RQ-4B雖然將機翼加大了10%，但主要用來將載荷從2000磅（908千克）提高到3000磅（1362千克），其使用升限仍然是受到人為控制的。但其60000英尺（18288米）的偵察高度，比民用飛機的正常巡航高度依舊高出一倍。
更高的載油系數(shù)和更省油的發(fā)動機
保證長航時飛行的另一個要點是提高載油系數(shù)。事實上，瘋子設計師伯特·魯坦20世紀80年代在設計“航海家”（Voyager）飛機時，為了實現(xiàn)史詩般的不加油環(huán)球飛行，就采用了極端高的載油系數(shù)，這架飛機最大起飛重量中超過72%是燃料。“全球鷹”也采用了類似的設計，而且由于沒有飛行員的限制，因此可以載更多的燃料。其載油量在6.5噸左右，載油系數(shù)大約是63%，雖然比“航海家”要小了差不多10個百分點，但是考慮到作為偵察機要攜帶大量設備，因此這一載油系數(shù)也是非常高的了。目前空中自動加油技術還在完善過程中，因此“全球鷹”沒有配備相應的設備，但為了進一步提高航時和航程，美國未來很可能會給“全球鷹”這樣的無人機增加空中加油能力。一旦具有了這樣的能力，“全球鷹”有望在空中逗留3天以上，對戰(zhàn)區(qū)的監(jiān)視進一步向全天候發(fā)展。
圖：1986年的“航海家”和2004年的“全球飛行者”，它們都是伯特·魯坦設計的長航時飛機
為了能夠更有效地利用燃料，“全球鷹”采用了高性能的小型渦扇發(fā)動機。AE3007是一種商用發(fā)動機，不僅用在“全球鷹”上，還用在巴西航空工業(yè)公司非常熱銷的ERJ145上，裝載這款發(fā)動機的其他民用機還包括塞斯納“獎狀”X公務機，從90年代中期投入使用以來已經裝機超過2000臺，是相當可靠的發(fā)動機，其燃料經濟性也很不錯。軍用型的AE3007H不僅可用推力較高，并對高空工作進行了某些優(yōu)化，而且為了適應“全球鷹”的單發(fā)動力配置和超過24小時的航時，可靠性得到了進一步的強化。在氣動布局和高載油量的保證下，RQ-4A的最大航程可達25945千米，自主飛行時間長達41小時，可以完成跨洲際飛行?？稍诰喟l(fā)射區(qū)5556千米的范圍內活動，可在目標區(qū)上空60000英尺處停留24小時。2001年4月22日，“全球鷹”完成了從美國到澳大利亞的越洋飛行創(chuàng)舉，表現(xiàn)了非常強勁的洲際偵察能力和自部署能力。
國產長航時無人機需求并不明確
近年來，“全球鷹”和“捕食者”/“收割者”無人機可謂風光無限，成為了長航時無人機的典范，前者主要用于偵察和監(jiān)視，后者已經用于戰(zhàn)場打擊，兩者相互配合，在阿富汗和伊拉克都有很好的表現(xiàn)。美國開始向主要德國等主要盟國出口“全球鷹”，特別是計劃通過日本和韓國等近鄰在中國周邊部署，則引起了國內的警覺和緊張，更有人建議應該研制中國自己的長航時無人機。在國慶60周年閱兵式上展出了短程和中程兩種國產無人機，但距離“全球鷹”顯然差距十分懸殊。撇開偵察系統(tǒng)不談，僅僅“全球鷹”級別無人機平臺的研制，對于國內來說就有很大的難度，但最關鍵的還是需求不足。
美國的全球戰(zhàn)略對長航時無人機的需求十分迫切，但應該強調的是“全球鷹”的主要任務其實是監(jiān)視而非偵察，類似U-2早期秘密間諜任務的越境偵察已經被偵察衛(wèi)星所取代，“全球鷹”如果在越境偵察中被擊落也會引發(fā)外交爭端。“全球鷹”使用最多的區(qū)域是伊拉克和阿富汗，而這兩個地區(qū)長期實際長期都是交戰(zhàn)區(qū)，“全球鷹”執(zhí)行監(jiān)視任務自然沒有問題，也是伊拉克和阿富汗政府所認可的。但如果“全球鷹”直接越境偵察伊朗就存在問題，使用上必然會非常謹慎，要冒增加海灣地區(qū)緊張局勢的風險。盡管巴基斯坦是美國全球反恐戰(zhàn)爭的盟國，但“全球鷹”對巴阿邊界部落地區(qū)進行偵察，同樣也爭得了巴方的同意（雖然不大可能反對）。
圖：RQ-4C BAMS可以用于海上監(jiān)視，但類似機型未必是中國的最佳選擇
如果中國研制出24小時級別的長航時無人機，用在什么地方顯然是個大問題。黃海、東海和南海地區(qū)確實有航空監(jiān)視的需求，但這一地區(qū)并不需要太大的航時來進行全天候監(jiān)視，使用12小時級別無人機也是可以接受的，主要是12小時級別飛機的載荷偏小。綜合來看，海監(jiān)船＋直升機＋陸上和水上固定翼飛機的配置似乎更為便宜，而且形成監(jiān)視能力也比較快。在大陸上，三北方向國土廣闊，特別是西北地區(qū)尤甚，但對于國境以內是否非常迫切地需要24小時級別無人機也是問題。過去20年來，中國多次參加國際維和行動，過去三年又參與了索馬里反海盜聯(lián)合護航，對于這片海區(qū)的監(jiān)視可能是24小時級別無人機的一個較好應用舞臺，但類似這樣的區(qū)域似乎太少了點。從外需來看，中國的一些友好國家的確有使用長航時無人機的某些實際需求，但這種需求并不能過分高估。
