世界前沿技术发展报告2023《世界航空技术发展报告》（七）机载系统与武器技术

资料来自：《世界前沿技术发展报告2023》和网络

2022年，国外的机载系统与武器技术取得诸多新进展。美国在机载系统的多个技术领域开展了新技术探索和新产品开发。机载武器领域的一些重大研发项目取得关键进展，现有产品的改进升级取得新成果。

1.机载系统技术

2022年，5G通信、人工智能等新技术加速向机载系统领域渗透，不断推动机载系统性能提升和技术升级；频谱自主感知技术的应用推动了自适应处理器的发展；着眼于未来战争中的导航战，美国正在开发光学原子钟技术。

1.1 美国推进商用5G技术在航空装备中的应用

5G技术可大幅提升军事通信能力。美国军方及军工企业正在开发基于5G的军用技术，以实现在众多网络间快速、无缝地共享数据的能力。

2022年4月，诺斯罗普·格鲁曼公司和AT&T公司就联合为美国国防部研发数字式战斗网络达成协议。按照协议要求，双方将建立一个联合研发框架，用于原型系统的设计、验证和测试。美国国防部通过与商业企业合作，汇聚军用和商用通信优势技术，为实现联合全域指挥与控制(JADC2)愿景奠定技术基础。

1.2 人工智能技术在航空中的应用日益增多

2022年2月，DARPA授予诺斯罗普·格鲁曼公司感知使能任务指导(Perceptually-enabled Task Guidance, PTG)项目合同，用于开发一种人工智能助理原型装置，将其嵌入到UH-60“黑鹰”直升机驾驶员的增强现实耳机中，增强态势感知和决策能力，以应对常规任务和突发情况。

2022年9月，通用原子航空系统公司MQ-20A无人机采用人工智能飞行员和任务系统软件完成全自主飞行试验，飞行持续时间约30分钟。洛克希德·马丁公司的嵌入式红外搜索和跟踪传感器系统提供了实时跟踪能力。此次试飞验证了协同作战飞机的自主控制能力及通用原子航空系统公司开发的人工智能和机器学习方案。

2022年9月，波音公司与威斯克(Wisk)公司发布了过渡到未来航空业的概念路线图，其中包括可以在城市和郊区间高效安全地进行客运和货运的自动驾驶和无人驾驶飞机。路线图中列出了将城市空中交通(Urban Air Mobility, UAM)纳入国家空域系统所需的技术、监管和社会建议。这份文件是波音公司、威斯克公司、美国联邦航空局、NASA和主要行业利益相关者多年合作的结果，提出了在国家空域实现无人驾驶航空器的愿景，并将成为城市空中交通系统在美国和世界各国发展的基础。

1.3 美国空军研究实验室推出综合座舱感知技术

2022年3月，美国空军研究实验室(AFRL)在美国空军与航天军协会（Air&SpaceForces Association，AFA）战争研讨会上介绍了综合座舱传感(IntegratedCockpit Sensing, ICS)等新技术。军用飞机在高重力加速度、高海拔情况下执行任务时，可能导致不明原因的生理障碍(Unexplained Physiological Episodes, UPE)现象发生，对飞行员生命安全造成极大威胁。美军在2013财年至2018财年期间，由于包括UPE在内的非战斗航空事故导致244人丧生、186架飞机损毁，损失总价值达116亿美元。为解决这一问题，美国空军研究实验室与波尔航宇公司(BallAerospace)联合开发的ICS系统可对飞行员健康、座舱环境和生命保障系统进行实时监测和分析，帮助检测、减轻和洞察飞行中有可能对飞行员的身体和认知能力产生不利影响的生理事件。该技术将有助于飞行员作出更好的决策，也有助于开发出增强的生命保障系统。

1.4 美国空军为固定翼飞机驾驶员选定新一代头盔

2022年4月，美国空军选择立福特机载技术公司(LIFT Airborne Technologies)为美国空军固定翼飞机驾驶员开发新一代头盔。目前，美国空军使用的头盔是基于1980年的设计理念，此后因采用头盔显示装备导致头盔重量增加和重心改变，已不适用于现代作战。2020年美国空军进行的一项人体测量学研究发现，需要研发小尺寸的头盔，以更好地满足飞行员需求。因此，美国空战司令部开始寻找下一代头盔，并选定立福特机载技术公司的下一代头盔原型产品，以利于飞行员的健康，并为不同的飞行员提供更好的装备。

1.5 美国DARPA探索通过机载光能量中继实现无线配电网络

2022年6月，DARPA战术技术办公室发布了一项关于机载能量源的信息征询书，旨在发展与现有空中加油机适配的、能通过激光能量波束为无人机系统充电的新技术。机载能量源系统包括发电、传输中继和接收等能源网络组成部分，将成为无人机持续飞行的充电站，以增加无人机的续航时间，该技术或将用于KC-46加油机。

2022年10月，DARPA邀请工业界参与持续光学无线能量中继(Persistent OpticalWireless Energy Relay, POWER)项目，旨在帮助DARPA设计并验证机载光学能量中继器。该中继装置可以实现对地面激光能量的高空、长距离的高效传输，未来还可实现多路径无线能源网络(Wireless Energy Networks)传输。该项目将利用无线功率传输技术创建一个动态、自适应、光速无线能源传输网络，利用有韧性的多路径网络实现能源流动，大幅压缩能源的运输时间，为空中、陆地、海上、水下和太空的用户提供分布式能源，使小型廉价平台获得无限航程或续航能力。

1.6 美国DARPA将开发光学原子钟以取代GPS原子钟

2022年10月，DARPA宣布了健壮光学时钟网络(Robust Optical Clock Network,ROCkN)项目，目标是开发一种能在实验室以外使用的小尺寸、低重量和低功率(Size Weight and Power, SWaP)的光学原子钟。该光学原子钟的计时精度将达到皮秒级，是现有微波原子钟计时精度的100倍，将安装在战斗机或卫星上。该项目为期4年，分两个阶段开展，将获得用于未来网络化时钟架构的多项关键技术。在第一阶段，各技术领域的研究人员将开发出一个物理装置进行技术验证；第二阶段将开发出完全可用的时钟。最终，项目将对静止的、移动的和机载时钟之间的同步情况进行验证。

1.7 美国霍尼韦尔公司开发无人机用电传飞控系统

2022年4月，霍尼韦尔公司先进空中交通(Advanced Air Mobility, AAM)实验室展示了该公司为无人机和电动垂直起降航空器开发的小型电传飞行控制系统。这是该公司在航空电子技术开发方面的最新进展，是其在机载系统小型化方面的又一成果。

1.8 美国DARPA研发未来智能电台所需的自适应实时处理器

2022年10月，DARPA发布用于宽带传感器系统的处理器重构(ProcessorReconfiguration for Wideband Sensor Systems, PROWESS)项目的跨部门公告。PROWESS项目旨在开发能实时重构的检测和表征新信号的高通量数据流处理器。这种处理器通过在50纳秒内自我重构，即时合成处理通道。PROWESS项目将使未来的接收机性能更加优化，从而适应被测频谱的复杂条件及认知型射频决策逻辑的需求。

现代战争对设备数量和传输速度的无止境需求，使得无线频谱变得日益拥挤和复杂。解决这种问题的一种有效方法是采用射频自主技术，即无线电台使用人工智能感知频谱，并适应所感知的环境。与人工管理的系统相比，射频自主可以增强对干扰的健壮性，提高频谱容量以容纳更多设备。射频自主的基础是频谱感知，但对宽带频谱的自主感知将使对边缘计算的需求远远超出目前处理器的处理能力，因而需要高度灵活、高通量数据处理器。

2.机载武器技术

2022年，国外在机载武器发展方面取得多项新进展。美国高超声速武器系统进行了多次成功试验：洛克希德·马丁公司研发的首套机载激光武器系统交付军方，美国空军研究实验室低成本空对舰导弹试验成功，美国波音公司模块化机载导弹研制受到美国空军资助。

2.1 美国高超声速武器技术取得多项进展

2022年4月，洛克希德·马丁公司研制的高超声速吸气式武器概念超燃冲压发动机完成飞行测试。该发动机使用碳氢化合物燃料，利用压缩进入的空气燃烧，因此不携带额外的氧化剂，减轻了整体重量。2022年7月，雷神导弹完成高超声速吸气式武器概念验证性导弹试飞。该导弹配装诺斯罗普·格鲁曼公司的超燃冲压发动机，以大于5倍声速，在约18千米的高度飞行了约555千米。

2022年9月，美国空军与雷神公司和诺斯罗普·格鲁曼公司签订价值9.85亿美元的合同，用于研制高超声速攻击巡航导弹(Hypersonic Attack Cruise Missile,HACM)。HACM源于美国空军的高超声速吸气式武器概念项目。诺斯罗普·格鲁曼公司负责为雷神公司的高超声速攻击巡航导弹提供超燃冲压发动机，这种高超声速攻击巡航导弹将装备美国空军战斗机，以提供防区外或接近防区外的攻击能力。

2.2 美国洛克希德·马丁公司向美国空军研究实验室交付新型机载激光器

2022年3月，洛克希德·马丁公司向美国空军研究实验室交付了一种紧凑、坚固、耐用的激光器。这种新型机载激光器在同功率级别的激光器中尺寸最小、重量最轻，专门用于提升战斗机的防御能力。该项工作是美国空军用于下一代紧凑环境激光增强(Laser Advancements for Next-generation Compact Environments,LANCE)高能激光器项目的一部分。这种小尺寸、低重量和低功率机载激光器是开发作战型机载激光武器系统的关键基础，将为战机提供持续防御能力。

2.3 美国空军研究实验室研发低成本空对舰攻击武器

2022年4月，美国空军研究实验室和美国埃格林空军基地(Eglin Air Force Base)的综合测试团队，对“快沉”(Quick Sink)联合能力技术验证(Joint CapabilityTechnology Demonstration, JCTD)项目进行了第二次试验，验证了一种用于打击海上目标的新型低成本空中投放武器。试验中，该武器成功将一艘全尺寸水面舰艇摧毁。“快沉”JCTD项目旨在开发一种能够从空中进行的更高速率、更大范围、更低成本的鱼雷式杀伤手段，或将进一步提升美军对海面舰艇等威胁目标的打击能力。

2.4 美国空军授予多家公司防区内攻击武器项目开发合同

2022年5月，美国空军分别授予洛克希德·马丁公司、L3哈里斯公司和诺斯罗普·格鲁曼防区内攻击武器(Stand-in Attack Weapon, SiAW)开发合同。防区内攻击武器是美国空军下一代空对地武器组成部分之一，采用开放式系统架构和数字化设计技术，便于进行快速改进升级。SiAW导弹将能够对反通行/区域拒止(A2/AD)环境内的目标进行打击，包括综合防空系统、弹道导弹发射器、对地攻击和反舰巡航导弹发射器、GPS干扰器及反卫星系统等。该武器还具备齐射和制导能力，装备F-35后，将进一步提升战机对敌防空系统的打击能力。

2.5 美国波音公司开展模块化导弹研究

2022年9月，美国空军研究实验室授予波音公司价值980万美元的合同，用于研究先进导弹子系统组件，以支持其紧凑型空空导弹(Compact Air-to-Air Missile,CAAM)及增程型空空导弹(Extended Range Air-to-Air Missile, ERAAM)的发展。波音公司表示，CAAM和ERAAM导弹与该公司2021年首次提出的远程空空导弹(Long-Range Air-to-Air Missile, LRAAM)概念有关。LRAAM导弹概念由两个核心部件组成，一个杀伤载具和一个助推器。助推器提供初始推进和加速，分离后杀伤载具的火箭发动机点火推动导弹完成剩余的飞行。这两部分采用一种高度通用的物理结构，利用模块化设计方法和开放式系统架构，能够按照客户的需求引入其所需的技术和能力，在导弹生产、作战使用、后勤和维持方面具有显著优势。根据计划，美国空军拟在2023财年启动模块化先进导弹(Modular Advanced Missile,MAM)研发。

2.6 美国雷神公司提升AIM-120D空空导弹射程

2022年7月，雷神公司透露，进行了首枚升级型AIM-120D3空空导弹的实弹射击。一架F-15E发射AIM-120D3导弹完成对QF-16测试目标的打击任务。AIM-120D3导弹是AIM-120D的升级型，改进了软件水平和硬件能力，并在AIM-120D上集成了15个新电路板，提高了任务处理能力。