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砲兵前觀的未來?智飛科技TU-H33-RS旋翼無人機

在現代砲兵作戰中,砲兵觀察員依然是修正砲擊的主要功臣(二戰期間甚至佔了總導引手段的95%),但飛行觀測也同樣有卓越貢獻,而此一任務責任也從需要繞圈盤旋的定翼機(二戰)交付給可以定點盤旋的直升機(冷戰),令飛行觀測的精準度和機動性有了大幅度的提升,例如OH-58D奇奧瓦戰士偵搜直升機的主要任務之一,就是為野戰砲兵提供目標並導引砲擊。(假如有協調到的話,否則這不是我國陸軍之OH-58D主要任務。)

但無人科技的日新月異,使飛行觀測出現了革命性的變化,目前的無人機技術在某些程度上已經可以取代有人機,而應用無人機作為砲兵觀測不僅不是夢想,且還是已經被多次實戰驗證的想法。在中東以及烏克蘭東部戰場上,政府與叛亂分子雙方皆有使用商用空拍機作為砲兵觀測機,而如果小型的商用空拍機(Drone)都可以達到此效能,對於性能更強大的專業無人機(UAV)更談不上什麼問題。

在中華民國陸軍的砲兵應用上,雖然台灣島上的各陣地射擊諸元,早已將射界內各目標位置標明出來,只要知道敵人在何處,直接實施砲擊即可,但後續的彈著修正仍仰賴地面步兵或空中載具實施的觀測,而直接應用無人機,則同時可以大幅提升觀測效能,又同時在空中載具的領域中將後勤需求降到最低。

顯然,軍用無人機的空缺並不能隨意使用商售空拍機來滿足,但也並非需要應用特別高端的科技或載台,重點在於如何提供一種剛好可以滿足軍用需求和其特定目的的載具。對於台灣民間無人機廠商「智飛科技」來說,滿足國家的無人機需求一直是該公司創立以來的宗旨,而在軍方需求上,他們也端出了相當不錯的設計!

 

 TU-H33-RS旋翼無人機曾參與107年度「天雷操演」表現亮眼 

在天雷操演中擔任砲兵前觀機的TU-H33-RS旋翼無人機,陸軍表示其性能令人滿意。

智飛科技的TU-H33-RS旋翼無人機曾參與「107年度天雷操演」,並執行「107 年陸軍第八軍團聯合反登陸作戰操演海上戰區前進觀測」任務,陸軍當時表示該無人機並非制式裝備,只是用以前觀的技術驗證,但他們指出整體效能不錯,也側證其載台和光電設備效能符合了陸軍的期待。

就旋翼無人機在砲兵的貢獻來說,它的起降並不需要跑道,操作十分容易,其地面導控站可以改裝在任何一種載具上(包括民用貨卡),甚至是採用手提式,且旋翼端至機尾長僅2.55公尺,遠小於OH-58D的12.1公尺,因此在任何一處砲陣地都有可操作性。機上搭載的光電頭,在搭配直升機本身的機動應用後,可以躲在相對隱蔽的位置,為砲兵提供前觀服務,而光電頭回傳的畫面可以及時回傳到砲陣地和更高一級的遠端監看站。

相較於OH-58D偵搜直升機和任何有人/無人定翼機,旋翼無人機部署所需的後勤、空間都更少,且價格相對低廉,意味著軍方可以大量採購,並讓多個砲兵陣地都擁有這些設備,避免稀有的大型設備、跑道遭到摧毀後,砲兵就失去了空中前觀的支援。基於此,旋翼無人機絕對是提供我國砲兵前觀的最佳選項之一。

地面導控站(GCS)的真實體積其實只有那個黑色手提盒以及筆電,其貨車載台只是為了方便順便攜帶無人機。

 

TU-H33-RS飛行性能優異,可自動執行飛行任務

TU-H33-RS當初是為了海巡署的無人機標案所研製,因此從設計的一開始就將嚴苛的抗風、抗鹽蝕能力以及長程遙控能力納入考量,同時載台還必須攜帶性能可靠的全天候光電設備以執行監視和辨認可疑船隻的能力。在標準的配置且不依靠中繼站的情況下,於平坦地形的遙控半徑為40公里;油箱可供續航90分鐘以上(60km/h巡航時為100分鐘);能酬載4.5公斤設備(可以攜帶含雷射測距儀的光電球);最高速度是90km/h;最高飛行高度為2000公尺,並能在6級風(27節)的環境下飛行。

但野戰環境與海洋環境畢竟不同,特別是台灣島上充滿障礙物以及山岳的地形,無人機與地面控制站的直線信號很容易就被阻斷,此時地面控制站就可以使用另一個滯空的無人機(通常是定翼)作為中繼站,避開地形限制,從而遠端遙控可能在數座山岳外的直升機。此外,作為中繼站的無人機也能自動依照預規劃的航線飛行,減少人員操作的負擔。

(Source:智飛科技)

智飛科技本身都有製造定翼和旋翼無人機,因此要完成一整條適應野戰環境的控制鏈並不是問題,而倘若無人機的信號真的遭到遮斷(人為或自然干擾),也可以設定成自動飛回預設的路徑點待命,讓操作者可以回收無人機,或者繼續沿預設路徑飛行完成任務。假如操作員疲於應付其他任務,也可以命令直升機進行自動起飛與降落,而操作員所需要的就是按下一顆按鈕而已。

 

機載光電設備可滿足砲兵前觀需求

目前TU-H33-RS搭載的是CM100光電球,但它也能依照客戶需求搭載更高階的CM160或CM202光電球。

旋翼無人機的酬載限制是4.5公斤(包含支架以及光電設備外殼),因此智飛科技必須慎選光電設備,在眾多廠商中,他們找到了專為小型無人機提供光電設備的澳洲UAV Vision公司,並且提供了搭載CM100、CM160和CM202等三種不同等級光電球的選擇。

在參與海巡署標案時,直升機上搭載的是最輕型的CM100,它的重量僅800公克,但卻有30倍光學變焦和長波紅外線(LWIR)的熱像鏡頭,且能追蹤已鎖定的靜止/移動物體的功能。該版本雖然不具備雷測測距和標定功能,但卻可以換算出目標的位置,其方式為換算本身GPS座標位置、攝影機方位角、鏡頭俯角而得出目標座標,且在起伏地形時這種容易出現誤差的環境時,還可運用地形圖資料庫(Terrain Map),進行地形高度差的座標修正,但相較於雷射測距,CM100的測距最理想誤差值仍有5-10公尺,且每次飛行任務前都要更新任務區地形圖資料庫,加上遇到人造建築物時誤差更大,因此用CM100還只能滿足海巡緝捕的需求,對砲兵前觀來說仍稍嫌不足。

CM202是TU-H33-RS可搭載之最高階的光電球,雷射測距距離可達10公里。(Source:ASCENT VISION)

要到能滿足砲兵前觀的程度,則需要選擇重1.5公斤但有雷射測距的CM160,上方的雷射測距儀可以得出4公里內的精確直線距離,令電腦可以換算出目標座標,而地面控制站能將此數據和無人機座標傳給砲兵,解算出火砲需要命中目標的方位角和仰角。至於最高端的CM202,重量達3.5公斤,則還增加了中、短波紅外線(MWIR、SWIR)和紅外線照明的功能,雷射測距則提升到10公里。

 

無人機在高強度威脅下的生存性

OH-58D雖然偵蒐性能強大,但同時也需要更強的後勤能量和起降場才能運作,重點是砲兵如要申請OH-58D支援,需要層層向上申請,不像無人機一樣可以直接讓旅部運用。(Source:US Army)

通識上來說,無人機的輪廓、噪音以及熱訊號遠小於大型的有人直升機,因此當旋停於遠方時,敵人幾乎不可能用肉眼發現,即便使用熱像儀,也可能因為圖像較不明顯而被忽略。相對的,無人機因為較多結構外露且體積較小,因此一旦被敵火命中就難逃墜毀的命運,但偵蒐任務本來就不該承受火力,且有人直升機(如OH-58D)在敵火下生存性也很低,墜毀後損失更慘重,因此無人機實際上是更好的選擇。

毫無疑問的,因為無人機酬載低,偵蒐設備的效能也受到限制,例如OH-58D的桅杆偵蒐儀(MMS)上的白光/紅外線攝影機的視距達148.2公里(視自身高度而定),能使用雷射標定18.5公里外的目標,可令自己保持在敵防空武器系統的射程外,並為砲兵或攻擊直升機提供導引的服務。相較之下CM202並沒有雷射導引飛彈的能力,測距也只有10公里,性能遜色許多,但考量到無人機便於利用地形作為掩護,以及低廉價格的特性,無人前觀機可能在敵我爭奪空權時較容易存活下來。

此外,無人機還有一個致命點就是擔憂遭到電子干擾,而強烈且複雜的電子干擾環境幾乎是現代戰爭的常態,特別是在對於運用空拍機或無人機實施偵查和砲擊觀測之戰術已經不陌生的情況下,反無人機干擾槍和各式干擾設備出現在戰場上已是可預期的景象。對於上開干擾手段,全世界沒有任何一種通訊方式能保證不被干擾,但智飛科技所應用的抗干擾技術,則能讓失控的情況降到最低,安全性遠超過商規產品。

 

無人系統適合水平化指揮和訊息傳遞

智飛科技的旋翼無人機體積小,不容易被敵人偵測,且搭配高階光電器材後可有效為砲兵提供前觀服務。

在野戰環境的偵蒐任務上,基於偵蒐距離、雷射標定效能以及強烈干擾環境下生存性,小型的旋翼無人機沒辦法取代OH-58偵搜直升機,但得益於截面積、聲響和熱訊號較小的優勢,旋翼無人機反而不容易被掃蕩。舉例來說,高速飛行的戰機幾乎不可能大費周章地使用飛彈或機砲攻擊貼地的小直升機,步兵攜帶的肩射防空飛彈,則也需要肉眼先發現目標後,才有辦法使用紅外線鎖定,但截面積極小的旋翼無人機令遠處的人很難用肉眼搜索到。

旋翼無人機的另一個優勢在於成本低廉和易於部署。讓每個聯兵旅配備幾架為砲兵營服務的旋翼無人機,在經濟以及編制上可能實現的,而這也大幅減少了向航特協調OH-58D支援的需要,並增進了資訊的傳輸效能與速度。

不過,我們能不能見到無人與有人偵蒐系統的混和搭配?這方面得端看陸軍的準則和思維,但讓敵人沒辦法透過瓦解一個兵種的能力,從而嚴重削弱另一種兵種的能力,則是非常值得參考的概念。