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“小精靈”（Gremlins）項目是美國國防高級研究計劃局（DARPA）在無人機集群技術領域的典型研究項目。2018年4月，美國國防高級研究計劃局（DARPA）最終選擇了Dynetics公司領導的團隊，為“小精靈”（Gremlins）項目進行第三階段的研究。以下介紹了小精靈項目從公告發(fā)布至今的研制進展。
“小精靈”（Gremlins）無人機項目以二戰(zhàn)期間賦予許多英國飛行員好運的惡作劇小游戲命名。2015年9月，DARPA發(fā)布了小精靈項目公告，設想讓現(xiàn)有的大型飛機在敵方防御射程外發(fā)射成群的小型無人機，當任務結束后C-130運輸機將小型無人機們回收帶回并由地面人員在24小時內完成重置并等待下次使用。
“小精靈”作戰(zhàn)構想：突防一定距離后以蜂群方式對威脅進行探測或干擾，并與防區(qū)外的其他“小精靈”或F-35戰(zhàn)斗機通信——DARPA
該項目計劃探索許多技術領域，其中包括：
● 發(fā)射和回收技術，設備和飛機一體化概念
●低成本，有限壽命的機身設計（DARPA期望的機身使用壽命為20次）
●高保真分析，精確的數(shù)字化飛行控制，相對導航
其他關鍵技術還包括：精確數(shù)字飛控與導航、小型高效渦輪發(fā)動機、發(fā)動機自動關機技術、小型分布式載荷集成技術、精確位置保持技術等。
“小精靈”計劃的最終目標是進行一次有效的概念驗證飛行，演示如何用“穩(wěn)定可靠、能夠快速響應、并且經(jīng)濟實惠”的方式使用ISR任務載荷以及其他模塊化非動力載荷。
DARPA“小精靈”項目概念設想圖
在項目第一階段（2016年），洛克希德·馬丁公司、通用原子公司、Dynetics公司和克拉托斯公司參與競爭。之后，DARPA選擇通用原子公司和Dynetics公司進入項目第二階段（2017年），克拉托斯公司作為Dynetics公司的子承包商繼續(xù)跟進項目。第二階段的目標是完成全尺寸技術驗證系統(tǒng)的初始設計，發(fā)展出根據(jù)設計指標定制的低成本無人機并執(zhí)行基于C-130平臺的回收系統(tǒng)飛行過程風險降低測試。具體活動將包括飛機和恢復系統(tǒng)的程序設計審查（PDR）、驗證關鍵技術的地面測試以及飛行測試，以證明多架無人機共飛的安全性和回收性能。
通用原子公司在2016年度美國空、天、網(wǎng)大會上展示的“小精靈”無人機全尺寸模型
八架小精靈由C-130J翼下攜帶，由機上吊架安全回收——通用原子公司概念設計圖
最終，在2018年的評定中，Dynetics公司研發(fā)團隊戰(zhàn)勝了通用原子公司，贏得DARPA“小精靈”項目第三階段合同（2018年）。下一個關鍵時間節(jié)點是在2019年底，DARPA將會在C-130運輸機上實施多架無人機的發(fā)射和安全回收試驗。整個小精靈項目將持續(xù)43個月，總體耗資6400萬；而整個第三階段將持續(xù)21個月，耗資3860萬美元。
為了更好地完成Gremlins項目，Dynetics組建了一個行業(yè)合作伙伴團隊?？死兴构矩撠熋考堋靶【`”飛行器的制造、裝配、集成和測試。內華達山脈公司提供交會和?？窟^程中必不可少的精密導航系統(tǒng)。關鍵子系統(tǒng)由許多公司提供：威廉姆斯國際公司（Williams International）將提供渦扇發(fā)動機，穆格公司（Moog）將提供驅動控制系統(tǒng)，空降系統(tǒng)公司（Airborne Systems）將生產降落傘回收系統(tǒng)。Systima公司將提供C-130吊架和發(fā)射控制器硬件設備。應用系統(tǒng)工程公司（Applied Systems Engineering, Inc.）將交付飛行計算機。SNC Kutta公司將生產多機控制服務。國際航空響應公司（International Air Response）將提供C-130運輸機以及飛行測試支持。
Dynetics公司團隊的解決方案是在C-130下方遠離機體的地方部署一個拖曳式穩(wěn)定的捕獲設備（capture device）。“小精靈”與捕獲設備的對接很像美軍的空中加油作業(yè)。一旦?？坎㈥P閉發(fā)動機，“小精靈”就將被升舉到C-130機體部分，并在那里機械固定和收起。這是一種非常具有使用性的方案，因為空軍已經(jīng)熟練掌握了空中加油技術。高速航行的大型飛機的背后拖曳著機械抓手似的裝置非常有趣，但這也正是項目測試的難點之一。
C-130回收Gremlins示意圖
DARPA回收裝置測試
Dynatics&DARPA的“小精靈”無人機正準備與回收裝置對接
Dynetics團隊所設計的發(fā)射和回收系統(tǒng)最引人注目的特征是類似于空中加油錐形管的回收系統(tǒng)，其使用柵格控制尾翼保持穩(wěn)定。
帶有4個柵格尾翼的回收裝置
“小精靈”無人機整體設計上也充滿了挑戰(zhàn)。對于傳統(tǒng)的飛行器，起飛和著陸永遠是飛機壽命周期中最緊張的部分。而對于“小精靈”這一不需要“沾地”的新型飛行器，設計中不僅僅是單純不再需要考慮起落架的需求。如果飛行器永遠不會降到最低速度以下，設計上甚至可能會減輕整個結構，可能會重新安排一些傳感器，甚至改變空氣動力學和控制表面。例如，在承包商的藝術概念圖中賦予“小精靈”無人機更多的導彈似的外觀，并將其視為可重復使用的巡航導彈，這一藝術概念設定可能相當準確。
2018年4月，DARPA官方發(fā)布了Dynetics公司制作的視頻，該視頻突出了“小精靈”背后的蜂群協(xié)同概念：每架“小精靈”能夠隨時調整以承載不同的有效載荷（最高150磅），一旦聯(lián)網(wǎng)在一起，所發(fā)揮的效能將等于超過其部件的總和。安全的視距數(shù)據(jù)鏈通信和自動化水平使群體能夠立即對其戰(zhàn)術環(huán)境作出反應，這也是其運營理念的基石。成群的無人機可以很容易地作為分布式傳感器節(jié)點，在相當短的時間內在廣闊的區(qū)域內收集圖像或其他情報。攜帶干擾系統(tǒng)或模擬大型飛機的信號時，它們也可能會在較大的作戰(zhàn)行動之前混淆或以其他方式擾亂敵人的綜合防空體系。在幾年以前，軍工界已經(jīng)深入討論了所有的這些想法，但是將它們公開展示在公眾面前卻是首次，這一行動還暗示了非公開領域中可能存在的內容，引人聯(lián)想。視頻同時展示了空中回收行動的整個過程，最終目標設定為在30分鐘內在單架飛機上收回四架“小精靈”無人機。
承載不同載荷的“小精靈”無人機間的相互協(xié)同
“小精靈”無人機在拒止環(huán)境下的協(xié)同導航
該視頻還明確指出了像Gremlins這樣的空中發(fā)射和回收系統(tǒng)的優(yōu)勢。這些積極因素包括：較小的機身尺寸，對空軍基地依賴性降低，單個任務的成本較低，以及群體內多個不同傳感器的分布式布置。無論是在操作上還是在發(fā)展上，這些優(yōu)勢都為使用者提供了更高的風險承受能力。
除了初步的飛行測試外，Dynatics團隊還通過廣泛的建模和仿真來降低試驗風險。該團隊還研究了F-35和F-22等第五代戰(zhàn)機如何應對威脅，以及這些先進的戰(zhàn)斗機如何將Gremlins納入高風險作戰(zhàn)領域。通過減少有效載荷和機身成本，以及比一經(jīng)制造就要運行幾十年的傳統(tǒng)平臺具有更低的任務和維護成本，20次預期壽命的Gremlins可以提供顯著的成本優(yōu)勢。
為“小精靈”與載機對接的風洞試驗制作的比例模型
雖然C-130是目前“小精靈”測試的母艦，但整個項目的關鍵技術具有通用性，可以直接適應于其他運輸機或空中戰(zhàn)斗平臺的翼下回收和貨艙回收。模塊化的特性使得Gremlins對潛在的轉型合作伙伴具有吸引力。這種即上/即下的能力非常強大，因為它不需要任何永久性的飛機修改，而且機翼下安裝的系統(tǒng)具有非常大的靈活性。
“小精靈”項目概念及其許多附屬技術被軍事專家廣泛視為通向空戰(zhàn)新革命的門戶。對于參與Gremlins項目的企業(yè)來說必然有利可圖，因為大家心知肚明，一旦DARPA這項驗證落下帷幕，美國空軍將馬上推動這項技術進入實用階段。
目前，Dynetics團隊并沒有為“小精靈”無人機研發(fā)傳感器，而是著力發(fā)展能搭載不同類型傳感器/載荷的系統(tǒng)以適配不同的用戶。Dynetics公司導彈和航空系統(tǒng)分部副總裁Mark Miller表示，根據(jù)載荷的不同，公司目前有幾種不同的系統(tǒng)概念設計，而這些設計也正在向目標用戶進行展示。Dynetics公司表示，為不同用戶集成各類載荷的工作或許會在第三階段結束之后進行，或者在第三階段后期并行進行。Dynetics公司最終的藍圖是讓這些系統(tǒng)與傳感器能夠協(xié)同工作，但是這部分的研究工作正在DARPA的其他項目中進行，“小精靈”項目的任務是做好準備，使用其他項目所發(fā)展出的能力，例如此前所介紹過的CODE項目（拒止環(huán)境下的協(xié)同作戰(zhàn)）。
DARPA CODE：無人機在拒止環(huán)境下的協(xié)同作戰(zhàn)能力發(fā)展
“小精靈”本身其實是作為DARPA和美國海軍陸戰(zhàn)隊一直在嘗試的“用完即棄式”無人機與傳統(tǒng)無人機（壽命長達數(shù)年）之間的折衷方案。每個“小精靈”設計為執(zhí)行20個任務，并在任務周期之間進行小幅翻新。“小精靈”很可能比一次性無人機更廉價，并且稍加額外投資就會使它們更有用（具有更多載荷、更多功能）。這對美國軍方來說也是具有深遠意義上轉變，并且在潛移默化地改變“軍事級硬件”的概念含義。
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