美国国防预研局（DARPA）“小精灵”项目研究的重点是小型无人机蜂群的空中发射和回收。项目分为3个发展阶段，目前DARPA选择GA-ASI和Dynetics公司进入第2阶段，设计全尺寸方案，验证关键技术，并开展飞行试验。
AFA年度会议上展示的GA-ASI公司“小精灵”全尺寸无人机方案。
无人机蜂群技术已成为美军关注重点，其国防能力办公室（SCO）和海军研究办公室（ONR）均开展了相关飞行试验，但是当前实施的无人机蜂群试验仅涉及发射和编队飞行，且试验中的无人机都是一次性使用的，不可回收。美国国防预研局（DARPA）认为，在没有可靠的陆基或海基着陆点时，空基回收将是小型、大作战半径无人机蜂群最简易的后勤和低成本解决方案，另外还具有对无人机性能影响最小、再次发射迅速、蜂群作战系统经济可承受性高等诸多优势。因此，DARPA在2015年9月16日公布了“小精灵”项目的招标书，寻求小型无人机蜂群空中发射和回收、经济可承受机体平台等领域的创新性方案。
1.项目概况
“小精灵”项目的主要目的是探索空中发射和回收小型无人机蜂群的可行性。根据DARPA的设想，“小精灵”作战系统由多架无人机、无人机载机、发射回收系统和控制系统等组成。“小精灵”无人机蜂群在敌防空区外可由包括运输机、轰炸机和战斗机在内的各类平台发射，在渗透到敌防空区内之后，执行对抗防空系统、情报监视侦察、电子攻击或地理空间定位等作战任务。任务完成后退出敌防空区，并由C-130运输机完成空中回收。
GA-ASI公司“小精灵”无人机和作战系统方案。
除了发射和回收蜂群，DAPRA认为“小精灵”项目的另一关键点是提高无人机载机的航程，以便在更加安全的距离上遂行发射和回收任务。“小精灵”无人机的最低性能指标为作战半径555km，到达作战地域后可空中巡逻1h，设计载重为27.3kg，最大速度为Ma 0.7，而相应的最佳性能指标分别为作战半径926km、空中巡逻3h、设计载重54.5kg和最大速度不低于Ma 0.8。
与DARPA其他项目类似，“小精灵”项目同样分成3个研究阶段：第1阶段开展方案初步设计和可行性研究，第2阶段提高技术成熟度并开展详细设计和相关试验，第3阶段制造全尺寸验证系统并在真实环境中实施演示验证试验。2016年3月，DARPA向Kratos防务安全公司、Dynetics公司（Kratos的子公司复合材料工程公司CEi被选作系统承包商）、通用原子航空系统公司（GA-ASI）和洛克希德-马丁公司授予总金额1610万美元的“小精灵”项目第1阶段合同，正式启动了技术研发工作。
“侧边吊臂”子项目试验。
2017年3月15日，DARPA选择GA-ASI和Dynetics公司进入项目第2阶段。两家公司将设计全尺寸验证方案，在地面试验验证关键技术，并对安全系统和发射回收系统开展飞行试验。在第2阶段，“小精灵”项目将通过初步设计评审（PDR），并将在2018年年初进入第3阶段。“小精灵”项目经理Scott Wierzbanowski表示：“在第1阶段，4家公司研究了空中发射和回收无人机系统的可行性；在第2阶段，项目选出的两家公司将进一步提高系统设计概念的成熟度，力求拓展美军无人机蜂群的作战范围、灵活性和经济可承受性。”
2.GA-ASI公司
GA-ASI公司表示，其设计的“小精灵”无人机能在555km作战半径处续航1h，并可携带27.3kg的模块化载荷，满足DARPA的基本指标要求（“小精灵”项目难度较大，Kratos和洛克希德-马丁公司可能因没有达到基本技术指标而落选）。GA-ASI公司表示将发展一型重量达320kg的全新小型无人机系统，但并没有说明在项目中是否有其他公司作为子承包商。GA-ASI公司致力于发展无人分布式感知和瞄准系统，以支持美军未来作战。同时也将把“小精灵”项目发展的技术用到MQ-9“死神”无人机上。
需要注意的是，GA-ASI公司曾多次公布其“小精灵”无人机和作战系统的概念方案。例如，在2016年9月的美国空军协会（AFA）年度会议上，该公司展示了其“小精灵”无人机的全尺寸方案。该无人机机身细长，类似巡航导弹，并采用长度较短的平直下单翼和倒V形尾翼，后机身下部还有一个尺寸较小的辅助垂直安定面，后机身上部有两个发动机进气口。细长的机身和可回收的主翼可以确保载机搭载更多架数的无人机，满足DARPA的指标要求。
Dynetics公司“小精灵”无人机和作战系统方案。
在进入项目第2阶段后，GA-ASI公司又公布了其“小精灵”无人机和作战系统的概念图。“小精灵”无人机的最新构型与之前展出的类似，但在中机身上部出现较多槽孔，其功能一是保证与发射回收系统对接；二是可通过电缆为无人机通电，检查系统状态，装定目标信息和提供作战指令。另外，在最新的概念图中，无人机采用了正V形尾翼，并在后机身下部有两个辅助垂直安定面或尾翼，发动机进气道修改到了机身下方。
作战系统概念图主要展示了“小精灵”无人机的回收设想。图中一架C-130运输机正在开展回收作业，远处有两架第五代战斗机提供保护。C-130运输机有两种回收途径：一是通过尾舱门回收，即尾舱门在空中打开，从里面向下伸出顶端有回收装置的机械臂，无人机挂到回收装置上完成回收。这种回收装置构型看起来与DARPA在“战术侦察节点”（TERN）项目里的“侧边吊臂”子项目发展的发射回收装置类似，可能借鉴了其技术方案；二是通过机翼挂架回收，即在C-130运输机左右机翼上各有一个双联装挂架，可以吊挂4架“小精灵”无人机。而且该挂架可通过金属缆绳与飞机分离，在飞机下后方与待命的无人机相结合后，由缆绳拉回并重新与飞机固定完成回收。
3.Dynetics公司
Dynetics公司曾成功研制出GBU-43/B大型云爆弹（MOAB），即“炸弹之母”。去年夏天，又获得1165万美元拨款发展“小型滑翔武器”（SGM）。Dynetics公司表示，其获得的“小精灵”第2阶段合同拨款为2100万美元，而获胜的主要原因是DARPA看中了该公司上述快速发展和装备空基发射系统的丰富经验。
在“小精灵”项目中，Dynetics公司牵头组建了联合研究团队，成员包括CEi公司（参与机体设计、研制和制造）、内华达山脉公司、应用系统工程公司、威廉姆斯国际公司（负责发动机研制和制造）、Systima技术公司、穆格公司、国际航空响应公司（负责C-130机队运行）和航空系统公司（降落伞制造商）。
在项目第1阶段，Dynetics公司成功设计了空中发射和回收、低成本有限寿命机体设计、高精度分析、精确数字飞控、相对导航和在站保持的飞行验证概念。赢得第2阶段后，公司公布了其“小精灵”作战系统的概念图。图中无人机较模糊，但应与GA-ASI公司相仿，即类似巡航导弹构型，并采用长度较短的平直单翼。左上角一架B-1B轰炸机正开启弹舱投放“小精灵”蜂群，轰炸机上方有两架已完成投放任务的载机，下方数十架无人机正组成编队奔向内陆执行任务。右上角一远一近有两架C-130运输机正在执行回收任务，可看出Dynetics公司仅打算使用尾舱门回收（具体回收方式未公布），而不使用机翼挂架回收方式，可受操作的无人机数量可能不及GA-ASI公司。回收时，“小精灵”蜂群可位于载机后上方或后下方，采用“人”字形等回收编队，依次进入尾舱门完成回收。
该公司认为，“小精灵”项目近期可以有效补充当前作战能力，提高有人驾驶飞机的防区外能力和不同作战平台的地理坐标瞄准和打击能力；未来，“小精灵”项目可为多种军事目的提供自主能力、先进感知能力和分布式作战能力。CEi公司负责设计、研制和制造“小精灵”演示验证机，提供工具和支持装备，开展性能分析，支持子系统试验，为可能的第3阶段任务进行规划。
4.结束语
目前，DARPA十分重视无人机蜂群技术，在“小精灵”项目之前已布局多个项目，开展体系架构、开放式任务系统、自主协同、作战管理等方面的研究。比如“体系集成技术试验”项目旨在基于现有装备，实现各类机载系统和武器的即插即用，提升作战灵活性；“拒止环境中的协同作战”项目将发展先进算法和软件，使蜂群在一名操作人员的管理下协同完成发现、跟踪和攻击等任务；“分布式作战管理”项目聚焦发展先进算法和软件，提高任务规划和态势感知能力，面对复杂任务帮助飞行员快速做出合理决策。相比以上项目，“小精灵”项目因需验证无人机蜂群作战平台，其性能指标更明确地反映出DARPA对无人机蜂群作战概念的设想。
DARPA“小精灵”项目最新进展与安排
本文由空天防务观察（ID:AerospaceWatch）授权转载
袁成 中国航空工业发展研究中心
2017年3月28日和6月30日，美国《航空周刊与空间技术》均对美国防部国防高级研究计划局（DARPA）的“小精灵”项目（Gremlins）的情况进行了详细介绍和分析。该项目将对小型无人机集群空中发射和由C-130战术运输机在空中回收开展验证，小型无人机空中回收后将返回基地，进行维护，并为全新任务做好准备。“小精灵”无人机的性能指标为：作战半径556～926千米；作战半径处可巡逻1～3小时；设计载重27.25～54.5千克；飞行速度马赫数0.7～0.8＋；每架70～100万美元。这种空中回收、可复用、有限寿命、低成本无人机概念将为DARPA很多在研技术提供载体，共同支撑分布式协同空中作战发展。
目前，美国Dynetics公司和通用原子航空系统公司（GA-ASI）已经获得“小精灵”项目为期一年的第2阶段合同，将完成全尺寸技术验证系统的初步设计，发展根据上述性能指标定制的喷气动力低成本无人机。DARPA计划在2018年年初选择一家承包商进入为期一年半的项目第3阶段，制造验证系统并在2019年开展实际飞行试验。
1.分布式空中协同作战是未来无人机重点发展方向
在项目策划阶段，DARPA描述了一种体系作战概念，即利用包含运输机、轰炸机、战斗机甚至无人机在内的无人机载机在防区外发射小型无人机集群。“小精灵”无人机群将在人类最少介入的情况下，合作执行侦察、信号情报、电子战或其他非动力学作战任务。当任务完成后，幸存的无人机将飞离战场前线，在空中由C-130运输机的尾舱或机翼完成回收。另外其他类型的飞机也有完成无人机回收任务的潜力。
GA-ASI公司战略发展副总裁克里斯·泊森（Chris Pehrson）表示：“在‘反介入／区域拒止’（A2／AD）或其他复杂作战环境中，需要把各种空中作战能力进行分解，从不同的方向进入战场，一名操作员可以管理更大范围的空中平台。利用‘小精灵’项目，我们可以理解能力分解的边界”。而该公司先进项目主任迈克·艾特伍德（Mike Atwood）认为，美国防部的第三次抵消战略将把航空武器装备从“秃鹰变成大黄蜂”，并相信该战略与集群系统密切相关。
DARPA提出的“小精灵”作战构想，试图用该机提供适应强对抗环境中的分布式空中能力，可突防一定距离后以蜂群方式对威胁进行探测或干扰，并与防区外的其他“小精灵”或F-35战斗机通信（DARPA图片）
艾特伍德表示：“合作、分解的思想是用一直混乱代替高端作战（The idea of collaboration, of disaggregation, is about constant chaos instead of a high-high fight），‘小精灵’项目可以对这种思想进行试验”。
2.Dynetics公司最新情况
作为美国中等量级的航宇承包商，Dynetics公司为“小精灵”项目组建了联合研制团队。公司“小精灵”项目经理马克·米勒（Mark Miller）表示：“我们有意组合联合团队，每个成员都精通相关技术领域。再加上我们灵活的做事作风和在系统快速服役方面的经验，将为DARPA提供最佳选项”。公司项目副经理和首席工程师蒂姆·奇特（Tim Keeter）认为：“与大型综合性防务公司不同，我们有选择业界最佳子承包商的自由。我们相信可以做好总承包商的工作，带领团队不断向前”。
Dynetics公司的“小精灵”项目团队包括克拉托斯公司（Kratos）的子公司复合材料工程公司（支持发展和制造喷气无人机原型机）、威廉姆斯国际公司（提供发动机）、内华达山脉公司（多无人机控制服务和调度算法）、应用系统工程公司、Systima技术公司，空基系统公司、穆格公司和C-130运营商国际航空响应公司。
Dynetics公司公布的其“小精灵”无人机运用想象图。远处有B-1B轰炸机和C-130运输机在投放“小精灵”蜂群，近处则是C-130在回收该机（Dynetics公司图片）
奇特表示：“真正的工作是提供一种架构，使DARPA正在发展的其他技术可以集成进来，例如先进传感器载荷、自主和其他类型的分布式能力。我们的想法是不仅应对已知的任务，还要对未来的任务保持最大能力”。
3.GA-ASI公司最新情况
对于“捕食者”和“死神”无人机的制造商GA-ASI公司，其在2013年便开始自筹经费发展低成本小型无人机系统，并乐见军方的进一步投资。艾特伍德表示：“我们一直想要搞明白无人机领域的下一次变革是什么。在2014年我们进行了重要决策，认为小型无人机将代表未来主要的作战能力。小型无人机聚焦经济可承受性和作战效用，因此我们的小型无人机可以在战争各阶段使用”。
“小精灵”无人机是该公司正在发展的小型、可消耗、可回收无人机家族的一员。另外，GA-ASI公司也在竞争美空军研究实验室（AFRL）的“灰狼”项目（Gray Wolf）。该项目将试验验证极低成本的模块化、亚声速巡航导弹，2019年早期开展试验。这些导弹可以相互合作开展攻击，与“贾斯姆”或“战斧”导弹的思路完全不同。艾特伍德表示，这些武器概念的产生要归功于商业航空领域“小型涡扇发动机的复兴”以及全新的自主算法。另外，使用相同的结构和子系统将极大提升公司小型无人机的经济可承受性，并为不同客户定制无人机。
通用原子公司还正在竞争美空军的“灰狼”项目，该项目旨在演示验证成本极低的压制敌防空／摧毁敌防空巡航导弹。通用原子公司的该导弹将在2019年年中试飞（美国通用原子航空系统公司图片）
艾特伍德表示：“GA-ASI与Dynetics公司在‘小精灵’项目中的做法有所不同。我们聚焦公司内部的集成，而不需要众多子承包商。另外，公司可以对小型无人机的尺寸和作战半径进行缩放，我们有C-130发射的远距版本，另外也可能有‘死神’发射和回收的近距版本”。
通用原子公司的“小精灵”无人机由C-130运输机从尾部和机翼回收想象图。该公司声称，每架C-130可部署16架单价为100万美元的“小精灵”，16架机的监视覆盖面积相当于穿透型监视无人机的两倍以上，而后者的单价可高达1.4亿美元（美国通用原子航空系统公司图片）
在空基回收设计方面，目前两家公司都没有公布设计细节，但是艾特伍德表示GA-ASI公司将采用模块化设计，可以用在各型载机上，例如MQ-9“死神”、“复仇者”、C-130“大力神”、B-1B“枪骑兵”、MQ-25“黄貂鱼”或其他战术飞机上；关于具备空中回收能力，泊森表示：“拥有空中回收能力允许无人机安装更多精密载荷，由于不是一次性使用平台，我们可以安装更加昂贵的光电红外、信号情报或者电子战载荷”。由于具有可回收能力，艾特伍德相信“小精灵”无人机可以从DARPA快速转化到军种，也许开始可以提供军种经济可承受的方法探索如何使用无人机集群，通过在多平台分布各种载荷提供分解型空中作战能力。
目前，GA-ASI公司正在激光通信、电子防护和先进驾驶舱等方面开展工作，分布式空中协同作战打牢技术基础。
激光通信
在不远的未来，GA-ASI打算转化抗干扰、频谱可调的激光卫星通信技术，以达到吉比特每秒的通信能力。而技术障碍是要通过稳定激光转塔克服飞机的振动、转塔瞄准和连接中断。如果在未来3－5年使用，GA-ASI的空基雷达通信系统将安装在飞机机身的顶部，指向天空。
先进驾驶舱
GA-ASI公司认为降低无人机飞行和数据处理所需的军方及承包商人员数量是未来5－10年的优先事项，这主要通过机器的自动化和更加直观、界面友好的驾驶舱。目前该公司正在为美空军交付首批7套50批次地面控制站（GCS）用于试验。2019年将交付5套早期生产型，2020年交付18套。全新驾驶舱的大批生产型将在2021年开始制造，2023年完成交付。
通用原子公司的第50批次地面控制站，具有270°的水平视野，采用类似战斗机的“手握双杆”操纵控制，为未来“一席控多机”的作战行动提供了可能（美国通用原子航空系统公司图片）
GA-ASI表示这将是定制的、全玻璃驾驶舱，拥有合成视觉效果，飞行员在飞行过程中甚至不用转头。这种驾驶舱具备“一名操作员工作能力”，不需要目前的传感器操作员，其直观的设计、自动列举清单、诊断和多级安全防护也极大降低了无人机操作员的训练量。
电子防护
GA-ASI公司认为，随着机上功率获取能力越来越强，实际可行的低可观测性设计是在飞机周围使用电子保护外罩，以降低敌方威胁。该公司表示低雷达截面积飞机成本高，且只能在某些方向达到最优隐身效果。而电子防护和对抗措施是“更有兴趣和更有发展活力的”。这个领域包括信号情报搜集、梳理管理和全面信号降低，对于2025－2030年的无人机可生存性至关重要。
