無人裝備能源動力技術進步或將重新定義無人戰場規則——

無人裝備“心臟”加速演進

混合運用多種能源提供動力的英國C-Enduro無人水面艇。供圖：陽 明

2024年10月，法國達索公司對外宣布，其即將推出“陣風”戰鬥機的無人僚機，用以未來輔助“陣風”戰鬥機執行打擊任務。有消息稱，該無人僚機採用渦扇發動機提供動力，以使無人僚機具備長時間的續航能力和優異的高空性能。

對於無人裝備而言，動力裝備的重要性不言而喻。動力裝備宛如無人裝備的“心臟”，在無人裝備中主要負責動力生成、傳遞以及作戰能量的供應，其選型是否合適與無人裝備研製工作的成敗息息相關。

從“單一能源主導”到“多源協同”、從機械時代到智能時代，能源動力技術的一次次進步，支撐着無人裝備從實驗室走向戰場、從概念驗證邁向大規模應用，正在對無人領域的戰場規則產生不容忽視的影響。

今天，讓我們一同走近無人裝備動力技術演進史，一同了解其從單一化到多元化、從高耗能到高效能、從依賴化石能源到擁抱清潔能源的跨越式發展過程。

無人裝備發展初期，熱能動力裝置“一枝獨秀”

20世紀下半葉，世界各國開始對無人機、無人水面艇等無人平台進行深入探索，各型無人裝備開始在遠程打擊、偵察探測等領域發揮重要作用，無人裝備的研發處於新興階段。

這一時期，憑藉成熟的技術體系和穩定的輸出功率，內燃機等熱能動力裝置成為新興無人裝備動力源的絕對主力。

當時無人裝備常用的熱能動力裝置，主要有活塞發動機、渦輪發動機、火箭發動機3類。

在這3類常用熱能動力裝置中，活塞發動機最為常見。

在密閉的容器內，汽油、煤油等燃料與空氣混合，燃燒膨脹做功最終產生動力。這類發動機具有耗油低、故障率低和質量輕等優點，是無人裝備發展早期普遍採用的動力源方案，廣泛應用於地面無人車、無人水面艇和中小型無人機的製造中。

美軍大名鼎鼎的“捕食者”無人機，就是採用這類發動機的典型代表。

搭載羅塔克斯914增壓汽油活塞發動機，即使在氣象條件較為複雜的沙漠與高原環境，“捕食者”也能安全穩定運行。

另外一種渦輪發動機，多用於無人直升機的動力源，主要包括渦噴、渦扇、渦槳和渦軸發動機等。這類發動機可以提高無人機的載荷能力、巡航速度和滯空時間，如美國MQ-8B火力偵察兵就使用了單發渦軸發動機。

火箭發動機主要用於高速、超高速無人機。這類無人裝備自帶推進劑，推進劑在火箭發動機內轉化為動能，形成高速射流排出產生推力。例如，美國研製的超聲速AQM-37系列無人靶機，主要用於軍事演習中模擬空對空目標、空對地彈藥以及彈道導彈等，採用火箭發動機提供動力，飛行速度可達3~4馬赫，射程超過180公里，可以模擬高速飛行目標，滿足軍事訓練和武器測試的需求。

與此同時，熱能動力裝置的缺點也不容忽視。

以活塞發動機為例，原動機和驅動輪之間通常採用齒輪傳動等剛性連接裝置，導致活塞發動機結構設計靈活性差，且發動機在運行時必須不間斷開機，噪音大、紅外特徵明顯、隱蔽性差。

大部分熱能動力裝置還存在熱效率低的通病。大量能量以廢熱形式散失，這些明顯的熱信號容易被敵方聲吶或紅外探測設備鎖定，限制了其作戰的隱蔽性。

例如，美軍AQM-34無人偵察機，主要執行偵察、監視和電子戰等多種任務，曾被大量投入越南戰場。但該無人裝備動力系統的紅外特徵明顯，在戰場上容易被紅外製導導彈發現並擊落。

總的來說，熱能動力裝置為無人裝備的初期發展奠定了基礎，但其高能耗、低隱蔽性的缺點，也迫使科研人員不斷尋求更清潔、高效的替代方案。

伴隨電池技術進步，無人裝備迎來爆發式發展

21世紀初，電池技術的突破大大加快無人裝備的發展進程，無人裝備的動力源有了電力驅動這個新選項。

憑藉低噪聲、零排放等特性，電力驅動使無人裝備在偵察、監視等任務中展現出獨特優勢。

不過，無人裝備的續航能力受限於電池的能量密度和功率密度。由於電池儲存的能量有限，以及野外作戰環境下無人裝備的能量補給困難等，電力驅動目前主要應用在輕型、小型和微型無人裝備上。

在這些無人裝備中，人們最常看到的是鎳氫電池、鋰離子電池和鋰聚合物電池等可充電電池。這類電池往往能夠輸出相當可觀的功率，受到使用者的青睞。

以鋰聚合物電池為例，該電池採用聚合物電解質取代了傳統浸泡在電解液中的多孔隔膜。這種固態聚合物設計讓用戶可以自由選擇電池形狀，以滿足不同應用領域的特殊需求。

西班牙的“羅德”輪式機器人，是較早採用電力驅動的無人裝備。據悉，為該機器人供電的蓄電池可連續供電2小時，機器人最高時速可達6.5公里。

曾在伊拉克戰爭中為美國海軍搜索和清掃水雷的美國REMUS-100無人潛航器，同樣採用電力驅動作為動力源。如果該無人潛航器以每小時3公里的速度前進，潛航器中搭載的鋰電池能保證其連續航行9小時。

此外，在電力驅動範疇內，還有一種特殊的能源裝置——燃料電池值得人們關注。

燃料電池雖然名字裡包含“電池”這兩個字，但其運作原理與常規電池十分不同。

常規電池儲存電能時，一般通過燃料燃燒產生熱能後，用機械裝置將熱能轉化為機械能，再利用該能量驅動發電機產生電勢和電流，而後存儲到電池中。

燃料電池則無需中間步驟，能夠直接將儲存在氧化劑和燃料中的化學能，通過電極反應轉換為電能，具有能量轉換效率高、環境污染小、噪聲低等優點。

圍繞燃料電池，一些國家做出了較多嘗試。

在“赫爾墨斯”系列無人偵察機的基礎上，以色列探索發展以燃料電池為動力的高空長航時無人機；採用燃料電池的美國海馬無人潛航器，最大航速為6節，可在半徑90公里的範圍內連續工作近百小時，滿足執行長時段的遠程情報收集、監視和偵察任務……不過，受限於技術水平，目前燃料電池的成本還比較高，且體積較大，不適用於小型無人裝備的應用設計。

電力驅動也極大拓展了無人裝備的應用場景。

美國“懸停燈”無人機通過纜繩連接地面電源，雖然機動範圍被限制在纜繩長度內，但實現了72小時滯空監控。

英國“鸕鶿”太陽能輔助電動無人機，被應用於執行生物多樣性調查的任務。在亞馬遜雨林，依靠電力驅動的無人機有效避免了燃油對環境造成的污染。

與熱能動力系統相比，電力驅動具備獨有的優勢，但我們仍要看到其續航能力與環境適應性不強的局限性，由此，這也催生了第三代混合動力技術。

“混合動力+能源智能再生”，引領發展新方向

隨着無人裝備在情報偵察、環境勘測、跨域救援等領域的推廣運用，一些複雜任務對其續航能力、環境適應性、隱蔽性等提出了更高要求，傳統單一能源動力模式逐漸難以為繼。

在這種背景下，混合動力與能源智能再生技術的進步打破了無人裝備對單一能源的依賴，無人裝備能源動力系統開啟從“單一能源主導”向“多源協同”的轉變。

混合動力並非新概念，早在熱能動力時代，就有常規艦艇混用內燃機和柴油機的先例。

電力驅動技術發展成熟後，越來越多無人裝備在設計時，就將目光投向了油電混合動力。這種多能源協同機制不僅能大幅提升動力系統綜合效率，還可以通過智能能量管理算法，實現不同能源的實時優化配置，使無人裝備的續航時間延長至傳統系統的數倍。

例如，美國MQ-25“黃貂魚”無人加油機，使用渦扇發動機和電池組共同供能，高速巡航時由燃油驅動，隱蔽突防時切換為電動模式，噪聲能降低約70%。

又如，烏克蘭的馬古拉V5無人水面艇，採用的也是油電混合動力，巡航速度可達22節，衝刺時更能達到42節。在接近目標前，它使用噪聲較大的發動機驅動，接近目標後，便會切換至電池驅動實現靜音航行。

相較於將熱能驅動和電力驅動等成熟技術進行混合設計，將風能、太陽能、波浪能等新興能源技術整合疊加到現有動力系統中，則更具試驗和探索性質。

例如，英國C-Enduro無人水面艇，除傳統的柴油發電機外，還搭載了720瓦功率的風力發電機和12塊太陽能電池板，雙直流電機驅動下，其最高航速可達7節，可持續自主航行3個月，具有較好的綜合動力性能。

在發展方向上，能源再生技術的持續突破也正在重構能量補給體系——藉助壓電材料，仿生撲翼飛行器將機械振動轉化為電能；水下潛航器利用洋流溫差發電裝置實現自持供電；地面無人車配備可摺疊太陽能薄膜在駐停時自主蓄能……

更具革命性的是，無線充電矩陣與空中能量中繼技術的突破，使無人機群能在任務途中通過電磁共振或激光輸能方式完成“空中加油”，構建起立體化能源補給網絡，如韓國科學技術院研發20m激光無線充電系統，可為5公斤級無人機實時補能，傳輸效率大幅提升。

多元融合不僅體現在技術層面，還將催生出全新的裝備運用概念——具備生物降解特性的柔性電池與氫燃料電池結合，進而實現一次性偵察設備的零污染自毀；微型核電池與超級電容聯用後，深空探測器將獲得數十年時間的持續供能；能量信息一體化技術的成熟，讓動力系統本身成為數據中繼節點，在傳輸電能時同步完成信息交互……未來這些領域中任何一項內容取得應用突破，都將引領無人裝備又一次飛躍發展。

從內燃機的轟鳴到氫燃料電池的靜謐，從系留纜繩的束縛到激光補能的自由，無人裝備能源動力系統的每一次躍遷，都在對無人戰場規則做出重新定義。

未來，隨着核聚變、量子電池等顛覆性技術成熟，“無限續航”的無人裝備或將徹底改寫戰爭形態：平流層太陽能無人機構建全天候通信網絡，核動力潛航器掌控深海航道，沙漠中的氫能無人車組成機動補給鏈——到那時，越來越多的機器戰士將深入各領域戰場。