Anwendung und Entwicklung von heimisch produzierten Mechanismen in militärischen UAVs

Als Kernausrüstung für moderne Aufklärung, Angriffe und kollaborative Operationen auf dem Schlachtfeld hängt die Leistungsspitze von militärischen unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs) direkt von der unabhängigen Steuerbarkeit und dem technologischen Fortschritt ihrer Kernkomponenten ab. Das integrierte Kernmodul als "visuelles Herzstück" des Avioniksystems des UAVs übernimmt Schlüsselaufgaben wie hochauflösende Bildgebung, Zielerkennung und präzise Positionierung und war lange Zeit von ausländischen Marken monopolisiert. In den letzten Jahren haben heimisch produzierte integrierte Kernmodule mit Durchbrüchen in der heimischen optischen Fertigung, Präzisionsbearbeitung und Algorithmentechnologien schrittweise technologische Barrieren durchbrochen und im Bereich militärischer UAVs einen Sprung von der Importsubstitution zur unabhängigen Weiterentwicklung erzielt, was eine wichtige Unterstützung für die Gewährleistung der nationalen Verteidigungssicherheit und die Förderung der Lokalisierung von UAV-Ausrüstung darstellt. Dieser Artikel befasst sich eingehend mit den Anwendungsszenarien, technologischen Durchbrüchen und zukünftigen Entwicklungsrichtungen von heimisch produzierten integrierten Kernmodulen in militärischen UAVs.

Militärische UAVs operieren in extremen Umgebungen, einschließlich großer Höhen, niedriger Temperaturen, starker Vibrationen und starker elektromagnetischer Interferenzen. Sie haben auch strenge Anforderungen an Tarnung, Stabilität, Genauigkeit und autonome Steuerbarkeit. Dies bedingt, dass ihre integrierten Kernsysteme die Leistungsgrenzen ziviler Anwendungen überschreiten müssen, um spezifische Anpassungsbedürfnisse zu erfüllen.

Militärische unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) führen häufig Missionen wie hochfliegende Aufklärung, Grenzpatrouillen und Schlachtfeldangriffe durch, was sie erfordert, einem breiten Temperaturbereich von -40℃ bis 60℃, starken Luftströmungsvibrationen in großer Höhe und komplexen Wetterbedingungen standzuhalten. Der im Inland produzierte integrierte Kernmechanismus verbessert die Umgebungsanpassungsfähigkeit durch Material-Upgrades und strukturelle Optimierung. Die Hülle besteht aus hochfesten Titanlegierungen und Kohlefaser-Verbundwerkstoffen, was die Vibrations- und Schlagfestigkeit verbessert. Der Versiegelungsprozess der optischen Linse wurde optimiert, um eine Wasserdichtigkeit und Staubdichtigkeit von IP67 oder höher zu erreichen und so zu verhindern, dass Regen, Schnee und Sand den optischen Pfad beeinträchtigen. Ein temperaturadaptives Einstellmodul verhindert durch den koordinierten Einsatz einer Heizfolie und einer Wärmeableitungsstruktur Kernausfälle, die durch Kondensation bei niedrigen Temperaturen oder Überhitzung bei hohen Temperaturen verursacht werden, und gewährleistet so einen kontinuierlichen und stabilen Betrieb in extremen Umgebungen.

Aufklärungsdrohnen müssen hochauflösende Details über große Entfernungen und bei schlechten Lichtverhältnissen erfassen, während Angriffs-Drohnen Ziele präzise anvisieren und die Waffenabgabe steuern müssen. Dies erfordert, dass der integrierte Kernmechanismus über hochauflösende Bildgebung bei schlechten Lichtverhältnissen und schnelle Fokussierungsfähigkeiten verfügt. Im Inland produzierte Drohnenmodule verfügen im Allgemeinen über großflächige CMOS-Sensoren der Größe 1/1,8 Zoll oder größer, die 4K-Hochauflösungsbildgebung unterstützen. Einige High-End-Modelle können eine Mindestbeleuchtung von 0,0001 Lux erreichen, gepaart mit Zoomobjektiven mit großer Blende und Infrarotbeleuchtungsmodulen, die eine Allwetter-Bildgebung bei Tag und Nacht ermöglichen. Gleichzeitig setzen die Module zur Umgehung der feindlichen Erkennung auf ein stromsparendes Design und eine verdeckte Beleuchtungstechnologie. Die Intensität des weichen Lichts ist dynamisch einstellbar, wodurch Rotlichtverzerrungen eliminiert werden und so die Bildqualität und die Tarnung der Drohne ausgeglichen werden.

Militärische Ausrüstung erfordert ein extrem hohes Maß an Eigenständigkeit und Steuerbarkeit der Kernkomponenten, um Risiken wie Hintertüren und Unterbrechungen der Lieferkette durch importierte Komponenten zu vermeiden. Im Inland produzierte integrierte Kernmechanismen ermöglichen die unabhängige Forschung und Entwicklung sowie die Produktion von Schlüsselkomponenten wie optischen Linsen, Sensoren, ISP-Chips und Antriebsmotoren durch heimische Substitution von Kernteilen und befreien sie so von der Abhängigkeit von ausländischen Marken wie Sony und Panasonic. Gleichzeitig optimiert der Kernmechanismus als Reaktion auf die starke elektromagnetische Interferenzumgebung des Schlachtfelds das Schaltungsdesign und setzt Technologien zur elektromagnetischen Abschirmung ein, um die Entstörungsfähigkeit zu verbessern. Dies gewährleistet, dass Bildsignale nicht abgefangen oder manipuliert werden, und garantiert die genaue Übertragung und Ausführung von UAV-Kampfbefehlen.

Mit der technologischen Reife wurden im Inland produzierte integrierte Kernchips weitgehend an verschiedene militärische unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) angepasst, darunter Aufklärungs-, Angriffs- und elektronische Kriegführungssysteme, und bilden eine Kernunterstützung für die Verbesserung der Kampfeffektivität von Ausrüstung. Typische Anwendungsszenarien lassen sich in drei Kategorien einteilen:

Aufklärung und Überwachung sind die Kernaufgaben von militärischen UAVs. Integrierte Kernchips aus heimischer Produktion sind mit ihrer hochauflösenden Bildgebung und stabilen Leistung zur Standardausrüstung für taktische und strategische Aufklärungs-UAVs geworden. Bei Grenzpatrouillen-UAVs unterstützt der Kernchip einen optischen Zoom von 10x bis 30x, was die Erfassung von Detailmerkmalen von Bodenpersonal und Fahrzeugen aus großer Entfernung ermöglicht. In Kombination mit KI-Zielerkennungsalgorithmen kann er verdächtige Ziele automatisch erfassen und verfolgen. Bei hochfliegenden Langstrecken-Aufklärungs-UAVs integriert der Kernchip ein multispektrales Bildgebungsmodul, das Rauch und Wolken durchdringen kann, um Intelligenzdaten wie Geländekartierung und militärische Einsätze zu erhalten und so die Entscheidungsfindung im Kampf zu unterstützen. Beispielsweise verwendeten die heimisch produzierten Aufklärungs- und Angriffs-UAVs Rainbow-4 und Wing Loong-2 zunächst importierte Kernchips, haben diese aber inzwischen schrittweise durch heimische Modelle ersetzt, deren Bildgebungsgenauigkeit und Stabilität mit ähnlichen ausländischen Produkten vergleichbar sind.

Aufklärungs- und Schlag-integrierte Drohnen müssen Aufklärung und Identifizierung mit der Lenkung von Feuerschlägen in Einklang bringen, was strenge Anforderungen an die schnelle Reaktion und präzise Positionierung des integrierten Kernmechanismus stellt. Der im Inland produzierte Kernmechanismus erreicht durch optimierte Fokussierungs- und Zoom-Antriebsmechanismen eine Fokussierung im Millisekundenbereich. In Kombination mit einem GPS/BeiDou-Dual-Mode-Positionierungsmodul kann er Zielkoordinaten präzise markieren. Gleichzeitig integriert er Bildstabilisierungsalgorithmen, um Vibrationen des Drohnenflugs und Luftstromstörungen auszugleichen und so stabile Bilder nach dem Ziel-Lock zu gewährleisten, was eine präzise Lenkung für Luft-Boden-Raketen und präzisionsgelenkte Bomben ermöglicht. In realen Kampfszenarien können Drohnen, die mit im Inland produzierten Kernmechanismen ausgestattet sind, kleine Ziele in mehreren Kilometern Entfernung erfassen und einen geschlossenen Regelkreis aus Aufklärung, Identifizierung, Schlag und Schadensbewertung abschließen, was die Kampfeffizienz erheblich verbessert.

Bei elektronischen Gegenmaßnahmen-UAVs arbeiten im Inland produzierte integrierte Kernkomponenten und elektronische Störmodule zusammen, um die Positionen feindlicher Radare und Kommunikationsgeräte durch hochauflösende Bildgebung zu erfassen und so eine präzise Unterdrückung von Störsignalen zu ermöglichen. Bei kleinen Spezial-UAVs (wie z. B. tragbaren UAVs) sind die Kernkomponenten miniaturisiert und leichtgewichtig konzipiert, wobei das Gewicht auf unter 100 g begrenzt ist. Dies passt sich dem begrenzten Installationsraum von UAVs an und behält gleichzeitig die hochauflösende Bildgebungsfähigkeit bei, um einzelnen Soldaten eine Nahbereichs-Kampfsicht zu ermöglichen. Darüber hinaus können bei Spezialmissions-UAVs wie U-Boot-Abwehr- und Such- und Rettungs-UAVs die Kernkomponenten Infrarot-Wärmebildmodule integrieren, um Funktionen wie die Erkennung von Unterwasserzielen und die Suche nach vermissten Personen zu realisieren und so die operativen und unterstützenden Dimensionen von UAVs zu erweitern.

In den letzten Jahren hat die Anwendung heimisch produzierter integrierter Kernkomponenten im Bereich militärischer UAVs dank kontinuierlicher Durchbrüche in Kerntechnologien allmählich zugenommen. Dennoch gibt es noch einige Mängel, die die Aufrüstung hin zu High-End- und diversifizierter Entwicklung einschränken.

Im Bereich des optischen Designs haben heimische Hersteller Durchbrüche bei den Herstellungs- und Verarbeitungstechnologien von asphärischen Linsen und ultraniedrig-dispersivem Glas erzielt, die unabhängige Forschung und Entwicklung von Zoomobjektivbaugruppen erreicht und die ausländische technologische Blockade bei hochwertigen optischen Komponenten durchbrochen. Im Sensorbereich haben heimische CMOS-Hersteller schrittweise großflächige, hochempfindliche Produkte auf den Markt gebracht, wobei einige Modelle eine Leistung auf internationalem Spitzenniveau erreichen und das Monopol der IMX-Sensoren von Sony gebrochen haben. Auf Algorithmus-Ebene haben heimische Unternehmen unabhängig Algorithmen für Bildfusion, KI-Zielerkennung und Entstörungsverarbeitung entwickelt und eine tiefe Integration zwischen Kameramodulen und militärischen UAV-Kampfsystemen erreicht, wodurch die intelligenten Kampffähigkeiten verbessert wurden. Darüber hinaus haben Verbesserungen in der Präzisionsfertigungstechnologie zu einer Steigerung der Präzision der mechanischen Struktur von Kameramodulen geführt, wodurch die Übertragungsspalte von Zoom- und Fokussierantriebsmechanismen auf Mikrometer-Niveau kontrolliert werden und die hochpräzisen Bildgebungsanforderungen von UAVs erfüllt werden.

Trotz des beschleunigten Tempos der heimischen Produktion bleiben drei Kernherausforderungen bestehen: Erstens gibt es immer noch eine Lücke bei High-End-Sensoren und Kernchips. Beispielsweise hinken heimische Produkte bei der photoelektrischen Umwandlungseffizienz und der Rauschkontrolle für die 8K-Auflösung, ultra-große Zieloberflächensensoren, die für einige High-End-Militär-UAVs erforderlich sind, den internationalen Standards hinterher. Darüber hinaus fehlt einigen ISP-Chips die ausreichende Rechenleistung und das Stromverbrauchsgleichgewicht. Zweitens gibt es eine unzureichende Konsistenz in der Massenproduktion. Militärische Ausrüstung erfordert eine extrem hohe Präzisionskonsistenz für Komponenten. Der Automatisierungsgrad und die Qualitätskontrollsysteme der Produktionslinien einiger heimischer Hersteller sind noch nicht vollständig ausgereift, was zu erheblichen Leistungsschwankungen bei Kernkomponenten während der Massenproduktion führt. Drittens hinkt die multispektrale Fusionstechnologie hinterher. Ausländische High-End-Kernkomponenten haben eine multispektrale Bildfusion von sichtbarem Licht, Infrarot und Ultraviolett erreicht, während heimische Produkte hauptsächlich auf Einzel-Spektralbildgebung angewiesen sind, was es schwierig macht, die multidimensionalen Aufklärungsbedürfnisse in komplexen Schlachtfeldumgebungen zu erfüllen.

In Zukunft werden sich heimisch produzierte integrierte Kernkomponenten mit dem Fortschritt der nationalen Verteidigungsbedürfnisse und der technologischen Iteration hin zu High-End-, intelligenten und integrierten Entwicklungen entwickeln und so die Modernisierung militärischer Drohnenausrüstung weiter vorantreiben. Im Hinblick auf die High-End-Entwicklung liegt der Schwerpunkt auf der Forschung und Entwicklung von 8K-Ultra-High-Definition-, Sub-Pixel-Präzisions- und Multispektralfusions-Technologien. Dies wird die Engpässe bei der heimischen Produktion von High-End-Sensoren und -Chips durchbrechen und leistungsstarke Kernkomponenten für Drohnen in großer Höhe, mit hoher Geschwindigkeit und Tarnkappen entwickeln, die die Bildgenauigkeit und Überlebensfähigkeit in langen Reichweiten und komplexen Umgebungen verbessern. Im Hinblick auf die Intelligenz wird die tiefe Integration von KI- und maschinellen Lerntechnologien Funktionen wie automatische Zielklassifizierung, Bedrohungsstufenbewertung und dynamische Trajektorienvorhersage ermöglichen und so das Upgrade der Kernkomponente von "passivem Imaging" zu "aktiver Wahrnehmung" vorantreiben und eine kollaborative intelligente Schleife mit dem Drohnenkampfsystem bilden. Im Hinblick auf die Integration wird ein modulares Design übernommen, das Bildgebungs-, Positions-, Navigations- und elektronische Gegenmaßnahmenfunktionen in einer Einheit integriert. Dies wird eine hohe Integration zwischen der Kernkomponente und den Avionik- und Waffensystemen der Drohne erreichen, Größe und Stromverbrauch reduzieren und an mehr Arten von Militärdrohnen angepasst werden.

Gleichzeitig werden politische Unterstützung und die Zusammenarbeit zwischen Industrie, Wissenschaft und Forschung den Technologietransfer beschleunigen. Inländische Hersteller werden eng mit Forschungsinstituten und Militärunternehmen zusammenarbeiten, um eine vollständige Industriekette von der Forschung und Entwicklung Kerntechnologien bis zur Massenproduktion aufzubauen, wodurch das Industrialisierungsniveau und die Marktkonkurrenzfähigkeit von im Inland produzierten Kernkomponenten verbessert und die Grundlage für die unabhängige Kontrolle militärischer Drohnenausrüstung gefestigt wird.

Der Aufstieg heimisch produzierter integrierter Steuermodule hat nicht nur das Monopol ausländischer Marken bei Kernkomponenten von Militärdrohnen gebrochen, sondern ist auch zu einer treibenden Kraft für die Lokalisierung und intelligente Modernisierung der Drohnenausrüstung meines Landes geworden. Von Aufklärung und Überwachung bis hin zu integrierten Aufklärungs- und Schlagfähigkeiten, von Grenzpatrouillen bis zu Feldeinsätzen haben heimisch produzierte Steuermodule mit ihrer stabilen Leistung und unabhängigen Steuerbarkeit Militärdrohnen mit stärkerer Kampfkraft und Überlebensfähigkeit ausgestattet. Obwohl in High-Tech-Bereichen weiterhin Herausforderungen bestehen, werden heimisch produzierte integrierte Steuermodule mit kontinuierlichen Investitionen in Forschung und Entwicklung sowie der stetigen Verbesserung der Industriekette unweigerlich den Sprung vom "Folgen" zum "Führen" schaffen und eine solidere Unterstützung für die Modernisierung der Landesverteidigung meines Landes bieten.