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產業技術評析

2023台北國防航太展中的無人載具產品觀察
發表日期:2023-11-08
作者:熊治民(工研院)
摘要:
在2023年台北國際航太暨國防工業展覽會(TADTE 2023)中,主要項目包含陸海空國防裝備,以無人機為主的各類無人載具,火箭與衛星系統,以及其他相關展品。

全文:

一、前言

2023年台北國際航太暨國防工業展覽會(TADTE 2023),在2023年9月14~16日,於臺北南港展覽館舉行。這是繼2019年8月後,該展會再次以實體方式舉行。在本次展會中,主要項目包含陸海空國防裝備,以無人機為主的各類無人載具,火箭與衛星系統,以及其他相關展品。

自從2022年爆發俄烏戰爭,並凸顯無人機戰場應用優勢後,軍用無人機頓時成為全球無人機廠商矚目焦點。為建立不對稱戰力,透過無人機協助強化陸海空軍作戰能量,過去中科院已投入研發紅雀、銳鳶無人機,並投入軍隊應用。近年來則持續研發騰雲大型無人機、銳鳶II型中型無人機、紅雀III型小型無人機、劍翔系列誘餌/攻擊無人機、直升機型戰術近程無人機,以及巡飛彈I/II型遊蕩彈藥無人機。在這次展會,中科院與軍方也展出上述各類無人機,成為國防館重要展示項目。

為了加速無人機隊建置,國防部也與經濟部合作,在2022年9月推出軍用商規無人機研發測試計畫。由國內無人機業者,就五款軍用無人機進行原型機研發,經軍方測試合格後,再透過預算編列投入量產。因此在本次國防航太展中,包括雷虎科技、智飛科技、中光電智能機器人等公司,都展出參與軍用商規無人機計畫的相關產品,以及關鍵零組件國產化成果。

此外,亞洲無人機AI創新研發中心也聚集經緯航太、坤暐科技、臺灣希望創新、樂飛創新等多家廠商與工研院,以及其他個別參展的無人機廠商,展出多類軍、民應用無人機產品與技術研發成果。

除了無人機外,本次展會也有數家國內外廠商、學校展出水域無人載具,包括無人艇、水下遙控載具(ROV)及水下自主航行載具(AUV)。以下將分別介紹國產無人機與水域無人載具創新產品。

二、無人飛行載具

(一) 工研院燃料電池無人機

為了延長無人機飛行或滯空時間,工研院材化所近年來持續研發以氫能燃料電池為動力的無人機,可使無人機飛行時間增加2倍以上。材化所過去幾年,以最大起飛重量達30公斤的單旋翼直升機型無人機作為驗證平台,進行無人機長程運輸飛行測試驗證。包括酬載6.6公斤,完成馬公到望安來回34公里飛行;將物資運送到海拔3,200公尺的新達山屋(位於新竹縣尖石鄉);完成臺南到東吉嶼來回88公里跨海飛行。

在本次展覽中,工研院材化所展出使用燃料電池的雙軸直升機(如圖1),以及與國內廠商田屋科技合作研製的輕型直升機(如圖2)。燃料電池雙軸直升機最大起飛重量達63公斤,酬載10公斤,飛行時間2小時;使用兩組燃料電池與高壓儲氫瓶。燃料電池輕型直升機最大起飛重量達24.9公斤,酬載5公斤,飛行時間可達3小時;使用一組燃料電池與高壓儲氫瓶。
 

圖1 燃料電池雙軸直升機

資料來源:工研院ITIS研究團隊(2023/09)
圖1、燃料電池雙軸直升機
 

圖2 燃料電池輕型直升機

資料來源:工研院ITIS研究團隊(2023/09)
圖2、燃料電池輕型直升機
 

(二) 定翼式垂直起降無人機

在本次展會中,多家國內外廠商展出定翼式垂直起降(VTOL)無人機。定翼式VTOL無人機具有包含機身、主翼、水平尾翼與垂直尾翼等構件的一般傳統飛機外型。但會在主翼上,透過搭載在附加艙體結構上的多組旋翼來提供升力,實現垂直起降與停懸。然後透過位於機尾的獨立推進系統進行巡航飛行。

由於在巡航飛行時,定翼式VTOL無人機可由主翼提供生力,多旋翼可停止運作。因此相較於常見的多軸旋翼無人機,定翼式VTOL無人機在相同能源使用量下,具有更遠的航程或滯空時間。其潛在用途包括應用於長時間、大範圍偵監、巡檢,或長距離物資運送。

在本次展會,展出定翼式VTOL無人機的國內廠商包括:中光電智能機器人、中科院、智飛、坤暐、經緯、原資系統整合、其易、航見、鉝太精密、璿元、碳基、泰世、艾知及藏識。展出產品包含自行研發、與國際廠商合作研發,以及國外產品代理。

例如碳基科技展出的定翼式VTOL無人機(圖3),翼展3公尺,起飛重量15公斤、酬載重量2.5公斤;最大飛行速度55節(浬/小時)(約102公里/小時),飛行時間可超過1小時。該機為純電動推進,使用的永磁馬達是與工研院合作研發。
 

圖3 碳基科技定翼式VTOL無人機

資料來源:工研院ITIS研究團隊(2023/09)
圖3、碳基科技定翼式VTOL無人機
 

藏識科技則展出採雙層主翼設計,可垂直起降、追蹤降落,具有長航程特性的雙軸傾轉旋翼無人機DRAGONFLY(圖4);可用於山區和海上等複雜地形,以及在移動船艦上自動起飛和降落。該機翼展1.5公尺,最大起飛重量13公斤,最大航程150公里,最長滯空時間1.8小時。

該機位於主翼兩端的大型動力螺旋槳組可旋轉傾斜。飛機在起降、懸停時,動力螺旋槳組旋轉朝上;在達到適當高度時,動力螺旋槳組改為朝前,提供前進巡航動力。這種設計雖然系統架構複雜,控制較困難,總體動力系統使用效率較高。

藏識科技這款無人機具有自主起降、飛行功能,未來應用目標市場之一,是搭載在遠洋漁船上,取代有人駕駛直升機,協助執行漁源探勘工作。
 

圖4 藏識科技雙軸傾轉旋翼無人機DRAGONFLY

資料來源:工研院ITIS研究團隊(2023/09)
圖4、藏識科技雙軸傾轉旋翼無人機DRAGONFLY
 

(三) 雷虎科技T-400無人機與無人機戰場基地台

雷虎科技展出T-400軍民通用中長程無人機(圖5)。T-400機身長4.6公尺,主旋翼直徑4.4公尺。T-400使用奧地利Rotax 912航空發動機,最大起飛重量達到180公斤,最大控制距離250公里,滯空時間達到6小時。

雷虎科技T-400無人機在2022年10月通過經濟部「軍民通用無人機能量籌件計畫」審議,獲得研發補助。該機可搭載相位陣列雷達(AESA)及高倍率雙光攝影機,具備「群飛通訊」功能,並結合中華電信核網衛星設備、MEC邊緣運算平台。未來應用模式,包含在通訊中斷的緊急情況下,可迅速恢復災區及戰區的通訊網;搭載在協遠洋漁船上,協助進行魚群探勘作業;在戰場、災區或偏遠地區進行物資運輸;戰時可配置在陸域、船艦上執行偵搜任務。
 

圖5 雷虎科技T-400直升機

資料來源:工研院ITIS研究團隊(2023/09)
圖5、雷虎科技T-400直升機
 

圖6 雷虎科技-中華電信無人機行動基地台

資料來源:工研院ITIS研究團隊(2023/09)
圖6、雷虎科技-中華電信無人機行動基地台
 

三、水下無人載具

(一) 雷虎科技水下無人載具海狼號與海鯊號無人艇

雷虎科技展出自主水下無人載具(AUV)海狼號(Seawolf 400)(圖7)。海狼號採魚雷構型設計;長度4公尺,重量約1,000公斤,航速2至7節,潛航時間8~10小時。未來潛在用途包括:水雷反制,科學研究,水下救難,水下情報蒐集、監控、偵查,港灣、海岸水下巡邏。
 

圖7 雷虎科技海狼號水下無人載具

資料來源:工研院ITIS研究團隊(2023/09)
圖7 雷虎科技海狼號水下無人載具
 

在俄烏戰爭中,除了雙方使用大量無人機參戰引起矚目外,也因為烏克蘭使用自製的小型無人艇攻擊俄羅斯水面艦艇,使無人艇戰場應用成為另一個無人載具發展與應用焦點。

在本次展覽中,雷虎科技也展出自行研發的海鯊號水面無人載具(無人艇)(圖8)。海鯊號船長3.84公尺,重量約800公斤;最高航速達80公里/小時,航程300公里。較小的尺寸與較輕的重量,可方便海鯊號在陸地運輸移轉,或搭載在其他母船上。海鯊號具有人員及無人操控兩種作業模式。在人員操控模式下,遠方遙控操縱者可透過船上攝影機獲得航行即時影像回,並進行無人艇操控。在無人操控模式下,可依據任務規劃,讓無人艇自主航行。

海鯊號未來用途包括:近岸及港灣水域巡邏、監控,執行自殺式攻擊,以及執行物資運送任務。
 

圖8 雷虎科技海鯊號無人艇

資料來源:工研院ITIS研究團隊(2023/09)
圖8、雷虎科技海鯊號無人艇
 

(二) 貫閎科技水下滑翔機

水下滑翔機是自主水下載具(AUV)中的一種類型。其特徵是不使用主動式推進裝置(例如螺旋槳),而是透過載具浮力調整,讓載具形成下沉、上浮循環狀態,進而能長期向前航行。因此雖然其航速較慢,但是可以在水下長時間航行,具有極長(可達到數千公里)航程;主要用途包含大範圍、長期性海洋資訊蒐集、觀測。其優點還包括隱匿性、低操作成本。

在本次展會中,貫閎科技展出自行研發的水下哨兵滑翔機(Sea Scout Glider)(圖9)。這款水下載具長214公分(含尾部長度58公分天線桿)、翼展100公分,重量44公斤。該機擁有1,000cc可變浮力體積,作業深度50~1,200公尺,航速0.5~1.0節(約0.92~1.85公里/小時),續航力90~100天。

這款自主水下無人載具已獲得海軍大氣海洋局採用,並在國防館中展出。過去這類載具需要自國外進口,海軍與貫閎科技合作,自2020年3月開始研發,並在2023年4月交付海軍使用。相較於國外產品,成本僅需要1/4。
 

圖9 貫閎科技水下哨兵滑翔機

資料來源:工研院ITIS研究團隊(2023/09)
圖9、貫閎科技水下哨兵滑翔機
 

(三) 臺灣大學無人艇(USV)與水下遙控載具(ROV)

臺灣大學工程科學及海洋工程學系水下載具實驗室,近十餘年來持續進行水下及水面無人載具研發,並以無人載具進行多種應用作業與研究。

在本次展會中,水下載具實驗室展出無人艇(USV)與水下遙控載具(ROV)(如圖10)。該實驗室曾經在基隆潮境公園進行USV及ROV運作研究。研究項目包括使用ROV搭載多音束聲納及超短基線水下定位器,在混濁的水下探測珊瑚幼苗及進行定位。該實驗也使用USV搭載精準的RTK定位器與超短基線水下定位器,透過精確的水面定位,協助ROV在水下也能精確被定位,以及提供水面戒護。透過水面、水下無人載具共同合作,可以確保ROV水下作業精確度與安全。
 

圖10 臺灣大學無人艇與水下遙控載具

資料來源:工研院ITIS研究團隊(2023/09)
圖10 臺灣大學無人艇與水下遙控載具
 

四、結論

俄烏戰爭凸顯無人機不對稱作戰功能,進而衍生出客觀的潛在應用市場。國內透過軍用商規無人機研發測試,除了協助廠商加速產品研發創新外,以帶動非紅供應鏈持續發展、擴大。這有助於未來臺灣無人機業者,結合半導體、資通訊產業優勢,以及無人機系統整合、規模化生產能量,爭取歐美日等國家地區因為去中化所衍生的軍、民無人機產品市場。

除了無人機外,水面及水下載具在軍、民領域都有相當的應用潛力。例如以ROV在離岸風機場域進行水下探勘、巡檢;使用USV進行零組件運補,以及作為風機巡檢無人機的母船。這些都是值得發展的水域無人載具應用。
 

(本文作者為工研院產科國際所執行產業技術基磐研究與知識服務計畫產業分析師)


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更新日期:2020-04-08

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