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“天空舰队”的归来——美国研制中的几种军用飞艇
发布时间:2016-07-02 09:29:26| 浏览次数:

“天空舰队”的归来

——美国研制中的几种军用飞艇

晓东


自从 1911 年飞艇首次运用于军事行动后,战场上空开始出现越来越多的军用飞艇。第一次世界大战中,号称“天空战舰”的飞艇迎来了其发展史上的一段黄金时期。在此期间,德国、英国、法国、美国等国家总共建造了 460 多艘飞艇,一支支“天空舰队”在战火的硝烟中渐渐壮大。正当飞艇欲大展宏图的时候,1937 年 5 月 6 日的德国“兴登堡”飞艇的坠毁彻底终结了人类航空史上的飞艇时代,飞机开始全面占据人类航空舞台。

上个世纪七十年代,全球性的石油危机频繁发生,对于飞艇的需求重新浮上水面。与此同时,科学技术的急速发展也从客观上促使了飞艇的再度“出山”。美国军方 长期以来重视军用飞艇的发展,经过多年的技术积累与实践,美国军用飞艇的研制计划已经走在了世界的最前列。根据美国军方最近曝光的几种军用飞艇研制项目, 我们发现新一代“天空舰队”的归来似乎已经指日可待了……

空中大力士

美国高精尖武器发展方面的领头羊——国防高级研究计划局(DARPA)于 2004 年 4 月 26 日在阿灵顿召集美国各大军事工业企业代表举行会议,专门讨论该局经过数年前期论证的“海象”(Walrus)重型飞艇计划实施的可行性。会上,DARPA 向各位代表发布了“海象”计划征询书草案,提出了一些“海象”重型飞艇发展过程中亟待解决的技术难题,它们包括如何便捷的进行飞艇装载和卸载操作、如何使 飞艇表面的飞行阻力降至最低、如何在强风环境下保证飞艇的安全操控等。此次会议同时也是一个针对各大军事制造厂商的通气会,传递出了一个重要的信息,美国 可能会在不久的将来建立起一支庞大的运输飞艇大队。按照计划,DARPA 将在今年的第 3 个季度发出“海象”重型飞艇正式方案设计征询书。

“海象”重型飞艇实际上是一种软式飞艇与飞机的“混合”式飞行器,主要由充满氦气的流线型艇体、推进系统、稳定操纵舵面和飞行吊舱等部分组成,具备运送一个完整的作战单位(包括人员和装备)从驻防区到战区的能力。按照 DARPA 的初步设想,“海象”重型飞艇的起飞重量将高达 500 吨以上,具有洲际飞行能力,并能够在恶劣的着陆地点如草地上起降。由于使用了大量新技术,“海象”重型飞艇在军事上的应用潜力将比早期飞艇大的多。这些新技术包括优化的飞艇设计理念、新型结构设计方法、综合推进系统、地面操纵系统、有效载荷系统等。DARPA 同时还透露,由于“海象”重型飞艇是各种创新和先进技术的集合,所以对其最终性能的评估也将异常严格。评估项目将包括:速度、有效载荷、垂直起降(VTOL)能力、降落场合的限制、不加油飞行距离、地面操控与安全、地面维护与保养、恶劣天气飞行能力、位置保持能力等。

DARPA 将使用分解设计和风险控制的方法,打算分两个阶段实施“海象”计划。第一阶段的工作主要包括概念设计、技术验证机试验,第二阶段则进入项目竞争过程,将从 竞争厂商中挑选出一家单独研制一架缩小比例的高级技术验证机(ATD),以降低全尺寸设计中的技术风险。第二阶段将紧接在第一阶段后进行,预计将于 2005 年中期开始,其具体工作包括:飞艇详细设计、制造装配、认证和飞行试验等。

“海象”重型飞艇想象图

“海象”重型飞艇计划的出炉是和美国当前的军事战略紧密联系在一起。为了适应新时代反恐战争的需要,美军目前已经以“快速兵力投放”作为应付全球危机的主要手段,而遍布世界 30 余个国家和地区的 1,200 处军事基地和设施也正在大幅度的缩减。这些措施虽然表面上是为了更好的为反恐战争服务,却从却从一个侧面反映了美军的后勤保障已经难以维持其世界上最庞大数量的海外驻军的日常消耗了。目前,美国有将近 40 万人的部队驻扎在海外,而仅在伊拉克的美军每天就要消耗 700 万升燃料、50 万升瓶装水,其它的日常消耗更是天文数字。负责维持这么多部队的日常生活与军事消耗的美国运输司令部不得不开足马力超负荷运转,但仍然无法达到要求。目前美国运输司令部手头只有约 400 架运输机,其中有 81 架 C-5 运输机(载重量 118 吨)、76 架 C-17 运输机(载重量 76 吨)、191 架 C-130 运输机(载重量 18 吨),这些运输机的运输能力十分有限。如果采用海运的方式,虽然能够装载更多的货物,但运载时间过长,而且运输沿途不确定的危险因素太多,可能将极大影响部队的输送。

此时“海象”重型飞艇计划的出现,就迎合了美国军方希望解决军队后勤运输问题的迫切心理。“海象”重型飞艇载重量大,飞行速度也比水面运输舰只快得多,另外几乎对于降落地面没有什么特殊的要求,所以它一推出就获得了美国军方的极大关注。1 艘“海象”重型飞艇可以在一个航程(2 天)内从美国本土向欧洲运送两个摩托化步兵营(包括全部人员和作战装备),而 10 艘飞艇则可以在一个航程内将第 82 空降师运送至欧洲,而如果按照传统的空运方法就必须动用大量的运输机以及耗费大量的运输时间。另外由于“海象”重型飞艇体积很庞大,所以运载大型军事装备如主战坦克、重型直升机等最为合适,而传统的运输机要装入这些“大家伙”就十分吃力,有时候还需要对它们进行拆解。

反导保护伞

就在美国国家导弹防御计划(NMD)大张旗鼓进行着的时候,2003 年 9 月 29 日洛克希德.马丁公司获得了美国国防部建造大型高空飞艇项目(HAA)的合同。作为美国 NMD 反导保护伞的一部分,HAA 飞艇的主要作战任务就是长时间停留在美国大陆边缘地区的高空中,监视可能飞向北美大陆的弹道导弹、巡航导弹等目标。HAA 飞艇还可以在战区上空不间断的监视敌方部队的运动去向,甚至携带激光测距瞄准仪,为美军的巡航导弹及其它制导炸弹指示目标。

HAA 飞艇长 152.4 米,直径为 48.7 米,容积 15 万立方米,其主体结构使用的是柔韧的纤维复合材料,既轻便又结实。其表面由高强度重量比(即所能承受的极限受力与重量的比值)织物材料覆盖,要比广泛应用于商业领域的 Goodyear 飞艇表面材料更轻更结实。HAA 飞艇高度自动化,其飞行控制同传统的软式飞艇十分相似,工作原理同填充了氦气的普通飞艇一样。飞艇上安装有 4 台电动螺旋桨发动机(飞艇两侧各有 2 台),为飞艇提供动力。HAA 飞艇表面安装的薄膜光电电池组可以吸收太阳能,除了可以产生推动飞艇前进的部分动力外,还可以提供大约 10 千瓦的额外动力以保证飞艇搭载设备的正常使用。另外,HAA 飞艇还配备有能够循环使用的氢燃料电池为其提供紧急情况下使用的动力。

洛马公司 HAA 飞艇想象图

HAA 项目的实施由美国导弹防御局(MDA)牵头从 2002 年 10 月开始进行,按照其导弹防御系统构想至少将有 10 艘飞艇分布美国太平洋沿岸和大西洋沿岸。每艘飞艇都将配备先进的可覆盖直径为 1,200 公里圆形区域的监视雷达和其它传感器,对任何来袭的洲际导弹和巡航导弹提供预警。HAA 飞艇可以运载 1,814 千克重的任务设备,在地面指挥站的控制下到达约 20,000 米的准静地轨道高空并停留一段相当长的时间,这些都是无人机望尘莫及的。由于飞行高度很高,所以 HAA 飞艇即可以避开敌方飞机的攻击,又可以使其搭载的传感器获得更佳的探测效果,同时其雷达还可以发现地面雷达很难发现的超低空突袭中的飞机或巡航导弹。当然,HAA 飞艇可以返回基地进行维护和保养,这一点侦察卫星是做不到的。

美国导弹防御局发布 HAA 项目的招标后,许多美国大公司如洛马公司、波音公司、雷神公司等都加入了竞争行列。而在最后的竞标中,洛马公司则战胜了波音公司获得了这项无人飞艇的项目,并获得了美国国防部下拨的 4,000 万美元的研制经费,以完善其飞艇设计。洛马公司在 2004 年 5、6 月间提出 HAA 的关键设计方案,MDA 对此评估后再决定是否将后续 5,000 万美元的 HAA 样机制造合同授予洛马公司。如果一切顺利,洛马公司将于 2006 年交付第一架HAA原型机,进行位置保持和自主飞行控制能力的验证试验。原型飞艇将能够在高空中停留一个月以上,而最终任务型飞艇则可以停留一年左右。

被洛马公司 HAA 飞艇击败的另外一种 HAA 飞艇设计

最近有消息称,美国导弹防御局将可能让 HAA 飞艇装载武器系统,其最终功能将逐渐演变并与无人机(UAV)类似。如果真是这样的话,HAA 飞艇的军事应用范围将进一步的得到扩大,并具备更强的主动攻击性。

近太空战士

在地球大气层的外圈 30,000 米至 36,000 米间的空域被人们习惯的称作“近太空”,这里由于空气稀薄不会出现什么恶劣天气,而且更重要的是目前世界上绝大多数的固定翼战斗机和地对空导弹无法达到这 一高度。如果研制出一种能够在“近太空”空域活动的作战武器,将能掌握极大的战场主动权,从而改变现有海陆空三军作战的模式,将战争引入更高的空间。

面对巨大的作战潜力,位于科罗拉多州施里弗空军基地的美国空军空间作战实验室和空间作战中心从 2003 年初就开始了联合研制一种半自动的轻于空气的“近太空机动飞艇”(NSMV)的计划。该无人飞艇可以在 “近太空”空域长期活动,集卫星和侦察机的功能于一身,由地面遥控设备操纵,能完成高空侦察、勘测任务,也可用作战场高空通讯中继站。

试验中的“攀登者”原型飞艇

2003 年 9 月,空间作战实验室开始对 NSMV 原型机进行验证试验。这架原型机由美国 JP 航宇公司制造,并被命名为“攀登者”(Ascender)。作为能够在近太空活动的新型侦察工具,“攀登者”飞艇的造价仅为 50 万美元,远远低于任何一种有人驾驶侦察机的价格,还不到 RQ-4“全球鹰”高空长航时无人侦察机造价的 40%。“攀登者”外形为 V 形,全长 53 米,宽 30 米,其大小比一个棒球场还大。“攀登者”安装有两台由燃料电池驱动的螺旋桨推进器,并由 GPS 系统进行导航。“攀登者”飞艇舱内充气气体为氦气,自身携带的控制系统可以调节各舱室间的氦气容量,以进行空中机动。2003 年 11 月间,“攀登者”(未携带任何设备)开始被释放到 30,000 米的高空进行初期验证试验,并能在地面控制下返回基地。

今年 6 月中下旬,JP 航宇公司开始为“攀登者”飞艇进行配载试验,可以携带 45 千克重的通信和监视传感器设备,并升入“近太空”区域进行巡航试验,完成地面操作指令反应、地面指挥所控制下的转换飞行以及点目标上空 5 分钟悬浮、降落、返航等试验任务。如果此次试验一切顺利的话,美国国防部将会对“攀登者”飞艇下一阶段的研制、试验工作投入更多的资金。据悉,下一阶段“攀登者”飞艇研制计划的具体要求是:在 2005 年年底前,在 30,000 米的高空,执行为期 5 天的军事任务。

伊战侦察兵

随着伊拉克战场形势的逐渐恶化,美国陆军计划向伊拉克部署由雷声公司制造的一种名为快速飞行器初始部署(RAID)的侦察飞艇系统,以使其地面部队获得更加快捷有效的战场情报。美国陆军从由美国国会通过的用于伊拉克、阿富汗和国土防御的 2004 财年应急补充拨款法案中获得了 3,830 万美元资金,以支持 RAID 系统的顺利实施。

长期以来美国陆军就对飞艇兴趣浓厚,一直想把它作为无人侦察机、侦察飞机和侦察卫星的补充侦察手段。但由于要研发和装配部队的新型武器系统实在太多,飞艇 的服役优先等级也被降低了。直到“9.11”事件后,面对反恐战争的特殊作战环境,美国陆军对于军事侦察飞艇的兴趣重新被激发出来。2003 年 2 月雷声公司生产的第一套 RAID 系统交付军方,并很快在同年3月份部署到了阿富汗,为美军部队在地形复杂的地区顺利行动提供了强有力的情报支持。

RAID 系统中由 TCOM 飞艇公司制造的 15 米长的侦察飞艇

RAID 系统将在近期内部署到伊拉克,它由长 15 米的商用飞艇(TCOM 飞艇公司制造)、监视雷达、类似于 RQ-1“捕食者”无人机上用的网状传感器和多个地面控制塔台组成。该系统可利用一台彩色昼间照相机、一台红外黑白昼/夜照相机和一台激光测距仪(带有一个方位指示器,可精确定位 12 千米或更远的目标)为美军提供持续的、360 度视角的战场情报覆盖,其滞空时间长达 30 天。该侦察飞艇属于拴系小型软性飞艇,其上的艇载设备通过系链(与地面控制系统连接在一起)获得电能。该飞艇一般活动在 3,000 米至 4,600 米间的空域,在这个高度上监视雷达可以探测到大约在 370 公里之内的低空来袭导弹,然后通过一头拴系在地面控制站上的光纤电缆把告警信息传递出去。

RAID 系统侦察飞艇上携载的侦察设备

RAID 系统的飞艇简单实用,易回收易保养,而且其生存能力也很强。它可以部署在驻伊拉克美军部队的驻地上空,以监视周围的情况,这样就可以极大减少周围巡逻部队的数量,从而减少美军巡逻队的伤亡。

反恐急先锋

美国海军自从 1962 年停止使用飞艇后,直到 1999 年才开始计划重新启动这一历史悠久、也受到了许多人质疑的飞行侦察与监测工具。2001 年“9.11”事件后,美国海军飞艇计划研制进度加快,并打算将研制中的小型软式飞艇作为反恐战争中的新武器。2002 年的秋天,为了侦破震惊全美的华盛顿连环杀手案,美国海军一艘搭载有复杂探测装置的飞艇就部署到华盛顿周边地区。这种飞艇可以捕捉到周边一定范围内子弹发 射时枪口的闪光,进而锁定连环抢手的具体方位。虽然该探测飞艇在连环枪击案中并没有取得什么大的作用,但让美国海军坚定了发展飞艇的决心,总部设在阿灵顿 的美国海军研究局就力主使用装有传感器的飞艇执行任务。

2003 年 9 月,位于美国夏威夷州首府火奴鲁鲁的国际科学与技术公司(STI)与美国海军研究局签定了一项总价值为 400 万美元的合同,负责为美国海军研制一种保卫美国国土安全和执行反恐任务的载人软式飞艇。STI 反恐飞艇以全球飞艇工业公司生产的 SKYSHIP 600 B 型客运飞艇(可载客 12 人)为基础进行改装的,可以在海港上空执行巡逻任务,搜索恐怖组织的潜水员、可疑的船只以及其它异常活动,同时也可以为军事基地提供侦察任务,协助边境巡 逻等。这种充氦的软式飞艇相对于飞机和直升机有许多优势,它在飞行过程中没有声音,而且飞行平稳,这对于执行监视任务是十分重要的。

STI 反恐飞艇

STI反恐飞艇全长 61 米,宽 19 米,高 20 米,总容积为 7,200 立方米。其飞行速度平均为每小时 90 公里,最大航程 650 公里,飞行高度可达 600 至 900 米,这一高度已经超出了大部分小型武器的火力范围,其自身安全可以得到一定的保障。STI 反恐飞艇空中侦察范围约为 60 公里,而且能够在目标上空悬浮 12 至 72 小时。飞艇上装备有红外传感器和高分辨率相机,可进行昼夜监视并拍摄清晰照片。此外,艇上还安装有目前最先进的美国海军寄予厚望的“机载近海探测超光谱成像系统”(LASH System)。该系统于 1999 年 10 月开始研制,总投资超过了 5,000 万美元。LASH 系统可以探测到人的肉眼无法发现的微小色彩变化,并能拍摄到隐藏在水面以下的目标。

SKYSHIP 600 B型客运飞艇内部

在一次飞行测试中,STI 反恐飞艇在丛林上空成功的完成了搜寻“恐怖分子营地”的任务。尽管有浓密的树木遮盖,飞艇仍顺利地探测到了用蓝色油布伪装的目标,在监视器中用红色表明了可疑位置,并用高分辨率相机对其进行了拍照。

结语

当前,世界上一些军事大国对于军用飞艇的关注正在与日俱增,军用飞艇也成为全球军事发展领域自无人机之后一个新的闪光点。随着科学技术的不断发展,我们完 全有理由相信军用飞艇目前所存在的部分缺陷一定会得到弥补,其作战性能将会得到更大的提高。在不远的将来,集众多高科技技术于一身的现代化飞艇必将能在世 界军事历史上书写新的辉煌篇章。

蓝天白云之间,新一代的“天空舰队”正在归来。

附录:飞艇基本常识

飞艇的概念最初起源于 19 世纪初的英国和法国,当时气球已经开始了人类探索蔚蓝天空的第一步。但由于气球在天空中飞行时只能随风飘荡,所以人们开始考虑在气球吊篮上安装带螺旋桨的 发动机,以此能够控制气球的飞行。于是在 1816 年,两个瑞士人在英国就设计了这样一艘外形犹如一条鱼的“可操纵的气球”,但最终没能飞上天。随后,一个名叫蒙克.梅森的英国人在瑞士人设计的启发下也设 计出了一艘发条装置来驱动螺旋桨作为动力推动的模型飞艇。虽然该飞艇真的飞了起来,但它却不能载人,没有实用价值。再经过数十年的发展,终于在 1851 年法国人亨利.吉法德设计制造了成了第一艘可操纵的飞艇,从此拉开飞艇发展历史上的新纪元。

飞艇属于浮空器的一种,也是利用轻于空气的气体来提供升力的航空器。根据工作原理的不同,浮空器可分为飞艇、系留气球和热气球等,其中飞艇和系留气球是军 事利用价值最高的浮空器。飞艇和系留气球的主要区別是前者比后者多了自带的动力系统,可以自行飞行。飞艇分有人和无人两类,也有拴系和未拴系之别。

飞艇获得的升力主要来自其内部充满的比空气轻的气体,如氢气、氦气等。现代飞艇一般都使用安全性更好的氦气来提供升力,另外飞艇上安装的发动机提供部分的 升力。发动机提供的动力主要用在飞艇水平移动以及艇载设备的供电上,所以飞艇相对于现代喷气飞机来说节能性能较好,而且对于环境的破坏也较小。

一般从结构上看,飞艇可分为三种类型:硬式飞艇、半硬式飞艇和软式飞艇。硬式飞艇是由其内部骨架(金属或木材等制成)保持形状和刚性的飞艇,外表覆盖着蒙 皮,骨架内部则装有许多为飞艇提供升力的充满气体的独立气囊。半硬式飞艇要保持其形状主要是通过气囊中的气体压力,另外部分也要依靠刚性骨架。二十世纪二 十年代,一艘意大利制造的半硬式飞艇从挪威前往阿拉斯加的途中穿过了北极点,这是人类历史上第一架到达北极点的飞行器。

现代飞艇一般都是软式飞艇,要保持它们的外形,只能是通过气囊中氦气压力来实现。现代软式飞艇在英文中也被称为“Blimp”,其主要组成部分有:
1. 气囊:里面充满了氦气以提供升力,另外里面还有辅助气囊。现代飞艇上气囊由涤纶、聚脂纤维、迈拉等人造材料织成,可有效的防止氦气的泄漏,并具有很长的使用时间。
2. 辅助气囊:飞艇内部一个小的、辅助性的气囊,可通过在飞行中的冲气和放气来控制和保持飞艇形状和浮力;
3. 吊舱:位于飞艇下方的舱室,包括驾驶舱、发动机和人员舱(如果是有人驾驶飞艇的话);
4. 推进装置:为飞艇的起飞、降落和空中悬停提供动力;
5. 尾翼、方向舵和升降舵:为飞艇提供机动能力。

飞艇相对于飞机来说最大的优势就是它无与伦比的滞空时间。飞机在空中的飞行时间是以小时为基本单位来计算的,而飞艇则是以天来计算。飞艇还可以悄无声息的在空中飞行,这一点在军事上的应用同样重要。1957 年 3 月,美国一艘 ZPG -2 型软式飞艇在一次飞行中创造了连续飞行 264.2 小时的世界记录,其总里程长达 15,200 公里。目前军用飞艇一般都使用氦气保持浮力,因此能安静并且平稳地完成升降和飞行,这对其携带高科技监视设备至关重要。飞艇可以在其气囊中携带大型雷达天线,而后者的形状和尺寸几乎不受限制。与飞机相比,军用飞艇可降低约 30% 左右的能耗和飞行费用,其雷达反射面积也要比现代飞机小许多。

现代飞艇的安全性已经有了质的提高。氦气是一种惰性气体,不可燃。由于飞艇气囊中的氦气压力并不是很大,仅仅只需要能保持其外形即可。所以即使被枪弹击 中,如果枪洞不大,那么氦气的泄漏速度将是非常缓慢的,几乎可以暂时不用处理。如果枪洞很大,飞艇就不得不取消既定的行动计划,但仍然有足够的时间返回基 地。另外,先进的制造技术和复杂的控制系统也将使“兴登堡”飞艇的惨剧不会重演。飞艇还可以在恶劣天气下照旧飞行,只要当时的风速不要超过 30 节即可。

虽然军用飞艇具有极大的发展潜力,但我们还是不能回避其固有的缺陷。上个世纪,飞艇被飞机取代的主要原因有两个:高昂的造价和过低的速度。虽然飞艇的使用 费用十分的低廉,但其造价却是个天文数字。飞艇的价格一般依据其外形尺寸的大小而不同,例如一个 40 米长的小型软式飞艇的价格约为 200 万美元。如果使用飞艇作为大型军事运输工具,就注定了其初期建造数量一定不会很多,最初运载货物的成本也将急剧增加。如果抛去其造价,现代工程材料和航空 电子设备将使现代飞艇要比其半个世纪前的“祖先”先进了许多,但其速度仍然是个令人头痛的问题。要知道,现代喷气飞机的速度至少是飞艇的 6 倍以上。当然,军用飞艇的速度慢只是相对飞机来说的,而对于水面舰艇来说飞艇的速度是相当快的。不过话又说回来了,飞艇的速度既是劣势也是优势。因为飞艇 相比速度更快的飞机在执行监视任务时更具有优势,它可以在目标地域上空悬停很长一段时间,这可使其上搭载的侦察仪器可以即精确又高效率的探测目标。另外, 在低速情况下,艇上雷达可以更容易的探测到小型目标。


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