奇特的“海神號(hào)”飛機(jī)

李有浩

伯特·魯坦是一位飛機(jī)設(shè)計(jì)師,以設(shè)計(jì)外形奇特的輕型飛機(jī)而著稱。1986年完成環(huán)球飛行的“旅行者號(hào)”飛機(jī)即出自伯特·魯坦之手?！昂Ｉ裉?hào)”飛機(jī)是伯特·魯坦近幾年的佳作。這是一架什么樣的飛機(jī),都有些什么用途呢?

長(zhǎng)航時(shí)高空飛機(jī)

“海神號(hào)”飛機(jī)是一架長(zhǎng)航時(shí)高空飛機(jī),由伯特·魯坦領(lǐng)導(dǎo)的斯凱爾特·昆博基特公司設(shè)計(jì)。這架飛機(jī)開發(fā)于20世紀(jì)90年代中期,1997年開始組裝并用希臘神話的“海神”命名,寓意其神通廣大、變幻無(wú)窮。1998年7月26日,“海神”1號(hào)機(jī)(N281PR制造號(hào)001)在加利福尼亞州的莫哈比飛機(jī)場(chǎng),進(jìn)行了第一次試飛,直到9月23日第一次公開試飛為止,共試飛了12次,試飛時(shí)間共18小時(shí)。

外形獨(dú)特的“海神號(hào)”飛機(jī)呈鴨式布局,前翼的長(zhǎng)度在16米以上,其前緣有不大的后掠角;機(jī)翼(后翼)翼梢有小的下反角。兩個(gè)垂直尾翼位于機(jī)翼的后邊,用支架與機(jī)翼相連。兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)裝在機(jī)身尾部?jī)蓚?cè)的機(jī)翼上(參見題圖)。

“海神號(hào)”飛機(jī)分為三部分,即包括座艙和前翼的前機(jī)身部分;直徑為1.14米的機(jī)身中段,在這里可安裝支架并搭載工作設(shè)備;第三部分是包括機(jī)翼與發(fā)動(dòng)機(jī)的后機(jī)身部分(參見圖一)。機(jī)身中段直徑比前后都細(xì),呈葫蘆狀,即使搭載外掛吊艙也不會(huì)受氣動(dòng)力干擾。根據(jù)工作任務(wù)的不同,變換機(jī)身中段即可(參見圖二)。

該機(jī)全部采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu),座艙為多座,有很完備的內(nèi)部環(huán)境控制系統(tǒng)(ECS)。乘員用一般的安全帽和飛行服即可在高空飛行。

“海神號(hào)”飛機(jī)的主要幾何尺寸和性能如下:機(jī)翼翼展23.65米,翼梢延長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)度28.04米,機(jī)翼面積27.9平方米,前翼展16.67米,前翼翼梢延長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)度18.68米,前翼面積16.6平方米,機(jī)長(zhǎng)17.16米,機(jī)高3.40米,基本型總重5675公斤,軍用型總重7173公斤,燃料搭載量2723公斤,最大有效載荷3296公斤,乘員2名,發(fā)動(dòng)機(jī)FJ44-2E(1044公斤×2),速度(高度6096米)352公里/小時(shí)、(高度12192米)519公里/小時(shí),空重2678公斤,起飛距離(最大重量)762米,爬升率(重5670公斤)1829米/分鐘、(重5670公斤)1036米/分鐘,升限(重3178公斤)19812米、(重5670公斤)17678米,留空時(shí)間18小時(shí)。

多種用途

“海神號(hào)”飛機(jī)的重要用途之一是搭載試驗(yàn)件進(jìn)行空中試驗(yàn)。

極軌道觀測(cè)衛(wèi)星系統(tǒng)是美國(guó)國(guó)防部與商業(yè)部海洋氣象局共同使用的氣象衛(wèi)星。現(xiàn)正在由洛克希德·馬丁與湯姆森·拉莫·伍德里奇公司進(jìn)行設(shè)計(jì),預(yù)計(jì)2002年最后定下方案。按計(jì)劃,第一顆衛(wèi)星在2009年發(fā)射升空,2011年發(fā)射第二顆衛(wèi)星,緊隨其后第三顆衛(wèi)星也將發(fā)射。這個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)要代替美國(guó)國(guó)防部的國(guó)防氣象衛(wèi)星和美國(guó)海洋局的極軌道環(huán)境系統(tǒng)衛(wèi)星等。極軌道觀測(cè)衛(wèi)星具有遙感能力,可進(jìn)行氣象與地球環(huán)境觀測(cè)等。

在該衛(wèi)星上天之前,為了驗(yàn)證該衛(wèi)星及其系統(tǒng)的技術(shù)可行性,需要將開發(fā)的觀測(cè)儀器和衛(wèi)星安放在試驗(yàn)臺(tái)內(nèi),搭載在飛機(jī)上進(jìn)行高空試驗(yàn)。被稱為“納斯特”(NAST)的試驗(yàn)臺(tái)分為紅外型和微波型,以前是將這些儀器搭載在ER-2飛機(jī)上進(jìn)行飛行試驗(yàn)。ER-2是美國(guó)航空航天局從美國(guó)空軍購(gòu)買的2架U-2R偵察機(jī)。試驗(yàn)時(shí),將“納斯特”試驗(yàn)臺(tái)安裝在該機(jī)機(jī)翼上。

由于ER-2飛機(jī)只能乘坐一名飛行員,所有的工作都要由他一人完成,困難可想而知。因此,美國(guó)決定選用性能更好的“海神號(hào)”飛機(jī)。

在此之前,美國(guó)航空航天局曾有一項(xiàng)“環(huán)境調(diào)查飛機(jī)-傳感器技術(shù)計(jì)劃”,計(jì)劃由無(wú)人機(jī)完成試驗(yàn)工作。由于無(wú)人機(jī)遠(yuǎn)程操作不夠精度,而且不具備有人駕駛飛機(jī)的靈活性,加之搭載的設(shè)備造價(jià)高、使用成本大等原因,美國(guó)航空航天局決定也把“海神號(hào)”飛機(jī)作為執(zhí)行該計(jì)劃的飛機(jī)之一。1999年2月2日,“海神號(hào)”飛機(jī)執(zhí)行了一次美國(guó)航空航天局的飛行任務(wù)。其有效載荷是“空中實(shí)時(shí)照像系統(tǒng)”的吊艙。在吊艙內(nèi)安放的是柯達(dá)公司制造的高解像度的數(shù)瑪照相機(jī)。在這次飛行中,“海神號(hào)”飛機(jī)最高飛到15392米,第一次顯示了“海神號(hào)”飛機(jī)的高空飛行性能。

2001年3月2日,“海神號(hào)”飛機(jī)飛抵日本,降落在沖繩的嘉手納基地,16日轉(zhuǎn)到橫田,18日從橫田離開日本,在日本活動(dòng)半個(gè)月之久。

“海神號(hào)”到日本執(zhí)行的任務(wù)正式名稱為“NAST海神·亞洲帕西菲克戰(zhàn)役”?！昂Ｉ裉?hào)”飛機(jī)攜帶安放有美國(guó)航空航天局“納斯特”試驗(yàn)臺(tái)的吊艙,在15392米的高空收集氣象數(shù)據(jù)。試驗(yàn)臺(tái)由馬薩諸塞大學(xué)林康研究所開發(fā),雷賽歐公司制造(參看圖三)。

完成任務(wù)后,“海神號(hào)”飛機(jī)于18日傍晚飛往阿拉斯加的依爾遜空軍基地,對(duì)北太平洋和北極的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。然后,它飛往阿拉斯加的費(fèi)阿本克斯,隨后返回莫哈比。

目前,“海神號(hào)”飛機(jī)還只有一架,其主人是安杰爾·德克諾羅基公司,該飛機(jī)已在美國(guó)聯(lián)邦航空局(FAA)登記注冊(cè)。

由于“海神號(hào)”飛機(jī)具有長(zhǎng)航時(shí)高空飛行的特點(diǎn),安杰爾·德克諾羅基公司、飛機(jī)的設(shè)計(jì)單位斯凱爾德·昆博基特公司和開發(fā)制造通信器材的雷賽歐公司,決定把“海神號(hào)”飛機(jī)作為通信網(wǎng)絡(luò)的通信中繼飛機(jī)使用。按計(jì)劃,在機(jī)身下面安裝直徑5.5米的富里斯比型通信吊艙的“海神號(hào)”飛機(jī),將在15240米到18288米的空中旋轉(zhuǎn)飛行,可提供直徑64公里到96公里范圍內(nèi)的無(wú)線電寬帶網(wǎng)服務(wù)。如果把這一通信網(wǎng)絡(luò)在全球開展的話,至少需要100架“海神號(hào)”飛機(jī)。

不同的搭載方式

視執(zhí)行任務(wù)的不同,“海神號(hào)”飛機(jī)有不同的搭載方式,其外形就有了不同的變化。從圖二中可見“海神號(hào)”飛機(jī)的基本型及其5種派生型方案。

第一種是民用遠(yuǎn)程通信型。其構(gòu)造是在機(jī)身中段下面搭載一個(gè)圓盤形的遠(yuǎn)程通信天線。在不妨礙民用航線旅客機(jī)飛行的15950米的空中,它可以滯留12小時(shí)進(jìn)行通信中繼。也就是說(shuō),如果有3架“海神號(hào)”飛機(jī),就可以全天24小時(shí)交替連續(xù)服務(wù)。“海神號(hào)”飛機(jī)的使用比發(fā)射衛(wèi)星便宜,而且它可以通達(dá)高山中的偏辟地帶或城市中高樓大廈的局部地方。服務(wù)內(nèi)容不僅包括電話、影像的高速傳輸,而且還可提供大容量的寬帶網(wǎng)中繼服務(wù)等。

第二種是軍用偵察型。即在機(jī)身中段下面搭載偵察吊艙。其飛行高度14630～19507米,活動(dòng)半徑3706公里,可留空12小時(shí);活動(dòng)半徑926.5公里左右,可留空22小時(shí)。與美國(guó)空軍使用的RQ-4A等大型無(wú)人駕駛偵察機(jī)相比,其成本低,靈活性與可靠性好。

第三種是大氣層科學(xué)考察型。它可在機(jī)頭安裝測(cè)量用的傳感器,也可在機(jī)身中段下面安裝試驗(yàn)設(shè)備。其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)便、成本低廉和實(shí)施靈活。如果把其前翼每邊加長(zhǎng)1米,機(jī)翼每邊加長(zhǎng)2.15米,在16459～19507米高空飛行,其留空時(shí)間則可達(dá)到19小時(shí)之久。

第四種是發(fā)射小型衛(wèi)星型,第五種是航天觀光型。2000年10月25日和27日,“海神號(hào)”飛機(jī)在這兩天創(chuàng)下了高空飛行記錄。10月25日,起飛重量為4052公斤的“海神號(hào)”飛行高度達(dá)到19137米,接著在高度18872米作水平飛行。10月27日,搭載有效載荷1000公斤,起飛重量5139公斤的“海神號(hào)”創(chuàng)下了17032米的飛行高度。

事實(shí)證明,“海神號(hào)”具有在18288米以上高度飛行的能力,可以實(shí)施更多的服務(wù)。

發(fā)射小衛(wèi)星服務(wù)型是在飛機(jī)中段機(jī)身下面搭載助推器。該火箭助推器全長(zhǎng)約10米,重3132公斤,是一種可重復(fù)使用的火箭助推器。當(dāng)“海神號(hào)”飛到10363米,飛行速度達(dá)到300公里/小時(shí)以上時(shí),使機(jī)頭上仰,發(fā)射火箭助推器。該助推器具有將32公斤以下的小衛(wèi)星送入低地球軌道的能力。

航天觀光型是在“海神號(hào)”機(jī)身中段下搭載飛船。飛船重2769公斤,可供三人乘坐。在“海神號(hào)”飛機(jī)飛到9754米,飛行速度達(dá)300公里/小時(shí)以上時(shí)發(fā)射飛船。飛船上升到140公里高度,可保證旅行觀光者有4分鐘的失重狀態(tài)。飛船再入后用降落傘回收系統(tǒng)著陸。

航天觀光發(fā)射費(fèi)用在25萬(wàn)美元以下,如果1名宇航員加上2名乘客,每位乘客只需花12.5萬(wàn)美元,加上其它花費(fèi)總共不超過(guò)17萬(wàn)美元。這比美國(guó)六旬老翁丹尼斯·蒂托支付2000萬(wàn)美元在國(guó)際空間站觀光了8天便宜多了。

這兩種發(fā)射任務(wù),有效載荷都比較大,所以需要加長(zhǎng)“海神號(hào)”飛機(jī)的前翼和機(jī)翼,而且,有效載荷要搭載在安裝在機(jī)身中段左側(cè)的支架上。

除了可提供上述服務(wù)外,“海神號(hào)”飛機(jī)還可以有其它用途。

總之,“海神號(hào)”飛機(jī)是一種用途潛力很大、發(fā)展前途很廣的新機(jī)種。我們期盼其美好的未來(lái)。

責(zé)任編輯:兆然■