亦真亦幻

鄒念東　溫杰

2014年2月初，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）首次對(duì)外披露了“戰(zhàn)神”（ARES）計(jì)劃，旨在為前線部隊(duì)量身定制一種具有垂直起飛和著陸能力的飛行器，力求滿足不同作戰(zhàn)需求。從目前公布的一些想象圖看，這種飛行器并非電影中“變形金剛”的現(xiàn)實(shí)版，而是采用更加獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念，具有異乎尋常的機(jī)動(dòng)運(yùn)輸能力，有望替代當(dāng)前執(zhí)行各種軍事任務(wù)的直升機(jī)。

實(shí)際上，“戰(zhàn)神”計(jì)劃并非一個(gè)全新研制項(xiàng)目，而是此前實(shí)施多年的“變形者”（Transformer）計(jì)劃。突然更名的背后是DARPA根據(jù)第二階段的評(píng)估結(jié)果，決定調(diào)整最初的研究方向，將第三階段重新命名為“可重組嵌入式航空系統(tǒng)”，英文縮寫(xiě)為ARES，恰好是羅馬神話中的“戰(zhàn)神”之意。這樣，外界期待的“飛行悍馬”（Flying Humvees）只能停留在設(shè)計(jì)圖紙上，取而代之的是一種與眾不同的多用途無(wú)人駕駛飛行器。

源于“變形者”計(jì)劃

“戰(zhàn)神”的浮出水面離不開(kāi)在研多年的“變形者”計(jì)劃，而當(dāng)時(shí)的初衷只是研制一種夢(mèng)想已久的飛行汽車(chē)，這與美軍在阿富汗保持軍事存在密不可分。自從2001年10月打響阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)后，美國(guó)軍隊(duì)已經(jīng)在這個(gè)高山林立的中亞小國(guó)深陷泥潭，偏遠(yuǎn)作戰(zhàn)部隊(duì)的后勤補(bǔ)給任務(wù)更是令美國(guó)國(guó)防部傷透腦筋。

阿富汗境內(nèi)高山林立、地形崎嶇，依靠汽車(chē)和直升機(jī)等常規(guī)運(yùn)送彈藥和食品等給養(yǎng)的方式面臨運(yùn)輸成本高昂、連續(xù)補(bǔ)給困難等問(wèn)題。特別是簡(jiǎn)易爆炸裝置（IED），令美軍士兵頭疼不已，已成為美國(guó)陸軍和安全部隊(duì)的頭號(hào)殺手。

另一方面，阿富汗的連年戰(zhàn)火已經(jīng)讓有限的基礎(chǔ)設(shè)施消失殆盡，現(xiàn)有的道路令人難以接受，也不總是通往美軍希望到達(dá)的地方。正是考慮到路況復(fù)雜和危機(jī)四伏，美國(guó)軍方認(rèn)為在阿富汗境內(nèi)的道路運(yùn)輸并不是一種可行的選擇，因此才有了“運(yùn)送作戰(zhàn)補(bǔ)給的時(shí)候，一匹驢子可以媲美十輛卡車(chē)”的說(shuō)法。

正是迫于戰(zhàn)場(chǎng)補(bǔ)給所面臨的巨大壓力，美國(guó)國(guó)防部在2009年初決定分兩步走。首先是批準(zhǔn)美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)加緊評(píng)估和選擇一種現(xiàn)有無(wú)人駕駛垂直起降平臺(tái)，隨后希望DARPA盡快提出一種能夠解決眼下后勤運(yùn)輸面臨尷尬局面的全新設(shè)計(jì)方案。

經(jīng)過(guò)廣泛評(píng)估，前者最終選擇了洛馬公司與卡曼公司聯(lián)合研制的K-MAX無(wú)人直升機(jī)，并已經(jīng)于2011年10月正式部署到阿富汗戰(zhàn)場(chǎng)。當(dāng)年12月17日，利用K-MAX將一定數(shù)量的戰(zhàn)場(chǎng)急救用品和武器彈藥運(yùn)送到前線陣地，從而在世界上首次完成了無(wú)人直升機(jī)貨運(yùn)任務(wù)，目前依然在不知疲倦地扮演著“戰(zhàn)場(chǎng)挑夫”角色。

針對(duì)阿富汗戰(zhàn)場(chǎng)出現(xiàn)的特殊需求，DARPA雖然擁有以創(chuàng)新模式解決實(shí)際問(wèn)題的聲譽(yù)，但在當(dāng)時(shí)受到特拉弗吉亞公司（Terrafugia）成功研制出“轉(zhuǎn)換”（Transition）汽車(chē)的啟發(fā)，提出了一個(gè)中規(guī)中矩的思路，依然局限于設(shè)計(jì)和研制一種能夠飛行的“悍馬”。按照常規(guī)想象，目前廣泛使用的“悍馬”似乎只需安裝一副機(jī)翼和一臺(tái)動(dòng)力裝置就可達(dá)到這一目的。然而事情絕非這么簡(jiǎn)單，因?yàn)椤稗D(zhuǎn)換”汽車(chē)依然需要跑道實(shí)現(xiàn)起飛和降落，顯然不符合DARPA的要求。

2009年底，DARPA正式啟動(dòng)了“變形者”驗(yàn)證計(jì)劃，旨在研制一種既能在地面行駛、又能在空中飛行的運(yùn)輸工具，更重要的是必須具備垂直起降能力，可以不受地形限制，以躲避路邊埋伏或障礙物。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，這種運(yùn)輸工具能夠搭載4名全副武裝的士兵，最大重量超過(guò)454千克，依靠自身的燃料箱就能夠行駛和飛行大約400千米以上，并具有自主飛往預(yù)設(shè)區(qū)域或地點(diǎn)的能力。

設(shè)計(jì)目標(biāo)改弦易轍

“變形者”計(jì)劃的重點(diǎn)是研制一種結(jié)構(gòu)堅(jiān)固的地面車(chē)輛，根據(jù)作戰(zhàn)需要能快速轉(zhuǎn)換為一種飛行器，越過(guò)水面、山地或障礙物，為前線人員提供顯著的作戰(zhàn)靈活性。

2010年1月，DARPA在弗吉尼亞州阿靈頓舉辦了“變形者”計(jì)劃招標(biāo)研討會(huì)，正式啟動(dòng)了第一階段。根據(jù)要求，各家公司將實(shí)施相關(guān)技術(shù)研究，發(fā)展推進(jìn)系統(tǒng)、自適應(yīng)機(jī)翼結(jié)構(gòu)、先進(jìn)輕型材料、先進(jìn)飛行控制系統(tǒng)、空中，地面構(gòu)型設(shè)計(jì)和能量分布系統(tǒng)。同年10月，DARPA選擇了6家承包商參與為期一年的第一階段研究工作，將根據(jù)第一階段的研究結(jié)果來(lái)規(guī)劃后續(xù)階段的目標(biāo)。

作為德事隆集團(tuán)旗下的一家子公司，AAI公司長(zhǎng)期從事小型無(wú)人機(jī)的研制工作，生產(chǎn)的“影子”（Shadow）系列無(wú)人機(jī)一直在美國(guó)陸軍廣泛裝備和使用。2009年11月16日，該公司針對(duì)軍方潛在需求，與卡特航空技術(shù)公司（CarterAviation Technologies）簽署了長(zhǎng)達(dá)40年的許可協(xié)議，獨(dú)家使用其研制的降速轉(zhuǎn)子技術(shù)。此前，卡特航空技術(shù)公司已經(jīng)利用這種技術(shù)研制出個(gè)人飛行器（PAV）。

從當(dāng)時(shí)公布的想象圖看，這種方案與PAV設(shè)計(jì)理念一脈相承，將在“悍馬”吉普車(chē)上分別加裝平直機(jī)翼和尾翼、主旋翼和推進(jìn)式涵道尾槳，并根據(jù)任務(wù)需要配備了防護(hù)裝甲和重型武器。與傳統(tǒng)直升機(jī)相比，這種復(fù)合式飛行器的速度超過(guò)460千米/小時(shí)，航程增加到2400千米，可運(yùn)送1360千克有效載荷。

與此同時(shí)，由原貝爾公司的一批工程師們創(chuàng)建的AVX公司向DARPA提出了“戰(zhàn)術(shù)空陸兩用車(chē)輛”概念。從想象圖看，其設(shè)計(jì)概念是在小型車(chē)輛的尾部裝兩個(gè)涵道風(fēng)扇，均可改變推力方向，提供推力或額外的升力，并在車(chē)輛頂部設(shè)計(jì)了共軸雙旋翼，在地面模式下可向后折疊。據(jù)AVX公司介紹，這種方案可攜帶471千克有效載荷，以225千米/小時(shí)的速度飛行463千米以上，還可以在60秒之內(nèi)從飛行模式轉(zhuǎn)換成地面模式。從性能上看，這個(gè)概念與AAI公司的方案相差懸殊，在首輪評(píng)估后就被淘汰。

與二者不同的是，洛馬公司下屬的臭鼬工廠大膽突破DARPA的思維定式，圍繞“變形者”計(jì)劃提出了一種系統(tǒng)概念，巧妙地發(fā)展了模塊化設(shè)計(jì)理念，將飛行系統(tǒng)與車(chē)輛系統(tǒng)一分為二，重點(diǎn)發(fā)展一種涵道風(fēng)扇式無(wú)人駕駛飛行器，可以自主地分離和使用。

為了直接獲得較為成熟的垂直起降技術(shù)，洛馬公司臭鼬工廠與皮亞塞基飛機(jī)公司（Piasecki Aircraft Corporation）組建了一支研制團(tuán)隊(duì)，后者長(zhǎng)期從事直升機(jī)和垂直起降技術(shù)研究，在涵道風(fēng)扇垂直起降技術(shù)方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。因此，該團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)方案一經(jīng)公布就顯示出較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，最終過(guò)關(guān)斬將，在2012年底贏得了價(jià)值2030萬(wàn)美元的第三階段合同。endprint

2013年初，DARPA根據(jù)軍方的反饋，重新評(píng)估了“變形者”計(jì)劃，放棄了研制一種飛行汽車(chē)的目標(biāo)，轉(zhuǎn)而重點(diǎn)研制一種無(wú)人駕駛飛行器，并將這一階段的研究工作創(chuàng)新命名為“戰(zhàn)神”計(jì)劃。雖然這一決定對(duì)于飛行汽車(chē)的倡議者們來(lái)說(shuō)是一個(gè)挫折，但是對(duì)于DARPA終止或重新調(diào)整一項(xiàng)計(jì)劃來(lái)說(shuō)則司空見(jiàn)慣。

飛行模塊構(gòu)型獨(dú)特

根據(jù)調(diào)整后的“戰(zhàn)神”計(jì)劃，研制團(tuán)隊(duì)將設(shè)計(jì)重點(diǎn)集中于此前為“變形者”計(jì)劃研制的垂直起降飛行模塊設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)直升機(jī)相比，該模塊采用一種更加緊湊的構(gòu)型，具有更高的巡航速度，可以運(yùn)送多種有效載荷。作為一種無(wú)人駕駛飛行器，它有動(dòng)力系統(tǒng)、燃料箱、數(shù)字式飛控系統(tǒng)和遙控接口。

從目前公開(kāi)的“戰(zhàn)神”方案看，這種飛行器具有一對(duì)可傾轉(zhuǎn)涵道風(fēng)扇，固定在中心體兩側(cè)，最外側(cè)為類(lèi)似機(jī)翼的翼板。中心體采用了類(lèi)似飛翼的構(gòu)型，不僅具有良好的氣動(dòng)性能，還為動(dòng)力裝置和燃料提供了空間。它的內(nèi)部裝有兩臺(tái)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)一個(gè)組合式齒輪箱和交叉軸來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)風(fēng)扇。每個(gè)風(fēng)扇采用5個(gè)恒速、可變距槳葉，與涵道排氣口外安裝的可調(diào)導(dǎo)流板共同實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的飛行控制。

仔細(xì)觀察，中心體在上表面設(shè)計(jì)了一個(gè)狹縫式吹氣口，并將后半段設(shè)計(jì)為一種可偏轉(zhuǎn)控制面，借助于來(lái)自動(dòng)力裝置的高壓空氣，可以產(chǎn)生良好的增升效應(yīng)，為飛行器提供持續(xù)穩(wěn)定的俯仰配平。同時(shí)，外翼板與風(fēng)扇同步傾轉(zhuǎn)，在不同飛行狀態(tài)下可分別起到穩(wěn)定姿態(tài)和增加升力的作用，在停放狀態(tài)下可以緊靠著涵道折疊起來(lái)，以便減小占用空間。按照設(shè)計(jì)，分離式任務(wù)模塊懸掛在中心體下面高大的滑橇之間。

最初的“變形者”計(jì)劃要求設(shè)計(jì)一種可在公路上起降的飛行器，因此在地面行駛模式時(shí)，受道路寬度的限制，需要將飛行模塊收起在車(chē)輛的頂部，不得不將其尺寸限制在長(zhǎng)9.14米、寬2.59米。為此，“戰(zhàn)神”原型機(jī)將依據(jù)同樣的尺寸要求，涵道直徑為2.59米，內(nèi)部的風(fēng)扇直徑為2.28米。在“戰(zhàn)神”計(jì)劃階段，DARPA已經(jīng)降低了原有在單行道上行駛的要求，洛馬公司正在考慮適當(dāng)放大飛行模塊的尺寸，可能將涵道直徑增加到3.05米。

與K-MAX貨運(yùn)無(wú)人直升機(jī)相比，涵道風(fēng)扇構(gòu)型在結(jié)構(gòu)緊湊、飛行性能和模塊化等方面均顯示出優(yōu)勢(shì)?！皯?zhàn)神”在攜帶類(lèi)似載荷的情況下，只需使用大約一半的著陸區(qū)域，同時(shí)涵道有利于保護(hù)飛行器和人員。在懸掛有效載荷情況下，它比常規(guī)直升機(jī)更快，飛行速度從最佳燃油效率下的240-278千米/小時(shí)到最大370千米/小時(shí)左右。

從這項(xiàng)計(jì)劃的演變過(guò)程看，設(shè)計(jì)一種貨運(yùn)無(wú)人飛行器似乎比一輛飛行汽車(chē)更加容易些。但是如何研制出一個(gè)高效、可靠的飛控系統(tǒng)，正在成為當(dāng)前面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因?yàn)轱w行器在垂直起降、過(guò)渡轉(zhuǎn)換和向前飛行狀態(tài)下，同樣的控制裝置會(huì)產(chǎn)生不同的操縱效果。比如，在飛行器盤(pán)旋過(guò)程中，涵道葉片提供俯仰控制，而在前飛狀態(tài)下，它們則提供俯仰和滾轉(zhuǎn)。

“戰(zhàn)神”的數(shù)字式電傳飛行控制系統(tǒng)采用了“動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換”控制律技術(shù)，從起飛時(shí)的垂直飛行模式轉(zhuǎn)換到水平飛行模式，以及轉(zhuǎn)換回降落時(shí)的垂直飛行模式，都是自動(dòng)完成。洛馬公司將充分利用過(guò)去15年間在F-35計(jì)劃和無(wú)人機(jī)自主控制領(lǐng)域所積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，研制一種可以自動(dòng)協(xié)調(diào)垂直起降和向前飛行的控制系統(tǒng)，操作員只需發(fā)出指令即可控制。

在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上，每支作戰(zhàn)分隊(duì)可以采用移動(dòng)電話或平板電腦上的各種應(yīng)用程序來(lái)引導(dǎo)、控制飛行模塊。按照設(shè)計(jì)要求，作戰(zhàn)型“戰(zhàn)神”必須實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航，飛行到預(yù)定交付位置，同時(shí)自動(dòng)地規(guī)避飛行途中或著陸區(qū)域的各種障礙。

任務(wù)模塊型式多樣

“戰(zhàn)神”計(jì)劃的另一個(gè)亮點(diǎn)是“可重構(gòu)”和“嵌入式”設(shè)計(jì)理念。前者凸顯了潛在的多種任務(wù)能力，后者表明了互換模塊帶來(lái)的任務(wù)靈活性。這樣，飛行模塊可以在作戰(zhàn)前線和后方大本營(yíng)之間往返飛行，利用一個(gè)通用懸掛系統(tǒng)即可交付和帶回幾種不同型式的獨(dú)立任務(wù)模塊。

與飛行模塊的設(shè)計(jì)與研制工作相比，任務(wù)模塊就簡(jiǎn)單得多。其總體構(gòu)型基本類(lèi)似一個(gè)小型集裝箱，外表面略加修形以減小氣動(dòng)阻力，內(nèi)部結(jié)構(gòu)則根據(jù)不同任務(wù)要求相應(yīng)設(shè)計(jì)，以滿足有效載荷的運(yùn)輸需要。根據(jù)目前的設(shè)計(jì)要求，飛行模塊的可用載荷能力多達(dá)1360千克，超過(guò)自身最大起飛重量的40%。

每個(gè)模塊的用途各有不同，不僅可以運(yùn)載地面戰(zhàn)術(shù)車(chē)輛、貨物吊艙、醫(yī)療撤離裝置等任務(wù)載荷，也能夠?qū)嵤┪溲b護(hù)航、偵察和攻擊任務(wù)。

載人模塊的內(nèi)部空間足以容納4-6名全副武裝的士兵及其相關(guān)補(bǔ)給，可以根據(jù)任務(wù)需要直接運(yùn)抵目標(biāo)地區(qū)，及時(shí)抵達(dá)或撤離作戰(zhàn)地點(diǎn)。

載人模塊內(nèi)部配備了基本的醫(yī)療設(shè)備后，可扮演戰(zhàn)場(chǎng)醫(yī)療救護(hù)的角色。它可以直接部署到前線戰(zhàn)區(qū)，第一時(shí)間救助傷員，加快撤離速度，從而挽救更多士兵的生命。此外，在兩棲作戰(zhàn)中，“戰(zhàn)神”還可能徹底改變美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的兩棲攻擊和兩棲登陸戰(zhàn)術(shù)。

貨運(yùn)模塊則為類(lèi)似小型油罐的貨運(yùn)吊艙，可以在內(nèi)部裝載作戰(zhàn)裝備和物資補(bǔ)給，及時(shí)為交通不便的偏遠(yuǎn)地點(diǎn)駐扎的作戰(zhàn)分隊(duì)提供補(bǔ)給，大大減少目前所需的人力和物力，降低后勤保障費(fèi)用，有效避免路邊炸彈的襲擊。

偵察模塊的尺寸相對(duì)較小一些，直接部署在驅(qū)逐艦等軍用艦船上，隨時(shí)起飛執(zhí)行偵察任務(wù)。與無(wú)人偵察機(jī)相似，該模塊在前部掛有多頻譜轉(zhuǎn)塔，可以探測(cè)、跟蹤、分類(lèi)和識(shí)別各種目標(biāo)，顯著提升海上態(tài)勢(shì)感知能力。

這類(lèi)模塊還包括大氣輻射測(cè)量?jī)x，趁著夜色偷偷飛抵一些核設(shè)施上空，監(jiān)測(cè)大氣輻射指標(biāo)，或者潛入存放化學(xué)武器的地點(diǎn)，利用新型質(zhì)譜儀或有源多頻譜化學(xué)傳感器搜集土壤樣本，為分析和判斷某些國(guó)家和地區(qū)是否發(fā)展大規(guī)模殺傷性武器提供依據(jù)。

“戰(zhàn)神”一旦橫空出世，將極大地提升美軍在士兵突擊、后勤保障和情報(bào)偵察等方面的能力。這個(gè)項(xiàng)目還在進(jìn)一步優(yōu)化細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，能否如期達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)還是一個(gè)未知數(shù)。

[編輯/秦蓁]endprint