力挽狂瀾

溫杰

9月中旬，美國空軍解密了一段視頻，首次公開了自動地面防撞系統(tǒng)（AutoGCAS）在千鈞一發(fā)之際挽救飛行員和戰(zhàn)斗機(jī)的驚險瞬間。該視頻是一架F-16戰(zhàn)斗機(jī)的平視顯示器在訓(xùn)練過程中記錄的。作為此次成功避免機(jī)毀人亡的先進(jìn)技術(shù)，Auto-GCAS在歷經(jīng)了30多年的研制和發(fā)展后，從2014年10月開始陸續(xù)配備美國空軍的F-16機(jī)隊。

截至目前，這種先進(jìn)系統(tǒng)在投入使用的一年多時間里已經(jīng)4次大顯神威，奇跡般地讓戰(zhàn)斗機(jī)恢復(fù)安全飛行狀態(tài)。2015年2月初，美國空軍的一架F-16C戰(zhàn)斗機(jī)從約旦境內(nèi)起飛，參加打擊敘利亞境內(nèi)“伊斯蘭國”武裝力量的空襲行動，在持續(xù)的空對地打擊過程中曾經(jīng)一度陷入可控飛行撞地（CFIT）的危險境地，但是借助于最新加裝的AutoGCAS，奇跡般地成為第一架絕地求生的“戰(zhàn)隼”。

時隔一年多后，這一神奇再次發(fā)生，并被全程記錄下來。此次事件發(fā)生在亞利桑那州的美國空中國民警衛(wèi)隊，一名飛行學(xué)員與來自美國空軍的飛行教員分別駕駛一架F-16戰(zhàn)斗機(jī)在美國西南部空域飛行，接受戰(zhàn)斗機(jī)基本機(jī)動訓(xùn)練。學(xué)員駕駛飛機(jī)先執(zhí)行了滾轉(zhuǎn)，然后開始拉升，使F-16戰(zhàn)斗機(jī)的過載達(dá)到了8.3，目的是體驗過載引發(fā)的意識喪失（G-LOC）。

在巨大的過載下，這名學(xué)員瞬間失去了意識，無法控制F-16戰(zhàn)斗機(jī)的方向。接著，這架“戰(zhàn)隼”機(jī)頭向下，在發(fā)動機(jī)全加力狀態(tài)下，從5182米的高度進(jìn)入了急劇俯沖狀態(tài)。僅僅22秒時間，F(xiàn)-16戰(zhàn)斗機(jī)以幾乎低于水平狀態(tài)50度的姿態(tài)飛行，并且達(dá)到超聲速。

當(dāng)這架飛機(jī)以1087千米/時的速度下降到3755米高度時，伴隨飛行的教員焦急地呼叫“2號，改出！”。2秒之后，F(xiàn)-16戰(zhàn)斗機(jī)已經(jīng)處于機(jī)頭低至55度的俯沖狀態(tài)，高度下降到3292米，速度超過了1135千米/時，焦急的飛行教員再次呼喊“2號，改出！”。

隨后不到2秒，當(dāng)已經(jīng)發(fā)狂般的飛行教員第三次呼叫學(xué)員拉起飛機(jī)時，Auto-GCAS在F-16戰(zhàn)斗機(jī)的飛行高度2670米、飛行速度達(dá)到1207千米/時的狀態(tài)下自動執(zhí)行了改出機(jī)動。此時，逐漸恢復(fù)意識的學(xué)員立即拉動駕駛桿，將飛機(jī)的過載由Auto-GCAS標(biāo)準(zhǔn)改出值5.0增加到9.1。此時，F(xiàn)-16戰(zhàn)斗機(jī)的最低高度大約是1332米，而雷達(dá)高度表上的顯示的最小高度是896米。機(jī)載數(shù)據(jù)表明，這架F-16戰(zhàn)斗機(jī)從失去控制到恢復(fù)安全狀態(tài)還不到30秒，飛行員逃過一劫。

Auto-GCAS是一種基于軟件的挽救飛機(jī)技術(shù)，通過采用機(jī)載數(shù)字地形測繪數(shù)據(jù)、強(qiáng)大的地形掃描模式和防撞周期算法來來監(jiān)控飛行軌跡，預(yù)測即將發(fā)生的撞擊地面狀態(tài)，在最后時刻自動執(zhí)行規(guī)避機(jī)動。它的算法由軌跡預(yù)測算法（TPA）、地形掃描算法、碰撞評估程序和飛行控制耦合等4個主要部分組成。

具體而言，Auto-GCAS借助于數(shù)字地形高程數(shù)據(jù)庫和飛機(jī)的能量狀態(tài)來規(guī)劃飛行軌跡，通過比較已知的位置和基于前方路線的地形所預(yù)測的位置，確定是否存在即將發(fā)生的碰撞。如果確定存在碰撞的可能性，該系統(tǒng)將執(zhí)行一個規(guī)避機(jī)動。規(guī)避軌跡的預(yù)測包括持續(xù)評估各種規(guī)避類型和機(jī)動能力，而碰撞評估程序自動地調(diào)整掃描/跟蹤剖面，以適應(yīng)最恰當(dāng)?shù)耐{想定。

然后，系統(tǒng)確定是否需要采取的規(guī)避機(jī)動、接近地面的最低飛行高度以及采取規(guī)避動作所需的時間。然后，系統(tǒng)立即發(fā)出規(guī)避指令，如果飛行員（無論何種原因）沒有采取行動的話，將立即接管飛行控制系統(tǒng)來執(zhí)行規(guī)避機(jī)動。一旦消除了潛在威脅，系統(tǒng)將把飛機(jī)的飛行控制權(quán)限交還給飛行員。

在2008～2010年間，研究團(tuán)隊利用一架F-16D試驗機(jī)進(jìn)行了全面的飛行測試，驗證了Auto-GCAS在飛行員空間定向障礙或高過載誘發(fā)意識喪失、在山谷內(nèi)高速穿行和低速/高速飛向山峰等多種想定情況下，如何擺脫危險、如何保障飛機(jī)在極低高度時安全地高速飛行。試飛表明，Auto-GCAS在防止戰(zhàn)斗機(jī)撞地的測試中成功率達(dá)到98%，可以有效地防止虛假報警或意外拉升，即便是在最苛刻的戰(zhàn)術(shù)任務(wù)情況下也不會產(chǎn)生干擾。

2010年底，Auto-GCAS憑借著令人滿意的結(jié)果獲得了美國空軍的青睞，并被列入F-16機(jī)隊的M6.2+作戰(zhàn)飛行計劃（OFP）軟件升級的一部分。從2014年10月開始，美國空軍在配備有數(shù)字式電傳飛控系統(tǒng)的第40/50批次F-16戰(zhàn)斗機(jī)上加裝Auto-GCAS，目前已基本完成了升級工作。

從經(jīng)濟(jì)效益來講，美國空軍只需Auto-GCAS挽救一架飛機(jī)就能為這項研制計劃埋單，目前已經(jīng)多次出現(xiàn)了這種情況。毫無疑問，這項技術(shù)可謂物有所值。對美國空軍而言，這不只是一個安全問題，更是關(guān)系到持續(xù)作戰(zhàn)能力。