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[X-45换马甲]波音“鬼怪鳐”验证机首飞

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  4月27日,波音公司研制的“鬼怪鳐”(Phantom Ray)验证机在位于爱德华兹空军基地的NASA德莱顿飞行研究中心秘密完成了首次飞行。出于保密需要,波音公司没有邀请任何官方人员,首飞现场只有公司内部及其供应商的有关人员。而且,波音公司在完成初步试验数据分析之前三缄其口,没有向任何媒体发布“鬼怪鳐”完成首飞的消息,只是在几位工业界官员对记者透露了这一消息后,才不得不在5月3日正式公之于众。
  
  脱胎于X-45
  
  “鬼怪鳐”验证机的横空出世很大程度上得益于波音公司多年来在X-45系列验证机项目上积累的研制经验。早在1998年,当美国空军和美国国防部高级研究计划局(DARPA)提出“无人战斗机先进技术验证”计划后,波音公司就对有关方案进行了全面细致的论证和研究,并在次年3月率先赢得了一项研制计划,由鬼怪工厂负责制造两架X-45A验证机和相关系统。2002年5月22日,X-45A成功首飞。
  同年初,波音公司应美国空军的要求,开始重新设计X-45A,力求缩小初始验证机与实际作战系统之间的差距,并将其命名为X-45B验证机。按照作战想定,无人战斗机(UCAV)能够突破到敌方空域,摧毁地空导弹发射架。与X-45A相比,X-45B明显增加了尺寸和重量,初步具备实际作战能力。遗憾的是,当时还处于设计阶段的X-45B方案只是昙花一现。
  2003年4月,DARPA启动了一个“联合无人空战系统”(J-UCAV)项目,要求波音公司改进X-45B,以便同时满足美国空军和海军的一些作战需求。于是,波音公司将新方案命名为X-45C验证机,在设计过程中吸纳了美国空军和海军的有关建议,在X-45B型基础上优化气动构型,增大总体尺寸,增加了续航时间。按照计划,波音公司在2004年6月8日开始组装首架X-45C。
  然而,美国空军希望X-45C在设计上重点满足压制敌方防空系统的任务,美国海军则需要一种从航母上起飞的远距情报搜集平台,虽然双方都尝试调整各自的作战需求来支持发展一种UCAV,但始终存在着难以弥合的分歧。2006年,随着美国国防部开始调整发展战略,决定在2018年前大力发展远程打击力量,为此美国空军果断地退出J―UCAS项目,最终导致X-45C的研制工作戛然而止。
  为了避免在UCAV领域陷入被动局面,波音公司在X-45C的基础上仓促地提出了X-45N方案,参与美国海军无人作战航空系统验证机(UCAS-D)计划的竞争,最后惜败给诺斯罗普,格鲁门公司的X-47B方案。尽管五角大楼表示波音公司在无人战斗机领域所从事的研究工作和验证平台不会束之高阁,将会用于许多不同领域,但是波音公司突然间发现自己在未来的UCAV市场上两手空空,竟然没有获得任何一项非机密的研制计划。
  为了在今后的战术飞机市场上占据一席之地,波音公司从2007年夏天开始酝酿“鬼怪鳐”项目,初步决定重新启用处于冻结状态的X-45C。2008年6月,波音公司在严格保密的情况下启动了这一项目,并为此重新恢复了“鬼怪工厂”这一机构。对此,外界一直无从知晓,直到一年后,鬼怪工厂的副总经理达里尔・戴维斯才对外透露了一些情况。
  “鬼怪鳐”项目旨在通过快速原型制造方式激发年轻工程师的想像力,促使设计人员和工程师们掌握无人驾驶作战系统所需关键技术,以便满足五角大楼对于一些未来采购项目的要求,其中包括美国空军的下一代战术无人机(MQ-x)项目、远距打击项目、美国海军的F/A-XX计划。
  因此,“鬼怪鳐”验证机的顺利升空不仅标志着X-45C的成功复活,同时也让鬼怪工厂重整旗鼓。从项目名称来看,“鬼怪”代表着鬼怪工厂自行投资,并未得到军方的经费支持,“鳐”的原义是深海中的一种外形扁平、生性凶猛的大鱼,这里从仿生角度形象地描绘出验证机的外形特点。
  
  强调隐身
  
  2010年5月10日,波音公司在圣路易斯工厂举行了一个仪式,首次揭开了“鬼怪鳐”的神秘面纱。该机在总体设计上十分简洁,外表极其光滑,从前方看就如同一条游弋在海中的鳐鱼。从项目发展过程可以看出,“鬼怪鳐”以X-45C为原型,承袭了总体设计的主要特点,沿用了X-45A的一些成熟的系统,同时也增加了一些新技术。
  与X-45A的蝙蝠式外形相比,“鬼怪鳐”采用了飞翼式布局,不仅可以显著降低气动阻力、增加航程,还相应省去了相关的结构材料和操纵机构,使结构重量显著减轻,并且可以充分增加内部武器载荷。该机的长10.97米,翼展15.24米,总重量16.57吨,在不进行空中加油的情况下,可以携带2040千克的任务载荷往返飞行1600千米以上。
  同时,这种构型更加匿影藏形,除了先天具备优异的低可探测性外,还在每一个细节设计上力求降低雷达反射截面积,如进气道唇口、机轮舱门和武器舱门的形状,其边缘设计也都与机身形状相吻合。“鬼怪鳐”保留了X-45C的武器舱设计,长4.27米,宽0.68米,高0.43米,可携带8枚小直径炸弹。可以设想,“鬼怪鳐”在未来作战中,凭借着良好的隐身性能,能够游弋敌方严密布防的空域而不易被发现,从而发起突然攻击。
  俯视来看,“鬼怪鳐”采用了大后掠角前缘和小后掠角的后缘,更像是一只三角梭镖。有报道称,它的最大飞行速度可以超过980千米/小时,成为目前飞行速度最快的无人机之一。它的前缘光滑笔直,后缘分别设计了副翼和襟翼,并在相邻的机身后部承袭了X-45A的机身襟翼,通过数字式电传飞控系统可以较好地实现各个控制面的耦合控制,从而保持良好的静不稳定性,可靠地自主飞行。此外,该机在起飞和降落过程中,打开的起落架舱门可以起到垂尾的作用,满足低速飞行时航向稳定性的要求。
  值得注意的是,翼身融合体的机翼两侧分别设计有一个嵌入式控制板。从有关图片中可以看出,控制板平时关闭,首飞时略微打开,由此推测,这里面安装有一套高压空气增升系统。该系统可以根据飞行控制系统的指令,实时地控制机翼上表面气流的压力和速度,增大副翼和襟翼的操纵力矩,改善响应速度,从而提高俯仰和滚转效率。
  “鬼怪鳐”采用了埋入式进气道和“海狸尾”式排气口。由于无需座舱及其相关系统,它的机身前部正上方设计有一个近似半圆形的进气口,空气通过S形进气道流入到机身内部。机身内部装有一台经过改进的F404-GE-120D型不加力式涡扇发动机,可以使该机的巡航速度达到M数0.8,设计使用高度达到12100米。
  扁平的排气系统将发动机的尾喷管完全包裹在后机身内,不仅减小了雷达反射信号,还降低了红外辐射信号。从首飞图片上看出,排气系统由多个部件组成,能够分别活动,因此“鬼怪鳐”可能已经具备推力矢量能力,通过飞机/发动机一体化控制技术,有效地减少了气动控制面的数量,也是外表“干净”的一个重要原因。
  在出厂仪式上,波音公司还展示了全新研制的一种地面控 制站。与RQ-4“全球鹰”无人机类似,“鬼怪鳐”可以通过鼠标和键盘实现远程操纵。到目前为止,波音公司还未确定该机是否需要一名专门的传感器操作员。
  
  成功首飞
  
  按照原计划,“鬼怪鳐”应在2010年第二季度开始滑行试验,但是由于多种原因而屡次推迟,错过了与X-47B一争高下的机会。最初,该机的排气系统被临时用于一项秘密试验计划,据称是用于验证可靠性、维护性和耐久性等有关技术,但是从时机来看,这些试验可能与远程打击平台的设计方案存在密切关系。出乎预料的是,试验时间超出了其预期,鬼怪工厂直到2010年3月才收到排气系统,开始将其安装到机体上,大约一个月后才正式安装发动机。
  虽然地面滑行试验被迫推迟了三个月,但波音公司仍然考虑在2010年底完成“鬼怪鳐”的首飞,主要目的是希望赶在X-47B之前实现首飞,以提升研制人员的气势,扩大鬼怪工厂的影响力。事与愿违的是,研制人员在地面测试中发现电子系统的一个关键零部件存在严重问题,不得不重新寻找一家供应商,为此再次耽误了地面测试的进度。
  直到12月初,该机才在兰伯特国际机场匆匆完成了低速滑行试验,总算在年内达到了一个重要节点。当时,“鬼怪鳐”接受来自地面控制站的指令,在跑道上自主滑行了几次。
  有趣的是,根据波音公司与NASA签署的一项《商业空间合作协议》,该机将由一架负责运送航天飞机的波音747“背负”空运到爱德华兹空军基地。去年7月,这种独一无二的转场方式首先在范堡罗航展上公开展示,引起了外界的极大兴趣。12月13日,“鬼怪鳐”“骑”在波音747机背上,从密苏里州的圣路易斯升空,先后“飞”过阿肯色州、俄克拉荷马州、德克萨斯州、新墨西哥州和亚利桑那州,最后降落在加利福尼亚州的爱德华兹空军基地。
  到今年3月30日,该机在德莱顿飞行研究中心先后完成了数次高速滑行试验,但是持续不断的强风天气迫使首次飞行再次推迟了3个星期。
  4月27日,爱德华兹空军基地风和日丽,“鬼怪鳐”缓缓地滑行到起飞线,蓄势待飞。随着操纵人员在地面站发出指令,该机开始轰鸣,然后快速滑行、不断加速,大约20秒后离地升空,并很快在湖床上方完成了一个右转弯,改为平飞,几秒钟后又出乎预料地进行了一个左转弯,随后飞出了人们的视野。在持续飞行了近17分钟后,“鬼怪鳐”非常平稳地降落在跑道上,着陆过程中,两侧襟翼同时向下偏转,两侧副翼同时向上偏转,起到了减速板的作用。首飞过程中,该机的起落架一直未收起,飞行高度达到2290米,飞行速度达到330千米/小时。
  “鬼怪鳐”在首飞期间验证了地面制导、导航和控制,并校核了任务规划、操纵接口和使用程序,表明已经具备基本适航性能,为今后几周内的试飞做好了准备。预计到6月底,波音公司将安排“鬼怪鳐”完成9次试飞,主要扩大飞行包线,测试飞行品质,但不会携带传感器和武器。目前,鬼怪工厂只有一架“鬼怪鳐”投入试飞,但仍计划验证一名人员指挥控制多架无人机的作战概念。时隔一周后,该机在5月5日完成了第2次试飞,达到了预定目标。
  
  前路漫漫
  
  波音公司希望“鬼怪鳐”可以作为一个试验平台,用于研制未来无人机系统的技术,同时也证明了波音公司所具备的能力。但是,该项目完全凭借内部投资,已经面临着巨大的资金压力,如果无法获得军方的项目支持,有可能再次终止,或者暂时作为其它一些计划的试验台而幸存下来。尽管如此,波音公司仍然看好“鬼怪鳐”的发展前景,正在加快准备无人作战平台的下一个阶段研制工作。
  首先,波音公司将利用“鬼怪鳐”参与Mq-X计划的竞争。目前,美国空军已经开始分析和论证MQ-X项目的作战需求,目标是在2012年选定一家承包商来研制和发展一种全新无人驾驶平台,计划在2020~2022年间投入使用。针对美国空军的要求,洛克希德・马丁公司、雷锡恩公司和通用原子航空系统公司都陆续提出了各自的竞争方案,但是美国空军认为这些方案的性能范围都过于狭窄,缺乏适应各种任务的灵活性。相比之下,波音公司凭借着早年研制X-45系列验证机的丰富经验,通过“鬼怪鳐”验证机来突破自主性和模块化等一些关键技术,有可能在MQ-X项目中占得先机。
  与此同时,波音公司正在通过“鬼怪鳐”项目重构未来轰炸机的研制团队。波音公司表示,将“鬼怪鳐”的尺寸相应放大后,可以增加一倍航程,这种设计有可能成为美国空军未来远距打击需求的一种候选方案,因此有信心成为下一代轰炸机(NGB)项目的主承包商。
  据最新消息,美国空军负责作战、计划和需求的赫伯特,卡莱尔中将近日对外透露,目前正在计划研制的新型战略轰炸机将采用可选有人驾驶方式,座舱内有两个座位,但未必每次执行任务时都有飞行员坐在里面,将根据作战行动的危险程度而定。这是美国空军筹划未来作战中实现遥控远程打击的最引人注目之举,而“鬼怪鳐”势必成为波音公司参与NGB竞争的一个重要角色。
  值得密切关注的是,“鬼怪鳐”也可以看作是美国海军舰载“无人驾驶监视与打击系统”(UCLASS)计划的“起点”之一。目前,美国海军希望在2018年前将UCLASS部署到航母上,将采取投标方式来确定一家承包商。面对未来发展契机,波音公司正在考虑采用“鬼怪鳐”来验证UCLASS计划所需的一些关键技术。然而,“鬼怪鳐”在设计上并未考虑在航母上起降,而且还要完成自主空中加油验证的试飞,因此要想获得美国海军的青睐,可谓任重道远。
  展望未来,波音公司对“鬼怪鳐”验证机寄予厚望。负责该项目的经理克雷格・布朗乐观地表示:“研制一种具备自主能力和战斗机尺寸的无人机完全切实可行,尽管新一代无人驾驶作战系统的门槛正在逐步提高,但我渴望尽早看到需要跨过多高的门槛。”
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