亦真亦幻

鄒念東　溫杰

2014年2月初，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）首次對外披露了“戰神”（ARES）計劃，旨在為前線部隊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”的現實版，而是采用更加獨特的設計理念，具有異乎尋常的機動運輸能力，有望替代當前執行各種軍事任務的直升機。

實際上，“戰神”計劃并非一個全新研制項目，而是此前實施多年的“變形者”（Transformer）計劃。突然更名的背后是DARPA根據第二階段的評估結果，決定調整最初的研究方向，將第三階段重新命名為“可重組嵌入式航空系統”，英文縮寫為ARES，恰好是羅馬神話中的“戰神”之意。這樣，外界期待的“飛行悍馬”（Flying Humvees）只能停留在設計圖紙上，取而代之的是一種與眾不同的多用途無人駕駛飛行器。

源于“變形者”計劃

“戰神”的浮出水面離不開在研多年的“變形者”計劃，而當時的初衷只是研制一種夢想已久的飛行汽車，這與美軍在阿富汗保持軍事存在密不可分。自從2001年10月打響阿富汗戰爭后，美國軍隊已經在這個高山林立的中亞小國深陷泥潭，偏遠作戰部隊的后勤補給任務更是令美國國防部傷透腦筋。

阿富汗境內高山林立、地形崎嶇，依靠汽車和直升機等常規運送彈藥和食品等給養的方式面臨運輸成本高昂、連續補給困難等問題。特別是簡易爆炸裝置（IED），令美軍士兵頭疼不已，已成為美國陸軍和安全部隊的頭號殺手。

另一方面，阿富汗的連年戰火已經讓有限的基礎設施消失殆盡，現有的道路令人難以接受，也不總是通往美軍希望到達的地方。正是考慮到路況復雜和危機四伏，美國軍方認為在阿富汗境內的道路運輸并不是一種可行的選擇，因此才有了“運送作戰補給的時候，一匹驢子可以媲美十輛卡車”的說法。

正是迫于戰場補給所面臨的巨大壓力，美國國防部在2009年初決定分兩步走。首先是批準美國海軍陸戰隊加緊評估和選擇一種現有無人駕駛垂直起降平臺，隨后希望DARPA盡快提出一種能夠解決眼下后勤運輸面臨尷尬局面的全新設計方案。

經過廣泛評估，前者最終選擇了洛馬公司與卡曼公司聯合研制的K-MAX無人直升機，并已經于2011年10月正式部署到阿富汗戰場。當年12月17日，利用K-MAX將一定數量的戰場急救用品和武器彈藥運送到前線陣地，從而在世界上首次完成了無人直升機貨運任務，目前依然在不知疲倦地扮演著“戰場挑夫”角色。

針對阿富汗戰場出現的特殊需求，DARPA雖然擁有以創新模式解決實際問題的聲譽，但在當時受到特拉弗吉亞公司（Terrafugia）成功研制出“轉換”（Transition）汽車的啟發，提出了一個中規中矩的思路，依然局限于設計和研制一種能夠飛行的“悍馬”。按照常規想象，目前廣泛使用的“悍馬”似乎只需安裝一副機翼和一臺動力裝置就可達到這一目的。然而事情絕非這么簡單，因為“轉換”汽車依然需要跑道實現起飛和降落，顯然不符合DARPA的要求。

2009年底，DARPA正式啟動了“變形者”驗證計劃，旨在研制一種既能在地面行駛、又能在空中飛行的運輸工具，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。根據設計要求，這種運輸工具能夠搭載4名全副武裝的士兵，最大重量超過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，并具有自主飛往預設區域或地點的能力。

設計目標改弦易轍

“變形者”計劃的重點是研制一種結構堅固的地面車輛，根據作戰需要能快速轉換為一種飛行器，越過水面、山地或障礙物，為前線人員提供顯著的作戰靈活性。

2010年1月，DARPA在弗吉尼亞州阿靈頓舉辦了“變形者”計劃招標研討會，正式啟動了第一階段。根據要求，各家公司將實施相關技術研究，發展推進系統、自適應機翼結構、先進輕型材料、先進飛行控制系統、空中，地面構型設計和能量分布系統。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，將根據第一階段的研究結果來規劃后續階段的目標。

作為德事隆集團旗下的一家子公司，AAI公司長期從事小型無人機的研制工作，生產的“影子”（Shadow）系列無人機一直在美國陸軍廣泛裝備和使用。2009年11月16日，該公司針對軍方潛在需求，與卡特航空技術公司（CarterAviation Technologies）簽署了長達40年的許可協議，獨家使用其研制的降速轉子技術。此前，卡特航空技術公司已經利用這種技術研制出個人飛行器（PAV）。

從當時公布的想象圖看，這種方案與PAV設計理念一脈相承，將在“悍馬”吉普車上分別加裝平直機翼和尾翼、主旋翼和推進式涵道尾槳，并根據任務需要配備了防護裝甲和重型武器。與傳統直升機相比，這種復合式飛行器的速度超過460千米/小時，航程增加到2400千米，可運送1360千克有效載荷。

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

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”計劃提出了一種系統概念，巧妙地發展了模塊化設計理念，將飛行系統與車輛系統一分為二，重點發展一種涵道風扇式無人駕駛飛行器，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，洛馬公司臭鼬工廠與皮亞塞基飛機公司（Piasecki Aircraft Corporation）組建了一支研制團隊，后者長期從事直升機和垂直起降技術研究，在涵道風扇垂直起降技術方面積累了豐富經驗。因此，該團隊的設計方案一經公布就顯示出較強競爭力，最終過關斬將，在2012年底贏得了價值2030萬美元的第三階段合同。endprint

2013年初，DARPA根據軍方的反饋，重新評估了“變形者”計劃，放棄了研制一種飛行汽車的目標，轉而重點研制一種無人駕駛飛行器，并將這一階段的研究工作創新命名為“戰神”計劃。雖然這一決定對于飛行汽車的倡議者們來說是一個挫折，但是對于DARPA終止或重新調整一項計劃來說則司空見慣。

飛行模塊構型獨特

根據調整后的“戰神”計劃，研制團隊將設計重點集中于此前為“變形者”計劃研制的垂直起降飛行模塊設計。與傳統直升機相比，該模塊采用一種更加緊湊的構型，具有更高的巡航速度，可以運送多種有效載荷。作為一種無人駕駛飛行器，它有動力系統、燃料箱、數字式飛控系統和遙控接口。

從目前公開的“戰神”方案看，這種飛行器具有一對可傾轉涵道風扇，固定在中心體兩側，最外側為類似機翼的翼板。中心體采用了類似飛翼的構型，不僅具有良好的氣動性能，還為動力裝置和燃料提供了空間。它的內部裝有兩臺渦軸發動機，通過一個組合式齒輪箱和交叉軸來驅動兩個風扇。每個風扇采用5個恒速、可變距槳葉，與涵道排氣口外安裝的可調導流板共同實現較為復雜的飛行控制。

仔細觀察，中心體在上表面設計了一個狹縫式吹氣口，并將后半段設計為一種可偏轉控制面，借助于來自動力裝置的高壓空氣，可以產生良好的增升效應，為飛行器提供持續穩定的俯仰配平。同時，外翼板與風扇同步傾轉，在不同飛行狀態下可分別起到穩定姿態和增加升力的作用，在停放狀態下可以緊靠著涵道折疊起來，以便減小占用空間。按照設計，分離式任務模塊懸掛在中心體下面高大的滑橇之間。

最初的“變形者”計劃要求設計一種可在公路上起降的飛行器，因此在地面行駛模式時，受道路寬度的限制，需要將飛行模塊收起在車輛的頂部，不得不將其尺寸限制在長9.14米、寬2.59米。為此，“戰神”原型機將依據同樣的尺寸要求，涵道直徑為2.59米，內部的風扇直徑為2.28米。在“戰神”計劃階段，DARPA已經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貨運無人直升機相比，涵道風扇構型在結構緊湊、飛行性能和模塊化等方面均顯示出優勢。“戰神”在攜帶類似載荷的情況下，只需使用大約一半的著陸區域，同時涵道有利于保護飛行器和人員。在懸掛有效載荷情況下，它比常規直升機更快，飛行速度從最佳燃油效率下的240-278千米/小時到最大370千米/小時左右。

從這項計劃的演變過程看，設計一種貨運無人飛行器似乎比一輛飛行汽車更加容易些。但是如何研制出一個高效、可靠的飛控系統，正在成為當前面臨的嚴峻挑戰，因為飛行器在垂直起降、過渡轉換和向前飛行狀態下，同樣的控制裝置會產生不同的操縱效果。比如，在飛行器盤旋過程中，涵道葉片提供俯仰控制，而在前飛狀態下，它們則提供俯仰和滾轉。

“戰神”的數字式電傳飛行控制系統采用了“動態轉換”控制律技術，從起飛時的垂直飛行模式轉換到水平飛行模式，以及轉換回降落時的垂直飛行模式，都是自動完成。洛馬公司將充分利用過去15年間在F-35計劃和無人機自主控制領域所積累的豐富經驗，研制一種可以自動協調垂直起降和向前飛行的控制系統，操作員只需發出指令即可控制。

在未來戰場上，每支作戰分隊可以采用移動電話或平板電腦上的各種應用程序來引導、控制飛行模塊。按照設計要求，作戰型“戰神”必須實現自主導航，飛行到預定交付位置，同時自動地規避飛行途中或著陸區域的各種障礙。

任務模塊型式多樣

“戰神”計劃的另一個亮點是“可重構”和“嵌入式”設計理念。前者凸顯了潛在的多種任務能力，后者表明了互換模塊帶來的任務靈活性。這樣，飛行模塊可以在作戰前線和后方大本營之間往返飛行，利用一個通用懸掛系統即可交付和帶回幾種不同型式的獨立任務模塊。

與飛行模塊的設計與研制工作相比，任務模塊就簡單得多。其總體構型基本類似一個小型集裝箱，外表面略加修形以減小氣動阻力，內部結構則根據不同任務要求相應設計，以滿足有效載荷的運輸需要。根據目前的設計要求，飛行模塊的可用載荷能力多達1360千克，超過自身最大起飛重量的40%。

每個模塊的用途各有不同，不僅可以運載地面戰術車輛、貨物吊艙、醫療撤離裝置等任務載荷，也能夠實施武裝護航、偵察和攻擊任務。

載人模塊的內部空間足以容納4-6名全副武裝的士兵及其相關補給，可以根據任務需要直接運抵目標地區，及時抵達或撤離作戰地點。

載人模塊內部配備了基本的醫療設備后，可扮演戰場醫療救護的角色。它可以直接部署到前線戰區，第一時間救助傷員，加快撤離速度，從而挽救更多士兵的生命。此外，在兩棲作戰中，“戰神”還可能徹底改變美國海軍陸戰隊的兩棲攻擊和兩棲登陸戰術。

貨運模塊則為類似小型油罐的貨運吊艙，可以在內部裝載作戰裝備和物資補給，及時為交通不便的偏遠地點駐扎的作戰分隊提供補給，大大減少目前所需的人力和物力，降低后勤保障費用，有效避免路邊炸彈的襲擊。

偵察模塊的尺寸相對較小一些，直接部署在驅逐艦等軍用艦船上，隨時起飛執行偵察任務。與無人偵察機相似，該模塊在前部掛有多頻譜轉塔，可以探測、跟蹤、分類和識別各種目標，顯著提升海上態勢感知能力。

這類模塊還包括大氣輻射測量儀，趁著夜色偷偷飛抵一些核設施上空，監測大氣輻射指標，或者潛入存放化學武器的地點，利用新型質譜儀或有源多頻譜化學傳感器搜集土壤樣本，為分析和判斷某些國家和地區是否發展大規模殺傷性武器提供依據。

“戰神”一旦橫空出世，將極大地提升美軍在士兵突擊、后勤保障和情報偵察等方面的能力。這個項目還在進一步優化細節設計，能否如期達到設計目標還是一個未知數。

[編輯/秦蓁]endprint