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（AutoGCAS）在千鈞一發(fā)之際挽救飛行員和戰(zhàn)斗機的驚險瞬間。該視頻是一架F-16戰(zhàn)斗機的平視顯示器在訓練過程中記錄的。作為此次成功避免機毀人亡的先進技術，Auto-GCAS在歷經了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機隊。

截至目前，這種先進系統在投入使用的一年多時間里已經4次大顯神威，奇跡般地讓戰(zhàn)斗機恢復安全飛行狀態(tài)。2015年2月初，美國空軍的一架F-16C戰(zhàn)斗機從約旦境內起飛，參加打擊敘利亞境內“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)斗機在美國西南部空域飛行，接受戰(zhàn)斗機基本機動訓練。學員駕駛飛機先執(zhí)行了滾轉，然后開始拉升，使F-16戰(zhàn)斗機的過載達到了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，這名學員瞬間失去了意識，無法控制F-16戰(zhàn)斗機的方向。接著，這架“戰(zhàn)隼”機頭向下，在發(fā)動機全加力狀態(tài)下，從5182米的高度進入了急劇俯沖狀態(tài)。僅僅22秒時間，F-16戰(zhàn)斗機以幾乎低于水平狀態(tài)50度的姿態(tài)飛行，并且達到超聲速。

當這架飛機以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-16戰(zhàn)斗機已經處于機頭低至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，當已經發(fā)狂般的飛行教員第三次呼叫學員拉起飛機時，Auto-GCAS在F-16戰(zhàn)斗機的飛行高度2670米、飛行速度達到1207千米/時的狀態(tài)下自動執(zhí)行了改出機動。此時，逐漸恢復意識的學員立即拉動駕駛桿，將飛機的過載由Auto-GCAS標準改出值5.0增加到9.1。此時，F-16戰(zhàn)斗機的最低高度大約是1332米，而雷達高度表上的顯示的最小高度是896米。機載數據表明，這架F-16戰(zhàn)斗機從失去控制到恢復安全狀態(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技術，通過采用機載數字地形測繪數據、強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)避機動。它的算法由軌跡預測算法（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借助于數字地形高程數據庫和飛機的能量狀態(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，該系統將執(zhí)行一個規(guī)避機動。規(guī)避軌跡的預測包括持續(xù)評估各種規(guī)避類型和機動能力，而碰撞評估程序自動地調整掃描/跟蹤剖面，以適應最恰當的威脅想定。

然后，系統確定是否需要采取的規(guī)避機動、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來執(zhí)行規(guī)避機動。一旦消除了潛在威脅，系統將把飛機的飛行控制權限交還給飛行員。

在2008～2010年間，研究團隊利用一架F-16D試驗機進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)斗機撞地的測試中成功率達到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)術任務情況下也不會產生干擾。

2010年底，Auto-GCAS憑借著令人滿意的結果獲得了美國空軍的青睞，并被列入F-16機隊的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字式電傳飛控系統的第40/50批次F-16戰(zhàn)斗機上加裝Auto-GCAS，目前已基本完成了升級工作。

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