佩帶“蜘蛛”的“巨獸”：洛馬運(yùn)輸飛艇與無(wú)人維修機(jī)器人

劉勁華+朱麗婭+陳宇

LMH-1重燃大型飛艇之夢(mèng)

洛克希德-馬丁公司的LMH-1大型混合動(dòng)力運(yùn)輸飛艇（MEGABLIMP）是一款現(xiàn)代軟式運(yùn)輸飛艇，第一艘驗(yàn)證艇P-791由洛克希德-馬丁的“臭鼬工廠”分部生產(chǎn)，兩名機(jī)組人員負(fù)責(zé)駕駛和操控，能夠運(yùn)載23噸貨物和19名乘客，以108千米/時(shí)的巡航速度飛行2520千米以上，使航線與航空基礎(chǔ)設(shè)施還不匹配偏遠(yuǎn)地區(qū)的貨運(yùn)成本更低。

LMH-1混合動(dòng)力飛艇80%的浮力來(lái)源于殼體內(nèi)氦氣的浮力，另外20%的浮力來(lái)源于三葉形飛行器產(chǎn)生的氣動(dòng)升力和4臺(tái)螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的矢量推力。在填充的氦氣中間，還有一種充了空氣的小氣囊，用來(lái)調(diào)節(jié)浮力。另外殼體上還設(shè)計(jì)有進(jìn)出孔，在發(fā)生重大泄漏時(shí)可以用空氣小氣囊堵住，從而密封住飛艇里的氦氣。據(jù)悉，洛克希德-馬丁曾經(jīng)邀請(qǐng)記者到殼體的氣囊內(nèi)參觀，以便向外界更好地推廣這種新飛行器。

LMH-1混合動(dòng)力飛艇P-791原型驗(yàn)證艇專門設(shè)計(jì)了先進(jìn)的“氣墊著陸系統(tǒng)”（ACLS），艇身下面有4個(gè)氣墊，能夠抓牢地面或水面，因此在降落之后不需要額外的固定措施，可在任何地方降落著陸，適于在偏遠(yuǎn)地區(qū)的礦山、油氣田使用，能夠替代一部分直升機(jī)的運(yùn)輸任務(wù)，比如目前英國(guó)北海油氣公司向海上鉆井平臺(tái)運(yùn)送人員和物資時(shí)使用的直升機(jī)，而且LMH-1還能提高大型設(shè)備的長(zhǎng)途運(yùn)輸能力。未來(lái)，LMH-1飛艇的氣墊著陸系統(tǒng)將比P-791的更加先進(jìn)，整合成尾部2個(gè)主氣墊和前方1個(gè)更小的“鼻腿”氣墊的三角形布局。飛艇著陸時(shí)與飛機(jī)相似，首先是尾部2個(gè)主氣墊著陸，隨后是“鼻腿”位置的氣墊著陸，能夠適應(yīng)水面、雪地、冰面、沙漠、泥沼等多種地形環(huán)境，使自然環(huán)境對(duì)空運(yùn)的影響降至最低，從而減少對(duì)航空運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)需求。據(jù)悉，這種飛艇甚至有克服水雷的能力，使其軍用前景更為廣闊。

LMH-1的起飛和著陸系統(tǒng)源于為F-35B短距起飛/垂直降落戰(zhàn)斗機(jī)開發(fā)的技術(shù)。在20節(jié)（1節(jié)=1.85千米/時(shí)）以下，駕駛艙通過(guò)控制輸入使飛艇以垂直方式運(yùn)行。在25節(jié)以上速度時(shí)，能夠轉(zhuǎn)化為常規(guī)飛行模式。20～25節(jié)時(shí)速之間是用于緩沖的混合區(qū)域，從向前飛行向降落模式過(guò)渡，反之亦然。當(dāng)速度下降到15節(jié)以下時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)側(cè)桿控制器，調(diào)整垂直翼的偏轉(zhuǎn)角度，螺旋槳上會(huì)有反向旋轉(zhuǎn)，飛艇進(jìn)入制動(dòng)模式。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足客運(yùn)貨運(yùn)需求

LMH-1混合動(dòng)力飛艇的貨艙位于中部殼體下方，艙長(zhǎng)46米、寬3米、高3米，在卡車車箱高度的位置設(shè)有艙門，便于利用自動(dòng)裝置裝載和卸載貨物。貨物艇能夠裝載約20米長(zhǎng)的物體，對(duì)更長(zhǎng)的貨物，貨艙門在飛行中可以保持開啟。貨物艙設(shè)計(jì)了系緊和加強(qiáng)夾板，以便運(yùn)輸重型工程車輛和推土機(jī)這類大型裝備。據(jù)洛克希德-馬丁公司介紹，LMH-1的貨物運(yùn)輸單位成本將是直升機(jī)的1/10，未來(lái)的應(yīng)用前景非常廣闊。

貨艙前面是乘客和駕駛艙，也就是位于前部氣墊的上方位置。駕駛艙前方安裝了向內(nèi)傾斜的玻璃擋風(fēng)，以減小反射眩光。LMH-1飛艇將采用遙控自動(dòng)駕駛儀技術(shù)、座艙模擬圖面技術(shù)和矢量推力技術(shù)，更好地提高飛艇的機(jī)動(dòng)性能，駕駛艙設(shè)有電傳飛行控制系統(tǒng)（FBW），可以控制矢量推力、尾翼控制表面的動(dòng)作。艇身下方安裝有氣象預(yù)報(bào)與路徑規(guī)劃系統(tǒng)，更好地提升了飛艇的全天候飛行和自治飛行能力。

乘客艙安裝了19個(gè)座椅，還設(shè)有廚房區(qū)域，機(jī)艙內(nèi)部很寬敞，保證了乘坐的舒適性。據(jù)洛馬公司介紹，這是在不配備乘務(wù)員的情況下目前最大的載客數(shù)量，但是這已經(jīng)是20世紀(jì)60年代L-1011“三星”（TriStar）以來(lái)，洛克希德建造的能夠容納最多數(shù)量乘客的飛艇。公司對(duì)于客貨艙比例設(shè)計(jì)是出于這樣的考慮：與直升機(jī)或固定翼飛行平臺(tái)相比，LMH-1混合動(dòng)力飛艇的飛行時(shí)間更長(zhǎng)，更適于運(yùn)營(yíng)商運(yùn)送建筑、采油工人以及設(shè)備，而不是將它作為專用的人員運(yùn)輸工具。

LMH-1混合動(dòng)力飛艇還設(shè)計(jì)了設(shè)備艙，位于駕駛艙/客艙與貨物艙之間，里面放置各種中央設(shè)備，以及柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)所需的燃料。燃料艙容量5000 加侖，用來(lái)保證2520千米的最大航程。

2016年5月，洛克希德-馬丁公司宣布混合動(dòng)力飛艇已經(jīng)獲得美國(guó)聯(lián)邦航空委員會(huì)（FAA）的運(yùn)輸資格認(rèn)證，將在2017年中期首飛LMH-1混合動(dòng)力飛艇，在2018年前后服役投入運(yùn)營(yíng)，屆時(shí)，公司20年的商用混合動(dòng)力飛艇的夢(mèng)想將變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。根據(jù)目前的評(píng)估，飛艇的建議售價(jià)約4000萬(wàn)美元，目前正在尋求更多的潛在商業(yè)客戶。隨后，公司還將推出放大比例的驗(yàn)證艇，進(jìn)一步提升飛艇的運(yùn)載能力。初步方案是按比例將艇身長(zhǎng)度擴(kuò)大到243米左右，尺寸擴(kuò)大到1個(gè)足球場(chǎng)大小之后，就有望實(shí)現(xiàn)500噸的運(yùn)載能力。

“蜘蛛”專門負(fù)責(zé)修補(bǔ)漏洞

洛克希德-馬丁公司在研發(fā)LMH-1混合動(dòng)力飛艇的同時(shí)，還在2016年7月為飛艇本身配備了一個(gè)專屬機(jī)器人“蜘蛛”（Spider），用來(lái)在飛艇殼體表面查找、修補(bǔ)微小的漏洞和裂縫。洛克希德-馬丁公司飛艇項(xiàng)目負(fù)責(zé)人比爾·博伊斯介紹，飛艇工業(yè)面臨的最大問(wèn)題是如何探測(cè)殼體上的微小漏洞，保證飛行安全性。如果殼體發(fā)生泄漏，通常需要花費(fèi)大量人工和時(shí)間拿著手電一處處尋找，然后再手工費(fèi)力地修補(bǔ)；“蜘蛛”機(jī)器人的功能，就是查找這些漏洞并負(fù)責(zé)自動(dòng)修補(bǔ)。

“蜘蛛”是一種自主行走機(jī)器人，專業(yè)功能是“殼體損傷評(píng)估與修復(fù)器”，主要由兩大部分組成，分別在充過(guò)氣的殼體內(nèi)表面和外表面工作，通過(guò)磁力吸附相連，有些像人們生活中用到的擦玻璃機(jī)器人的原理。工作時(shí)，機(jī)器人的艇外部分的LED燈發(fā)出亮光，依靠自身動(dòng)力在殼體表面“行走”，同時(shí)自動(dòng)掃描殼體表面，亮光通過(guò)漏洞進(jìn)入較暗的殼體內(nèi)部會(huì)非常明顯，殼體內(nèi)部的部分利用接收裝置捕捉這些亮光，從而尋找到極其微小的漏洞。毫無(wú)疑問(wèn)，機(jī)器捕捉微光的能力遠(yuǎn)勝于人眼，因此具有更高的查找成功率。如果“蜘蛛”發(fā)現(xiàn)漏洞，機(jī)器人會(huì)使用內(nèi)置式修補(bǔ)系統(tǒng)，利用現(xiàn)成的補(bǔ)丁在殼體內(nèi)部進(jìn)行修補(bǔ)。

目前，“蜘蛛”機(jī)器人已經(jīng)在加利福尼亞州帕姆代爾臭鼬工廠的一處秘密設(shè)施，對(duì)P-791原型飛艇進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試中“蜘蛛”使用的微型補(bǔ)丁是由多層向量纖維材料制成，運(yùn)用倍壓器以及控制表面、ACLS襯墊技術(shù)完成修補(bǔ)過(guò)程，修補(bǔ)完畢后，“蜘蛛”會(huì)在通過(guò)內(nèi)置照相機(jī)拍攝修補(bǔ)前后的照片（無(wú)法修補(bǔ)的漏洞也會(huì)拍攝），從而對(duì)修補(bǔ)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，并以無(wú)線方式發(fā)送到中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)通知機(jī)組人員，以便進(jìn)行人工監(jiān)控和檢驗(yàn)。一部飛艇在檢修維護(hù)時(shí)可以使用多個(gè)“蜘蛛”機(jī)器人同時(shí)進(jìn)行掃描，以一種冗余式的設(shè)計(jì)，保證整個(gè)飛艇都被掃描到位。如果一個(gè)“蜘蛛”任務(wù)失敗沒(méi)有掃描到漏洞，那么其他“蜘蛛”的查找路徑也能再次通過(guò)泄漏點(diǎn)，彌補(bǔ)上一次掃描的遺漏。

洛克希德-馬丁公司表示，飛艇技術(shù)應(yīng)用至今已經(jīng)有150年的歷史，雖然現(xiàn)在不如臭鼬工廠標(biāo)志性產(chǎn)品SR-71“黑鳥”戰(zhàn)略偵察機(jī)那么炫酷，但是目前的實(shí)用價(jià)值正在慢慢回升，貨運(yùn)、客運(yùn)、氣象數(shù)據(jù)收集、偵察監(jiān)視等任務(wù)都在呼喚安全可靠的飛艇。一個(gè)“蜘蛛”機(jī)器人就像一個(gè)勤勞的雜技演員，每天的掃描總長(zhǎng)度高達(dá)3200米，這項(xiàng)實(shí)用技術(shù)的出現(xiàn)極大地減少了飛艇維護(hù)修理中的人力和時(shí)間需求，有效提升了飛艇的飛行適航性、安全性和運(yùn)營(yíng)效率，是大型運(yùn)輸飛艇商用乃至軍用的重要支持裝備。