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当基地跑道瘫痪,飞机可以这样起飞?

2021-09-27希弦

兵器知识 2021年9期
关键词:试飞员助推升空

希弦

8月,美国空军在本土演练公路起降

2021年8月初,美国空军国民警卫队在“北方打击-21”的演习中,将密歇根州一段M-32高速公路临时封闭了5个小时,期间来自美国空军多个基地的A-10攻击机在这里完成了起降训练。战机在高速公路上的起降训练,是相对有些冷战色彩的训练科目了。虽然在今天的欧洲、北约的军事演习中,这样的训练还时有进行,包括美国空军也多有参加,但对于美国来说,这近乎是现代美国空军第一次使用美国本土的民用道路来进行类似训练。

A-10攻击机在美国密歇根州的一段公路上起降

另外,参与这次高速公路起降演练的不只A-10攻击机,还有C-146“猎狼犬”(道尼尔-328)运输机。所以,此次演练也多被解读为旨在提高美国空军飞行员在基础设施和保障人员有限的简陋条件下升空再作战的能力,而这是美国空军推进“敏捷战斗部署”(Agile colllhat employment,ACE)概念的一部分。

美国媒体的报道称,这次公路起降演练之所以选在密歇根州,部分原因是密歇根州国民警卫队的A-10中队都曾于2016、2018年在爱沙尼亚进行过高速公路、简易机场上的起降演练

美國媒体的报道称,这次公路起降演练之所以选在密歇根州,部分原因是密歇根州国民警卫队的A-10中队都曾于2016、2018年在爱沙尼亚进行过高速公路、简易机场上的起降演练

战时,面对己方大型基地被“一窝端”的风险时,A-10等美军战机将会分散部署到民用或友军的机场,或废弃的、简易的机场,甚至高速公路上。从大型基地飞来的A-10在高速公路上降落后,与“猎狼犬”或C-130这样的保障飞机汇合,完成油气电弹药的保障后,再起飞执行又一架次的作战任务。

美国空军的F-35、F-22等机型都曾在近年演练过在缺乏完整保障条件的他国机场、关岛的简易机场上“敏捷战斗部署”。在此过程中,战机需要由C-130运输机来充当“保姆机”,比如图中油料上的保障

上图,A-10在美国本土的起降训练。下图,近30年前A-10在当时西德阿尔霍恩市附近的A29高速公路上准备降落

选择一段高速公路做起降场

高速公路起降的概念,是自高速公路在纳粹德国建成后就已有之。二战末期失去制空权的德国空军,就多将战斗机分散隐蔽到高速公路的路边丛林之中。再到冷战,铁幕两侧在更大范围地系统性修建高速公路时,就已考虑在战时将公路的平直路段转做战机起降的跑道。在高速公路的设计规划中就选定了2~3.5千米长的符合条件的路段。在施工铺设时会使用比普通路面更厚、更坚固的混凝土,路中间的防撞护栏、交通标识牌等是可快速拆除的,以便腾出整个宽度的路面,同时会配套建设滑行道、停机坪、机场专用设备设施等。

这样的高速公路通常可以在24~48小时内转换为可供战机起降的状态。这样的高速公路,在昔日冷战对抗前沿的两德,在东欧、北欧的部分国家地区中,在时至今日战云未消的朝鲜半岛、南亚次大陆等,依旧是不可或缺的存在。而近十年来随着国际局势的变化,北约空军也在陆续恢复高速公路起降演练。

瑞典的JAS-39“鹰狮”战斗机在公路上的起降训练已是平常之举,而下图中装备芬兰空军的F/A-18“大黄蜂”也入乡随俗演练起公路起降

火箭助推起飞,颇有传统

早期的喷气发动机在低速状态下功率不足,造成战机的起飞滑跑距离过长,解决方式之一便是火箭助推起飞。图中6 发动力的B-47 轰炸机在其中后机体两侧各加装了9个助推火箭

与高速公路起降类似,另一种颇有传统的战机应急起飞方式是“火箭助推起飞”。火箭助推起飞在二战时期的一个早期应用场景是,执行商船护航任务的战斗机挂上助推火箭后就能从商船上紧急升空。而其最广泛的应用是作为发动机动力的补充,是战机的辅助起飞方式,或是在重载情况下,或是为了缩短起飞滑跑距离。进入喷气时代后也是如此。面对初期喷气发动机性能上的不足,或为了弥补高原、炎热等环境条件下的动力下降,这时就能看到战机的机体上挂着几组助推火箭腾空而起。

冷战时期,这种加装助推火箭的起飞场景很常见。上图为米格-21,中图为“幻影”Ⅲ。对比看,法国“幻影”Ⅲ所使用的SEPR 84系列液体燃料助推火箭(下图),显得更为“量身打造”,加装在机身中线后部,设计上有更贴合的曲线

随着喷气发动机性能上的提升,火箭助推起飞这种辅助方式也就逐渐失去了存在的必要。但在冷战背景下,东西阵营的想定中都将对方机场跑道作为首轮重点打击的目标,而由此催生的除了能短距垂直起降的战斗机、攻击机、运输机(机型如西德的道尼尔Do31)外,还有对火箭助推起飞的进一步广泛应用,以求战时战机能最高效地紧急升空,以更短的跑道长度就能完成起飞等。

零长起飞,将战机发射升空

火箭助推起飞的进一步极致化(或者说极端化)发展就是“零长起飞”(Zero-length launch,简称ZEL)。战机的起飞已完全不需要跑道上的滑跑,在腹部加装助推火箭后,战机在特制的拖车或平台上被“发射”升空。火箭助推下的零长起飞使得战斗机基本摆脱了对机场跑道的依赖,甚至在核战争的背景下直接部署在洞库或其它具备抗核打击能力的掩体中,在遭到首轮核打击、己方基地被摧毁的情况下,依旧能升空作战,发起核反击。

那么,起飞之后呢?战机完成任务并成功返回后在哪里降落?

美国在最初的F-84G零长起飞试验中,提出了不需要跑道的“软垫降落”方案:飞机的尾钩钩住拦阻索,在25×245×1米尺寸的软气垫上强制降落。

测试中F-100D从掩体洞库中直接零长起飞、助推火箭分离的连续画面,试验中其翼下挂载着模拟战术核弹的载荷

固体燃料助推火箭将F-84G“发射”升空的瞬间,可见尾部的尾钩。下图中它的展牌上的“ZELMAL”,是“零长起飞+软垫降落”(Zero Length Launch Mat Landing)的英文名称缩写

F-84的一次成功的軟垫降落测试。这种降落方式难度有点大,对飞行员的身体伤害也不小。

测试于1953年12月在加利福尼亚的爱德华兹空军基地开始。F-84G的零长起飞是在发射“斗牛士”巡航导弹的拖车上进行的,使用的助推火箭也是“斗牛士”上的,推力为240千牛。试验中F-84G的火箭助推起飞过程倒是很顺利,只是这种“软垫降落”的测试却波折颇多。首先是这种要由几辆拖车来运输的充气气垫在第一次使用安装中出现了漏气,只好送回厂家维修。而第二年6月的F一84G首次软垫降落又是以事故收尾,降落中飞机尾钩撕裂了气垫,受损严重的飞机直接报废,试飞员也因背部受伤卧床数月。

虽然后来的多次软垫降落试验都取得了成功,也只是证明了这个想法行得通,但存在着不容忽视的安全隐患和对飞行员潜在的人身伤害。就像一名试飞员的回忆:“我们将自己牢牢地固定在座椅上,降落时身体不会向前冲撞到控制杆和仪表板,但不幸的是你的头部,惯性之下头部会以大弧线砸向你的胸口。”这名试飞员也就此落下了颈椎病的病根。“零长起飞+软垫降落”的试验在进行了28次后终止。

F-100D、F-104G的零长起飞

对于零长起飞,美国空军索性不再着重考虑“后半程”的降落问题。零长起飞的战机,如果完成任务后“幸存”并成功返航的话,飞行员的降落选项有:降落在从首轮打击中幸存下来的机场(特别是友军机场),次之的是飞行员选择野外迫降,还有直接弃机跳伞这一保底选项。

用钢筋混凝土模拟的“铁鸟”F-100在测试中升空,洛克达因M.34火箭助推器可在4秒内将其加速到450千米/小时的速度

F-100的第2次零长起飞,在火箭助推起飞后,助推火箭未能与战斗机分离,战斗机无法着陆,飞行员只能选择弹射跳伞。一个细节是该机在左翼下挂载着模拟核弹

将F-100D“超级军刀”选做零长起飞测试的一个新问题是,F-100的整机重量是F-84的两倍多,需要一个更大推力的助推火箭。M.34助推火箭由老牌的火箭发动机厂商洛克达因(Rocketdyne)公司制造,在4秒钟内能产生近578千牛的推力,提供4g的最大加速度。在它的澎湃助推下,升空的F-100D在助推火箭燃尽时能飞到120米的高度和获得近450千米/小时的速度。

放弃了软垫降落后,零长起飞就成了卡车拖车上发射出一架F-1000(挂载着Mk7战术核弹),进行的一次“单程”核反击。

F-104G战斗机的零长起飞测试,在美国爱德华兹空军基地进行了8次

西德空軍的这架零长起飞的F-104G战斗机,1965年从美国运回本土,第二年在莱希菲尔德空军基地进行了7次零长起飞试验。图中可见试飞员要很费劲地爬上高高的座舱,以及安装助推火箭时需要在台架上将F-104G的机头朝下、机尾翘起

在使用钢筋混凝土模拟的“铁鸟”F-100进行了零长起飞测试后,F-100D真机进行了第一次零长起飞测试,试飞员的反馈是“比你在迪斯尼乐园能找到的任何游乐设施体验都要好”。但在第二次测试中出现了助推火箭未能与机体分离的状况,试飞员只好选择弃机弹射。在1958年3月至10月期间,F-100D累计进行了14次零长起飞测试。

试验的成功证明了零长起飞的技术可行性,但实用性如何尚存疑,特别是用卡车拖车在美国乡村中载着零长起飞的F-100D做“机动部署”,并不是一件容易的事情。也因此,美国空军还进行了在坚固掩体中的多次F-100D零长起飞测试,最终有148架F-100战斗机被改装,具备了这种零长起飞能力。

同样,北约阵营的西德空军时刻面对华约装甲集群和大编队机群的首轮泰山压顶式突袭,对这种零长起飞也有着强烈的需求。1963年,德国空军使用一架F-104G战斗机进行了类似的发射试验,来自洛克希德公司的试飞员进行了这次试飞。试飞员事后回忆:“我所做的只是按下火箭助推器的点火按钮,飞机在前几秒钟是自己飞行的,而后再由我来接管。整个过程对于它的平稳性感到惊讶,甚至比从航母上蒸汽弹射起飞还要平稳。”但随后因北约防御战略的调整等各方面因素,西德空军的F-104G零长起飞项目并没有什么实质性下文。

这般腾空而起的场景,作为防空截击机之用的SM-30有几分神似“人操防空导弹”的意味

苏联的零长起飞,SM-30

同样是通过火箭将战斗机“发射”升空,苏联对零长起飞的需求是截然不同的。苏联的需求并不是将挂载核武器的战斗机分散部署,保护它们免受第一轮打击,而是希望从偏远地区和前沿战区快速“发射”防空拦截机,对己方机场和关键目标进行要点防御。该概念的提出方是米格-19战斗机的设计方米格设计局。在1955年获得批准后,米格设计局开发出了这种拖车发射的米格-19特制版本,命名为SM-30。

SM-30的机体结构得到了加强,使其能够承受火箭助推起飞的载荷,并配备了一个特殊的头枕来保护飞行员的颈椎,米格-19上的单个腹鳍替换成了分居PRD-22助推火箭两侧的成对腹鳍。与F-100D所使用的助推火箭类似,PRD-22的推力也近乎600千牛。同样是在经过无人的遥控起飞试验后,苏联飞行员第一次试飞SM-30是在1957年4月。

苏联人的零长起飞虽然可行,但随之而来的问题与美国类似。SM-30起飞后如何着陆、如此庞大而笨重的系统如何运输(乡村土路、一个个涵洞隧道等)?不过这类问题并没有让苏联人头疼多久,因为随着防空导弹技术的快速发展,苏联人迫切的防空需求有了更为理想的解决方案,SM-30也就失去了继续发展的必要。

这种零长起飞与发射导弹场景很像,战斗机在发射拖车上,拖车的后部一定要开挖出导流燃气的壕沟

F-100和F-104的起飞瞬间,猛烈的加速伴着炽烈火光、浓烟滚滚,如果翼下挂着核弹,稍有闪失,后果不堪设想

新“零长起飞”,短距垂直起降

飞机加装助推火箭后的“短距”甚至是“零距离”起飞,并非只是1+1的过程,对于飞机而言关系到机体结构强度、飞行操控性能,而助推火箭的使用又有着成本高昂、可靠性、安全性等方面的一系列问题。特别是在美国的零长起飞中,F-100D等战斗机是要在出击中挂载核武器的,这更容不得在安全性、可靠性上有些微闪失。

当喷管向下,推力方向变得随心可控,垂直起降于固定翼战斗机而言不再是不可能

在雪地条件下,火箭助推成为C-130运输机起飞的辅助手段。

“蓝天使”飞行表演队的“胖阿尔伯特”(Fat Albert)在机体两侧各加装4个助推火箭,它们每个在点火后能产生大约454千克的推力,可在短距离内起飞,甚至能达到近乎45°的爬升角

所以最后各国空军对于零长起飞技术的研究,由火箭助推起飞转向了“推力偏转”的短距/垂直起降,加速了雅克-38、“鹞”式/AV-8B、雅克-141等机型的成熟和应用。加之,弹道导弹、巡航导弹技术的不断成熟与性能提升,足以取代“零长起飞战斗机+战术核武器”,成为核反击中更高效、更重要的手段。

火箭助推起飞对于今天的大型飞行器而言,是属于即便在特种需求场景下也已不多见的辅助起飞手段,不过对于无人机、导弹等而言,火箭助推起飞依旧常见。另外,它还曾成为美国“蓝天使”飞行表演队C-130T的保留表演科目。不过随着助推火箭的库存耗尽,这种表演也在2009年成为了绝唱。

[编辑/山水]

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