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X-HALE: 未 来 的 大 气 层 监 视 平 台
X-HALE: Designing the Atmospheric Surveillance Platforms of the Future
克 利 斯 朵 夫 ·M· 谢 勒 , 美 国 空 军 中 校 (Lt Col Christopher M. Shearer, USAF)*
设 想 一 下 , 如 果 有 一 个 空 中 监 视 平
请 台 , 可 携 带 500 磅 有 效 载 荷 , 在
小 型 武 器 射 程 以 外 的 高 度 上 飞 行 , 可 在 天 空
驻 位 巡 逻 数 周 或 甚 至 几 年 , 成 本 显 著 低 于 卫
星 , 并 可 在 一 两 个 星 期 内 重 新 转 到 全 球 任 何
一 个 感 兴 趣 区 域 , 那 么 , 对 战 场 指 挥 官 或 情
报 分 析 员 会 有 多 大 的 帮 助 。 这 就 是 高 空 长 时
(HALE) 飞 机 , 美 国 空 军 理 工 学 院 的 目 标 是
在 10 至 15 年 内 使 这 个 概 念 成 为 现 实 。 为 了
实 现 这 个 目 标 , 研 究 人 员 正 在 收 集 新 的 试 验
数 据 , 构 建 这 架 飞 机 的 理 论 解 析 , 其 研 发 路
径 类 似 莱 特 兄 弟 在 一 百 多 年 前 所 走 过 的 路 。
莱 特 兄 弟 当 时 发 现 , 现 成 的 航 空 数 据 并 不 准
确 , 而 这 样 的 发 现 正 是 他 们 以 后 成 功 的 关 键 。
威 尔 伯 · 莱 特 甚 至 写 道 :“ 一 开 始 , 我 们 绝 对
相 信 现 有 的 科 学 数 据 , 但 后 来 对 一 些 事 情 接
二 连 三 地 产 生 怀 疑 , 最 后 , 经 过 两 年 的 实 验
之 后 , 我 们 完 全 抛 弃 了 前 人 的 数 据 , 决 定 只
信 赖 我 们 自 己 的 研 究 结 果 。” 1
2003 年 6 月 26 日 , 美 国 国 家 航 空 航 天
局 一 架 “ 太 阳 神 ”(Helios) 飞 机 在 试 飞 过 程
中 机 翼 过 度 变 形 , 导 致 飞 行 失 稳 及 上 翼 面 灾
难 性 损 坏 , 飞 机 最 终 坠 毁 。 这 场 事 故 令 航 空
航 天 界 大 为 震 惊 , 它 再 次 警 示 人 们 必 须 精 确
编 制 气 动 数 据 和 计 算 机 软 件 程 序 。 这 是 一 架
采 用 独 特 柔 性 机 翼 的 HALE 飞 机 , 按 照 设 计 ,
应 该 爬 升 到 100,000 英 尺 的 海 拔 高 度 。 事 故
调 查 人 员 得 出 的 结 论 是 : 事 故 的 根 本 原 因 在
于 “ 缺 乏 充 分 的 [ 气 动 ] 分 析 方 法 , 导 致 对
结 构 变 化 的 影 响 做 出 不 准 确 的 风 险 评 估 , 继
而 引 出 不 正 确 的 飞 行 决 定 。” 2 尽 管 现 代 化 第
五 代 战 斗 机 是 采 用 先 进 的 航 空 工 程 设 计 工 具
研 制 的 , 这 些 工 具 却 无 法 成 功 地 设 计 时 速 低
于 80 英 里 的 高 柔 性 HALE 飞 机 。 而 且 , 目
前 的 设 计 工 具 也 无 法 预 测 这 些 飞 机 的 稳 定 性
和 控 制 性 能 。
“ 太 阳 神 ” 事 故 凸 显 我 们 缺 乏 设 计 “ 太 阳
神 ” 等 HALE 飞 机 所 必 需 的 知 识 和 分 析 工 具
( 计 算 机 软 件 )。 这 类 飞 机 有 很 大 的 发 展 潜 力 ,
不 受 大 多 数 地 面 威 胁 的 影 响 , 并 可 提 供 低 成
本 监 视 能 力 。 在 “ 太 阳 神 ” 事 故 之 后 , 国 家
航 空 航 天 局 的 首 要 建 议 是 研 发 一 种 更 先 进 的
多 学 科 ( 结 构 、 气 动 弹 性 、 空 气 动 力 、 大 气 、
材 料 、 推 进 、 控 制 等 学 科 )‘ 时 域 ’ 分 析 方 法 ”,
以 适 合 高 度 柔 性 ‘ 变 体 ’ 飞 行 器 的 设 计 ( 粗
体 强 调 来 自 原 文 )。 3
虽 然 缺 乏 了 解 这 些 飞 行 器 的 气 动 特 性 所
必 需 的 基 本 空 气 动 力 学 知 识 和 分 析 工 具 ( 尤
其 是 计 算 机 软 件 ), 飞 机 设 计 师 们 仍 在 努 力 研
发 能 整 合 最 新 传 感 器 技 术 的 飞 机 。 可 是 , 大
多 数 设 计 仍 在 续 航 时 间 、 有 效 载 荷 的 电 力 供
应 和 有 效 载 荷 重 量 方 面 遭 遇 瓶 颈 。 若 要 充 分
发 挥 传 感 器 技 术 的 潜 力 , 我 们 需 要 有 一 个 长
时 监 视 平 台 。
自 2008 年 以 来 , 空 军 理 工 学 院 与 国 防
部 先 进 研 究 局 (DARPA) 合 作 研 发 能 连 续 留
空 五 年 的 HALE 飞 机 。 这 个 “ 秃 鹫 ”(Vulture)
计 划 若 取 得 成 功 , 将 集 飞 机 和 卫 星 的 优 势 于
一 身 , 飞 机 的 优 势 在 于 战 位 驻 守 和 低 成 本 转
移 到 新 任 务 区 , 卫 星 的 优 势 在 于 能 持 久 运 行
和 保 持 制 高 点 。
* 作 者 是 美 国 空 军 理 工 学 院 航 空 航 天 工 程 系 助 理 教 授 。
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