“鬼怪眼”高空長航時無人機首飛

文/溫杰

“鬼怪眼”驗證機首次實現自主飛行。

6月1日早晨6點22分，波音公司研制的“鬼怪眼”（Phantom Eye）無人駕駛驗證機在內華達州愛德華茲空軍基地首次升空，完成了自主飛行。在歷時28分鐘的首飛過程中，“鬼怪眼”依靠液氫燃料活塞發動機爬升到1244米高度，初步測試了基本飛行性能，盡管在著陸時遇到了一點麻煩，但還是基本達到了預期目的，標志著美國國防部在發展高空長航時（HALE）無人駕駛飛行器的道路上又邁出了重要一步。

21世紀初，美國國防部針對日益增加的情報、監視與偵察（ISR）任務需要，逐步加大了超長續航能力無人機的投資力度。特別是曠日持久的阿富汗戰爭促使軍方尋求一種能夠在19800米高空持續飛行5天以上的無人駕駛飛行器，將其作為一種準衛星，為分散在阿富汗山區內的作戰部隊轉發通訊信號。

正是在這樣一種作戰需求的牽引下，波音公司憑借著早年研制“禿鷹”（Condor）無人機的經驗，決定發展一種全新的HALE平臺。2006年9月25日，波音公司在美國空軍協會主辦的航空航天討論與技術博覽會上，首次對外透露了正在研制一種HALE無人機。當時報道稱，波音公司與極光飛行科學公司、福特汽車公司等多家公司合作，著手研制一種采用液氫燃料、能在高空連續飛行4～10天的無人機。

經過兩年時間，波音公司完全掌握了HALE無人機的關鍵技術，在2008年夏天正式啟動了“鬼怪眼”項目，由鬼怪工廠全面負責研制和試驗工作。從整個過程來看，前期的設計和制造工作比較順利，但是首次試飛卻一再延期，表明了快速成型技術還存在一定的局限性。

與大多數長航時無人機相似，“鬼怪眼”也采用了超大展弦比的上單翼，翼展達到45.72米。與眾不同的是，“鬼怪眼”的奇特外形令人過目難忘。它的機身仿佛一枚碩大的雞蛋，后部采用尾撐結構，機長為16.15米。全復合材料制造的橢圓形結構提供了足夠的空間，可以容納兩個直徑2.44米的球形燃料箱。燃料箱采用鋁和泡沫隔熱材料制成，總共可以攜帶840千克液氫燃料。

與常規燃料相比，同等質量的液氫可以產生3倍的能量，意味著發動機只需消耗較少的液氫就可以獲得更大的功率。因此，對于重點強調續航能力的“鬼怪眼”來說，液氫燃料應該是一個非常理想的選擇。此外，液氫的燃燒產物只有水，不會對大氣層造成污染。

“鬼怪眼”推進系統由兩臺4缸活塞式發動機、渦輪增壓器和發動機控制系統組成。經過大幅度改裝的發動機，以液氫為燃料，利用改裝的三級渦輪增壓器，可以在非常高的高空和較低大氣壓力下穩定工作。每臺發動機的功率為149馬力，通過大傳動比的單級減速器，驅動直徑4.8米的4葉螺旋槳。

“鬼怪眼”驗證機的推進系統具有超乎尋常的燃油經濟性和強大的續航力，可以較好地滿足不同用戶對于超長航時ISR任務的潛在需求。按照鬼怪工廠總經理達里爾·戴維斯的說法，“鬼怪眼”項目的目標是在沒有全球基地或全球后勤保障鏈的情況下，在預定空域實現持續存在，如果該機能夠達到設計續航能力，3～4架無人機就可以提供365天、每天24小時的無縫覆蓋。

鬼怪工廠在這個驗證項目中遇到的最大挑戰是推進系統能否安全可靠地工作，為此采用了多余度的飛行器管理系統來控制較為復雜的燃料輸送子系統。例如，在起飛階段，液氫需要借助發動機和渦輪增壓器排出的熱燃氣預先實現汽化，然后再噴射到發動機的氣缸內。

研制過程中，鬼怪工廠還解決了活塞式發動機使用液氫燃料時可能遇到的高空電弧放電等一系列問題，避免了液氫發生預爆燃和回火等現象，從而確保了推進系統安全、穩定地工作。

“鬼怪眼”的起降方式也獨具特色。它承襲了“禿鷹”無人機的滑車起飛方式，借助一個起落架車從普通跑道上滑行，達到起飛速度后離地升空，將起落架車留在跑道上。降落時，“鬼怪眼”借助一個輕型前起落架和一對滑橇著陸。

遺憾的是，在首次飛行的著陸過程中，該機的前機輪陷入湖床，導致機身結構出現輕微損壞。面對突如其來的意外，研制人員正在對損毀情況進行評估，并正在采取有效措施，盡快實施下一階段更高難度的試飛。

目前，鬼怪工廠已經著手研制更大尺寸的HALE無人機，翼展將達到76.13米，液氫燃料箱的直徑增大到3.04米，可以在攜帶907千克任務載荷，在高空持續飛行10天以上。波音公司表示，如果根據任務需要相應減少任務載荷，該機的續航時間可以達到20天。