RQ-4“全球鹰”取代U-2“蛟龙夫人”是时候功成身退了

2015-07-02 51新闻网

U-2仍剩余很长的服役寿命,但在无人机的竞争之下还是败下阵来,RQ-4“全球鹰”能完成U-2的所有任务,滞空时间更长,使用成本更低,“蛟龙夫人”是时候功成身退了。

U-2蛟龙夫人

原著:Eric Hehs 今日U-2“蛟龙夫人”

虽然U-2侦察机秘密设计和研制于六十年前,但直到今日仍是美国空军最重要的侦察机,其生产线已两次重开,原定的后继机SR-71“黑鸟”也早已退役。

U-2蛟龙夫人

2014年3月五角大楼提交了2015财年国防预算草案,决定全部退役U-2战略侦察机,使用高空无人机取而代之,这标志的一个时代的结束。

出于各种原因,U-2高空侦察机一直以来都很低调。U-2的驻地偏远而僻静,该机很少在航展露面,机群数量也相对较少,所以普通人听到U-2这个名称更多是联想到摇滚乐队而不是飞机。即使那些对U-2有点了解的人也只会想起冷战和古巴导弹危机。

但是,今天的U-2已经和加里·鲍尔斯驾驶的“蛟龙夫人”大相径庭了。

“我们受到一些认知问题的影响。”洛克希德·马丁公司U-2项目负责人梅拉尼·奥斯汀承认。“其中有些误解是因为飞机编号,尽管该机在服役中上已经经历过至少7项根本性进化,但仍被称为U-2。”。

为了解决一些认知问题,奥斯汀在演讲中总是会展示两张U-2座舱照片以帮助观众来熟悉U-2。第一张照片展示的是早期U-2A布满擦痕和指针式仪表的驾驶舱,第二张照片展示了今日U-2S的驾驶舱,具有崭新的彩色多功能平板显示器。

“看到这些照片后,人们意识到我们正在讨论的是两种完全不同的飞机。”她继续说:“然后我再解释除座舱的改进外,U-2S还有着一个新机身和最新升级的系统,更重要的是,该机是目前能够某些重大侦察任务的唯一高空平台。”

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U-2A的座舱

U-2“蛟龙夫人”进化史

1957年制造的最后一架U-2A交付给了中央情报局,现陈列在俄亥俄州代顿市附近的美国空军国家博物馆。20世纪60年代末U-2经过了重新设计成为U-2R,尺寸增大40%,换装推力更大的发动机,更易操纵,飞行性能也比U-2A更好。

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U-2S的座舱

在1967年到1968年间,这些U-2R中的6架被交付给美国空军,另6架交付给了中情局。由于U-2在重新设计后表现出的性能,以及老式U-2C的损耗和军事需要,1979年洛克希德重开U-2生产线制造了另外37架飞机,其中包括三架双座教练机。

虽然20世纪80年代出现的TR-1在结构上与60年代的U-2R相同,但装备了进行战术侦察的先进传感器。

U-2蛟龙夫人

U-2计划的起源可以追溯到1954年末,宝丽来公司的创始人——埃德温.兰德博士和其他6位来自新英格兰的知名科学家组成了一个智囊团,他们的任务是向艾森豪威尔总统提出如何防止苏联突然核袭击威胁的建议。随着铁幕的完全落下,西方世界无从了解苏联军事最新的进展

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第一架U-2A原型机

今天还有34架U-2在飞,大部分是20世纪80年代制造的TR-1,少数是60年代末制造的U-2R。1999年,这些飞机被重编号为U-2S。

但有两种型号例外,其中5架双座教练型编号为TU-2S,NASA操作的两架U-2S派生型编号为ER-2。

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背上背着数据链天线的U-2S

1989年年底U-2停产后,机队随之开始了一系列升级项目,其中第一个也是最显著的项目就是在20世纪90年代中期完成的F118-GE-110涡扇发动机换发项目。新发动机不仅更轻,推力更大,更省油,也比替换的普惠J75发动机更易维护。

“我们升级发动机是出于需要。”洛克希德·马丁公司的U-2项目维持经理格雷格·伯兹奥尔解释道:“当时U-2是最后一种使用J75的飞机,由于U-2机队规模太小,普惠继续支持J75是无利可图的。好在我们对此有足够的认识,开始寻找一种替代发动机,而且换发在许多其他方面都对U-2有利。”

新发动机能减重680千克,能通过加更多油来增加U-2的滞空时间,或者安装更多的传感器,该机现在能通过安装多种传感器在一次飞行中完成多个任务。正是因为F118的额外发电能力,U-2才能在20世纪90年代末接受电气系统现代化升级。

在这次升级中,U-2的传统布线被先进的光纤取代,降低了整体电子噪声,为新一代传感器提供了一个更安静的平台。

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F118-GE-110涡扇发动机

2001年U-2增加了雷声公司的远程机载传感器——RAS-1R,这是一种射频信号情报传感器。2003年U-2机队又升级了彩色多功能平板显示器,这项升级也被称为玻璃座舱或Block 20改装。

在2000~2005年间,U-2的各种任务系统在能力和性能上也有显著提升:

  • 其中包括一套先进防御套件——AN/ALQ-221,通过综合电子反制雷达告警接收机来保护飞机
  • 一套安装在机头的合成孔径雷达系统——ASARS,可从160千米开外扫描生成地面图像,并能以搜索模式和识别模式来对付移动和固定目标
  • 一套双数据链-2系统,使飞机可以把收集的情报传输给美国陆军、海军、海军陆战队的地面站,让他们立即获得情报图像
  • 一套电子光学侦察系统——SYERS,可以昼夜远距离拍摄生成超高分辨率图像。

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现役的U-2安装有极端复杂的成像和信号情报传感器,在“沙漠风暴”行动中对伊拉克进行了侦察,然后又先后出没在波斯尼亚、科索沃、阿富汗上空,这种在高空飞行的耳目收集的大量高价值情报。

在高空侦察的神秘世界里,U-2一直都是常青树。现役的30多架U-2中,有两架机龄长达41年,飞行时间达到了创纪录的2.5万小时。而一般战斗机的寿命不过数千小时。

2008年U-2机队又增加了AN/ASQ-230射频信号情报套件,可探测、收集、处理、识别、并自动对射频信号进行地理定位。

U-2的最近一次升级是在2013年完成的降低座舱海拔工作——CARE项目,涉及强化机身结构、更换阀门、更改引气系统逻辑、并改变一些驾驶舱控制器,目的是降低在高空飞行时飞行员的体感座舱海拔高度,降低高空飞行的物理压力。CARE项目显著降低飞行员患减压病的风险。

“随着阿富汗上空任务持续时间和飞行架次的增加,U-2飞行员患减压病正成为更大的问题。”洛克希德·马丁公司U-2项目的首席工程师罗斯·库珀解释道:“飞行员执行的长时间任务越来越多,有的长达12小时。”在CARE项目之前,座舱海拔相当于9000米,改进后的座舱海拔高度仅相当于4500米。“所以他们在完成长航时高空任务后走出座舱的感觉会好得多。”库珀补充道。

CARE项目完成后,再没有一位U-2飞行员患上减压病。

U-2蛟龙夫人机队维护

大多数升级项目都是在洛克希德·马丁公司加州帕姆戴尔2号工厂进行发展、改装和测试的。帕姆代尔U-2主维护机库入口处贴着一系列U-2的系统升级海报,显示了U-2的进化史。

洛克希德·马丁公司的U-2生产运营总监布拉德·鲍曼负责项目运作。虽然现在升级项目仍是工作的一部分,但2号工厂的大部分任务是维持U-2机队的飞行。

U-2蛟龙夫人

U-2的进化史

“从本质上讲,我们这里就是一个修理车间。”鲍曼解释道:“我们把飞机拆开,仔细检查有没有锈蚀和裂纹,如有需要就进行维修和更换。然后把部件组装起来,给飞机重新喷漆,完成试飞的U-2就能返回部队了。”

飞机来时很陈旧,离开工厂时就变得焕然一新。除了结构检查和翻新外,所有的内部设备都会被升级到最新标准。

U-2蛟龙夫人

整个过程被称为定期基地级维修——PDM,每架飞机耗时约11个月和约15,000个工时。每架U-2每六年或4000飞行小时就要进行一次PDM,以先到者为准。美国空军的32架U-2(NASA有自己的定期维护项目)机队每年要在帕姆代尔翻修四到六架飞机。

“我不知道还有没有其他型号的军用飞机需要把机队中的每架飞机定期完全拆卸再组装起来。”鲍曼补充说。

U-2蛟龙夫人

PDM需要拆掉飞机的机翼和尾部,拆掉所有内部设备,用塑料喷丸除掉油漆,检查机身有没有被腐蚀或存在结构损坏。

“如果我们看到一个损坏的铆钉,那就换掉它。”鲍曼说:“大部分检查是目视进行的,某些关键结构则需要进行非破坏性特殊检查。”

U-2蛟龙夫人

完成了所有的结构检查,修理并更换后,就要重新组装飞机了。所有内部设备都要经过重新安装和功能测试,每架U-2都完成三次功能测试飞行,前两次由洛克希德·马丁公司试飞员实施,最后一次是空军飞行员完成的,然后飞机才能重新服役。

单座机还要完成一系列远程机载传感器和AN/ASQ-230传感器校准飞行。

U-2蛟龙夫人

把U-2飞机彻底拆开仔细检查

严谨的维修过程证明了U-2的重要性和其结构设计的可靠性。U-2机身的平均飞行时间是17,000小时,飞得最多的一架制造于20世纪60年代,已经积累了30,000飞行小时。

令人惊奇的是,结构完整性测试表明这些机体至少还能飞75,000小时。“现在距离我们设计U-2放大版已经过去了五十年,而这些飞机的寿命才消耗了一半。”鲍曼说:“毫无疑问,U-2可以再飞五十年。”

在20世纪90年代,由于军方需要扩展U-2的任务,洛克希德·马丁公司被要求对U-2进行彻底的结构完整性测试。测试需要把超过1000个应力计安装在一架机身上来测量不同部位的负载,再计算出预期寿命。

“75,000小时只是我们的宣称寿命,大多数机身不算尾翼的话能接近125,000小时寿命。”库珀说:“因此,U-2机队作为整体来说还有近80%的结构剩余寿命。”

U-2蛟龙夫人

帕姆戴尔2号场站主U-2维护机库

U-2蛟龙夫人

大多数机身不算尾翼的话能接近125,000小时寿命

U-2“蛟龙夫人”岁月

美国空军在网站上放出了U-2飞行员申请表,表上的第一段话强调了任务的重要性:

第9侦察联队正在寻找具有驾驶U-2“蛟龙夫人”所需专业知识和飞行技能的军官,为我国决策者执行关键的高空情报、监视和侦察任务。

U-2项目的长寿可归功于该机的有效性。奥斯汀在演讲中就从平台的长寿角度来说:“虽然第一种U-2差不多六十年前就开始飞行了,但今天U-2机队的能力和性能仍能满足未来多年的需要”。

U-2“蛟龙夫人”飞行服

U-2的每次飞行需要大量幕后准备工作,工程师、技术人员和航线规划人员各司其职,齐心协力支援每一次任务。“蛟龙夫人”的飞行高度给地面支持人员带来了许多独特挑战,其中许多挑战落在了生命支持技术人员的肩上。

每次飞行前,生命支持技术人员都需要测试所有逃生装备的功能玩好,如设置供氧系统的输出、确保降落伞已被妥善包装好、准备弹射座椅、调整安全带、记录仪表读数、检查压力服、并在出发前检查飞行头盔。

当飞行员来到生命支持站准备飞行时,他们必须先穿上被称为“时髦长内衣”的内衣,长内衣的袖子上有一个特殊的袢可以固定在压力服上,防止在飞行时袖子卷起来。内衣裆部还开有尿液收集装置——UCD的孔洞,施罗德开玩笑地说:“如果飞行员的UCD已经装满,那么他们就应该赶快降落了。”

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“时髦长内衣”

飞行员穿好长内衣后,就要在生命支持技术人员的协助下穿上像宇航服的多层压力服了。压力服的内层是牛津尼龙布做的,中间第一层是Gore-Tex充气层,中间第二层是Nomex纤维网面制造的约束层,这层额外的中间层用于保持Gore-Tex充气层不会过分膨胀,最外层是Nomex防火层。

U-2蛟龙夫人

飞行员穿好长内衣后,就要在生命支持技术人员的协助下穿上看起来像宇航服的多层压力服了

技术员拉上压力服拉链,调整束带确保压力服贴身,然后把头盔固定在压力服的颈环上,最后给压力服接上呼吸软管给飞行员通上纯氧。飞行员关闭头盔,然后躺在舒适的休闲椅上呼吸纯氧,这么做的目的是去掉血液中的氮,降低在飞行中患上减压病的风险。

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把头盔固定在压力服的颈环上

起飞时间到了,技术员和飞行员登上一辆改装过的厢式车,飞行员躺在车厢中的躺椅上,一路开到飞机旁。

飞行员登机后,技术员要固定好飞行员的安全带,还要确保飞行员随身带了水壶和牙膏食品,飞行员在飞行中可以通过头盔上的孔喝水和进食。由于U-2飞行员穿好压力服后行动困难,所以技术员要像保姆一样照顾好飞行员。

返航后,技术员也要帮助飞行员爬出飞机,坐上厢式车回到生命支持站,然后帮助飞行员脱掉压力服。

技术员还负责清洗压力服,洗涤后的压力服都被挂起来晾干等待下一次飞行。有时技术员还要动手维修压力服,他手头有螺丝、布料、针线、缝纫机等修补所需物品。

如果没有压力服,U-2就不能在19,000米及以上高度飞行。飞行员没穿压力服暴露在这种高度的话只能存活几秒钟,因为血液中的氮开始沸腾了。

压力服可以把飞行员体表气压维持在海平面标准,如果座舱失压,压力服会膨胀保护飞行员。

U-2蛟龙夫人

S1034全压力服可被视为飞行员的后备座舱,在飞行中或不得不高空跳伞时保护飞行员,避免减压病。压力服自动充气到3 1/2PSI,并在座舱失压时向飞行员提供纯氧。

多年来,压力服的式样已经从紧身、笨重、闷热、难受变得更宽松、轻量、美观、舒服。正是由于飞行员和技术人员的专业意见,才使得压力服在不断进步。

洛克希德·马丁公司与压力服的制造商——戴维·克拉克一直在保持密切接触。关于压力服的每个问题和建议都有助于改进工作,其中甚至包括了颜色。

戴维·克拉克测试了绿色、蓝色、褐色、白色等各种颜色,最后选择了黄色,不仅是因为黄色最醒目,便于救援,还因为黄色的反光最小。压力服重16千克,分为13种尺寸,现存大约200套,全部由戴维·克拉克制造。

每件压力服每隔6年会返厂翻新,压力服在服役13年后会被报废。

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戴维·克拉克公司制造的压力服

关于U-2的12件事

1. U-2为“蛟龙夫人”绰号

美国空军把U-2侦察机命名为“蛟龙夫人”,这个绰号可追溯到米尔顿·坎尼夫在20世纪30年代绘制的连环画《特里和海盗》。而飞行员们常常称这架飞机为“二”(Deuce)和“物品”(Article),有时也被称为“天使”。

U-2蛟龙夫人

2. U-2为“蛟龙夫人”基本参数

机型 长度 翼展 高度 翼面积 展弦比 空重 最大起飞重量
U-2S 19.2 m 31.4 m 4.88 m 92.9 m2 10.6 6,760 kg 18,100 kg
发动机 最大速度 巡航速度 航程 实用升限 升阻比 续航时间
1 × 通用电气F118-101涡扇,8,600 kg 805 km/h 690 km/h 10,300 km 21,300+ m 23:1 12 h

3. U-2为“蛟龙夫人”操作地点

加州比尔空军基地(第1侦察中队—飞行员和维修培训,第99侦察中队)、韩国(第5侦察中队)、塞浦路斯(地中海东部地区)、西南亚(第99远征侦察中队)、加州棕榈谷(飞行测试、升级和定期基地级维修)。

4. U-2为“蛟龙夫人”现役飞机数量

三十四架,其中包括5架双座教练机和NASA的2架ER-2。

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NASA的ER-2

5. U-2为“蛟龙夫人”使用寿命

现在机队中的大多数U-2S制造于上世纪80年代末,机队还剩余约80%的使用寿命。

6. U-2为“蛟龙夫人”传感器,通信和防卫系统

飞机通过多种方式收集图像,包括数字成像、雷达成像、和传统的冲印胶卷。同样U-2通过各种频段的各种传感器收集信号情报。飞机上的数据链允许即时传输传感器数据。U-2还装备了一套自卫电子对抗系统。

7. U-2为“蛟龙夫人”传感器位置

飞机的机鼻可以更换,机身可安装各种传感器托架,此外该机还可以安装两个被称为“超级吊舱”的大型机翼吊舱,以及一个机背吊舱。

8. U-2为“蛟龙夫人”重大升级年份

通用电气公司F118涡扇发动机(1994年)、雷声远程机载传感器——RAS-1R,射频信号情报传感器(2001年)、玻璃座舱(2003年)、BAE公司AN/ALQ221防御套件(2005年)、机头安装的雷声公司先进合成孔径雷达系统——ASARS-2A(2005年)、双数据链-2(2005)、电气升级(2006年)、诺斯罗普·格鲁曼公司的AN/ASQ-230射频信号情报套件(2008年)、降低座舱海拔工作——CARE(2013年)、联合技术航空航天系统公司“毕业季”光电侦察系统——SYERS-2C(2014年)

U-2蛟龙夫人

20世纪80年代正在升级中的U-2机队,机库远处还能看见“黑鸟”侦察机

9. U-2为“蛟龙夫人”爬升最大高度

U-2的具体最大飞行高度数据仍然有些敏感,美国空军发布数字是高于21,300米。U-2爬升到18300米的初始作战高度约耗时一小时。

10. U-2为“蛟龙夫人”的压力服

S1034全压力服可被视为飞行员的后备座舱,在飞行中或不得不高空跳伞时保护飞行员,避免减压病。压力服自动充气到3 1/2PSI,并在座舱失压时向飞行员提供纯氧。

11. U-2为“蛟龙夫人”起降方式

U-2的机身安装了自行车式起落架,在滑行和起降时机翼两侧会装上被称为“弹簧高跷”的辅助轮,飞机升空时“弹簧高跷”也就自动脱落了。U-2降落后,地勤人员再把辅助轮重新装回机翼。U-2的机翼设计类似滑翔机,所以升力很大,因此U-2的降落基本上就是可控失速。

在着陆过程中,一般会有另一名U-2飞行员驾驶高性能轿车(如雪佛兰“大黄蜂”)追逐飞机,他用无线电向机上飞行员通报飞机的高度和姿态,这样飞行员就知道何时可以降落了。

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“弹簧高跷”

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雪佛兰“大黄蜂”安全车

U-2蛟龙夫人

安全车上的飞行员观察U-2的姿态,帮助飞机安全降落

12. U-2为“蛟龙夫人”鲜为人知的使命

在和平时期,U-2执行过洪水、地震、森林火灾等救灾侦察,还支援过搜索和救援行动。NASA的ER-2则从事大气研究。

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中情局感到U-2 4800公里的飞行半径不够用,于是产生了让U-2登上航母的想法,这就是中情局和美国海军合作的“鲸尾计划”。

1969年8月,一架U-2C被吊上“小鹰”号航母,8月5日晨U-2C从“小鹰”号航母轻松滑跑98米就升空了。在此后的10年间,共有超过17名中情局的U-2飞行员驾机在航空母舰上起降,但其中只有一次是真正的侦察行动

U-2蛟龙夫人

虽然U-2仍剩余很长的服役寿命,但在无人机的竞争之下还是败下阵来,RQ-4“全球鹰”能完成U-2的所有任务,滞空时间更长,使用成本更低,“蛟龙夫人”是时候功成身退了

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