奇特的“海神号”飞机

伯特・鲁坦是一位飞机设计师,以设计外形奇特的轻型飞机而著称。1986年完成环球飞行的“旅行者号”飞机即出自伯特・鲁坦之手。“海神号”飞机是伯特・鲁坦近几年的佳作。这是一架什么样的飞机,都有些什么用途呢?

长航时高空飞机

“海神号”飞机是一架长航时高空飞机,由伯特・鲁坦领导的斯凯尔特・昆博基特公司设计。这架飞机开发于20世纪90年代中期,1997年开始组装并用希腊神话的“海神”命名,寓意其神通广大、变幻无穷。1998年7月26日,“海神”1号机(N281PR制造号001)在加利福尼亚州的莫哈比飞机场,进行了第一次试飞,直到9月23日第一次公开试飞为止,共试飞了12次,试飞时间共18小时。

外形独特的“海神号”飞机呈鸭式布局,前翼的长度在16米以上,其前缘有不大的后掠角;机翼(后翼)翼梢有小的下反角。两个垂直尾翼位于机翼的后边,用支架与机翼相连。两台发动机装在机身尾部两侧的机翼上(参见题图)。

“海神号”飞机分为三部分,即包括座舱和前翼的前机身部分;直径为1.14米的机身中段,在这里可安装支架并搭载工作设备;第三部分是包括机翼与发动机的后机身部分(参见图一)。机身中段直径比前后都细,呈葫芦状,即使搭载外挂吊舱也不会受气动力干扰。根据工作任务的不同,变换机身中段即可(参见图二)。

该机全部采用复合材料结构,座舱为多座,有很完备的内部环境控制系统(ECS)。乘员用一般的安全帽和飞行服即可在高空飞行。

“海神号”飞机的主要几何尺寸和性能如下:机翼翼展23.65米,翼梢延长时长度28.04米,机翼面积27.9平方米,前翼展16.67米,前翼翼梢延长时长度18.68米,前翼面积16.6平方米,机长17.16米,机高3.40米,基本型总重5675公斤,军用型总重7173公斤,燃料搭载量2723公斤,最大有效载荷3296公斤,乘员2名,发动机FJ44-2E(1044公斤×2),速度(高度6096米)352公里/小时、(高度12192米)519公里/小时,空重2678公斤,起飞距离(最大重量)762米,爬升率(重5670公斤)1829米/分钟、(重5670公斤)1036米/分钟,升限(重3178公斤)19812米、(重5670公斤)17678米,留空时间18小时。

多种用途

“海神号”飞机的重要用途之一是搭载试验件进行空中试验。

极轨道观测卫星系统是美国国防部与商业部海洋气象局共同使用的气象卫星。现正在由洛克希德・马丁与汤姆森・拉莫・伍德里奇公司进行设计,预计2002年最后定下方案。按计划,第一颗卫星在2009年发射升空,2011年发射第二颗卫星,紧随其后第三颗卫星也将发射。这个卫星系统要代替美国国防部的国防气象卫星和美国海洋局的极轨道环境系统卫星等。极轨道观测卫星具有遥感能力,可进行气象与地球环境观测等。

在该卫星上天之前,为了验证该卫星及其系统的技术可行性,需要将开发的观测仪器和卫星安放在试验台内,搭载在飞机上进行高空试验。被称为“纳斯特”(NAST)的试验台分为红外型和微波型,以前是将这些仪器搭载在ER-2飞机上进行飞行试验。ER-2是美国航空航天局从美国空军购买的2架U-2R侦察机。试验时,将“纳斯特”试验台安装在该机机翼上。

由于ER-2飞机只能乘坐一名飞行员,所有的工作都要由他一人完成,困难可想而知。因此,美国决定选用性能更好的“海神号”飞机。

在此之前,美国航空航天局曾有一项“环境调查飞机-传感器技术计划”,计划由无人机完成试验工作。由于无人机远程操作不够精度,而且不具备有人驾驶飞机的灵活性,加之搭载的设备造价高、使用成本大等原因,美国航空航天局决定也把“海神号”飞机作为执行该计划的飞机之一。1999年2月2日,“海神号”飞机执行了一次美国航空航天局的飞行任务。其有效载荷是“空中实时照像系统”的吊舱。在吊舱内安放的是柯达公司制造的高解像度的数玛照相机。在这次飞行中,“海神号”飞机最高飞到15392米,第一次显示了“海神号”飞机的高空飞行性能。

2001年3月2日,“海神号”飞机飞抵日本,降落在冲绳的嘉手纳基地,16日转到横田,18日从横田离开日本,在日本活动半个月之久。

“海神号”到日本执行的任务正式名称为“NAST海神・亚洲帕西菲克战役”。“海神号”飞机携带安放有美国航空航天局“纳斯特”试验台的吊舱,在15392米的高空收集气象数据。试验台由马萨诸塞大学林康研究所开发,雷赛欧公司制造(参看图三)。

完成任务后,“海神号”飞机于18日傍晚飞往阿拉斯加的依尔逊空军基地,对北太平洋和北极的气象数据进行收集。然后,它飞往阿拉斯加的费阿本克斯,随后返回莫哈比。

目前,“海神号”飞机还只有一架,其主人是安杰尔・德克诺罗基公司,该飞机已在美国联邦航空局(FAA)登记注册。

由于“海神号”飞机具有长航时高空飞行的特点,安杰尔・德克诺罗基公司、飞机的设计单位斯凯尔德・昆博基特公司和开发制造通信器材的雷赛欧公司,决定把“海神号”飞机作为通信网络的通信中继飞机使用。按计划,在机身下面安装直径5.5米的富里斯比型通信吊舱的“海神号”飞机,将在15240米到18288米的空中旋转飞行,可提供直径64公里到96公里范围内的无线电宽带网服务。如果把这一通信网络在全球开展的话,至少需要100架“海神号”飞机。

不同的搭载方式

视执行任务的不同,“海神号”飞机有不同的搭载方式,其外形就有了不同的变化。从图二中可见“海神号”飞机的基本型及其5种派生型方案。

第一种是民用远程通信型。其构造是在机身中段下面搭载一个圆盘形的远程通信天线。在不妨碍民用航线旅客机飞行的15950米的空中,它可以滞留12小时进行通信中继。也就是说,如果有3架“海神号”飞机,就可以全天24小时交替连续服务。“海神号”飞机的使用比发射卫星便宜,而且它可以通达高山中的偏辟地带或城市中高楼大厦的局部地方。服务内容不仅包括电话、影像的高速传输,而且还可提供大容量的宽带网中继服务等。

第二种是军用侦察型。即在机身中段下面搭载侦察吊舱。其飞行高度14630～19507米,活动半径3706公里,可留空12小时;活动半径926.5公里左右,可留空22小时。与美国空军使用的RQ-4A等大型无人驾驶侦察机相比,其成本低,灵活性与可靠性好。

第三种是大气层科学考察型。它可在机头安装测量用的传感器,也可在机身中段下面安装试验设备。其优点是简便、成本低廉和实施灵活。如果把其前翼每边加长1米,机翼每边加长2.15米,在16459～19507米高空飞行,其留空时间则可达到19小时之久。

第四种是发射小型卫星型,第五种是航天观光型。2000年10月25日和27日,“海神号”飞机在这两天创下了高空飞行记录。10月25日,起飞重量为4052公斤的“海神号”飞行高度达到19137米,接着在高度18872米作水平飞行。10月27日,搭载有效载荷1000公斤,起飞重量5139公斤的“海神号”创下了17032米的飞行高度。

事实证明,“海神号”具有在18288米以上高度飞行的能力,可以实施更多的服务。

发射小卫星服务型是在飞机中段机身下面搭载助推器。该火箭助推器全长约10米,重3132公斤,是一种可重复使用的火箭助推器。当“海神号”飞到10363米,飞行速度达到300公里/小时以上时,使机头上仰,发射火箭助推器。该助推器具有将32公斤以下的小卫星送入低地球轨道的能力。

航天观光型是在“海神号”机身中段下搭载飞船。飞船重2769公斤,可供三人乘坐。在“海神号”飞机飞到9754米,飞行速度达300公里/小时以上时发射飞船。飞船上升到140公里高度,可保证旅行观光者有4分钟的失重状态。飞船再入后用降落伞回收系统着陆。

航天观光发射费用在25万美元以下,如果1名宇航员加上2名乘客,每位乘客只需花12.5万美元,加上其它花费总共不超过17万美元。这比美国六旬老翁丹尼斯・蒂托支付2000万美元在国际空间站观光了8天便宜多了。

这两种发射任务,有效载荷都比较大,所以需要加长“海神号”飞机的前翼和机翼,而且,有效载荷要搭载在安装在机身中段左侧的支架上。

除了可提供上述服务外,“海神号”飞机还可以有其它用途。

总之,“海神号”飞机是一种用途潜力很大、发展前途很广的新机种。我们期盼其美好的未来。