“鬼怪眼”高空长航时无人机首飞

文/温杰

“鬼怪眼”验证机首次实现自主飞行。

6月1日早晨6点22分，波音公司研制的“鬼怪眼”（Phantom Eye）无人驾驶验证机在内华达州爱德华兹空军基地首次升空，完成了自主飞行。在历时28分钟的首飞过程中，“鬼怪眼”依靠液氢燃料活塞发动机爬升到1244米高度，初步测试了基本飞行性能，尽管在着陆时遇到了一点麻烦，但还是基本达到了预期目的，标志着美国国防部在发展高空长航时（HALE）无人驾驶飞行器的道路上又迈出了重要一步。

21世纪初，美国国防部针对日益增加的情报、监视与侦察（ISR）任务需要，逐步加大了超长续航能力无人机的投资力度。特别是旷日持久的阿富汗战争促使军方寻求一种能够在19800米高空持续飞行5天以上的无人驾驶飞行器，将其作为一种准卫星，为分散在阿富汗山区内的作战部队转发通讯信号。

正是在这样一种作战需求的牵引下，波音公司凭借着早年研制“秃鹰”（Condor）无人机的经验，决定发展一种全新的HALE平台。2006年9月25日，波音公司在美国空军协会主办的航空航天讨论与技术博览会上，首次对外透露了正在研制一种HALE无人机。当时报道称，波音公司与极光飞行科学公司、福特汽车公司等多家公司合作，着手研制一种采用液氢燃料、能在高空连续飞行4～10天的无人机。

经过两年时间，波音公司完全掌握了HALE无人机的关键技术，在2008年夏天正式启动了“鬼怪眼”项目，由鬼怪工厂全面负责研制和试验工作。从整个过程来看，前期的设计和制造工作比较顺利，但是首次试飞却一再延期，表明了快速成型技术还存在一定的局限性。

与大多数长航时无人机相似，“鬼怪眼”也采用了超大展弦比的上单翼，翼展达到45.72米。与众不同的是，“鬼怪眼”的奇特外形令人过目难忘。它的机身仿佛一枚硕大的鸡蛋，后部采用尾撑结构，机长为16.15米。全复合材料制造的椭圆形结构提供了足够的空间，可以容纳两个直径2.44米的球形燃料箱。燃料箱采用铝和泡沫隔热材料制成，总共可以携带840千克液氢燃料。

与常规燃料相比，同等质量的液氢可以产生3倍的能量，意味着发动机只需消耗较少的液氢就可以获得更大的功率。因此，对于重点强调续航能力的“鬼怪眼”来说，液氢燃料应该是一个非常理想的选择。此外，液氢的燃烧产物只有水，不会对大气层造成污染。

“鬼怪眼”推进系统由两台4缸活塞式发动机、涡轮增压器和发动机控制系统组成。经过大幅度改装的发动机，以液氢为燃料，利用改装的三级涡轮增压器，可以在非常高的高空和较低大气压力下稳定工作。每台发动机的功率为149马力，通过大传动比的单级减速器，驱动直径4.8米的4叶螺旋桨。

“鬼怪眼”验证机的推进系统具有超乎寻常的燃油经济性和强大的续航力，可以较好地满足不同用户对于超长航时ISR任务的潜在需求。按照鬼怪工厂总经理达里尔·戴维斯的说法，“鬼怪眼”项目的目标是在没有全球基地或全球后勤保障链的情况下，在预定空域实现持续存在，如果该机能够达到设计续航能力，3～4架无人机就可以提供365天、每天24小时的无缝覆盖。

鬼怪工厂在这个验证项目中遇到的最大挑战是推进系统能否安全可靠地工作，为此采用了多余度的飞行器管理系统来控制较为复杂的燃料输送子系统。例如，在起飞阶段，液氢需要借助发动机和涡轮增压器排出的热燃气预先实现汽化，然后再喷射到发动机的气缸内。

研制过程中，鬼怪工厂还解决了活塞式发动机使用液氢燃料时可能遇到的高空电弧放电等一系列问题，避免了液氢发生预爆燃和回火等现象，从而确保了推进系统安全、稳定地工作。

“鬼怪眼”的起降方式也独具特色。它承袭了“秃鹰”无人机的滑车起飞方式，借助一个起落架车从普通跑道上滑行，达到起飞速度后离地升空，将起落架车留在跑道上。降落时，“鬼怪眼”借助一个轻型前起落架和一对滑橇着陆。

遗憾的是，在首次飞行的着陆过程中，该机的前机轮陷入湖床，导致机身结构出现轻微损坏。面对突如其来的意外，研制人员正在对损毁情况进行评估，并正在采取有效措施，尽快实施下一阶段更高难度的试飞。

目前，鬼怪工厂已经着手研制更大尺寸的HALE无人机，翼展将达到76.13米，液氢燃料箱的直径增大到3.04米，可以在携带907千克任务载荷，在高空持续飞行10天以上。波音公司表示，如果根据任务需要相应减少任务载荷，该机的续航时间可以达到20天。