亦真亦幻

邹念东　温杰

2014年2月初，美国国防部高级研究计划局（DARPA）首次对外披露了“战神”（ARES）计划，旨在为前线部队量身定制一种具有垂直起飞和着陆能力的飞行器，力求满足不同作战需求。从目前公布的一些想象图看，这种飞行器并非电影中“变形金刚”的现实版，而是采用更加独特的设计理念，具有异乎寻常的机动运输能力，有望替代当前执行各种军事任务的直升机。

实际上，“战神”计划并非一个全新研制项目，而是此前实施多年的“变形者”（Transformer）计划。突然更名的背后是DARPA根据第二阶段的评估结果，决定调整最初的研究方向，将第三阶段重新命名为“可重组嵌入式航空系统”，英文缩写为ARES，恰好是罗马神话中的“战神”之意。这样，外界期待的“飞行悍马”（Flying Humvees）只能停留在设计图纸上，取而代之的是一种与众不同的多用途无人驾驶飞行器。

源于“变形者”计划

“战神”的浮出水面离不开在研多年的“变形者”计划，而当时的初衷只是研制一种梦想已久的飞行汽车，这与美军在阿富汗保持军事存在密不可分。自从2001年10月打响阿富汗战争后，美国军队已经在这个高山林立的中亚小国深陷泥潭，偏远作战部队的后勤补给任务更是令美国国防部伤透脑筋。

阿富汗境内高山林立、地形崎岖，依靠汽车和直升机等常规运送弹药和食品等给养的方式面临运输成本高昂、连续补给困难等问题。特别是简易爆炸装置（IED），令美军士兵头疼不已，已成为美国陆军和安全部队的头号杀手。

另一方面，阿富汗的连年战火已经让有限的基础设施消失殆尽，现有的道路令人难以接受，也不总是通往美军希望到达的地方。正是考虑到路况复杂和危机四伏，美国军方认为在阿富汗境内的道路运输并不是一种可行的选择，因此才有了“运送作战补给的时候，一匹驴子可以媲美十辆卡车”的说法。

正是迫于战场补给所面临的巨大压力，美国国防部在2009年初决定分两步走。首先是批准美国海军陆战队加紧评估和选择一种现有无人驾驶垂直起降平台，随后希望DARPA尽快提出一种能够解决眼下后勤运输面临尴尬局面的全新设计方案。

经过广泛评估，前者最终选择了洛马公司与卡曼公司联合研制的K-MAX无人直升机，并已经于2011年10月正式部署到阿富汗战场。当年12月17日，利用K-MAX将一定数量的战场急救用品和武器弹药运送到前线阵地，从而在世界上首次完成了无人直升机货运任务，目前依然在不知疲倦地扮演着“战场挑夫”角色。

针对阿富汗战场出现的特殊需求，DARPA虽然拥有以创新模式解决实际问题的声誉，但在当时受到特拉弗吉亚公司（Terrafugia）成功研制出“转换”（Transition）汽车的启发，提出了一个中规中矩的思路，依然局限于设计和研制一种能够飞行的“悍马”。按照常规想象，目前广泛使用的“悍马”似乎只需安装一副机翼和一台动力装置就可达到这一目的。然而事情绝非这么简单，因为“转换”汽车依然需要跑道实现起飞和降落，显然不符合DARPA的要求。

2009年底，DARPA正式启动了“变形者”验证计划，旨在研制一种既能在地面行驶、又能在空中飞行的运输工具，更重要的是必须具备垂直起降能力，可以不受地形限制，以躲避路边埋伏或障碍物。根据设计要求，这种运输工具能够搭载4名全副武装的士兵，最大重量超过454千克，依靠自身的燃料箱就能够行驶和飞行大约400千米以上，并具有自主飞往预设区域或地点的能力。

设计目标改弦易辙

“变形者”计划的重点是研制一种结构坚固的地面车辆，根据作战需要能快速转换为一种飞行器，越过水面、山地或障碍物，为前线人员提供显著的作战灵活性。

2010年1月，DARPA在弗吉尼亚州阿灵顿举办了“变形者”计划招标研讨会，正式启动了第一阶段。根据要求，各家公司将实施相关技术研究，发展推进系统、自适应机翼结构、先进轻型材料、先进飞行控制系统、空中，地面构型设计和能量分布系统。同年10月，DARPA选择了6家承包商参与为期一年的第一阶段研究工作，将根据第一阶段的研究结果来规划后续阶段的目标。

作为德事隆集团旗下的一家子公司，AAI公司长期从事小型无人机的研制工作，生产的“影子”（Shadow）系列无人机一直在美国陆军广泛装备和使用。2009年11月16日，该公司针对军方潜在需求，与卡特航空技术公司（CarterAviation Technologies）签署了长达40年的许可协议，独家使用其研制的降速转子技术。此前，卡特航空技术公司已经利用这种技术研制出个人飞行器（PAV）。

从当时公布的想象图看，这种方案与PAV设计理念一脉相承，将在“悍马”吉普车上分别加装平直机翼和尾翼、主旋翼和推进式涵道尾桨，并根据任务需要配备了防护装甲和重型武器。与传统直升机相比，这种复合式飞行器的速度超过460千米/小时，航程增加到2400千米，可运送1360千克有效载荷。

与此同时，由原贝尔公司的一批工程师们创建的AVX公司向DARPA提出了“战术空陆两用车辆”概念。从想象图看，其设计概念是在小型车辆的尾部装两个涵道风扇，均可改变推力方向，提供推力或额外的升力，并在车辆顶部设计了共轴双旋翼，在地面模式下可向后折叠。据AVX公司介绍，这种方案可携带471千克有效载荷，以225千米/小时的速度飞行463千米以上，还可以在60秒之内从飞行模式转换成地面模式。从性能上看，这个概念与AAI公司的方案相差悬殊，在首轮评估后就被淘汰。

与二者不同的是，洛马公司下属的臭鼬工厂大胆突破DARPA的思维定式，围绕“变形者”计划提出了一种系统概念，巧妙地发展了模块化设计理念，将飞行系统与车辆系统一分为二，重点发展一种涵道风扇式无人驾驶飞行器，可以自主地分离和使用。

为了直接获得较为成熟的垂直起降技术，洛马公司臭鼬工厂与皮亚塞基飞机公司（Piasecki Aircraft Corporation）组建了一支研制团队，后者长期从事直升机和垂直起降技术研究，在涵道风扇垂直起降技术方面积累了丰富经验。因此，该团队的设计方案一经公布就显示出较强竞争力，最终过关斩将，在2012年底赢得了价值2030万美元的第三阶段合同。endprint

2013年初，DARPA根据军方的反馈，重新评估了“变形者”计划，放弃了研制一种飞行汽车的目标，转而重点研制一种无人驾驶飞行器，并将这一阶段的研究工作创新命名为“战神”计划。虽然这一决定对于飞行汽车的倡议者们来说是一个挫折，但是对于DARPA终止或重新调整一项计划来说则司空见惯。

飞行模块构型独特

根据调整后的“战神”计划，研制团队将设计重点集中于此前为“变形者”计划研制的垂直起降飞行模块设计。与传统直升机相比，该模块采用一种更加紧凑的构型，具有更高的巡航速度，可以运送多种有效载荷。作为一种无人驾驶飞行器，它有动力系统、燃料箱、数字式飞控系统和遥控接口。

从目前公开的“战神”方案看，这种飞行器具有一对可倾转涵道风扇，固定在中心体两侧，最外侧为类似机翼的翼板。中心体采用了类似飞翼的构型，不仅具有良好的气动性能，还为动力装置和燃料提供了空间。它的内部装有两台涡轴发动机，通过一个组合式齿轮箱和交叉轴来驱动两个风扇。每个风扇采用5个恒速、可变距桨叶，与涵道排气口外安装的可调导流板共同实现较为复杂的飞行控制。

仔细观察，中心体在上表面设计了一个狭缝式吹气口，并将后半段设计为一种可偏转控制面，借助于来自动力装置的高压空气，可以产生良好的增升效应，为飞行器提供持续稳定的俯仰配平。同时，外翼板与风扇同步倾转，在不同飞行状态下可分别起到稳定姿态和增加升力的作用，在停放状态下可以紧靠着涵道折叠起来，以便减小占用空间。按照设计，分离式任务模块悬挂在中心体下面高大的滑橇之间。

最初的“变形者”计划要求设计一种可在公路上起降的飞行器，因此在地面行驶模式时，受道路宽度的限制，需要将飞行模块收起在车辆的顶部，不得不将其尺寸限制在长9.14米、宽2.59米。为此，“战神”原型机将依据同样的尺寸要求，涵道直径为2.59米，内部的风扇直径为2.28米。在“战神”计划阶段，DARPA已经降低了原有在单行道上行驶的要求，洛马公司正在考虑适当放大飞行模块的尺寸，可能将涵道直径增加到3.05米。

与K-MAX货运无人直升机相比，涵道风扇构型在结构紧凑、飞行性能和模块化等方面均显示出优势。“战神”在携带类似载荷的情况下，只需使用大约一半的着陆区域，同时涵道有利于保护飞行器和人员。在悬挂有效载荷情况下，它比常规直升机更快，飞行速度从最佳燃油效率下的240-278千米/小时到最大370千米/小时左右。

从这项计划的演变过程看，设计一种货运无人飞行器似乎比一辆飞行汽车更加容易些。但是如何研制出一个高效、可靠的飞控系统，正在成为当前面临的严峻挑战，因为飞行器在垂直起降、过渡转换和向前飞行状态下，同样的控制装置会产生不同的操纵效果。比如，在飞行器盘旋过程中，涵道叶片提供俯仰控制，而在前飞状态下，它们则提供俯仰和滚转。

“战神”的数字式电传飞行控制系统采用了“动态转换”控制律技术，从起飞时的垂直飞行模式转换到水平飞行模式，以及转换回降落时的垂直飞行模式，都是自动完成。洛马公司将充分利用过去15年间在F-35计划和无人机自主控制领域所积累的丰富经验，研制一种可以自动协调垂直起降和向前飞行的控制系统，操作员只需发出指令即可控制。

在未来战场上，每支作战分队可以采用移动电话或平板电脑上的各种应用程序来引导、控制飞行模块。按照设计要求，作战型“战神”必须实现自主导航，飞行到预定交付位置，同时自动地规避飞行途中或着陆区域的各种障碍。

任务模块型式多样

“战神”计划的另一个亮点是“可重构”和“嵌入式”设计理念。前者凸显了潜在的多种任务能力，后者表明了互换模块带来的任务灵活性。这样，飞行模块可以在作战前线和后方大本营之间往返飞行，利用一个通用悬挂系统即可交付和带回几种不同型式的独立任务模块。

与飞行模块的设计与研制工作相比，任务模块就简单得多。其总体构型基本类似一个小型集装箱，外表面略加修形以减小气动阻力，内部结构则根据不同任务要求相应设计，以满足有效载荷的运输需要。根据目前的设计要求，飞行模块的可用载荷能力多达1360千克，超过自身最大起飞重量的40%。

每个模块的用途各有不同，不仅可以运载地面战术车辆、货物吊舱、医疗撤离装置等任务载荷，也能够实施武装护航、侦察和攻击任务。

载人模块的内部空间足以容纳4-6名全副武装的士兵及其相关补给，可以根据任务需要直接运抵目标地区，及时抵达或撤离作战地点。

载人模块内部配备了基本的医疗设备后，可扮演战场医疗救护的角色。它可以直接部署到前线战区，第一时间救助伤员，加快撤离速度，从而挽救更多士兵的生命。此外，在两栖作战中，“战神”还可能彻底改变美国海军陆战队的两栖攻击和两栖登陆战术。

货运模块则为类似小型油罐的货运吊舱，可以在内部装载作战装备和物资补给，及时为交通不便的偏远地点驻扎的作战分队提供补给，大大减少目前所需的人力和物力，降低后勤保障费用，有效避免路边炸弹的袭击。

侦察模块的尺寸相对较小一些，直接部署在驱逐舰等军用舰船上，随时起飞执行侦察任务。与无人侦察机相似，该模块在前部挂有多频谱转塔，可以探测、跟踪、分类和识别各种目标，显著提升海上态势感知能力。

这类模块还包括大气辐射测量仪，趁着夜色偷偷飞抵一些核设施上空，监测大气辐射指标，或者潜入存放化学武器的地点，利用新型质谱仪或有源多频谱化学传感器搜集土壤样本，为分析和判断某些国家和地区是否发展大规模杀伤性武器提供依据。

“战神”一旦横空出世，将极大地提升美军在士兵突击、后勤保障和情报侦察等方面的能力。这个项目还在进一步优化细节设计，能否如期达到设计目标还是一个未知数。

[编辑/秦蓁]endprint