美国“全球鹰”为科考起飞

    美国《航空与航天》杂志网站日前对“全球鹰”进行了一番详细介绍。这种能在海拔19800米的高空连续自主飞行超过30个小时的无人侦察机，如今还会为研究飓风、污染等大气紊乱问题而起飞。

    军事无人机为科考起飞

    2009年，首架非军事“全球鹰”远程控制无人侦察机在加州美国国家航空航天局（NASA）德莱顿研究中心亮相。第二年4月，“全球鹰”完成了其首次科学飞行，目的是展现无人驾驶军用飞机的各种性能。

    “全球鹰”最初是为满足空中防御侦察办公室（DARO）向联合力量指挥部提供远程侦察能力的需要而设计的，该系列一直为军用飞机，自2001年以来一直由美国空军部署，已建成30架，其中26架仍在服役。它们在飞行高度和时长两方面有飞跃性突破，能在海拔19800米的高空连续自主飞行超过30个小时，飞行距离可达2万公里。

    “我们可以使用这架飞机完成侦察任务。当然，科学是一种不同的侦察。”负责监管“全球鹰”首次气候研究行动的NASA大气科学家保罗·纽曼说。只要在“全球鹰”上安装取样仪器并将其送入同温层，它就可以为科学考察贡献力量——测量污染物和抽样之类的温室气体水平，研究飓风信息和冰盖缩小等信息，以及检测各种自然灾害的影响情况。

    “全球鹰”虽然是无人机，但身长约有13.4米，翼展长约35.4米，V型机尾高达约4.6米，“蒜头鼻”有点滑稽，还有一个隆起的雷达天线罩，看上去像一只背着喷气飞行包的白鲸。这一对长翼携带有飞机燃料，蒜头状的鼻部是多个酬载舱之一，用于安置科研仪器。

    去年4月，当科学家和NASA官员在德莱顿研究中心飞机库中欣赏试验无人机原型机AV-1（首架“全球鹰”）的时候，其姊妹机AV-6正从太平洋西北海岸直冲云霄，展开一场24小时科考飞行。这是NASA与美国国家海洋和大气管理局（NOAA）联合进行、旨在展示“全球鹰”科考性能的“全球鹰太平洋行动”的5次科考飞行之一。

    当日，NOAA指挥官菲尔·豪尔身着卡其布飞行装，在德莱顿研究中心一桩普通楼房中的一个地面指挥中心里控制着“全球鹰”。借助鼠标和键盘，他就可以对无人机下达“从阿拉斯加海岸飞向夏威夷”的指令。飞行过程中，跟踪卫星会负责机上仪器校准，无人机从北极上空采了样以测量臭氧含量，并截获从亚洲飘越太平洋上空的浮质（浮尘团）。

    几个月后，豪尔又参与了“全球鹰”的另一次首航任务——飓风侦察行动，在8、9月飓风季节部署无人机，帮助科学家了解飓风的相关信息和活动规律。豪尔说：“我们正利用无人机完成很多过去没做过的事。”

    飞得远，“臂力”有点差

    由于“全球鹰”能顺利完成空气采样工作，很多从事地球研究的科学家对它一见钟情，希望从它那里得到一些同温层臭氧、温室气体、浮质以及污染物质，以供研究。

    保罗·纽曼首次目睹“全球鹰”的风采是在1999年。当时他在德莱顿研究中心参与NASA的ER-2侦察机臭氧层空洞研究。传统飞机无法对飓风或北极旋风进行采样，NASA大气科学家利用ER-2和WB-57这两种高空侦察机进行高海拔研究，但两种飞机的飞行时间分别不到8小时和6.5小时。而“全球鹰”自主飞行时间迄今最好的记录为33.1小时。如此长的飞行时间，单次执行科考任务的跨度就可以从北极直至赤道。

    长期以来，大气研究主要依赖卫星完成，而无人机的加入能让大气研究更添灵活性。无人机科考可以完成海拔、原地及远程测量，测量不受方向影响（卫星测量受东西或南北方向限制）。无人机可以在某地上空盘旋，而卫星每日只从头顶“路过”一次。就算发生故障，科学家也能轻易地给“全球鹰”更换、修复或升级科学仪器；而对高高在上的卫星就只能干着急了。

    这并不是说“全球鹰”十全十美。NASA的ER-2可载重约1179公斤，WB-57可载重约2722公斤。相比之下，“全球鹰”可称“娇弱”，只能载重约680公斤。不过纽曼表示，科学家们宁愿要载重量较轻的无人机，也不会选择载重量更大的传统飞机。

    在“温室”里开飞机

    德莱顿研究中心在2007年首次获得两架退役的军用“全球鹰”，又在2009年得到了最新样机AV-7。汤姆·米勒因为拥有驾驶“全球鹰”1500小时的飞行时间，而被聘为飞行教练。他曾参加美国加州爱德华空军基地飞行测试中队和阿富汗持久自由军事行动。米勒训练了“全球鹰太平洋行动”飞行团队，并亲自执行了多次飞行任务。

    “全球鹰”飞行员所谓的飞，其实都是在德莱顿研究中心“全球鹰操作中心”里进行的“桌面飞行”。该中心分为3个部分：一个由空调控制的低温区，安装着用以控制飞机的一大堆电脑硬件；另外两个是一前一后的玻璃房，都正对一个播放无人机直播画面的巨大显示屏。飞行员坐在前一个玻璃房里，超过12个人组成的负载操作员在后面的玻璃房。大家都紧盯电脑屏幕，观察仪器传输的实时数据。

    尽管飞行员可在飞行途中做适当调整，但“全球鹰”的飞行轨迹、侧倾角度等都是设计好的。飞行员通过4个电脑监视器、一个键盘和一只鼠标控制“全球鹰”，没有操纵杆可用。米勒说：“当你操纵无人机时，5感中有4感指望不上。所有一切都靠视觉——始终盯着屏幕。”

    想得到一些有趣的数据，总需要付出长时间的等待。纽曼表示，过去科学家常常为ER-2飞越北极而揪心。一旦出现引擎熄火等问题，飞行员和飞机都可能有去无回。现在人们终于不必为“全球鹰”飞行员担心了，他好好地坐在“温室”里呢。

    由于科考飞行与军事飞行目的迥异，NASA的“全球鹰”在前两次科考飞行中尝试了一些新动作。美国空军从来没让“全球鹰”飞越过北纬65度的阿拉斯加费尔班克斯，而科学家却想进一步靠近北极，进入研究臭氧层空洞等气候现象的关键区域。

    大气科学家对赤道上空的大气采样同样感兴趣，因为温室气体在此犹如喷泉般涌入同温层，测量有助于理解同温层对地表气候的影响。然而，在赤道附近进行高空飞行非常危险——燃油可能会冻结。在1.8万米高空，赤道上空比北极上空温度更低。美国空军执行的赤道上空飞行只不过1小时，科学家却很想获得“全球鹰”在赤道上空飞行8至10小时所收集的数据。为了满足这个愿望，NASA想利用“全球鹰”自身的热交换系统解决燃油冻结问题，此外最好还有低凝点燃油。

    明年，NASA将建立一个可移动的地面工作站，让飞行员可以在美国东岸操作无人机起飞降落，而负载操作员仍然待在加州德莱顿研究中心。NASA还计划在2012年展开一项“飓风与严重风暴哨兵行动”，届时两架“全球鹰”将投入战斗，一架负责观察暴风雨，另一架负责研究环境。

    □美国《航空与航天》杂志网站