作者：候知健


一：雾霾天气下的起降能力代表全天候作战能力
近日北京雾霾再度爆表，多起航班延误，地面的不能起飞，天上的不能降落。还有网友发微博称，自己坐飞机从上海出发，到北京不能降落；返航上海途中北京方面通知可以降落，但燃油却不够了；于是不得不继续返回上海加油，再次飞向北京。

图：雾霾渺朦胧，不似在人间

单程票飞出往双程般的加倍享受，某种程度上也算是国民福利了。然而雾霾困扰飞机起降的问题不仅针对民机，同样也针对军机：如果是在战场上，战机不能及时起飞降落，贻误时机，那带来的后果就不堪设想了。
针对恶劣气候下能见度极差、飞行员无法凭借目视进行降落的情况，实际上现代客机都具备一定程度上的全自动降落功能，具体水平视机型而异。而民机这些技术，其实又是军用领域相关成果的缩水降级版本，两者在根源上是相同的。

图：高精度全自动降落技术迄今为止还处于被欧美垄断的境地

在各类全自动降落系统中，难度最高的领域在于航母降落——航母本身是不断运动的高机动平台，而且降落精度要求最高。其次在于陆地军用机场降落——它常常要被运用在地形和气候非常恶劣的临时性、低等级机场上，而且必须考虑跑道被敌方破坏、来不及抢修时只剩余很短可用距离的情况，因此对降落精度的要求比民用飞机苛刻得多。
对于我国来说，开发这类技术，另一方面是掌握民用航空核心技术的必经之路，另一方面也是满足未来军事斗争所无法回避的问题。一年中海上至少一半时候天气很糟糕，没有这种能力，意味着航母会将在很多时候都会失去绝大部分战斗力，甚至连最基本的行动能力都没有，从而丢掉战场主动权。
中国航母一日不解决全天候下的高精度自动降落问题，便始终不具备正面与美国航母抗衡、争夺制海权的能力。而这个领域一旦得到突破，中国军用飞机在陆地军用机场的自动降落、民用飞机相关系统设备的国产化也就是水到渠成的事情。
二：为什么在航母上全自动降落最难？
美国的大型核动力航母能够搭载更多的飞机，并以很高的速度连续进行大波次的起飞，这些优势全部都建立在强悍的飞机回收能力上，如果不能保证大批飞机能够以同样的高效率顺利的完成降落回收；起飞的飞机越多，起飞的间隔越短；到武器打光、燃油烧完必须返航时，出起降落失败的着舰事故来死得也就越惨。

图：航母是个活动性的平台，这决定了它的降落运作难度也最高

航母是一个活动性的平台，在进行舰载机起降作业时，动力充沛的核动力航母往往会以30节（55.6公里/小时）甚至33节（61.1公里/小时）的高速航行、尤其是尽可能逆风高速航行；这样可以减少舰载机起飞、降落所需要的速度，获得更高的最大起飞重量、更好的降落成功率。即使是瓦良格等动力较弱的航母，速度也会达到26~28（48.1~51.8公里/小时）节。
对于舰载机来说，航母的运动特性带来了两个大麻烦。首先航母航行时，会在俯仰、侧向等多个方向上都不断的摇晃起伏，姿态始终处于动态变化中。比如航母在纵向上的摇摆和沉浮，会使拦阻索所在的着舰区域甲板高度不断变化；当甲板高度过低时，舰载机会错过拦阻索，只能拉起复飞；而甲板高度过高，舰载机甚至会直接撞毁在扬起的舰尾上。
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图：菲涅耳助降系统，各国常规起降航母的基础降落系统。它向降落的舰载机投射出由数种颜色组成的可见光通道；不同的区域由不同的颜色组成，以利于飞行员识别。飞行员可以根据看到的颜色来判断自己是否被允许降落，以及自身的高低、左右偏离程度。


图：美国在90年代中期开发了激光强化版的菲涅耳系统：“艾科尔斯”。它的光学信号通道、工作原理和菲涅耳系统基本是一致的，但作用距离是前者的2.5倍。 借助激光的高亮度和高穿透力，一举将引导距离从4海里（7.2公里）提升到10海里（18.6公里）以上。即使是在大雾等非常恶劣的天气条件下，激光助降系统能够实现3海里（5.6公里）左右的引导距离
其次，航母本身——尤其是舰岛，在高速航行时会因为自身阻挡气流的作用而在后方形成范围非常大的紊乱气流区域，舰载机进入紊流区以后飞行姿态和轨迹会遭受到相当大的干扰。在不经修正的情况下，它足以使战斗机的飞行轨迹下沉2米、左右偏移达到39米。实际上对于传统舰载机来说，克服混乱气流的不可预知影响，精确控制飞机姿态和轨迹实现着舰的表现，一直是飞行员水平高低的最显著特征之一。
三：美国AWCLS系统发展经历40年才修得正果
上世纪40年代末，在雷达技术兴起以后，美国提出了全天候助降系统（AWCLS）的概念，它由舰上设施和机上设施两个部分组成。AWCLS拥有I、IA、II、III4一共四种工作模态，其中模态I（ACLS）则是无需人工干预的全自动着舰。而到ACLS功能真正具备实用化水平时，已经到了80年代中后期，期间历经足足四十年的发展。

图：美国航母AN/SPN-46雷达，用于精密跟踪测量舰载机降落的姿态轨迹

从实现原理上看，航母的交通管制中心首先会引导舰载机飞到精确跟踪雷达的截获窗口，然后雷达会一直跟踪舰载机，直到着舰前的1.5~1.8秒——此时舰载机进入跟踪雷达盲区。这个过程中，雷达会不断测量飞机的位置，并根据航母自身的摇摆起伏情况进行修正，计算出当前时间内，飞机相对于航母的精确空间关系。
随后计算机会将这一数据与事先储存好的理想着舰轨迹进行对比，并一方面将差异数据发送给舰载机的平显仪，提示飞行员；另一方面，这些差异数据会按照导引规律进行计算，随后按每秒10次的频率不断发送给飞机上的AWCLS设备。机载AWCLS设备接受并根据这些引导信息，通过飞行控制系统不断纠正飞行姿态和轨迹，最终让飞机按设置的理想着舰轨迹飞

图：X47B完成着舰前的瞬间

在21世纪初，第三代AWCLS开始投入应用。它的一个重要改进是采用差分GPS系统来对舰载机进行空间定位；除了精度可以达到厘米级别以外，还消除了跟踪雷达定位在着舰轨迹末端时的盲区问题。这一改进不仅使F18系列舰载机的自动着舰精度进一步明显提高，也是后来X47B无人舰载机实现全自动着舰的关键基础所在。
而和第三代AWCLS项目几乎同时展开研制、1996年美国空海陆三军联合研发的“联合精密进近着陆系统”，就是AWCLS向陆地扩展的结果；它能够使先进战斗机可以快速部署在非常恶劣的天气和地形条件下的机场，无论是白天还是夜间，都具备非常强的生存能力和良好的人机交互操作能力。
四：中国目前具备AWCLS系统的很多基础技术
第一代AWCLS的总体性能相当低。F4在全自动引导下着舰误差纵向超出30米开外，横向误差超出9米开外；这个精度已经足够给民航客机在宽阔的高等级机场使用，但在航母上根本不可能实用化。实际运用时飞行员依旧是按照人工引导指令和菲涅耳助降系统进行着舰，AWCLS只作为辅助。

图：非原生数字电传飞控的飞机，无法实现高精度的复杂自动化控制。即使是F14这样依靠变后掠翼可以把降落速度做的非常低的舰载机，仍然做不到实用化的全自动降落。
70年代时，第二代早期型AWCLS投入应用，着舰精度提高了一倍：纵向误差略小于15米，横向精度略小于4.5米。虽然这一精度性能仍然很有限，但舰载机已经可以实现远距离采用全自动引导、近距离改用菲涅耳光学助降进行人工操作的半自动着舰方式。

图：F18是第一种数字电传战斗机。它当时采用全权限数字化电传的最大目的，就是实现直接升力控制（使飞机可以单独对飞行轨迹或者姿态进行精确修正）以及飞行/推进综合控制功能，以满足全自动着舰的基本需要。
关键性的突破出现在80年代，经过改进的后期型第二代AWCLS配合F18战斗机实现了相当高的着舰精度。在1983年的评估中，在艾森豪威尔航母处于甲板风向变化、甲板高度变化峰值在0.9~2.1米时，F18的9次全自动降落全部成功，着舰精度6.7米。而1984年的第二次评估中，成功降落28次，着舰精度提升到了4.33米。自此舰载机全自动引导着舰功能正式形成实际作战能力。
以后期型第二代和第三代AWCLS作为衡量标准的话，我国目前已经具备了相当多的技术储备。比如高精度的舰载（感知航母的摇摆趋势和幅度）和机载惯性导航设备，高精度雷达，具备直接升力控制功能的原生数字电传飞控，发动机全权限数字控制系统，以及北斗卫星导航系统等等。
五：我国已经开始对AWCLS系统进行理论阶段的研究，但成熟尚需时日
目前世界上仅有美国、法国的航母系统能够实现全自动着舰功能。苏联在解体前开发了“电阻器”系统，功能和原理类似于AWCLS；但研制中途即遭遇苏联解体，随后停滞不前。“电阻器”的实际水平很低，不仅是各分系统、设备、部件的性能较差，更重要是在数据积累、引导、控制规律的算法设计和软件编写上极不成熟。其整体性能勉强相当于美国上世纪70年代的第二代早期型AWCLS系统，在实际使用中只能做到半自动引导。

图：瓦良格号旧况，所有重要设备均被拆除

由于瓦良格号航母还在乌克兰时，所有重要设备就已经被悉数拆除，我国并未获得“电阻器”系统。而据海军装备部的公开论文《自动着舰系统的需求分析》中公布的研究进度，我国目前已经对AWCLS系统进行了一段时间的理论研究；相信接下来很快就会转入实际型号的工程研制阶段。
和美国、法国相比，我国的航母体系目前刚刚建立起最基础的框架；而AWCLS系统最大的难度恰恰就在于软件上，它需要极其扎实的航母运作经验和理论研究水平。航母在各种条件下（海况、吨位等等）的运动特性、各种条件（气候、重量、甚至是故障等等）下各类舰载机的降落特性、历年以来的事故分析，这些都是不可或缺的基础资料。而如何从中提炼出最有效率的导引、控制规律则比资料积累更难。

图：重生的辽宁号，这是我国航母技术现阶段的唯一验证平台

比如舰尾气流这个关键因素，国外已经累积了数十年的观测数据和研究分析，在航母设计中主动优化舰尾流场也获得了很多经验。而我国修复瓦良格航母不过几年时间，以最大速度航行的总计时间都不是太多；仅仅是要获得这一型航母在各种海况、气候、编队组成下的舰尾流场数据，就起码需要好几年的时间。
结语：
凯撒的归凯撒，上帝的归上帝。无论是从根源上治理雾霾，还是获得在雾霾这样恶劣条件下运作飞机的能力，都彼此不能取代对方。雾霾或许还将困扰中国很长时间，为航母发展的高精度全自动降落技术可以向民航领域转移，解决目前恶劣天气下航班大面积停航的窘况，也可以令民航客机运作更加节能、环保。
也许有人会问，民航飞行安全事关千万乘客的安全，西方都还没在搞全自动降落，中国人能搞成吗？如前所述，我国目前完全具备足够的技术储备，西方不发展或许是不需要，但中国需要，我们要有敢为人先的自信。
也许还有人会问，军用高精度全自动降落系统成本会不会比较高？应该说更大的成本在于研发，第三代AWCLS系统采用差分GPS系统来对飞机进行定位，硬件成本要比雷达低许多。用GPS来进行定位，还可以让飞机在地面自动滑行，提高机场在恶劣天气下的运作能力。
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个人评论：这几年看着中国好像大科技发展一样，很多先进武器像不用研发一样出现令很多国人以为天下无敌了，其实不是这样的。很多高科技武器还是中国的禁区，而且中国跟俄罗斯的待遇是一样，别看今天中国是世界第二大经济体，但是在数控机床、高精密工业工具上面西方国家、日本、美国还是对中国进行封锁的。要知道，现在的中国才开始在国际事务上开始有话语权，需要庞大的国力支撑以及一定的技术指标去维持整个国防工业体系。中国不能走上印度的道路，军事实力排名前十缺全部装备基本上依赖进口。

本帖最近评分记录

• wj无为 金币 +16 辛苦！ 2015-12-27 23:12

~激光武器最怕的就是雾霾~
局座真是好心态.. 辩证的看,好的一面是可以提高人们的审美意识..野外艺术摄影再也不用打马晒克了.

~激光武器最怕的就是雾霾~
这句话真的很强啊，也真的是好心态啊，不会为了阻挡激光武器，故意制造的天气后果吧