艦載機(jī)著艦引導(dǎo)系統(tǒng)

艦載戰(zhàn)斗機(jī)著艦有“刀尖上的舞蹈”之稱。在戰(zhàn)場(chǎng)需求的牽引下，艦載機(jī)類型進(jìn)一步拓展，出現(xiàn)了艦載預(yù)警機(jī)、艦載電子戰(zhàn)飛機(jī)、艦載偵察機(jī)、艦載反潛飛機(jī)等。

如此多類型艦載機(jī)的出現(xiàn)，不僅使艦載機(jī)體系化訓(xùn)練漸趨復(fù)雜，其執(zhí)行完任務(wù)“回巢”時(shí)的著艦難度也在加大。搭載平臺(tái)空間有限、姿態(tài)不穩(wěn)，訓(xùn)練或?qū)崙?zhàn)中飛行員體能消耗很大、操控動(dòng)作不精準(zhǔn)，隨時(shí)可能出現(xiàn)不良海況或惡劣天候等，使得艦載機(jī)的“回收”難上加難。

于是，著艦引導(dǎo)系統(tǒng)逐漸成為現(xiàn)代航母的“標(biāo)配”，并在發(fā)揮著越來越重要的作用。從某種程度上說，著艦引導(dǎo)系統(tǒng)的效率直接影響著艦載機(jī)戰(zhàn)隊(duì)的作戰(zhàn)效能，這也使得艦載機(jī)著艦引導(dǎo)系統(tǒng)從誕生之日起，其功用與性能就在不斷優(yōu)化升級(jí)。

雖然其他大型海上移動(dòng)平臺(tái)也能起降戰(zhàn)機(jī)，但總體來說，航母所用著艦引導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展更為典型。那么，航母上的著艦引導(dǎo)系統(tǒng)經(jīng)過了哪些發(fā)展過程呢？請(qǐng)看解讀。

艦載機(jī)著艦引導(dǎo)系統(tǒng)

讓“刀尖上的舞蹈”收放自如

■張明 趙楠 張國強(qiáng)

俄羅斯庫茲涅佐夫號(hào)航母及其“蛋糕桶”狀空中戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)。

在歸航的戰(zhàn)機(jī)上，行駛在浩淼海洋中的航母在飛行員眼中是什么樣子？最多的答案是——“像一片樹葉”。

如果曾經(jīng)在風(fēng)高浪急、波濤洶涌的情況下駕戰(zhàn)機(jī)著過艦，飛行員的回答會(huì)更加形象生動(dòng)：“從空中俯瞰，航母就像被波浪推搡、被風(fēng)雨吹打的一片不停晃動(dòng)的樹葉。”

海上無風(fēng)三尺浪。駕駛著艦載戰(zhàn)斗機(jī)的飛行員，要在這樣的環(huán)境中，以較高速度從空中抵近，降落在這片晃動(dòng)著的“樹葉”上，其難度可想而知。

要做到這一點(diǎn)，一方面，嚴(yán)格的高強(qiáng)度訓(xùn)練不可或缺。另一方面，來自航母上的指揮引導(dǎo)同樣重要。這種引導(dǎo)，既包括著艦指揮員語音或姿態(tài)動(dòng)作的提醒提示，也包括一些專業(yè)設(shè)施與裝備的輔助。艦載機(jī)著艦引導(dǎo)系統(tǒng)起初就是專門為此而生。

近一個(gè)世紀(jì)以來，隨著戰(zhàn)場(chǎng)需求的演變與技術(shù)的發(fā)展，航母一直在發(fā)展。與之相適應(yīng)，艦載機(jī)從螺旋槳推進(jìn)拓展到噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)。除有人駕駛艦載機(jī)外，近年來各國推動(dòng)無人機(jī)上艦的工作也緊鑼密鼓。

這些發(fā)展與變化，同樣體現(xiàn)在著艦引導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展上。從人工引導(dǎo)到輔助艦載機(jī)全自動(dòng)著艦，各項(xiàng)技術(shù)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從青澀到成熟，裝備設(shè)施也從“各自為戰(zhàn)”到“攥指成拳”漸成體系。這一過程中，人們也越來越清楚地認(rèn)識(shí)到，打造一套高效、“過硬”的著艦引導(dǎo)系統(tǒng)，是一艘航母乃至一個(gè)航母編隊(duì)形成強(qiáng)大戰(zhàn)力的前提之一。

綜觀這一過程，一些新技術(shù)的應(yīng)用與新裝備的列裝至關(guān)重要?？梢哉f，著艦引導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)展的歷程，就是應(yīng)用新技術(shù)與新裝備的過程。正因有新技術(shù)新裝備的不斷“試水”與成熟，才讓艦載機(jī)著艦這種“刀尖上的舞蹈”不斷趨于收放自如。

俄羅斯庫茲涅佐夫號(hào)航母及其“蛋糕桶”狀空中戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)。

大體上說，航母著艦引導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了以下四個(gè)階段。

人工著艦引導(dǎo)階段。20世紀(jì)50年代前，航母搭載的多為螺旋槳艦載機(jī)。由于當(dāng)時(shí)的艦載機(jī)飛行速度慢，在艦載機(jī)著艦的最后階段，才需要著艦指揮員來引導(dǎo)。這種引導(dǎo)大多為人工引導(dǎo)。起初，著艦指揮員通過做一定手勢(shì)來發(fā)出相應(yīng)信號(hào)。后來，為了使所發(fā)出的信號(hào)更加直觀和明顯，著艦指揮員開始手持彩色信號(hào)拍或信號(hào)牌進(jìn)行引導(dǎo)。夜間著艦，則通過著艦指揮員手拿霓虹燈管來引導(dǎo)。

早期的人工著艦引導(dǎo)，尚未引入無線電通信設(shè)備，主要靠飛行員和引導(dǎo)員的經(jīng)驗(yàn)來完成。由于海上氣象多變，這種引導(dǎo)在成功率上有很大不確定性。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，二戰(zhàn)中，艦載機(jī)平均每50次降落就會(huì)發(fā)生1次事故。這主要是因?yàn)?，靠人工引?dǎo)，飛行員無法確保及時(shí)看到著艦指揮員提供的偏差修正信號(hào)。另一個(gè)原因，則是當(dāng)時(shí)的艦載機(jī)多采用后三點(diǎn)式起落架設(shè)計(jì)，造成飛機(jī)著艦掛索后方向保持性差，容易出現(xiàn)側(cè)滑或偏航，甚至?xí)l(fā)生側(cè)翻或撞到其他停放在航母上的飛機(jī)。

半自動(dòng)著艦引導(dǎo)階段。20世紀(jì)50年代后，噴氣式艦載機(jī)興起。由于噴氣式艦載機(jī)飛行速度快，飛行員在著艦過程中的觀察、分析、判斷時(shí)間大幅壓縮， 很大程度上增加了著艦的危險(xiǎn)性。為適應(yīng)這種變化，這一階段，光學(xué)助降設(shè)備和雷達(dá)助降設(shè)備出現(xiàn)。光學(xué)助降設(shè)備中比較典型的是菲涅爾透鏡。通過在航母上科學(xué)設(shè)置一排排紅綠燈，它就能在空中形成一個(gè)由多個(gè)光層組成的下滑坡面，沿指定的光層駕機(jī)下滑，即可基本確保艦載機(jī)在著艦前處于正確的下滑航道內(nèi)。

雷達(dá)助降設(shè)備由機(jī)載和艦載設(shè)備組成。艦載雷達(dá)能測(cè)量飛機(jī)的實(shí)際位置與運(yùn)動(dòng)參數(shù)，結(jié)合航母運(yùn)動(dòng)參數(shù)，運(yùn)算得出飛機(jī)下滑時(shí)應(yīng)飛的航路。通過對(duì)應(yīng)飛航路和實(shí)飛軌跡進(jìn)行對(duì)比，雷達(dá)助降設(shè)備還能夠?yàn)榕炤d機(jī)著艦提供偏差信息，以便艦載機(jī)及時(shí)調(diào)整，修正偏差。

光學(xué)助降設(shè)備的研制成功和投入使用，使這一階段航母上的著艦事故率由二戰(zhàn)時(shí)的2%下降到0.5%左右。這一階段，航母斜角甲板出現(xiàn)，為著艦失誤飛機(jī)增加了復(fù)飛機(jī)會(huì)，又使事故率下降到0.1%以下。

美國杰拉德·R·福特號(hào)航母及其改進(jìn)型菲涅耳透鏡光學(xué)助降系統(tǒng)。資料圖片

雷達(dá)助降設(shè)備的研制使用，有效解決了艦載機(jī)著艦時(shí)的偏航與精度修正問題，使著艦事故率進(jìn)一步降低。因此，盡管航速較高的噴氣式飛機(jī)著艦風(fēng)險(xiǎn)性增大，但這一時(shí)期的艦載機(jī)著艦事故率并未提高，反而有所降低。當(dāng)然，這其中也有噴氣式艦載機(jī)開始采用前三點(diǎn)式起落架設(shè)計(jì)的原因。

全自動(dòng)著艦引導(dǎo)階段。20世紀(jì)80年代初，隨著雷達(dá)和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步提升，一批新的著艦引導(dǎo)雷達(dá)研制成功并在航母上投入使用，標(biāo)志著全自動(dòng)著艦引導(dǎo)時(shí)代的到來。這一時(shí)期的著艦引導(dǎo)系統(tǒng)體系更加完備，包括一系列雷達(dá)系統(tǒng)如儀表著艦雷達(dá)系統(tǒng)、空中交通管制雷達(dá)系統(tǒng)、精密進(jìn)場(chǎng)控制雷達(dá)系統(tǒng)等，以及空中戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)、儀表載波著陸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈、改進(jìn)型光學(xué)助降系統(tǒng)等。各種設(shè)備相輔相成、互為備份，所獲數(shù)據(jù)通過綜合處理，共同為飛機(jī)著艦提供依據(jù)。

全自動(dòng)著艦引導(dǎo)系統(tǒng)的投入使用，理論上使艦載機(jī)可以在海況復(fù)雜、能見度低的氣象條件下降落。這主要是因?yàn)檫@時(shí)的著艦引導(dǎo)系統(tǒng)能提供更多引導(dǎo)信息，艦載機(jī)接收到信息后，其飛控系統(tǒng)能快速響應(yīng)，計(jì)算得到修正航線偏差的控制指令，進(jìn)而通過控制動(dòng)力系統(tǒng)和機(jī)體翼面做出響應(yīng)，修正偏差。

這一階段，比較有代表性的是美國第二代全自動(dòng)著艦引導(dǎo)系統(tǒng)——AN/SPN-46。該系統(tǒng)20世紀(jì)80年代后期通過試驗(yàn)，曾引導(dǎo)艦載機(jī)在較低能見度、航母甲板縱搖橫搖升沉幅度較大的海況下完成著艦動(dòng)作。但是，該系統(tǒng)也暴露出一定問題，其所給出的著艦位置仍存在不小誤差，這種誤差讓飛行員非常擔(dān)憂，因此該系統(tǒng)的使用效率并不高。

為解決這一問題，美國航母增加了一些其他著艦系統(tǒng)，包括借助分散布置的俯仰角、方位角信號(hào)發(fā)射器，給飛行員校準(zhǔn)飛行航線、調(diào)整著艦姿態(tài)提供參考。

美國杰拉德·R·福特號(hào)航母及其改進(jìn)型菲涅耳透鏡光學(xué)助降系統(tǒng)。資料圖片

俄羅斯也在發(fā)展全自動(dòng)著艦引導(dǎo)系統(tǒng)。庫茲涅佐夫號(hào)航空母艦投入使用的自動(dòng)引導(dǎo)著艦系統(tǒng)全稱為“電阻器K-4”航空兵近艦空域飛行指揮、導(dǎo)航和著艦引導(dǎo)綜合系統(tǒng)。除主桅桿上的“蛋糕桶”狀的空中戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)外，“電阻器K-4”自動(dòng)引導(dǎo)著艦系統(tǒng)還包括“天空哨兵”相控陣?yán)走_(dá)和“頂板”三坐標(biāo)雷達(dá)，以及精密進(jìn)場(chǎng)跟蹤雷達(dá)、儀表載波著艦系統(tǒng)和左舷的菲涅爾透鏡光學(xué)助降系統(tǒng)。

在全自動(dòng)著艦引導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)成方面，各國的總體設(shè)置并不相同，如法國航母的艦載機(jī)著艦引導(dǎo)系統(tǒng)就略顯簡(jiǎn)約，主要靠空中戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)、搜索雷達(dá)、菲涅爾透鏡光學(xué)助降系統(tǒng)這“三板斧”來完成引導(dǎo)。

聯(lián)合全自動(dòng)著艦引導(dǎo)階段。20世紀(jì)末21世紀(jì)初，一些國家的航母及艦載機(jī)在原有全自動(dòng)著艦引導(dǎo)系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了全球衛(wèi)星導(dǎo)航功能。這使得艦載機(jī)在著艦時(shí)有了新的數(shù)據(jù)來源，通過與飛機(jī)上原有導(dǎo)航系統(tǒng)所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，就可預(yù)先測(cè)定相對(duì)著陸點(diǎn)，并提供處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的航母的精確位置。

賦予該系統(tǒng)全球衛(wèi)星導(dǎo)航功能的目的當(dāng)然不止于此，該階段的著艦引導(dǎo)系統(tǒng)更注重適應(yīng)性，在精確、可快速部署、抗天氣和地形影響、易存活、易維護(hù)、具有互操作性方面都有更高要求。其最終目的是降低空間和能見度等因素對(duì)飛機(jī)運(yùn)行的影響，使飛機(jī)能夠在世界上任何適當(dāng)?shù)年懙鼗蚝；脚_(tái)上降落。

目前，在裝有全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、激光助降系統(tǒng)等多種引導(dǎo)手段的航母上，美軍戰(zhàn)機(jī)進(jìn)行了海上自動(dòng)著艦試驗(yàn)，證明了這類著艦引導(dǎo)系統(tǒng)的有效性。根據(jù)其海軍披露的發(fā)展規(guī)劃，聯(lián)合全自動(dòng)著艦引導(dǎo)系統(tǒng)在成熟后，將逐步取代航母上的儀表著陸系統(tǒng)和精確進(jìn)近雷達(dá)的功能，使著艦引導(dǎo)系統(tǒng)更加簡(jiǎn)約、高效。這一過程中，美海軍還有很多問題需要一一解決。

總之，隨著當(dāng)前新型海上作戰(zhàn)概念的提出尤其是輕型航母作用的凸顯，以及艦載機(jī)速度的進(jìn)一步攀升，其著艦引導(dǎo)面臨的情況將更加復(fù)雜。無人機(jī)上艦、未來海上作戰(zhàn)日趨激烈的特點(diǎn)，對(duì)著艦引導(dǎo)技術(shù)提出了更高要求?？梢灶A(yù)見，隨著高新技術(shù)尤其是人工智能的發(fā)展，把更多工作交給高度自動(dòng)化的機(jī)器去做，大幅減少飛行員干預(yù)，實(shí)現(xiàn)艦載機(jī)自動(dòng)著艦和無人機(jī)自主著艦，將成為必然趨勢(shì)。更智能、更高效、更安全，讓戰(zhàn)機(jī)在著艦過程中和著艦引導(dǎo)設(shè)備形成一個(gè)智能算法控制的閉環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)著艦，這一發(fā)展路徑已經(jīng)十分明晰。

供圖：陽 明