從「天使」到「龍夫人」——U-2養成記

原標題：從「天使」到「龍夫人」——U-2養成記

有道是「站得高，看得遠」，無論氣球、飛艇還是飛機，載人航空器最初的軍事用途就是居高臨下觀察敵情。當二戰硝煙剛剛散盡，東西方就陷入冷戰對立。隨著蘇聯成功試爆原子彈、加緊發展轟炸機和導彈等遠程武器，以「自由世界」保護者自居的美國人急切地想要知道「鐵幕」另一邊究竟隱藏著多少威脅。U-2高空偵察機由此應運而生，長期充當著山姆大叔窺探世界的「千里眼」。

U-2在兩萬米高空拍攝山火照片

「臭鼬工廠」飛出「天使」

美國夥同盟友從空中刺探蘇聯和東歐地區由來已久，起初還只是派出飛機在邊境線一帶「打擦邊球」，但搜集到的情報很有限。為了弄清蘇聯是否具備對西方發起突襲的能力，1948年美國總統杜魯門批准實施「越境飛行」(Overflight)偵察活動。美軍先後出動由B-29、B-45和B-57等轟炸機改裝而成的偵察機竄入蘇聯境內的軍事和工業等重要目標上空，然而也屢屢遭到攔截和追擊，機毀人亡的事件時有發生。

在和平時期侵犯他國領空可是嚴重違反國際法的行為，但面對幅員遼闊、防備嚴密的蘇聯，越境飛行又勢在必行。美方只能寄希望於利用技術優勢，讓偵察機儘可能不被發現、不受攔截。1953年初，美國空軍提出了對新型偵察機的需求，主要指標一是升限不低於2.13萬米，使得蘇聯的雷達難以探測，戰鬥機和防空導彈更是鞭長莫及；二是任務半徑能達到2778千米，可以飛越蘇聯腹地。這一代號「禿鷹」的項目原本是由貝爾、費爾柴爾德和馬丁三家飛機公司進行投標，不料半路卻殺出個「程咬金」。

貝爾的高空偵察機方案Model 67

不請自來的競爭者就是洛克希德公司的總工程師克拉倫斯·「凱利」·約翰遜，這位航空界的設計「大神」在28歲時就主持研製出著名的P-38戰鬥機。1943年他負責美國第一種實用型噴氣戰鬥機P-80項目時，在加州伯班克的生產基地內組建了精幹高效的先進開發工程部門，外號「臭鼬工廠」(Skunk Works)，只用了143天時間就將原型機送上天空。聽到「禿鷹」的風聲時，約翰遜剛完成F-104戰鬥機的設計，原型機曾飛到1.8萬米的高度。由此，約翰遜設想他的偵察機沿用F-104的火箭形機身，把機翼翼展增加3倍。同時為了減輕重量，仍然只安裝一台發動機，取消武器系統、彈射座椅甚至是起落架等裝置，進一步提高升限。

CL-282偵察機最大限度地沿用了F-104戰鬥機的設計，從超音速戰鬥機搖身變為亞音速高空偵察機

然而這個名為CL-282的設計方案一開始並不被看好，美國空軍對這種非常規設計心存疑慮，更傾向於採用成熟的雙發機型。不過約翰遜在空軍部和中央情報局高層那裡找到了支持者，經過評估CL-282被認為比其它機型更具優勢。當時的美國總統艾森豪威爾決定由中情局主導越境飛行活動並提供經費，而約翰遜作出可在8個月內交付樣機，造出20架只需2250萬美元的承諾也很有吸引力。於是在1954年底中情局啟動了代號「感光印刷」的秘密計劃，在空軍的配合下將CL-282付諸實施。

綠燈一開，約翰遜帶領80多人的「臭鼬」團隊迅速行動起來。由於設計中的飛機要飛得如此之高，就獲得了「天使」的雅號。出於保密原因，「天使」要與洛克希德公司的其它項目分隔開，零部件的製造和採購也得另立名目。為加快進度，約翰遜堅持讓技術人員在生產現場附近辦公，遇到問題可以隨時溝通和解決，大大提高了工作效率。此外，約翰遜也參與試飛基地的選址和建設，最終選定了內華達州偏僻而平坦的格魯姆干湖地區（位於神秘的「51區」當中）。1955年4月在此動工興建基礎設施，7月試飛人員開始入駐，第一架「天使」也隨後空運而來。此時她才被正式定名為U-2，綽號「龍夫人」（Dragon Lady，源自流行漫畫里神秘而危險的亞洲女性人物)。U代表的是「通用」機型，以此掩蓋其真實用途。

C-124運輸機將U-2部件秘密運到格魯姆基地

「龍夫人」的真面目

正如約翰遜保證的那樣，U-2按計劃在1955年8月開始試飛。當她完整地出現在跑道上時，已經與當初的CL-282明顯不同，幾乎看不出還有F-104的影子。在研製過程中，約翰遜鼓勵工程師們打破常規，大膽創新，將以往的技術規範視作參考而不是教條，這才打造出在外形和性能上都獨樹一幟的「龍夫人」。

U-2說來就是一種自帶動力的滑翔機，這樣的設計理念其實也是不得已而為之。由於時間緊迫，只能採用現有的發動機。在動力尚不夠強勁的條件下要飛得高而且遠，引入滑翔機高升力低阻力的特性也就順理成章了。其大展弦比平直機翼的翼展比機身還長9米，在滑翔狀態下每下降1米可前進23米。不過這樣的翼型容易受亂流的影響，因此加裝了強風控制系統，通過氣動面的自動調整來保持飛行狀態。同時，U-2也要像滑翔機那樣輕盈，機身以鋁合金為主，僅滿足最低的結構強度要求。蒙皮厚度只有0.5～1.6毫米，翼肋、縱梁和加強板等加固件也儘可能減少，機尾與機身的連接只用到3個固定螺栓。這就使得U-2的機動過載只有2.5g，比一般戰鬥機動輒6～7g的過載能力要差得多。

首批U-2是在洛克希德加州伯班克工廠製造的，圖中工人們正在鉚接機翼

U-2起初安裝的是一台推力46.7千牛的J57-P-37渦輪噴氣發動機，在高空環境下容易熄火。不久U-2又換上了特別改進的J57-P-31，推力增大，而且工作狀態更穩定，就算熄火也無需下降太多高度就能重新啟動。位於機身兩側的進氣道經過優化設計，在高空也能讓發動機獲得足夠的衝壓氣流。U-2使用的是殼牌石油公司出品的JP-7新型燃油，比普通航空燃油具有更高的粘度和更好的穩定性，在高空低壓環境下不易凍結和揮發。每側機翼內有兩個密封油箱，總載油量為5054升，必要時翼下還可加掛兩個378升的副油箱。

U-2的超長翼展使其具備良好的滑翔能力

在最初的CL-282方案中，約翰遜將常規起落架換成長長的耐磨滑板。不過U-2實際採用的是自行車式的起落裝置，在機身下方前後設置主機輪和尾部機輪，又在兩翼下裝上具有彈性的活動支撐輪，讓飛機滑跑時可以保持橫向平衡。起飛後支撐輪會自行脫落，降落時則由翼尖下的防撞滑橇來保護下垂的機翼。如果按常規做法在機翼下設置一對可收放的機輪，不僅增加了重量還會佔用機翼內的儲油空間。

U-2最重要的載荷——偵察相機被安置在主機輪前的機腹設備艙內，艙門和內部結構經過特別設計，可以方便地更換不同的相機系統。其中常用的A型由3台K-38航空相機組成（一台垂直安裝，兩台左右傾斜），B型則是用一台HR-73單鏡頭相機進行全景式拍攝，高空照片解析度可達0.76米。

正在安裝偵察相機的早期U-2

為了減重，U-2的單人座艙內沒有彈射逃生裝置，萬一飛行員要跳傘就只能手動打開艙蓋了。而且座艙只是半加壓的，為了防止患上減壓病，飛行員在起飛前一小時要呼吸純氧，排出體內的氮氣，登機時必須穿著帶氧氣管的增壓服作為保護。座艙的布置與戰鬥機的類似，不同的是儀錶板上多了一個用於輔助導航的下視潛望鏡，供飛行員觀察下方的地貌地標，還配有一個活動六分儀用於天文導航。另一處差別在於飛行員用的不是駕駛桿而是方向盤，和腳蹬一樣通過線纜和滑輪控制氣動面。

由於U-2的液壓系統也被簡化，飛行控制缺少液壓助力，在高空操作需要動作輕柔，但在空氣稠密的低空會變得吃力。而且U-2在巡航高度上的失速時速與最高時速僅有10來千米之差（這麼狹小的允許速度範圍被稱為「棺材角」），一不小心就會超過極限導致事故。此外飛行員還得經常調整油箱內的燃油消耗量來保持飛機平衡。U-2對側風也很敏感，加上接近跑道時會受地面效應的抬升影響，給著陸增加了難度。因此在降落過程中地面上要派車追隨，並向飛行員通報下降的角度和高度，助其平穩落地。可見「龍夫人」儘管外形簡潔，駕馭她卻很不簡單，不僅講究技巧，精神還得高度集中。雖說在長途任務中飛行員可以通過面罩上的管子飲水和吃些流質食物，但經過8小時飛行後體重通常會減少2～3千克。

傳奇設計師約翰遜與他的「龍夫人」

更高更遠更能幹

「龍夫人」的存在其實是個公開的秘密。早在1956年5月，美國航空諮詢委員會(NACA)就對外宣布利用洛克希德公司的U-2飛機，對高空氣象、大氣環境和宇宙射線等進行科學研究，還特別指出這種新型飛機可在1.6萬米高空上經濟而又高效地搜集數據，並會派到海外工作。這顯然是在為U-2的真正使命打掩護，萬一在敏感地區被發現或失事，美方也可以推說那是迷航的民用飛機。

U-2的飛行員由中情局從美國空軍中秘密招募和培訓，從1956年6月開始以北約盟國為基地執行對東歐和蘇聯地區的越境偵察。美國空軍後來也改變態度成為了用戶。而約翰遜和「臭鼬」團隊就根據U-2在試飛和服役中暴露的問題不斷加以技術改進，「龍夫人」的家族也隨之逐漸壯大起來。

U-2拍攝的蘇軍機場

按照設計，U-2要靠飛得高和保持無線電靜默等手段來避人耳目。頭幾次越境飛行相當順利，但U-2的行蹤還是被蘇聯雷達偵測到了。對此中情局在1957年制定了「彩虹計劃」，要求降低被雷達發現的概率。洛克希德公司與來自學術界和工業界的專家合作攻關，嘗試了兩種途徑來減少U-2的雷達散射面積：一是在機身表面貼上含有吸波材料的薄片，二是在機翼和機身上布設導線網，分別降低高頻和低頻雷達波的反射。然而試驗表明這些措施效果不佳，還會造成飛行性能下降，導致改裝後的U-2原型機發生致命事故。「彩虹計劃」黯淡收場，倒是為後來的隱形飛機設計提供了經驗教訓。

機身下表面貼了「壁紙」吸波材料的U-2

U-2的「導線」隱身系統

基本型U-2A服役兩年後，作出諸多改進的U-2C出現了。該型號換裝J75-P-13軸流渦噴發動機，進氣口也相應擴大。更大的推力意味著飛到任務高度的時間縮短了，降低了被目視發現的可能性，同時也能攜帶更多的載荷，提高了任務的靈活性。其它改進還包括加固起落架、優化水平尾翼、改善操縱特性、加強對發動機的熱屏蔽等。性能上U-2C得以突破2.28萬米的高度，不過航程就有所減少。

U-2A的另一種改型是空中預警平台，在機身上加裝紅外探測設備和操作員座艙後，可在高空巡航中監測敵方作戰飛機和彈道導彈的飛行動態。這種雙座型在設計時稱為U-2B，改裝測試時定名為U-2D，但實際作用顯然不如位置更高的衛星，因此未被軍方採用。

為了提高有效航程，有少量U-2A/C在背部加裝了空中加油裝置，相應改稱U-2E/F，可以在5分鐘內從KC-135加油機補充3400升燃油。問題是空中對接加油原本就並非易事，U-2不同一般的飛行特性更是給加受油雙方的操作增加了難度係數。更何況加油後飛機的續航時間將延長到14小時，也增加了飛行員疲勞駕駛的風險，因此U-2的空中加油並不常見。

正在進行空中加油的U-2F

另一個變相提高航程的方法就是讓U-2搭乘海軍航母前往目標區域，或是以航母為中途補給站，這樣還可以減少對海外基地的依賴。為此有3架艦載型的U-2G被改裝出來（另有一架是具有空中加油能力的U-2H，但因超重又改回成U-2G），主要是加裝了著艦攔阻鉤、強化了起落架和部分機身結構，飛行員和輔助人員也經過了特別培訓。在1960年代的多次測試中，驗證了U-2在航母起降的可行性，但由於運作成本過高，還影響到航母艦隊的日常任務，結果在1969年後與海軍的合作就偃旗息鼓了。

1964年2月29日，U-2G完成了首次著艦

1969年11月，U-2R的首次上艦測試

U-2在服役的頭10年間，獵取了大量重要情報，但也頻頻被擊落或因失事墜毀。設計師約翰遜在1966年提出了升級版U-2R的方案，採用改進過的J75-P-13B發動機，推力提高了20%。機翼和機身都明顯加大，強化後的機翼下還可按需要掛裝大號吊艙，有效地增加了任務載荷、燃油儲量和續航能力。而在機載設備、控制系統和座艙內部等處的大量改進，也提高了飛機的飛行品質和長時間駕駛的舒適性。此外，雖說「駕照」不易拿，但雙座教練型U-2CT和U-2RT直到1973年後才投入使用。新學員要由教官帶飛5次後再進行單飛，降低了發生事故的風險。

不僅為中情局和美國空軍提供U-2R，約翰遜也沒忘了向海軍作推銷。除了在航母上進行起降測試，1973年有兩架U-2R在機頭和翼下吊艙內加裝雷達電子設備，成為U-2EPX即電子巡邏試驗機，計劃用於遠距離全天候地監測海上目標。另外還有掛載制導炸彈或反艦導彈的U-2RL方案，不過都沒能成為現實。

1974年中情局結束了對U-2項目的掌控，由美國空軍接手，設計師約翰遜也在次年退休。此時間諜衛星已普遍使用，安全性更高，偵察範圍更廣，但U-2在靈活性和拍攝圖像精度上仍有難以替代的優勢。美國空軍陸續給U-2R換裝新型相機和電子設備，以獲取更詳細的圖像和信號情報。到1977年，洛克希德公司提出重開U-2生產線，裝上側視雷達或合成孔徑雷達後成為應對未來戰爭的戰術偵察機。也許是U-2的名聲因間諜飛行已經變得惡名昭彰，美國空軍將TR（戰術偵察）作為新的機型代號，包括TR-1A單座型和TR-1B教練型。

沒有了約翰遜的「臭鼬工廠」再次不負眾望，讓TR-1從1981年開始服役。外表看似與U-2R差別不大，但TR-1上不僅裝備了高精度相機、合成孔徑雷達和電子光學偵察系統等「利器」，無需進入對方領空或戰線內就可刺探敵情，還有全新的航電控制、數據通訊和電子對抗等設備，能力已不可同日而語。此外，美國航空航天局(NASA)也從空軍獲得兩架TR-1A，改裝成ER-2地球資源飛機用於科學勘探和研究。

即使冷戰已經結束，總產量僅104架的U-2也沒有退出天空舞台。1990年代換裝了更強勁的F118-GE-101發動機後，TR-1A和U-2R都統一改稱U-2S，加上機載設備的更新，其飛行性能仍不顯遜色。進入21世紀後，洛克希德公司繼續對U-2S挖潛改進，包括複合材料、抗電磁干擾裝置、GPS導航設備、數字化座艙等，使之在使用和維護上都與時俱進。如今，「全球鷹」之類的無人偵察機已有後來居上之勢，但「龍夫人」也已脫胎換骨，按美國空軍的計劃還可服役到2040年，繼續她那不凡的航程。

NASA的ER-2和U-2C飛過舊金山金門大橋

背部加裝了衛星通信天線的U-2S與E-3預警機

U-2各型號技術參數對比

附錄：神秘面紗背後的「龍夫人」

美國加州Beale空軍基地的U-2S，長鼻子和機翼吊艙內裝有各種感測器

早期服役的U-2機群

1975年一架要部署在英國的U-2C按英方要求改用灰色迷彩，與黑色的「間諜飛機」相區別

U-2早期型號的駕駛艙布置

2000年後U-2的現代化玻璃座艙

高空自拍——新型U-2提高了飛行的舒適性

在2萬米高度的風景不一般，但飛行員容易患上減壓病

神秘面紗背後的「龍夫人」早期U-2飛行員使用的加壓飛行服

技術人員檢查高空飛行服的加壓性

Beale空軍基地的U-2飛行員正在登機

維護人員檢查U-2的進氣道

地勤人員跑去給U-2的翼尖裝上彈性支撐輪用於滑跑和起飛時撐起機翼

U-2起飛和降落時，需要另一名飛行員駕車跟隨，通報情況

「地面僚機」在跑道上全程陪同

本文原載航空歷史迷Crazy_Ivan的博客，曾刊登在《航空知識》2017年10月刊

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