解密航母戰機夜間起降背後的高科技

出品：科普中國軍事科技前沿

作者：于飛（資深科技媒體人）

監製：光明網科普事業部

5月24日，中央電視台公布了中國航母艦載機突破夜間起降的畫面。從央視播出的畫面上看，殲-15降落的過程非常平順。這不僅說明中國航母戰機駕駛員的素質非常過硬，也意味著中國航母的自動著艦系統（ACLS）和技術已相對成熟，我國成為世界上少數幾個掌握艦載機夜間起降技術的國家。據了解，航母戰機夜間能平穩起降，背後依靠的正是高水平的自動著艦系統和技術。而航母的艦載機自動著艦系統和技術的核心，是通過相關設備艦載機及航母的運動，由此得到飛機降落所需要的航跡，根據飛機的狀態得到修正指令，然後自動控制飛機降落。

戰機夜降航母遇兩大挑戰 全自動著艦系統應運而生

航母上的艦載機夜間起降是一件非常困難的事情。因為航母是一個活動的戰機平台，在進行艦載機起降作業時，航母本身也會高速航行，這樣可以減少艦載機起飛、降落所需要的速度，獲得更高的最大起飛重量、更好的降落成功率。即使是動力較弱的航母，移動的速度也會達到26到28節左右。

想一想，在夜間茫茫大海中，在運動的軍艦上，飛行員只能藉助自身的探照燈與跑道的標誌燈等作為參照物進行著陸。艦母飛行甲板比陸地機場要小的多，並且還在不斷的運動之中，海上的氣候、氣流也比陸地複雜和惡劣，這樣就大大提高了艦載機著艦的難度。即便經驗豐富的美國海軍航母航母艦載機飛行員著艦的時候，著艦一次成功概率也不到50%，大部分需要進行復飛。

對於夜間降落航母的戰機來說，航母的高速運動會帶來兩大挑戰。第一是航母航行時，會在俯仰、側向等多個方向上都不斷搖晃起伏，姿態始終處於動態變化中，這樣會導致航母著艦區域的甲板高度不斷變化；當甲板高度過低時，艦載機會錯過攔阻索，只能拉起複飛；而甲板高度過高，艦載機甚至會直接撞毀在揚起的艦尾上。所以一般艦載機降落，航母上必須有雷達，用於精密跟蹤測量艦載機降落的姿態軌跡。

第二個挑戰來自於航母的艦島，航母在高速航行時會因為自身阻擋氣流的作用而在後方形成範圍非常大的紊亂氣流區域，艦載機進入紊流區以後飛行姿態和軌跡會遭受到相當大的干擾。所以對於傳統艦載機駕駛員來說來說，克服混亂氣流的不可預知影響，精確控制飛機姿態和軌跡實現著艦的表現，一直是他們水平高低的最顯著特徵之一。

為了克服這兩大挑戰，美國20世紀40年代末期就提出了自動化著艦系統的構思，但一直到20世紀80年代中期，才在F18戰鬥機上實現這一功能的實用化突破，並成為無人機自動著艦的技術基礎。因為航母的這一整套自動著艦系統不僅有著非常高的硬體要求，而且其軟體系統的難度也非常高。一旦成功，艦載機就無需人工干預，實現全自動著艦。

全自動著艦系統的技術含量很高。從實現原理上看，航母的交通管制中心首先會引導艦載機飛到精確跟蹤雷達的截獲窗口，然後雷達會一直跟蹤艦載機，直到著艦前的1.5~1.8秒——此時艦載機進入跟蹤雷達盲區。這個過程中，雷達會不斷測量飛機的位置，並根據航母自身的搖擺起伏情況進行修正，計算出當前時間內，飛機相對於航母的精確空間關係。隨後計算機會將這一數據與事先儲存好的理想著艦軌跡進行對比，並一方面將差異數據發送給艦載機的平顯儀，提示飛行員；另一方面，這些差異數據會按照導引規律進行計算，隨後按每秒10次的頻率不斷發送給飛機上的設備。機載設備接受並根據這些引導信息，通過飛行控制系統不斷糾正飛行姿態和軌跡，最終讓飛機按設置的理想著艦軌跡飛行。

我國航母艦載機距離「全自動著艦」又近了一步

全自動著艦系統的運用，可以讓航母可以高效率出動大批次航母艦載機，平時可以提高航母艦載機的訓練水平，而戰時可以有效的增強航母打擊能力，更好發揮航母編隊的作戰能力。

由於戰機的全自動著艦技術比較複雜，目前，世界上僅有美國、法國的航母系統能夠實現全自動著艦功能。而美國航母上真正能自動著艦的，也僅有F18系列、X47B、F35C等型號。其它型號飛機只能做到半自動引導降落，將飛機自動引導到最後一段距離，然後飛行員再根據菲涅耳光學助降系統的指引著艦。

蘇聯在解體前開發了「電阻器」系統，功能和原理類似於全自動著艦，但研製中途即遭遇蘇聯解體，隨後停滯不前。而且，「電阻器」的實際水平很低，不僅是各分系統、設備、部件的性能較差，更重要是在數據積累、引導、控制規律的演算法設計和軟體編寫上極不成熟，其整體性能勉強相當於美國20世紀70年代的第二代早期型的水平，在實際使用中只能勉強做到半自動引導。

我國在引進「瓦良格」號航母時，並未獲得「電阻器」系統，「瓦良格號」航母還在烏克蘭時，所有重要設備就已經被悉數拆除，所以我國航母的自動著艦系統應該是自主研發的。

從中國首艘航母「遼寧」艦服役，到這次殲-15首次在上面降落，已經過去了五年多時間，現在終於具備了夜間氣象的作戰能力。這也就是說，我國自動著陸系統至少經歷了五年研發時間，離實現全自動地著艦功能又近了一步。

我國自動著艦系統等航母技術發展較晚 但具有後發優勢

和美國、法國的成熟自動著艦系統相比，我國自動著艦系統等航母技術確實發展比較晚。中國海軍從20世紀80年代開始著手航空母艦的前期技術準備工作，其中艦載機航母起降作為重點領域進行技術攻關，在20世紀90年代在艦載機起降技術方面的取得了初步成果，在此基礎上開展了自動著艦系統與飛行控制系統方面的研究。

不過，我國自主研發全自動的著艦系統，有著巨大的後發優勢——不需走太多的彎路，可以直接沿著最有效率的正確方向高速追趕，就如同在殲10項目上，中國花了20年時間完成了對國外先進水平從望塵莫及到能夠同台競技，又在殲20項目花了10年時間，完成了躋身於世界頂尖行列的壯舉。

從相關新聞報道來看，殲-15能夠在計算機控制之下自動完成著艦系統，說明中國相關單位已經完成自動著艦系統的研製，憑藉後發優勢，殲-15採用了比較先進的數字式三軸四餘度電傳操縱系統，能夠與自動著艦系統形成更加緊密的聯繫，這樣就可以像F -18那樣著艦過程之中不需要飛行中的操作，形成真正意義的全自動著艦，這是中國航母航艦載機領域一個突破。

中國北斗衛星導航定位系統的應用也在深入發展，它可以提供更加精確的位置和航跡，所以中國海軍和相關單位可以在此基礎上發展更加先進的艦載機自動著艦系統，，進一步提高航母艦載機的出動能力，尤其是晝夜惡劣氣侯條件下著艦能力，並且為以後的艦載無人作戰飛機上艦打下基礎。

儘管我國的航母體系才剛建立起來，有些地方還有欠缺，比如艦載和機載慣性導航設備的精度。但筆者相信，只要中國奮起直追，將全自動著艦系統研究工作扎紮實實的做到實處，戰機全天候地自動降落對於我國航母來說並不遙遠。（本文圖片來自央視視頻截圖）

來源：科普中國-軍事科技前沿

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