讓世界變小的空中加油機

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"冷戰時期,當警戒期到來時我常常整個星期的躲在地堡裏,"克里斯·霍克特(Chris Hoctor)說。他是美國空軍空中加油機前飛行員、《老兵的聲音》(Voices from an Old Warrior)一書的作者。他一邊說一邊回憶20世紀80年代他在美國戰略空軍指揮部度過的時光。

"我們的職責是讓B-52轟炸機能夠接近遙遠的目標。然後我們回到歐洲和日本提前指定的空域降落,因為我們留給自己的燃料會非常少。最糟糕的情況就是我們必須把所有燃料都輸送給轟炸機,然後跳出加油機。"

加油機是轟炸機、運輸機、很多小型戰鬥機以及現在的無人機的空中加油站。加油機讓它們能夠飛到比通常情況下遠的多的地方。

雖然空中加油並不搶眼,但是霍克特告訴我們,它在關鍵的戰略任務以及中東地區的衝突、賑濟饑荒和應對自然災害方面發揮了關鍵的作用。如果沒有加油機為世界各國的空軍擴大飛行範圍,那麼過去六七十年的歷史將被重寫。

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Image caption K-46是波音最新設計的加油機(圖片來源:Boeing)

2016年12月美國空軍試飛了計劃中500架新型加油機中的第一架,它將在未來數十年為美國空軍效力。這筆訂單的規模和目標反映出空中加油一直以來對美國空軍有著重要的意義。雖然目前試飛的飛機看起來就像傳統的客機一樣,但是這筆巨單的最後一部分可能是我們前所未見的。未來的加油機預期形似隱形轟炸機,自帶武器並且——有可能——在沒有飛行員的情況下飛行和加油。

空中加油有多種叫法:"air refuelling","in-flight refuelling"甚至是"tanking"。但不論用哪種叫法,指的都是一回事:在飛行中把航空燃油從一架飛機(加油機)輸送到另一架飛機(接收機)。在20世紀30年代,橫跨大西洋的大型水上飛機就是依靠這一方式延長航行距離,把遙遙相望的歐洲帝國聯繫起來。如今,只有軍隊保留了空中加油——儘管有一些人呼籲商業航班恢復使用空中加油。

雖然空中加油很少發生事故,但是在20000英尺的高空給飛機加油本身就是一件非常危險的事。這被稱為"有組織的半空相遇",因為兩架飛機的間距必須縮小到22米以內。有時,飛行員不得不施展高超的操縱技巧,為飛行速度快於自己或慢於自己的飛機加油。

幾乎在首次有飛機飛行成功的同時就有人提出了在空中給飛機加油的瘋狂想法。"空中加油的想法幾乎與飛機同時誕生。" Cobham Mission Systems公司的產品主管詹姆斯·肯米特(James Kemmitt)最近在英國皇家航空學會(Royal Aeronautical Society)做報告時說,"在萊特兄弟的飛行實驗後六年,1909年的Punch雜誌登出了一幅漫畫,描繪了一艘飛船試圖把一條油管掛到下方的飛機上,並評論稱航空業的下一個主要難點是空中加油。"

最後我們迎來了技術的突破,它是基於1921年俄裔美國飛行員、發明家、空中力量的擁護者亞歷山大·塞維斯基(Alexander P de Seversky)的專利技術。他的公司後來設計出了二戰時最經典的一些飛機。

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Image caption 俄羅斯等國家也運營空中加油機隊(圖片來源:iStock)

1923年7月,當歷史性的時刻終於來臨時,畫面竟然與Punch雜誌的漫畫如出一轍,除了飛船被另一架飛機所取代。美國空軍的兩架雙翼飛機一上一下緩慢飛行,一條油管將一個手持油箱和另一架飛機的油箱連接起來。後來,同一批飛行員駕駛同一類飛機從加拿大邊境直接飛到墨西哥,中途在俄勒岡和加利福尼亞空中加油。

英國和法國當時也在試驗這一概念,而美國有一些勇敢的飛行員已經能夠展現這一危險的技巧,讓在露天觀看的人群驚嘆不已。

20世紀30年代,關注的重點從實驗轉移到設計更為安全的流程和能夠用於日常實際飛行的系統。實現的一大進步是設計出了無濺灑的加油噴嘴。1935年,英國空軍前飛行員、長距離飛行的先驅阿蘭·科巴姆(Alan Cobham)說明了他的"空中加油站"理念。他採用的複雜卻實用的技術被稱為"鉤索加油系統"。飛行員需要丟出一個鉤子來抓住繩索。戰爭打響後,該系統被用來為橫跨大西洋航行的15架水上飛機加油。

此後軍方開始進一步發展該技術。英國皇家空軍為"蘭卡斯特(Lancaster)"這樣的轟炸機配備了科巴姆的技術,為的是參加1945年對日本的轟炸行動——但是還沒等技術被用到,太平洋的戰爭就結束了。1949年,美國空軍的一架飛機在改進了英國的技術後首次完成了繞地球一圈的飛行。完成這次為時94個小時飛行的是名為Lucky Lady II的B-50超級堡壘轟炸機,它與四年前在日本投下核彈的那架飛機相仿。到20世紀50年代初,美國已經部署了首個加油機飛行中隊,並於朝鮮戰爭期間首次在戰區完成空中加油。當時,即使在沒有其他風險的情況下,民航飛機空中加油本身就已經十分危險。

"阿蘭·科巴姆本人就十分大膽,"肯米特說,"他把設備賣給英國皇家空軍,讓他們可以去轟炸日本。後來英國沒有去轟炸,他就又以低價把設備回購,再轉手賣給美國空軍。美國人非常驚訝他能如此迅速的提供設備。"

在20世紀50年代,加油機本身的設計得到了改進。波音公司推出了世界首架空中加油機(和Lucky Lady II一樣基於二戰的重型轟炸機),此後又推出了世界首架噴氣式空中加油機(基於波音367民航飛機)。僅僅是設計和製造普通加油機的成本就已經讓人望而卻步,更不用說載重量巨大的轟炸機和民航飛機了。

如今的大多數飛機都選用兩種空中加油系統中的一種:探管錐套式和伸縮套管式空中加油設備。前者是對科巴姆早期系統的改進版,外形上類似於20世紀20年代雙翼飛機的早期實驗。加油機的背後扔下一條靈活的油管,下端的錐套與下方飛機的探管相接。末端有一個閥門,只有當接牢時才會打開。

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Image caption 美國空軍未來數年需要500架像K46這樣的加油機(圖片來源:Boeing)

波音公司為美國戰略空軍指揮部開發了伸縮套管式空中加油設備。加油機上的操作員操縱一條長長的帶有小型機翼的堅固油管與接收機上的接油裝置連接起來。

未來,空中加油將變得日益重要。目前,中國、澳大利亞等國家正忙於開發空中加油系統。更多的研究將圍繞直升機的加油展開。直升機加油的難度和危險度在於加油機和直升機的速度存在差別,這意味著加油機的油管很容易就會捲入直升機的螺旋槳裏。不過,美國早在越南戰爭時就已經率先使用了這一技術——首次用於拯救被擊中的飛行員。

全球各地衝突越來越多的投入特種部隊,這意味著直升機的使用也在增加。法國空軍就曾在空中為直升機加油。英國等國家則考慮緊隨其後。

無人機空中加油的實驗也已經開始——而且是用一架無人機來給另一架無人機加油。2015年4月,美國海軍的無人機X47-B自動飛向一架飛行員駕駛的加油機,並操作探管與錐套相連。今年早些時候,中國也用一架小型無人機為另一架無人機加油——儘管這兩架飛機仍都處在人的控制下。

但是未來會如何發展?美國海軍的首架航空母艦搭載的無人機可能會成為加油機。

過去的二十年,航空工程師拉傑·南賈(Raj Nangia)一直在提倡商用空中加油。"這個想法是不會消失的。如果人們既想節省燃油,又不想擴大機場,那麼商用空中加油就是唯一的途徑。"

南賈的研究為歐盟近期270萬英鎊的項目"Recreate"(關於利用巡洋艦實現航空運輸環境的研究)打下了基礎。空中加油意味著飛機可能會變小變輕,因為它們不再需要攜帶大量燃油。

使用200座的民航飛機和一隊加油機可能意味著每5000英里可以節約燃油15%,包含加油機自身使用的燃油在內。在飛行模擬器中的測試顯示,通過利用自動加油技術,商用加油可以安全進行。這可能還意味著小型機場可以開啟國際航線。

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Image caption 在空中為直升機加油被證明比為傳統飛機加油困難得多(圖片來源:iStock)

"美國國家航空航天局(NASA)、空中客車公司,它們都喜歡這個主意,"南賈說,"首創者總是面臨很大的難度。"

未來數十年將交付給美國空軍的這500架加油機將對未來技術的發展產生深遠的影響。"波音已經在空中加油領域深耕65年,我們已經製造了2000多架加油機,"波音新設計的KC-46的全球銷售和營銷經理麥克·哈弗(Mike Hafer)說,"美國空軍需要一支500架加油機的機隊,其中三分之一將會是我們的KC-46。它本身還可以由另一架加油機加油[目前機隊中只有少數加油機可以做到這一點],並且可以在探管錐套式和伸縮套管式之間切換。它從設計的第一天開始就以成為戰鬥機為目標。它擁有夜視照明功能,還配備了複雜的防衛系統以抵禦導彈和提醒飛行員已被雷達偵察到。"

雖然第二批加油機KC-Y很可能會類似於KC-46,但是最後製造的KC-Z可能會帶來革命性變化:它將具有隱身功能。"大家都在製造隱形戰鬥機和轟炸機。如果你的加油機不能隱形,那就糟糕了,"詹姆斯·肯米特說,"看起來KC-Z將具備隱形功能,它可以靠近前線並受到保護。新的飛機框架很貴,所以它很可能會借用現有的新型隱形轟炸機的框架。"

但是很難預測這以後空中加油的發展。

"會不會到某個時候,我們不再需要空中加油了?"哈弗說。"空中加油的需求至少還會維持30年。這就像問別人一戰後會發生什麼一樣。"

"這之後會出現什麼?當我們需要替換新一代加油機時,我們可能已經不再需要加油機了,"肯米特補充道。

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