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SR-71“黑鸟”的冷战轶事

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发表于 2019-12-26 09:00:01 | 显示全部楼层 |阅读模式

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作者:Armstrong
来自空军之翼

  在24年的服役生涯中,SR-71“黑鸟”战略侦察机共遭遇到4000枚地空导弹的射击,都成功摆脱,没有在作战中损失一架。“黑鸟”最有效的自卫手段是高度和速度,该机被设计成能在24000米高度以3.3马赫的速度巡航。在这种高度上“黑鸟”每小时能拍摄26万平方公里的地球表面,当时任何敌方战斗机都很难用拦截该机。
  前“黑鸟”飞行员理查德·格雷厄姆上校曾表示SR-71可以前往世界任何地方并安全返回,他回忆起一次任务:“我和后座侦察系统官(RSO)唐·埃蒙斯接近堪察加半岛南端的苏联领空时,远处出现三架苏联战斗机的尾迹。这三架米格-25战斗机正在顺时针盘旋,等SR-71接近时,我可以看到他们直接向我们飞来,彼此之间相距3-5公里。此时尾迹突然消失,我知道这些战斗机开始全加力进入爬升,试图拦截我们。这些苏联飞行员也许接到了击落‘黑鸟’的命令,但他们无法爬升到我们所在的高度。我经常想知道他们的确切感受,知道我们在这里却无能为力,任何努力都是徒劳。我微笑着,想象着他们的挫折和困境。”

F-14和F-15在冷战中是如何拦截“黑鸟”的
  根据格雷厄姆的说法,在冷战中只有两种战斗机具有击落SR-71的能力:F-15“鹰”和F-14“雄猫”。SR-71经常配合F-14和F-15的截击训练,需要飞“雄猫追逐”和“老鹰诱饵”任务。SR-71以高空高速飞行,让F-14和F-15获得搜索、跟踪、锁定、拦截和模拟发射AIM-54“不死鸟”和AIM-7“麻雀”空空导弹的机会。“雄猫追逐”任务在洛杉矶西北部的太平洋管制空域进行,“老鹰诱饵”任务则在内华达州拉斯维加斯以北的内利斯空军基地训练场进行。在“雄猫追逐”中,F-14一般以双机编队的形式作战。
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与F-14编队飞行的SR-71
  为了充分利用宝贵的机会,“黑鸟”直线高速飞行进入训练空域,让战斗机在这种高空/高速拦截训练中占据有利位置,以避免多次错过拦截并因此浪费时间。拦截是在非常可控的环境下进行的,有利于战斗机成功实施拦截。SR-71和战斗机都处在相同的地面控制拦截(GCI)频率上,所以战斗机可在引导下轻松进入迎头拦截,“黑鸟”甚至可以和战斗机机组互相交谈。
  SR-71不做任何机动,以恒定高度、空速和航向飞行,并且不允许开启干扰机,战斗机则在地面控制拦截的引导下进入迎头截击。但即使在这种高度控制的飞行条件下,F-14和F-15“击落”SR-71的概率也很低,主要原因是两种飞机间的高度差和恐怖的相对速度使这种迎头拦截非常具有挑战性,满足导弹发射条件的时间窗口只有短短几秒,让许多机组根本来不及反应。
  在“老鹰诱饵”任务初期,F-15飞行员发现机载火控系统速度门(用于计算两架飞机之间的接近速度)居然跟不上SR-71的极限接近速度,后来通过计算机软件升级才解决了这个问题。
  当然F-14和F-15想要在实战中击落“黑鸟”,还要面对两个非常现实的物理问题。如果战斗机在拦截中不爬升到7600米以上高度,那么他们的导弹在发射后就很难爬升到17000米高度,就更别提对SR-71造成杀伤了。由于“不死鸟”和“麻雀”导弹的操纵弹翼都很小,仅为12000米以下的稠密大气中机动进行优化,因此爬升到24000米高度后,即便弹翼完全偏转,也很难让导弹转弯。
  苏联人在拦截“黑鸟”中也发现了类似问题,米格-25从未成功击落过“黑鸟”的一大原因是就是其机载电脑非常原始,等解算完毕后,SR-71早已飞出射击窗口。此外当时大多数空空导弹是按照10000米以下飞行高度优化的,只适合在较稠密的空气中进行机动。而SR-71的巡航高度空气稀薄,使导弹弹翼失去效能,无法进行有效机动。
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 楼主| 发表于 2019-12-26 09:00:02 | 显示全部楼层
“黑鸟”后座的R2D2
  R2D2是星球大战电影中的一个机器人角色,虽然身高只有0.96米,却是了不起的太空船机械师和电脑接口专家。R2D2最棒的功能是坐在X翼战斗机后座,协助飞行员进行飞行和作战,成为天行者的好帮手。
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X翼战斗机后座的R2D2

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 楼主| 发表于 2019-12-26 09:00:03 | 显示全部楼层
  现实世界中,有种飞机也拥有神奇的R2D2,它就是大名鼎鼎的SR-71“黑鸟”战略侦察机。
  在GPS卫星导航技术发明之前,天文惯性导航系统是人类发明的最精确的导航技术。这种技术依靠自然星体与时间相关的位置信息,借助机载被动光电探测设备,通过解算确定飞机的航向、姿态和位置,并自动更新惯导设备,提供持续精确导航。即便是在GPS大行其道的今天,天文惯性导航系统在一些远程军用飞机上仍是不可替代的,尤其在GPS信号遭受干扰的情况下,这种导航系统就成为可靠导航的唯一解决方案。
  最初出现在飞机上的天文导航设备是手动的,其实就是航海六分仪。例如早期的波音747客机上具有六分仪观测窗口,VC-10和波音737客机则直接装备了六分仪潜望镜。随着机载无线电导航系统变得更加普遍和精确,这种辅助天文导航设备就失去了用武之地。
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VC-10的六分仪潜望镜

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 楼主| 发表于 2019-12-26 09:00:04 | 显示全部楼层
  冷战期间随着大批远程高速武器的出现,普遍使用的惯性导航系统(INS)已经不能满足远程导航需要,这种导航系统存在固定的漂移率,航程越远漂移越大,必须要有另一种辅助导航手段对其进行不断更新,才能保证导航精度。不依赖任何无线电指令的天文导航就成为最佳的辅助导航手段,和惯导系统结合起来进化成了自动化的天文惯性导航系统(ANS)。这在当时是一种绝对尖端的系统,可自动交叉检查惯导和天文导航分别给出的本机位置,如不一致,就用后者数据对前者进行更新,极大提高了整个系统的精确性。
  美国的SM-62“鲨蛇”巡航导弹首次使用了天文惯导系统,该弹在1958年升级了新的导航系统后,飞行数千公里后的圆误差从27公里缩小到了6.4公里,对于核战斗部来说这种误差已经无关紧要。考虑当时的技术水平,这的确是个了不起的成就。在接下来的几年里,天文惯性导航系统得到了长足的发展,装备了几乎所有的美国洲际导弹,以及大名鼎鼎的洛克希德SR-71“黑鸟”战略侦察机。
  SR-71需要以非常高的速度贴近苏联边境线实施侦察,这种侦察任务的本质是高度精确的远程导航。为了实现这一功能,臭鼬工厂为该机装备了当时精度最高的导航设备——Nortronics  NAS-14V2天文惯性导航系统。“黑鸟”的机组、任务计划人员和维护人员都把NAS-14V2叫做R2D2,没错,这个设备的大小的确和R2D2差不多,而且也是在任务前才被安装在飞机机背内的。“黑鸟”飞行员常把自己的飞机说成是一种三座机。
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Nortronics NAS-14V2天文惯性导航系统

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 楼主| 发表于 2019-12-26 09:00:05 | 显示全部楼层
  NAS-14V2安装在SR-71后座舱后方的机背中,使该机具备了不向外部发出任何无线电辐射的精确导航能力。SR-71在地面滑跑时,由于云层阻碍了NAS-14V2的星象跟踪仪进行精确修正,所以由惯性系统导航,等飞到云层上方后,星象跟踪仪就能开始正常工作了。这套天文惯导系统根据编程,知道在什么时刻该向哪个位置寻找星星。安装在万向支架上的星象跟踪仪在飞行中定期观测星星位置,测得的数据送入数字计算机以纠正惯性基准装置的误差。这套系统的导航精度很高,在每次任务中总是能使SR-71按预定侦察航线飞行。
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NAS-14V2细节

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 楼主| 发表于 2019-12-26 09:00:06 | 显示全部楼层
  即使在卫星导航技术高度发达的今天,天文惯性导航系统仍是不可替代的。不知道你有没有注意到B-2隐身轰炸机驾驶舱左侧的一个圆形窗口,下面就是该机的星象跟踪仪。一些人造卫星甚至也装备了天文导航系统,能在宇宙空间中进行自行定位。现在甚至还有人推测F-35的分布式孔径系统也能用于天文导航,使该机拥有不依赖GPS的远程导航能力。在GPS干扰手段越来越高明的今天,军用飞机上的天文惯性导航系统正发挥着越来越重要的作用。
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右侧就是B-2的星象跟踪仪窗口

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 楼主| 发表于 2019-12-26 09:00:07 | 显示全部楼层
永远都在漏油的“黑鸟”
  SR-71“黑鸟”战略侦察机是洛克希德著名设计师凯利·约翰逊的智慧结晶,这种飞机的最大飞行速度超过音速的三倍,能在24400米以上的高空飞行,至今仍没有一种飞机能够超越。洛克希德在研制SR-71的过程中研发了大量首创性新技术和新制造工艺,可以说为了造出这架飞机而重新发明了一遍制造工艺,这只有在不惜成本只求性能的冷战时期才能实现。从这点上看,也许SR-71的后继机永远也无法问世了。
  在这种“重新发明飞机”的设计思想之下,SR-71“黑鸟”身上表现出了许多新奇的设计特点。

1、SR-71只有飞到超音速之后才不会漏油
  由于普通油箱的皮垫圈或O型橡胶圈不能在高温下使用,所以SR-71的油箱并不完全密封,飞机在地面会大量漏油,在机身下方滴洒出一片燃油,足以让第一次看见这种情景的安全官心脏病发作。好在SR-71使用的燃油燃点很高,因此比一般燃油要安全得多,即使把一个打着的打火机扔在燃油里也点不着。
  等SR-71超过音速后,机身结构在气动加热下会拉伸,于是油箱接缝也就逐渐弥合,使“黑鸟”最终停止漏油。
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在机库中大量漏油的SR-71

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 楼主| 发表于 2019-12-26 09:00:08 | 显示全部楼层
2、约翰逊在研制“黑鸟”时,曾想过用煤做燃料
  为了给SR-71寻找合适的高能燃料,洛克希德公司可谓绞尽了脑汁。约翰逊首先想到的是液氢,当时洛克希德公司在CL-400液氢高速飞机项目上已经进行了深入研究,并制造出了隔热液氢罐,但最后因为液氢难以制取和储存,液氢罐体积庞大而作罢。
  约翰逊想到的第二种高能燃料是煤悬浮燃料,也就是把精磨煤粉以轻油为基加水混合成浆状,注入发动机作燃料,但存在会损坏涡轮叶片的缺点。第三种是过硼悬浮燃料,同样很难使用,常常堵塞发动机和加力燃烧室的喷嘴。最后约翰逊还是转向传统石化燃料,委托壳牌石油公司研制了LF-2A也就是著名的JP-7燃油。这种燃油除了单位能量很高外,燃点也很高,结果导致了发动机启动困难。
  于是洛克希德又为SR-71设计了一套独特的启动装置,先用插入发动机舱底部的两台空气涡轮启动车把发动机驱动到一定转速,然后在发动机燃烧室喷入少量三乙基硼烷(TEB)。三乙基硼烷在常温下会自燃,能很好地点燃JP-7燃油。三乙基硼烷也被用于SR-71开加力和发动机空中重启。
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加注完JP-7,正在脱离的SR-71

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 楼主| 发表于 2019-12-26 09:00:09 | 显示全部楼层
3、SR-71具有典型的隐身外形设计
  SR-71继承了A-12单座侦察机的气动布局,进一步加宽边条把机身截面更加扁平化来增强隐身性能,其他的隐身设计特点还有内倾双垂尾设计、机翼前后缘的锯齿状三角形吸波结构。大量隐身设计使生产型SR-71的前向雷达截面积降低到了10平方米左右,这在当时算很不错的成绩了。
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SR-71具有明显的隐身设计

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 楼主| 发表于 2019-12-26 09:00:10 | 显示全部楼层
4、SR-71在三马赫持续飞行中,座舱盖玻璃内侧能用来烧烤了
  虽然24000米高空空气稀薄,但SR-71在这种高度以3马赫的速度飞行时仍会被气动加热所炙烤。在长时间3马赫飞行中,SR-71机身各处的表面温度从200-650度不等。座舱周围温度约280度,驾驶舱挡风玻璃的温度会高达摄氏330度,内侧温度在150-200度之间,飞行员尽管戴着较厚压力服手套,但用手摸舷窗还是能感觉到恐怖的热量。被用作油箱外壁的机翼和机身蒙皮温度更高,所以需要在油箱里安装氮气惰化系统来降低发生火灾的可能性,来自机身压力瓶的氮气被直接注入油箱。
  为了抵御这种高温,SR-71的基本结构采用高强度不锈钢和钛合金来制造,93%的机身采用钛合金制造,雷达罩、座舱罩和其他一些部位采用耐高温复合材料制造。
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