揭秘中情局的单座“黑鸟”,3马赫A-12“牛车”的故事

万磁王

作者：Armstrong
来自空翼


　　洛克希德A-12“牛车”是“臭鼬”工厂为美国中情局（CIA）制造的一种单座侦察机，也是著名的SR-71“黑鸟”战略侦察机的前身。A-12在1968年6月退役后，中情局把该机的秘密保守了40多年，直到2007年才正式解密。
U-2的缺点
　　洛克希德的U-2侦察机被设计用来在极端高度飞行，以避免被截击机或地空导弹（SAM）拦截。U-2在中情局实施的最初的5次飞越苏联的秘密行动中（“感光板计划”）拍摄了超过38850平方公里的高分辨率照片（代号“象棋”）。
　　基于这些照片收集的高度机密的情报（代号“天才”）使得中央情报局能够首次准确得出结论：西方长期以来对苏联轰炸机具有数量优势的看法（所谓的“轰炸机差距”）是完全错误的。
　　“天才”还向美国情报界提供了大量关于苏联军事和工业能力的细节信息。但时在1956年7月10日，美国总统艾森豪威尔因苏联抗议美国飞机的入侵飞行而暂停了“感光板计划”。
　　U-2的问题在于该机在研制时，美国国家情报评估机构（NIE）的一份情报预测苏联的S波段和V形波束预警雷达（北约代号“象征”）“无力探测60000英尺（18300米）以上高度的目标。”
　　中情局根据这份错误情报向艾森豪威尔保证：苏联人发现飞行在21300米高空的U-2机会非常渺茫（更别提跟踪了）。

神秘的U-2在1955年夏首飞，该机的飞行高度在21300米以上以避免被探测到。但1956年春U-2在东欧上空的早期行动中，即便在这种高度还是能被陆基雷达发现和跟踪

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　　结果他们错了，在艾森豪威尔看来被发现和遭拦截一样糟糕，所以总统向中情局发出了直接挑战：“让雷达看不见U-2。”
　　作为回应，在1956年8月16日，中情局规划和协调特别助理理查德·比斯尔和洛克希德“臭鼬工厂”的头头克拉伦斯·“凯利”·约翰逊（U-2的总设计师）以及其他一些著名科学家开了一次会。

“臭鼬工厂”的头头克拉伦斯·“凯利”·约翰逊

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　　他们的任务是为U-2研制一种“电子伪装”，让苏联雷达看不见它，于是“彩虹项目”就这样开始了。到第二年，“彩虹”第一阶段研制已在内华达州51区试验场如火如荼地进行着。U-2的机身下表面被涂上了洛克希德工程师称之为“壁纸”的雷达吸收材料（RAM），同时围绕着机身、机翼、垂尾表面布置了导线和铁氧体磁珠，以进一步减少U-2的雷达截面积（RCS）。1957年7月，在“彩虹项目”完成了一架U-2的改装后，艾森豪威尔总统不情愿地批准中情局恢复U-2飞越苏联的任务。

1956年8月洛克希德在麻省理工学院林肯实验室的协助下启动了“彩虹”计划，试图通过特殊涂料和外部隐身措施来解决U-2易被雷达探测的问题。该计划没有获得成功并在1958年5月被取消

　　但这些隐身措施作用有限，中情局需要更激进的方案。1958年1月，中情局把“彩虹”第二阶段命名为“热忱计划”（Project  Gusto），开始研究U-2的后继机。
　　在为中情局忙碌“感光板”、“彩虹”和“热忱”计划的同时，“臭鼬工厂”还在为美国空军的“晒黑”（Suntan）侦察机项目工作。这种公司编号为CL-400的非隐身侦察机方案能在27400米高空以2.5马赫的速度巡航，安装两台液态氢燃料发动机。
　　然而到了1958年2月，约翰逊开始担心该设计缺乏灵活性，因为难以在全球前沿作战基地预先储存液氢燃料。因此他说服美国空军取消了项目，洛克希德公司为此向客户返还9000万美元。该项目的取消使约翰逊认识到未来的高速飞机还是需要使用传统的碳氢化合物燃料。
　　1958年6月，中情局波士顿科学工程研究所（SEI）向比斯尔提交了一份名为《尖头回波扫描研究》的报告。证明像U-2这样的飞机需要10分钟才能穿过监视雷达的探测区域，但如果飞行高度再高个6100米达到27400米，而且以3马赫速度飞行，那么仅需4分钟就能飞越这个区域。
　　这份报告使比斯尔为“热忱”设定了具体目标：U-2后继机应该能在27400米高空以3马赫的速度巡航，雷达截面积应不大于10平方米，最好小于5平方米。

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3马赫疯狂
　　1958年4月，约翰逊开始在笔记本上描绘第一个3马赫概念，这个笔记本后来被称为“大天使笔记本”（在“臭鼬工厂”，人们把飞行高度很高的U-2称为“凯利的天使”，而飞得更高的后继机自然就是“大天使”了）。到1959年7月，约翰逊和他的团队已经完成了许多的不同设计，从A-1一直编号到A-12。
　　1958年春，比斯尔邀请康维尔公司先进研发部的负责人兼B-58“盗贼”超音速轰炸机设计师罗伯特·威德默参加“热忱计划”。这样做的目的是出于兼听则明的考虑，但这也让约翰逊感觉到了压力，更加尽心尽力地优化自己的设计，其中包括降低飞机的雷达截面积。
　　为了评估两家公司的各种设计方案，比斯尔成立了一个由两名空气动力学家和一名物理学家组成的独立专家团队，并由拍立得公司的创始人——发明家埃德温·兰德博士担任主席。
　　在整个“热忱计划”期间，威德默和约翰逊与这个兰德委员会进行了6次会面，单独提交了各自的方案。
　　康维尔的设计以为美国空军研究的一种“超级盗贼”两级寄生轰炸机为基础，被命名为“鱼”（FISH，“第一种隐身超级盗贼”的英文缩写）。这是一种4马赫的冲压动力方案，具有极佳的隐身性能。

“超级盗贼”（Super Hustler）是康维尔公司在 50  年代进行的一系列用于穿透苏联领空的4马赫载人飞机研究项目的统称。这种寄生飞机从B-58“盗贼”的机腹下发射

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　　1958年11月，约翰逊和威德默分别向兰德委员会提交了A-3和“鱼”方案，康维尔的设计给委员会留下了特别良好的印象，于是在12月授予该公司一份详细设计发展合同。

康维尔“鱼”最终设计总重17380千克，长14.33米，垂尾高3.05米，翼展11.28米，翼面积66.33平方米，最大速度4马赫，航程7200千米

1958年兰德委员会审核通过的洛克希德A-3成为康维尔“鱼”的竞争对手。A-3是一种能在28900米高空以3.2马赫飞行的单级非寄生飞机，该机机翼内侧的两台JT12涡喷发动机负责把飞机加速至超音速，然后翼尖两台直径1.02米的冲压发动机点火把飞机推进至3.2马赫巡航速度。JT12发动机使用JP-150燃油，冲压发动机使用硼基高能燃料

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　　康维尔设计能够获胜的关键是很低的雷达截面积。约翰逊的A-3虽然落败，但他被告知继续进行备用方案研究以防康维尔方案研制失败。
　　在接下来的几个月里，约翰逊开始设计A-4和A-5，这两个设计具有一些隐身能力，但接下来的A-6并没有考虑降低雷达截面积。“凯利”遭遇到提高高性能和低雷达截面积之间的互斥，经常在满足其中一个要求的同时无法满足另一个。

洛克希德的设计从A-4一直进化到A-11构型。其中的A-4~A-6构型是小型自主发射飞机，具有翼身融合的外形特征，垂尾安装在机翼上，可被机翼遮蔽

　　此外，约翰逊认为苏联雷达的发展速度以及频率的多样化将使问题进一步复杂化，解决这个互斥问题需要付出更多的时间和努力。

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　　1959年6月，美国空军战略空军司令部（SAC）决定取消B-58B的采购，使寄生的“鱼”失去了这种加长机身并升级发动机的载机。“凯利”·约翰逊让洛克希德公司相信虽然已经在竞争中出局，但言败为时尚早。
　　康维尔现在处于不利地位，他们只有一个月的时间对寄生方案进行彻底重新设计，增加独立起降能力。该公司进行了一系列设计改进，从“银白鱼”到“鲱鱼”，再到“石首鱼”。

康维尔工程师广泛借鉴了“鱼”的设计特点来完成最初的“石首鱼”构型，但在最终方案的插图中很难看出遗传自“鱼”的特点

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　　其中“石首鱼”在两台普惠J58涡喷发动机驱动下在巡航-爬升末段进入3.2马赫、28600米的超音速巡航，并具有7400公里的无空中加油航程。

“石首鱼”的机翼前后缘有一圈锯齿状钢板，之间嵌有预浸石墨的耐高温陶瓷板以降低雷达反射

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　　为了降低雷达截面积，“石首鱼”的进气口被下方的机翼前缘遮蔽。机翼前缘呈锯齿结构，锯齿间的空隙被楔形介电插入块填充，作用是把入射雷达波转化成热量，从而显着降低雷达截面积。这项技术被称为边缘软化。

A-11构型是侧重性能牺牲雷达截面积的较大型设计。洛克希德向兰德委员会提交了细化的A-11构型供审核，该机的起飞总重超过41730千克，其中25100千克是燃油，依靠两台带加力燃烧室的J58涡喷发动机达到3.2马赫的巡航速度。该机航程7400千米，机长35.66米，机高6.40米，翼展17.37米

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　　洛克希德被指示对A-11设计进行隐身改进，为此可以牺牲一点巡航高度，于是约翰逊推出了A-12方案。两家公司都在1959年8月20日提交了各自的最终方案，洛克希德在9天后收到了正式通知：A-12在“热忱计划”中获胜。

洛克希德使用双垂尾取代了单垂尾，安装在两个发动机舱顶部。垂尾内倾15度以减小对侧面入射雷达波的反射。出于同样原因，在机身两侧增加了被称为“里脊肉”的倾斜表面形成翼身融合外形，并且在“里脊肉”和机翼边缘安装有具有吸波效果的锯齿边缘

A-12的发动机舱采用轴对称圆形进气口，而不是A-11的矩形或二维进气口。轴对称进气口可降低雷达截面积（消除了折角的强反射），并更容易融入机翼设计，用于调节进气量的进气锥也阻止了雷达波直接照射到发动机正面。为了减重A-12主要使用钛合金制造