从“天使”到“龙夫人”——U-2养成记

万磁王

作者：Crazy Ivan
本文原载航空历史迷Crazy_Ivan的博客，曾刊登在《航空知识》2017年10月刊
来自空军之翼

　　有道是“站得高，看得远”，无论气球、飞艇还是飞机，载人航空器最初的军事用途就是居高临下观察敌情。当二战硝烟刚刚散尽，东西方就陷入冷战对立。随着苏联成功试爆原子弹、加紧发展轰炸机和导弹等远程武器，以“自由世界”保护者自居的美国人急切地想要知道“铁幕”另一边究竟隐藏着多少威胁。U-2高空侦察机由此应运而生，长期充当着山姆大叔窥探世界的“千里眼”。

U-2在两万米高空拍摄山火照片

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“臭鼬工厂”飞出“天使”
　　美国伙同盟友从空中刺探苏联和东欧地区由来已久，起初还只是派出飞机在边境线一带“打擦边球”，但搜集到的情报很有限。为了弄清苏联是否具备对西方发起突袭的能力，1948年美国总统杜鲁门批准实施“越境飞行”(Overflight)侦察活动。美军先后出动由B-29、B-45和B-57等轰炸机改装而成的侦察机窜入苏联境内的军事和工业等重要目标上空，然而也屡屡遭到拦截和追击，机毁人亡的事件时有发生。
　　在和平时期侵犯他国领空可是严重违反国际法的行为，但面对幅员辽阔、防备严密的苏联，越境飞行又势在必行。美方只能寄希望于利用技术优势，让侦察机尽可能不被发现、不受拦截。1953年初，美国空军提出了对新型侦察机的需求，主要指标一是升限不低于2.13万米，使得苏联的雷达难以探测，战斗机和防空导弹更是鞭长莫及；二是任务半径能达到2778千米，可以飞越苏联腹地。这一代号“秃鹰”的项目原本是由贝尔、费尔柴尔德和马丁三家飞机公司进行投标，不料半路却杀出个“程咬金”。

贝尔的高空侦察机方案Model 67

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　　不请自来的竞争者就是洛克希德公司的总工程师克拉伦斯·“凯利”·约翰逊，这位航空界的设计“大神”在28岁时就主持研制出著名的P-38战斗机。1943年他负责美国第一种实用型喷气战斗机P-80项目时，在加州伯班克的生产基地内组建了精干高效的先进开发工程部门，外号“臭鼬工厂”(Skunk  Works)，只用了143天时间就将原型机送上天空。听到“秃鹰”的风声时，约翰逊刚完成F-104战斗机的设计，原型机曾飞到1.8万米的高度。由此，约翰逊设想他的侦察机沿用F-104的火箭形机身，把机翼翼展增加3倍。同时为了减轻重量，仍然只安装一台发动机，取消武器系统、弹射座椅甚至是起落架等装置，进一步提高升限。

CL-282侦察机最大限度地沿用了F-104战斗机的设计，从超音速战斗机摇身变为亚音速高空侦察机

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　　然而这个名为CL-282的设计方案一开始并不被看好，美国空军对这种非常规设计心存疑虑，更倾向于采用成熟的双发机型。不过约翰逊在空军部和中央情报局高层那里找到了支持者，经过评估CL-282被认为比其它机型更具优势。当时的美国总统艾森豪威尔决定由中情局主导越境飞行活动并提供经费，而约翰逊作出可在8个月内交付样机，造出20架只需2250万美元的承诺也很有吸引力。于是在1954年底中情局启动了代号“感光印刷”的秘密计划，在空军的配合下将CL-282付诸实施。
　　绿灯一开，约翰逊带领80多人的“臭鼬”团队迅速行动起来。由于设计中的飞机要飞得如此之高，就获得了“天使”的雅号。出于保密原因，“天使”要与洛克希德公司的其它项目分隔开，零部件的制造和采购也得另立名目。为加快进度，约翰逊坚持让技术人员在生产现场附近办公，遇到问题可以随时沟通和解决，大大提高了工作效率。此外，约翰逊也参与试飞基地的选址和建设，最终选定了内华达州偏僻而平坦的格鲁姆干湖地区（位于神秘的“51区”当中）。1955年4月在此动工兴建基础设施，7月试飞人员开始入驻，第一架“天使”也随后空运而来。此时她才被正式定名为U-2，绰号“龙夫人”（Dragon  Lady，源自流行漫画里神秘而危险的亚洲女性人物)。U代表的是“通用”机型，以此掩盖其真实用途。

C-124运输机将U-2部件秘密运到格鲁姆基地

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“龙夫人”的真面目
　　正如约翰逊保证的那样，U-2按计划在1955年8月开始试飞。当她完整地出现在跑道上时，已经与当初的CL-282明显不同，几乎看不出还有F-104的影子。在研制过程中，约翰逊鼓励工程师们打破常规，大胆创新，将以往的技术规范视作参考而不是教条，这才打造出在外形和性能上都独树一帜的“龙夫人”。
　　U-2说来就是一种自带动力的滑翔机，这样的设计理念其实也是不得已而为之。由于时间紧迫，只能采用现有的发动机。在动力尚不够强劲的条件下要飞得高而且远，引入滑翔机高升力低阻力的特性也就顺理成章了。其大展弦比平直机翼的翼展比机身还长9米，在滑翔状态下每下降1米可前进23米。不过这样的翼型容易受乱流的影响，因此加装了强风控制系统，通过气动面的自动调整来保持飞行状态。同时，U-2也要像滑翔机那样轻盈，机身以铝合金为主，仅满足最低的结构强度要求。蒙皮厚度只有0.5～1.6毫米，翼肋、纵梁和加强板等加固件也尽可能减少，机尾与机身的连接只用到3个固定螺栓。这就使得U-2的机动过载只有2.5g，比一般战斗机动辄6～7g的过载能力要差得多。

首批U-2是在洛克希德加州伯班克工厂制造的，图中工人们正在铆接机翼

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　　U-2起初安装的是一台推力46.7千牛的J57-P-37涡轮喷气发动机，在高空环境下容易熄火。不久U-2又换上了特别改进的J57-P-31，推力增大，而且工作状态更稳定，就算熄火也无需下降太多高度就能重新启动。位于机身两侧的进气道经过优化设计，在高空也能让发动机获得足够的冲压气流。U-2使用的是壳牌石油公司出品的JP-7新型燃油，比普通航空燃油具有更高的粘度和更好的稳定性，在高空低压环境下不易冻结和挥发。每侧机翼内有两个密封油箱，总载油量为5054升，必要时翼下还可加挂两个378升的副油箱。

U-2的超长翼展使其具备良好的滑翔能力

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　　在最初的CL-282方案中，约翰逊将常规起落架换成长长的耐磨滑板。不过U-2实际采用的是自行车式的起落装置，在机身下方前后设置主机轮和尾部机轮，又在两翼下装上具有弹性的活动支撑轮，让飞机滑跑时可以保持横向平衡。起飞后支撑轮会自行脱落，降落时则由翼尖下的防撞滑橇来保护下垂的机翼。如果按常规做法在机翼下设置一对可收放的机轮，不仅增加了重量还会占用机翼内的储油空间。
　　U-2最重要的载荷——侦察相机被安置在主机轮前的机腹设备舱内，舱门和内部结构经过特别设计，可以方便地更换不同的相机系统。其中常用的A型由3台K-38航空相机组成（一台垂直安装，两台左右倾斜），B型则是用一台HR-73单镜头相机进行全景式拍摄，高空照片分辨率可达0.76米。

正在安装侦察相机的早期U-2

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　　为了减重，U-2的单人座舱内没有弹射逃生装置，万一飞行员要跳伞就只能手动打开舱盖了。而且座舱只是半加压的，为了防止患上减压病，飞行员在起飞前一小时要呼吸纯氧，排出体内的氮气，登机时必须穿着带氧气管的增压服作为保护。座舱的布置与战斗机的类似，不同的是仪表板上多了一个用于辅助导航的下视潜望镜，供飞行员观察下方的地貌地标，还配有一个活动六分仪用于天文导航。另一处差别在于飞行员用的不是驾驶杆而是方向盘，和脚蹬一样通过线缆和滑轮控制气动面。
　　由于U-2的液压系统也被简化，飞行控制缺少液压助力，在高空操作需要动作轻柔，但在空气稠密的低空会变得吃力。而且U-2在巡航高度上的失速时速与最高时速仅有10来千米之差（这么狭小的允许速度范围被称为“棺材角”），一不小心就会超过极限导致事故。此外飞行员还得经常调整油箱内的燃油消耗量来保持飞机平衡。U-2对侧风也很敏感，加上接近跑道时会受地面效应的抬升影响，给着陆增加了难度。因此在降落过程中地面上要派车追随，并向飞行员通报下降的角度和高度，助其平稳落地。可见“龙夫人”尽管外形简洁，驾驭她却很不简单，不仅讲究技巧，精神还得高度集中。虽说在长途任务中飞行员可以通过面罩上的管子饮水和吃些流质食物，但经过8小时飞行后体重通常会减少2～3千克。

传奇设计师约翰逊与他的“龙夫人”

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更高更远更能干
　　“龙夫人”的存在其实是个公开的秘密。早在1956年5月，美国航空咨询委员会(NACA)就对外宣布利用洛克希德公司的U-2飞机，对高空气象、大气环境和宇宙射线等进行科学研究，还特别指出这种新型飞机可在1.6万米高空上经济而又高效地搜集数据，并会派到海外工作。这显然是在为U-2的真正使命打掩护，万一在敏感地区被发现或失事，美方也可以推说那是迷航的民用飞机。
　　U-2的飞行员由中情局从美国空军中秘密招募和培训，从1956年6月开始以北约盟国为基地执行对东欧和苏联地区的越境侦察。美国空军后来也改变态度成为了用户。而约翰逊和“臭鼬”团队就根据U-2在试飞和服役中暴露的问题不断加以技术改进，“龙夫人”的家族也随之逐渐壮大起来。

U-2拍摄的苏军机场

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　　按照设计，U-2要靠飞得高和保持无线电静默等手段来避人耳目。头几次越境飞行相当顺利，但U-2的行踪还是被苏联雷达侦测到了。对此中情局在1957年制定了“彩虹计划”，要求降低被雷达发现的概率。洛克希德公司与来自学术界和工业界的专家合作攻关，尝试了两种途径来减少U-2的雷达散射面积：一是在机身表面贴上含有吸波材料的薄片，二是在机翼和机身上布设导线网，分别降低高频和低频雷达波的反射。然而试验表明这些措施效果不佳，还会造成飞行性能下降，导致改装后的U-2原型机发生致命事故。“彩虹计划”黯淡收场，倒是为后来的隐形飞机设计提供了经验教训。

机身下表面贴了“壁纸”吸波材料的U-2

U-2的“导线”隐身系统