艦載機著艦引導系統(tǒng)

艦載戰(zhàn)斗機著艦有“刀尖上的舞蹈”之稱。在戰(zhàn)場需求的牽引下，艦載機類型進一步拓展，出現(xiàn)了艦載預警機、艦載電子戰(zhàn)飛機、艦載偵察機、艦載反潛飛機等。

如此多類型艦載機的出現(xiàn)，不僅使艦載機體系化訓練漸趨復雜，其執(zhí)行完任務“回巢”時的著艦難度也在加大。搭載平臺空間有限、姿態(tài)不穩(wěn)，訓練或實戰(zhàn)中飛行員體能消耗很大、操控動作不精準，隨時可能出現(xiàn)不良海況或惡劣天候等，使得艦載機的“回收”難上加難。

于是，著艦引導系統(tǒng)逐漸成為現(xiàn)代航母的“標配”，并在發(fā)揮著越來越重要的作用。從某種程度上說，著艦引導系統(tǒng)的效率直接影響著艦載機戰(zhàn)隊的作戰(zhàn)效能，這也使得艦載機著艦引導系統(tǒng)從誕生之日起，其功用與性能就在不斷優(yōu)化升級。

雖然其他大型海上移動平臺也能起降戰(zhàn)機，但總體來說，航母所用著艦引導系統(tǒng)的發(fā)展更為典型。那么，航母上的著艦引導系統(tǒng)經(jīng)過了哪些發(fā)展過程呢？請看解讀。

艦載機著艦引導系統(tǒng)

讓“刀尖上的舞蹈”收放自如

■張明 趙楠 張國強

俄羅斯庫茲涅佐夫號航母及其“蛋糕桶”狀空中戰(zhàn)術導航系統(tǒng)。

在歸航的戰(zhàn)機上，行駛在浩淼海洋中的航母在飛行員眼中是什么樣子？最多的答案是——“像一片樹葉”。

如果曾經(jīng)在風高浪急、波濤洶涌的情況下駕戰(zhàn)機著過艦，飛行員的回答會更加形象生動：“從空中俯瞰，航母就像被波浪推搡、被風雨吹打的一片不停晃動的樹葉。”

海上無風三尺浪。駕駛著艦載戰(zhàn)斗機的飛行員，要在這樣的環(huán)境中，以較高速度從空中抵近，降落在這片晃動著的“樹葉”上，其難度可想而知。

要做到這一點，一方面，嚴格的高強度訓練不可或缺。另一方面，來自航母上的指揮引導同樣重要。這種引導，既包括著艦指揮員語音或姿態(tài)動作的提醒提示，也包括一些專業(yè)設施與裝備的輔助。艦載機著艦引導系統(tǒng)起初就是專門為此而生。

近一個世紀以來，隨著戰(zhàn)場需求的演變與技術的發(fā)展，航母一直在發(fā)展。與之相適應，艦載機從螺旋槳推進拓展到噴氣發(fā)動機推進。除有人駕駛艦載機外，近年來各國推動無人機上艦的工作也緊鑼密鼓。

這些發(fā)展與變化，同樣體現(xiàn)在著艦引導系統(tǒng)的發(fā)展上。從人工引導到輔助艦載機全自動著艦，各項技術從簡單到復雜，從青澀到成熟，裝備設施也從“各自為戰(zhàn)”到“攥指成拳”漸成體系。這一過程中，人們也越來越清楚地認識到，打造一套高效、“過硬”的著艦引導系統(tǒng)，是一艘航母乃至一個航母編隊形成強大戰(zhàn)力的前提之一。

綜觀這一過程，一些新技術的應用與新裝備的列裝至關重要。可以說，著艦引導系統(tǒng)發(fā)展的歷程，就是應用新技術與新裝備的過程。正因有新技術新裝備的不斷“試水”與成熟，才讓艦載機著艦這種“刀尖上的舞蹈”不斷趨于收放自如。

俄羅斯庫茲涅佐夫號航母及其“蛋糕桶”狀空中戰(zhàn)術導航系統(tǒng)。

大體上說，航母著艦引導系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了以下四個階段。

人工著艦引導階段。20世紀50年代前，航母搭載的多為螺旋槳艦載機。由于當時的艦載機飛行速度慢，在艦載機著艦的最后階段，才需要著艦指揮員來引導。這種引導大多為人工引導。起初，著艦指揮員通過做一定手勢來發(fā)出相應信號。后來，為了使所發(fā)出的信號更加直觀和明顯，著艦指揮員開始手持彩色信號拍或信號牌進行引導。夜間著艦，則通過著艦指揮員手拿霓虹燈管來引導。

早期的人工著艦引導，尚未引入無線電通信設備，主要靠飛行員和引導員的經(jīng)驗來完成。由于海上氣象多變，這種引導在成功率上有很大不確定性。據(jù)相關機構統(tǒng)計，二戰(zhàn)中，艦載機平均每50次降落就會發(fā)生1次事故。這主要是因為，靠人工引導，飛行員無法確保及時看到著艦指揮員提供的偏差修正信號。另一個原因，則是當時的艦載機多采用后三點式起落架設計，造成飛機著艦掛索后方向保持性差，容易出現(xiàn)側滑或偏航，甚至會發(fā)生側翻或撞到其他停放在航母上的飛機。

半自動著艦引導階段。20世紀50年代后，噴氣式艦載機興起。由于噴氣式艦載機飛行速度快，飛行員在著艦過程中的觀察、分析、判斷時間大幅壓縮， 很大程度上增加了著艦的危險性。為適應這種變化，這一階段，光學助降設備和雷達助降設備出現(xiàn)。光學助降設備中比較典型的是菲涅爾透鏡。通過在航母上科學設置一排排紅綠燈，它就能在空中形成一個由多個光層組成的下滑坡面，沿指定的光層駕機下滑，即可基本確保艦載機在著艦前處于正確的下滑航道內。

雷達助降設備由機載和艦載設備組成。艦載雷達能測量飛機的實際位置與運動參數(shù)，結合航母運動參數(shù)，運算得出飛機下滑時應飛的航路。通過對應飛航路和實飛軌跡進行對比，雷達助降設備還能夠為艦載機著艦提供偏差信息，以便艦載機及時調整，修正偏差。

光學助降設備的研制成功和投入使用，使這一階段航母上的著艦事故率由二戰(zhàn)時的2%下降到0.5%左右。這一階段，航母斜角甲板出現(xiàn)，為著艦失誤飛機增加了復飛機會，又使事故率下降到0.1%以下。

美國杰拉德·R·福特號航母及其改進型菲涅耳透鏡光學助降系統(tǒng)。資料圖片

雷達助降設備的研制使用，有效解決了艦載機著艦時的偏航與精度修正問題，使著艦事故率進一步降低。因此，盡管航速較高的噴氣式飛機著艦風險性增大，但這一時期的艦載機著艦事故率并未提高，反而有所降低。當然，這其中也有噴氣式艦載機開始采用前三點式起落架設計的原因。

全自動著艦引導階段。20世紀80年代初，隨著雷達和計算機技術進一步提升，一批新的著艦引導雷達研制成功并在航母上投入使用，標志著全自動著艦引導時代的到來。這一時期的著艦引導系統(tǒng)體系更加完備，包括一系列雷達系統(tǒng)如儀表著艦雷達系統(tǒng)、空中交通管制雷達系統(tǒng)、精密進場控制雷達系統(tǒng)等，以及空中戰(zhàn)術導航系統(tǒng)、儀表載波著陸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈、改進型光學助降系統(tǒng)等。各種設備相輔相成、互為備份，所獲數(shù)據(jù)通過綜合處理，共同為飛機著艦提供依據(jù)。

全自動著艦引導系統(tǒng)的投入使用，理論上使艦載機可以在海況復雜、能見度低的氣象條件下降落。這主要是因為這時的著艦引導系統(tǒng)能提供更多引導信息，艦載機接收到信息后，其飛控系統(tǒng)能快速響應，計算得到修正航線偏差的控制指令，進而通過控制動力系統(tǒng)和機體翼面做出響應，修正偏差。

這一階段，比較有代表性的是美國第二代全自動著艦引導系統(tǒng)——AN/SPN-46。該系統(tǒng)20世紀80年代后期通過試驗，曾引導艦載機在較低能見度、航母甲板縱搖橫搖升沉幅度較大的海況下完成著艦動作。但是，該系統(tǒng)也暴露出一定問題，其所給出的著艦位置仍存在不小誤差，這種誤差讓飛行員非常擔憂，因此該系統(tǒng)的使用效率并不高。

為解決這一問題，美國航母增加了一些其他著艦系統(tǒng)，包括借助分散布置的俯仰角、方位角信號發(fā)射器，給飛行員校準飛行航線、調整著艦姿態(tài)提供參考。

美國杰拉德·R·福特號航母及其改進型菲涅耳透鏡光學助降系統(tǒng)。資料圖片

俄羅斯也在發(fā)展全自動著艦引導系統(tǒng)。庫茲涅佐夫號航空母艦投入使用的自動引導著艦系統(tǒng)全稱為“電阻器K-4”航空兵近艦空域飛行指揮、導航和著艦引導綜合系統(tǒng)。除主桅桿上的“蛋糕桶”狀的空中戰(zhàn)術導航系統(tǒng)外，“電阻器K-4”自動引導著艦系統(tǒng)還包括“天空哨兵”相控陣雷達和“頂板”三坐標雷達，以及精密進場跟蹤雷達、儀表載波著艦系統(tǒng)和左舷的菲涅爾透鏡光學助降系統(tǒng)。

在全自動著艦引導系統(tǒng)構成方面，各國的總體設置并不相同，如法國航母的艦載機著艦引導系統(tǒng)就略顯簡約，主要靠空中戰(zhàn)術導航系統(tǒng)、搜索雷達、菲涅爾透鏡光學助降系統(tǒng)這“三板斧”來完成引導。

聯(lián)合全自動著艦引導階段。20世紀末21世紀初，一些國家的航母及艦載機在原有全自動著艦引導系統(tǒng)基礎上增加了全球衛(wèi)星導航功能。這使得艦載機在著艦時有了新的數(shù)據(jù)來源，通過與飛機上原有導航系統(tǒng)所獲數(shù)據(jù)進行比對，就可預先測定相對著陸點，并提供處于運動狀態(tài)下的航母的精確位置。

賦予該系統(tǒng)全球衛(wèi)星導航功能的目的當然不止于此，該階段的著艦引導系統(tǒng)更注重適應性，在精確、可快速部署、抗天氣和地形影響、易存活、易維護、具有互操作性方面都有更高要求。其最終目的是降低空間和能見度等因素對飛機運行的影響，使飛機能夠在世界上任何適當?shù)年懙鼗蚝；脚_上降落。

目前，在裝有全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)、激光助降系統(tǒng)等多種引導手段的航母上，美軍戰(zhàn)機進行了海上自動著艦試驗，證明了這類著艦引導系統(tǒng)的有效性。根據(jù)其海軍披露的發(fā)展規(guī)劃，聯(lián)合全自動著艦引導系統(tǒng)在成熟后，將逐步取代航母上的儀表著陸系統(tǒng)和精確進近雷達的功能，使著艦引導系統(tǒng)更加簡約、高效。這一過程中，美海軍還有很多問題需要一一解決。

總之，隨著當前新型海上作戰(zhàn)概念的提出尤其是輕型航母作用的凸顯，以及艦載機速度的進一步攀升，其著艦引導面臨的情況將更加復雜。無人機上艦、未來海上作戰(zhàn)日趨激烈的特點，對著艦引導技術提出了更高要求?？梢灶A見，隨著高新技術尤其是人工智能的發(fā)展，把更多工作交給高度自動化的機器去做，大幅減少飛行員干預，實現(xiàn)艦載機自動著艦和無人機自主著艦，將成為必然趨勢。更智能、更高效、更安全，讓戰(zhàn)機在著艦過程中和著艦引導設備形成一個智能算法控制的閉環(huán)，從而實現(xiàn)精準著艦，這一發(fā)展路徑已經(jīng)十分明晰。

供圖：陽 明