溫杰

2014年12月5日至8日，“獵戶座”（Orion）無人駕駛技術驗證機在第18次試飛中，持續(xù)飛行了3個晝夜，續(xù)航時間超過了80小時，打破了諾格公司的RQ-4A“全球鷹”在2001年創(chuàng)造的30.5小時的官方紀錄。2015年7月15日，國際航空聯(lián)合會正式宣布，“獵戶座”無人機以80小時2分52秒的續(xù)航時間，創(chuàng)造了最長持續(xù)飛行時間的新紀錄。

2016年3月3日，美國航空周刊集團舉辦的第59屆“月桂獎”在美國國家建筑博物館隆重舉行，在航空領域取得突出成就的團隊和個人分別獲得了商用航空、防務、空間、創(chuàng)新、技術、公務航空等獎項。其中，極光飛行科學公司（簡稱極光公司）憑借著“獵戶座”中空長航時無人機創(chuàng)紀錄的超長續(xù)航飛行時間，從候選團隊中脫穎而出，榮膺本年度的“創(chuàng)新”獎。

研制發(fā)展過程

21世紀初，美國國防部與國土安全部等多家機構聯(lián)合發(fā)起了一項“聯(lián)合能力技術驗證”（JCTD）計劃，驗證一種能夠在19800米高空持續(xù)飛行5天以上的無人駕駛飛行器，考慮將其作為一種準衛(wèi)星，為分散在阿富汗山區(qū)內的作戰(zhàn)部隊轉發(fā)通信信號。正是在這樣一種作戰(zhàn)需求的牽引下，極光公司、航空環(huán)境公司、波音公司和諾格公司紛紛立足自身技術優(yōu)勢，開始發(fā)展一些關鍵技術。

2004年，極光公司在弗吉尼亞州馬納薩斯總部所在地的超高空試驗設施上開始測試氫燃料發(fā)動機，并在此基礎上著手研制“獵戶座”驗證機，主要任務是作為先進氫燃料推進系統(tǒng)的試驗臺。研制過程中，極光公司發(fā)現(xiàn)，氫燃料用于高空長航時飛行仍然需要突破一些關鍵技術，投入實用仍然尚需時日。

2007年，美國空軍研究實驗室（AFRL）在2007年發(fā)起了一項“超長續(xù)航”（Ultra Long Endurance）研究計劃，旨在評估用可擔負得起的固定翼無人機替代監(jiān)視飛艇的可行性，然后開始研究探索如何突破“捕食者”和“全球鷹”續(xù)航時間限制的相關技術。這項計劃的目標是驗證一種無人駕駛平臺在攜帶454千克情報、監(jiān)視與偵察（ISR）載荷的情況下，可以在6100米高度持續(xù)飛行5天（120小時），或者在攜帶226千克有效載荷的情況下，可以在4572米高度持續(xù)飛行155小時。

針對中空極限續(xù)航力的挑戰(zhàn)，極光公司從技術方面對常規(guī)機體和推進系統(tǒng)的長航時飛行進行了風險權衡，決定放棄此前采用昂貴的液態(tài)氫換取極限續(xù)航力的思路，而是采用標準的軍用航空燃油作為能源，在日漸縮小的有人和無人機市場空隙中，爭得了一席之地。2008年，極光公司向AFRL提交了一種“獵戶座”中空長航時方案，最顯著變化是動力裝置采用高性能活塞式發(fā)動機。

2010年9月，AFRL最終選擇了“獵戶座”驗證機作為其“中空全球ISR與通信”（MAGIC）聯(lián)合能力技術驗證（JCTD）計劃第一階段的驗證平臺，開始為期3年的設計、制造和測試過程。同年11月22日，極光公司在密西西比州首次展示了“獵戶座”無人駕駛驗證機。由于資金未能及時到位，這項計劃的研制進度有所推遲。

在美國國防部管轄范圍內，“獵戶座”計劃的隸屬關系曾經(jīng)幾經(jīng)易手。該公司在完成了MAGIC JCTD的早期階段后，移交給一個新的計劃辦公室，但是依舊保留著最初設定的目標。極光公司拒絕透露目前的客戶，但有分析認為它是美國空軍的“大游獵”（Big Safari）計劃辦公室，負責管理采購和改進特種任務平臺。

總體設計特點

從外觀看，“獵戶座”無人機采用了盒狀主機身，全部由復合材料制造，全長17.37米，高度為6.40米。機身內部除了設置有多個燃料箱外，還從前至后布置了前載荷艙、前起落架艙、航空電子設備艙、后載荷艙，其中包括一個整體油箱。

該機采用了可收放的前起落架和不可收放的主起落架，前者可以避免遮擋機頭下的傳感器轉塔，后者在機輪上加裝了整流罩來減小阻力。機身后部采用了尾撐，在末端保留了此前高空長航時無人機的水平尾翼和垂直尾翼，分別設有俯仰操縱面和方向舵。

“獵戶座”采用了大展弦比的單片式機翼，翼展達到40.23米，略低于“鬼怪眼”驗證機的機翼，二者都是由該公司的產(chǎn)品發(fā)展中心設計和制造。機翼的翼梁和蒙皮均由復合材料制造，而加強肋由鋁合金和復合材料制成，具有結構重量輕和氣動阻力低的特點，確保了在中空飛行時延長續(xù)航時間，同時還降低了生產(chǎn)成本。

“獵戶座”的另一個特點是采用了高燃油效率的動力裝置。它選用了兩臺Austro發(fā)動機公司生產(chǎn)的AE 300渦輪增壓發(fā)動機，以航空煤油為燃料，具有較低的燃油消耗率和較好的中高空性能。它是一種液冷直列式4缸發(fā)動機，單臺功率為123.5千瓦，通過傳動比1.69的單級減速器，驅動直徑4.8米的3葉螺旋槳。

AE 300發(fā)動機的缸體基于奔馳公司授權的在奔馳A級車上使用的車用柴油發(fā)動機，采用了頂置雙凸輪軸（DOHC），具有更好的性能。與采用頂置單凸輪軸（SOHC）的發(fā)動機相比，這種發(fā)動機不再需要氣門挺桿和搖臂，所以功率的損耗會比較小。另外，由于氣門重疊角度可以變化，這種發(fā)動機的輸出功率會比較大，加上氣門可以油壓控制，無需調節(jié)氣門間隙，長時間工作后也不會因為氣門間隙變化而出現(xiàn)動力輸出遞減的情況。

AE 300發(fā)動機可以在高空和較低大氣壓力下穩(wěn)定工作：從海平面到2895米高度，它能夠穩(wěn)定地輸出額定功率；隨著飛行高度不斷增加，它的輸出功率呈線性下降，但在5486米高度時的功率輸出依然可以達到99千瓦。因此，“獵戶座”的設計升限可達9144米。

“獵戶座”驗證機的空重不到2350千克，最大起飛重量可達5070千克，因而在攜帶454千克任務載荷時，還可以攜帶2270千克燃料。它的最大速度為222千米/時，巡航速度為157千米/時，最大航程為24140千米。在空中保持24小時任務狀態(tài)下，作戰(zhàn)半徑為6440千米。

打破飛行紀錄

2013年8月24日，“獵戶座”驗證機進行了首次飛行，在空中持續(xù)飛行了3小時31分鐘。無人機在飛行中以111千米/時的速度達到了約2500米的海拔高度。按照固定價格驗證合同，極光公司需要在2014年12月19日之前滿足一項驗證試飛要求，即能夠執(zhí)行80小時的飛行。

為此，該公司根據(jù)預算安排了3次（驗證80小時續(xù)航時間）試飛，在第一次嘗試中，“獵戶座”無人機在空中飛行了3小時后不得不返回，以便重置它的飛行終止系統(tǒng)。2014年12月5日，這架無人機在美國海軍空戰(zhàn)中心位于加利福尼亞州莫哈韋沙漠中的武器分部試驗場實施了第二次驗證試飛，成功地打破了無人機續(xù)航時間紀錄，并將飛行時間累積到158小時，最大高度達到5486米。此次也是“獵戶座”無人機的第18次飛行。

美國航空協(xié)會的觀察人員、國際航空聯(lián)合會的美方代表在現(xiàn)場監(jiān)督了這次從12月5日至8日的飛行，并見證了“獵戶座”無人機在12月8日平穩(wěn)著陸。該機在試飛期間，由4名飛行器操作員輪流操縱，在海拔1370～3048米的高度飛行，攜帶了454千克配重來模擬計劃配備的任務載荷。

據(jù)報道，“獵戶座”在著陸后，機內大約還剩余770千克燃料，足以繼續(xù)飛行37小時。極光公司表示，它的續(xù)航時間受到了試驗場可用性的限制，從技術性能來看，該機具有持續(xù)飛行120小時的潛力。此項紀錄表明，美國空軍在中空長航時無人機的關鍵技術方面又邁出了重要一步。

根據(jù)MAGIC計劃，第三階段應該是任務載荷演示飛行和部署海外的試用飛行。按照設計，“獵戶座”在攜帶454千克載荷的情況下可以持續(xù)飛行5天，如果配備更小的載荷，續(xù)航時間可以超過一周。與現(xiàn)役中空長航時無人機相比，這種無人機憑借著大幅度增強的續(xù)航能力，可以攜帶一個類似“捕食者”無人機的有效載荷，以更少的起飛和著陸時間提供連續(xù)監(jiān)視，大大減少了人力負擔和操作成本。