揭秘中国无人机研制历程:大批战机改为无人机

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驻扎在巴丹吉林沙漠深处的空军某基地官兵和科研人员,以科技强军为己任,始终追踪世界军事变革前沿,数十年如一日,顽强拼搏、刻苦攻关,成功研制出多型无人靶机、无人战机,先后为我国航空、防空武器系统的试验、鉴定、批检和空军合同战术训练靶试任务提供各型靶机300多架、靶弹500余枚、伞靶300多顶,为空军武器装备建设做出了巨大贡献。他们自主研制的某型无人战机,2006年荣获军队科技进步一等奖,2008年荣获国家科技进步一等奖。


2008年的第一场雪刚落,记者走进大漠深处,探秘中国无人战机研制鲜为人知的故事。


一定要研制出我们自己的无人靶机


六十年代初,我国还没有无人驾驶靶机。虽然1965年从苏联进口了“拉-17”靶机,但这种飞机性能差,使用空域窄,续航时间短,只能飞十几分钟,而且协作面广,每次执行空靶任务时,要有苏联进口的大型飞机带到天空投放。而此时,还面临着进口大飞机严重的老化问题。基地官兵对此深感忧虑,“没有靶机,武器再好也无法试验定型”,但若长期依赖进口,势必严重影响和制约我国新型武器装备的发展进程,只有靠自主研发,才是唯一的出路,他们立志要为改变这种局面而奋斗,研制出自己的无人靶机。


中国工程院院士、基地一区二站总工程师赵煦,是无人机主要研发者。他向记者回忆到,在当时国家经济实力不足、技术力量薄弱的条件下,研制一种新型且性能先进的靶机,其难度异常大。无人机研制必须结合国情实际,土法上马,少花钱、多办事,就像赵总他们提出的,“没有条件,创造条件也要上”。


如果不依靠载机带飞投放,靶机就得有腿脚。“拉-17”靶机是由母机带到空中,像“母鸡下蛋”一样从天空投放的。赵煦由此触发灵感,创造性的提出天空带飞与地面带飞一致的原理。如果能够设计一种能滑行的小车,把飞机固定在这种小车上,利用发动机的推力使飞机滑跑速度达到一定值后,突然将飞机与小车分离,这样,飞机就能自己飞上天去。但是,这样的方法史无前例。如何实现机车分离,是一个大难题。赵煦等人大胆提出了用自动点刹纠偏的起飞车,“背”着靶机滑跑起飞。


六十年代的基地,一切条件都是那么简陋,设备零件短缺,试验条件也非常差,官兵们硬是要在这样的情况下创造奇迹。他们从废品堆里找来了某型歼击机的轮子、钢筋、铁条,让基地修理厂为他们焊接了一个车架子,一切都是土法上马,因陋就简。为搞好总体方案的设计,赵煦把计算尺、算盘、手摇计算机等能用的工具全用上了,没有资料就比着实物建立计算模型,对空气动力特性、结构强度、飞行性能、飞行航迹等进行了全面的计算论证。通过边研究、边试验,1966年12月6 日,由赵煦等7名同志改装的飞机一举试飞成功,它为我国自行设计无人机奠定了基础,是我国航空史上的一件大事。后来这种被命名为“长空一号”的无人机被人们亲切地称为“争气机”。


大型“长空一号”模拟靶机的研制成功,开创了我国自己研制靶机的先河,结束了我国从国外进口靶机的历史,使得我国无人机的研制虽较西方晚,但“起步晚、起点高”,为后续无人机的发展奠定了坚实的基础。数十年来,生产使用“长空一号”靶机几百架,不但为我国空军武器装备的发展作出了巨大贡献,而且也为我国核试验立下了功勋。


1977年9月某日,中国某颗原子弹在新疆罗布泊空爆。赵煦率领部分官兵,带着“长空一号”赶赴马兰待命,准备搏击蘑菇云。13点整,随着一声巨响,蘑菇云刚刚弥漫天空,“长空一号”无人机迅速将空气样品取回,并在指定地点着陆,开创了无人机核爆炸取样的先河。更令人惊奇的是,飞机着陆时,飞机上的燃料已基本用完,足见赵煦的计算是多么精准。因为单机取样剂量有限,再放飞第二架无人机很有可能会错过核爆最佳时机,如果使用有人机同时配合取样,将会威胁飞行员生命安全。哈军工毕业的年轻大学生陈绍周主动向领导请缨。在那些熬人的日子里,草图、数据充斥了他全部的生活空间。不久,一个由他构想的无人机从一架增加到2架以上的方案顺利通过了论证。随后的一次核爆中,创造了双机同时进入核爆区取样的奇迹。




挑战源于责任驱动


八十年代初,库存的进口靶机已全部用完,与此同时, “米格-15”比斯飞机已退役多年,赵总有了新的想法:如果能把它改研成无人驾驶靶机,岂不是合理利用资源、节约经费、变废为宝的好事?况且航/防空武器也急需一种性能贴近作战飞机的实体型靶机。赵煦和同事们夜以继日、废寝忘食地投入研究试验,梦想着这个目标的实现。


终于,经他们改造的新型靶机初见雏形。但是在试验时,他们遇到了麻烦:靶机偏离跑道!这个难题连苏联专家也无法解决,他们曾无奈地说,如果要将有人驾驶飞机改装成无人机,至少要有直径4公里的圆形跑道!


这时,军队转而打算另购国外的靶机,派考察团赴美考察“火蜂”无人驾驶靶机。很多人认为“火蜂”的机身细长,外观灵巧,起飞后在空中平飞、转弯、爬高、下降……性能不错,赞成购买。


但是赵煦认为,从外国花4000万美元才进口10架满足要求的靶机,且放飞成功率仅有80%。我们的新型靶机完善一下,就能成批改装,费用仅需1000万人民币。赵煦甚至进一步提出,新型靶机使用前可不经人工试飞,试飞前各试验科目都在地面完成,直接提供使用,从而大大缩短研制周期,既提高可靠性,又解脱飞行员。这个方案经济可行,最终被空军首长采纳。


接下来,赵煦和他的战友们开始了艰辛的攻关历程,为了新型靶机的成功出炉呕心沥血,陈绍周、滕忠民、唐正其、王康……集体的智慧溶进了新型靶机。在改装研制试验最紧张的日子里,他们没有白天和黑夜之分,有时在办公室打个盹儿就接着干。为了采集价廉物美的材料,年近半百的滕忠民把身体不好的妻子送回上海,把 82岁的父亲送到浙江农村老家,一个月里他奔波在成都、南京等10多个城市联系、协调,有时买不上座号就挤在硬座车厢里,一站就是几千里路,为了赶路,候车室成了免费旅店。赵煦走路、吃饭都在想攻关,甚至睡觉做梦都是靶机,“泰山在前而不见,疾雷破柱而不惊”,他似乎连身旁的世界都遗忘了。不知道翻了多少书,查了多少资料和数据,也不知道做了多少次试验。谜,终于解开了,他们运用点刹气动纠偏相似转换原理,成功改装了起飞系统,使无人机自动从跑道的东头滑向西头,试滑近4000米还几乎在中心线上,打破了苏联专家的“圈形跑道说”。


这种退役报废多年,即将被判处“死刑”的飞机,终于被成功研制成全尺寸、实体形、高亚音速新型靶机。新型靶机的成功研制,开创了我国用有人机研制实体型无人机的先河,缓解了当时我国靶机奇缺,以及严重制约航空/防空武器试验发展的矛盾。其出色的性能,连苏联专家也赞不绝口,甚至提出要购买飞机的专利权。


新型靶机的成功,可谓一箭三雕:它为飞行员乘坐监控冒险试飞画上了句号;它为空军某型大批退役歼击机找到了出路;它为试验提供了性能更好的高空高速无人靶机。



突破音障的背后


九十年代初,随着航空武器系统的飞速发展,国家航空武器的试验需要一种速度更高、性能更好、更接近真实飞机的无人靶机,研制新型无人靶机已迫在眉睫。当时,赵煦与瞿勤等人提出了超音速无人靶机的研制方案,并一举中标。


但是,让无人驾驶飞机冲破音障太难了,美国攻克这一世界难题用了8年时间,耗资达数十亿美元,仅它的一个设计辅助软件就花费了270万美元。各种困难纷至沓来。时间紧,任务多,经费少不说,厂房施展不开,国内材料和退役飞机原料难以保证,各种检测设备缺乏,技术力量相对薄弱。面临这些困难,他们奉献了太多的智慧和心血。


在攻克选定参数的难关中,赵煦总结科学的参选办法,经过规化、压缩、预选、数字仿真数模方法等,从三百亿个参数中选取1组参数,像大海捞针一样选取参数,其中的艰辛,是常人难以想象的,最后,他成功了。


当时我国的数字控制技术才刚刚使用,尚无成熟的数字式飞行控制系统,有的专家预言,中国应该像苏联、美国那样发展数字式超音速无人机,否则一二十年内造不出超音速无人机。这一重大技术难题摆在了课题组全体人员面前,课题组的同志走出戈壁,到某航空学院做飞机自动控制系统实物模拟试验。试验接连失败数十次,赵总坐卧不安,就连吃饭走路也在思考,由于长时间的超负荷工作,赵煦病倒了,严重的头晕使他坐卧不宁。以后每做一次试验,其他同志都到医院给赵总送一次数据。在接踵而至的失败下,另一位年轻的同志、现任二站站长刘丰军丝毫没有放弃,他把数十次试验的几百万条数据拿出来,经常一干就是一个通宵,人瘦了好几圈,期间家属在老家生孩子也顾不上看望,终于成功研制出“某型自动飞行控制系统”,实现了对靶机进行大空域、大速度飞行的自动控制。


在实验过程中,飞机地面纠偏又成了一个拦路虎。高工滕忠民夜以继日,苦思冥想,终于从废旧的电磁阀上得到启发,利用磁阀有规律的振荡原理,研制成功了“点一刹一点”的自动振铃纠偏系统。用上这种系统,无人机就像有人驾驶一样。


无人机飞行遥控采用的是电子管遥控系统,但该系统不仅昂贵,而且操作不方便,不适应超音速靶机的遥控。时任室主任李宏斌主动请缨,研制了一套新型遥控系统。恰在此时,他又陷入深深的两难决择之中。研制工作才刚刚起步,后续的事情很多,如果再继续担任室主任就会造成分心,又要抓科研试验还要抓管理教育,肯定不能把主要精力投入到项目当中,怎么办?


带着这样的心理斗争,他一夜未眠。


第二天一上班,他就主动来到了赵煦院士的办公室说:“赵总,为了这个科研项目,这个室主任我不当了,现在研制任务刚刚开始,有很多工作要做,新同志又不熟悉无线电遥控设备,室主任要管许多事情,恐怕就不能按时完成任务了,还是让年轻人去干吧,我主攻这个项目。”


赵总犹豫了一下,说:“你想好了?这次不干以后可能就没有机会了。”


“想好了。”


就这样,李宏斌主动辞去了室主任的职务,一心一意搞科研攻关。在随后的两年里,他连续奋战、刻苦攻关,终于成功研制出“某型多目标遥控系统”,该系统投入使用后,为国家和军队节省了3000多万元费用。


很多同志在攻关中表现出超人的境界。该项目研制经费少,在项目开始相当长一个时期仅有一台计算机,大家不得不充分轮流使用,时任副总工程师张苇夜里干脆就在机房里等候自己的时间,经常是等到12点才能上机,一干就是一个通宵。为搞懂弄通该型飞机的基本原理和机载设备战技指标,甚至“把实验室搬回家”,把飞机图纸摆在卫生间里“搞研究”,光笔记就10万多字。在危险面前,基地官兵丝毫没有退缩。


周宏军作为一号无人靶机试滑员,曾经被人形象地称为“木偶飞行员”。有一次,周宏军进行高速滑行试验这一关键试验项目,飞机很快加速到了260公里,这时,飞机的刹车系统突然失灵!他马上进行了人工操作,进行持续点刹。还好,飞机的速度慢了下来,终于在离跑道头只有4米远的地方停住了。


郝秀挺乘坐热气球测试无线电高度的数据,热气球升空到2000米高度时,6级大风平地而起,最后气球失去控制迫降在40公里外的黑河滩上,黑河松软的泥沙救了他们的命。有人认为,死里逃生的小郝再也不敢上天了,但伤势稍见好转,郝秀挺又出现在热气球上。


在忘我工作,甚至不顾生命安危的牺牲奉献精神感召下,官兵们自己动手制作8个系统2万多套各种设备及配件,突破了国际通用的数字式解决无限变数理论界线和力学快速控制及地面效应三大理论,攻克了世界航空史上从未遇到的地面纠偏、平衡离陆、各种无线电信号兼容等10大技术难题。来自全国航空界的近百名权威专家目睹了该机型冲破音障,驰骋蓝天。


该机型研制成功,填补了我国在该领域的空白,为我国航空/防空导弹武器系统攻击超声速目标提供了有力的保障。中国航空界专家对我国首架超声速无人驾驶飞机进行鉴定,结论是:设计先进,性能优良,达到世界先进水平。至此,实现了从模拟至实体,从亚音至超音,全空域、全速度域,种类齐全,可满足我国所有空中威胁武器对靶标的需求。




无人机的新航迹


随着世界无人机技术的发展及在现代战争中的实际应用,无人机已从靶标使用逐步向智能化、多用途作战使用扩展,无人作战飞机已成为发展的必然趋势,并被列为 21世纪十大超级武器之一。面对日益紧迫的军事斗争准备形势,基地官兵以时不我待的使命感责任感,紧盯科技前沿,敢为人先,提出研制某型无人战机,该项目总参、原国防科工委列为“九五”国家重点工程项目。


2004年初,二站站长刘丰军、高工滕忠民为搞好调研,从兰州开始,沿着成都、重庆、贵阳、汉中、上海、南京、北京、太原、洛阳、西安、宝鸡一路下来,几十家科研单位,十几个调研课题,跑完了大半个中国,终于摸准了真实情况,形成了最好的方案。


研制起初,要用到原机的重量重心数据。该机的相关原始数据,在我们国家出版的通用教材中随处可见,常规的做法大都是“拿来主义”,照搬即可。赵煦在仔细看过后,发现其中有错误,遂提出不同见解。当时其他科研人员都感到不理解,这个型号飞机已经相当成熟了,数据也经过千百次反复使用过,认为不可能有错误。但他硬是重新核实计算,最终推导出了该飞机全新的重量重心曲线和数据,经过试验验证后,完全正确。事后证明,如果照搬原始数据,不但会使试验走弯路,延长研制周期,而且还会造成无法挽回的严重后果。


在赵煦、瞿勤带领下,近20名精兵强将扎营西安、南京两地,集中精力搞起了全系统物模试验,忘记了昼夜,忘记了寒暑,每个都面容黑瘦,终于拿到了关键的试验数据,完成了最佳的系统配置。


在一次试飞过程中,由于种种原因,飞机长时间处于“加力”状态,无法退出,导致飞机耗油加剧,给返场着陆带来严重困难。如果处理不当,有可能造成飞机坠毁,那后果将不堪设想。


科研人员在指挥大厅里焦急地看着燃油殆尽即将返场的飞机,空气中充斥着凝重的气氛。赵煦仔细看了看屏幕各种数据信息,此时时间一秒一秒的过去,燃油一点一点的耗尽,就在这危机关头,他做出了一个常人无法理解的决定:不作任何处理,飘也要把它飘回来。后来飞机果然安全着陆。经燃油抽取测量,飞机油箱内仅剩下 2.5千克的燃油。所有在场人员无不捏了一把汗。这在航空飞行史上是不可思议的!


某次试验任务前夕,冷气压缩机出现了故障,不能正常使用,如果不及时修好,势必影响任务进程。当时经多方人员进行修理,但故障一直没有排除,正在外地的退休干部王振海得知情况后,立即动身赶回基地。连夜一个部件一个部件的排查,一个数据一个数据的校对。晚上11点左右,终于找到了故障原因,直到凌晨才排除了故障。


像这样的感人事迹数不胜数。自然环境艰苦时刻困绕着基地官兵,机场夏季高温戈壁滩上40多度,能把人晒掉了皮,藏没处藏;冬天零下30多度,滴水成冰,躲没处躲。每次滑行、校飞、检测、排故,一干就是五、六个小时,经常围在飞机旁站在跑道边狼吞虎咽吃几口饭;炎热高温季节,汗出来了蒸发不掉,局部皮肤被汗水泡的红肿发痒,脖颈腋下长满痱子;数据装定、下载,再冷的天也不能带手套,脸被风吹的起干皮,手上长满冻疮,没有人喊一声苦叫一声累,终于迎来了成功的鲜花和掌声。


2005年12月的一天,随着机场一阵轰鸣声,某型无人战机冲天而起,站在跑道边的科研人员和官兵们欢呼雀跃,流着激动的泪水相互拥抱。该成果在技术应用上和总体性能上都达到国际国内领先水平,多项技术居于国际先进行列。


随后,他们对某型无人机的性能进一步进行了拓展。当拓展型无人机顺利通过试验验证试飞时,时任空军司令员乔清晨当场竖起大拇指,说“这是一个好用、管用、顶用的东西”。


为了更好地满足科研试验的需要,给机载飞控系统和地面指指挥员提供更实效、更丰富、准确性更高的数据,2007年3月,基地决定:尽快研制一种能满足上述要求的新型测控定位系统,研制时限为6个月,希望用于某新型靶机上。李宏斌同志废寝忘食,独立承担了从关键单元电路设计及试验、整机原理电路设计、印刷电路板设计、电路板的检查、焊接、调试、安装等全部艰苦细致的活。经过艰苦卓绝的努力,当年9月,成功研制出了“CKD-313型多目标测控定位系统”。


从2005年到2007年,由于多种型号任务重叠,既要保障靶试还要进行科研,场地资源、人力资源、保障资源又很有限,基地通过科学计划、合理调配、严密组织,在现有人员的基础上成立了科研攻关小组、明确了各组科研任务、设置规划了场地、购置了新设备、在靶试间隙组织人员进行集中改靶,通过各种科学合理的措施使得工作效率成倍提高,保障能力大幅提升。3年时间内仅为各型导弹的试验、定型、批检就提供各型靶机上百架。


基地广大科技工作者并没有因此而满足,他们的目光掠过茫茫大漠,投向了更深更远的浩瀚长空,中国无人机研制进入了快速创新发展的新时代……


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