火箭助推起飞:垂直/短距起降战机的概念发展开端

火箭助推起飞:垂直/短距起降战机的概念发展开端

冷战铁幕下的欧洲是危机四伏的,在苏联钢铁洪流和蘑菇云的阴影笼罩之下,欧洲国家对自己即便联合也无法抵挡苏联这一事实有了充分认识(布拉格之春,在西欧眼皮底下6小时控制捷克全境了解一下)。于是随时面临被战术级核弹摧毁机场丧失防空能力的西欧各国大都开始研发各种对机场依赖小的垂直/短距起降战斗机,由于西德地理位置上与社会主义阵营的桥头堡东德接近,极难抵抗苏联可能的入侵。因此也就成了整个西欧发展垂直/短距起降战斗机最频繁的国家之一。

1955年美国利用F-84"佩刀"战斗机进行的"零距离起飞"实验

在最早期的理念当中,直接利用现成飞机短距起飞莫不是最简单现成的设计思路。原本用在战术支援级短跑道机场(SATS,Short Airfield for Tactical Support)的助推火箭起飞,配合拦阻索降落的原理被搬了出来,在这种理念之下,1955年美国甚至利用F-84和F-104做出了"零距离起飞系统(Zero length launch)",该原理摆脱机场跑道,直接利用大推力的助推火箭在深山洞库以及发射架上起飞的。由于西德面临的威胁远比其他的欧美国家大的多,因此1963年的时候,西德就在美国的帮助下开始了利用F-104G战斗机的"零距离起飞"实验。

F-104"星式"战斗机的火箭助推"零距离起飞"实验

F-104战术机场拦阻索降落

其实早在二战末期,纳粹德国就曾试验过火箭动力的垂直起飞的巴赫姆Ba-349型截击机,通过火箭动力起飞并借由降落伞降落,不过这种垂直起飞截击机的算不上多好,甚至试飞出了事故还害死了试飞员露塔·塞伯(Lothar Sieber,在后面一篇会专门讲到)。但随时面临的亡国之危还是逼着日后的西德毫不犹豫的选择了火箭助推的"零距离起飞"实验。

巴赫姆Ba-349型截击机也是人类最早的垂直火箭起飞项目,以试飞员露塔·塞伯死亡告终

1959年,西德跟美国洛克希德公司达成协议,进行以F-104G为基础的火箭助推"零距离起飞"实验。此时这种类似的火箭项目已经由MGM-1"斗牛士"导弹做了理论验证,并在美国的F-84G和F-100战斗机上进行了测试。1963年,德国跟洛克希德签署相应的实验合同,并于同年在加州爱德华兹空军基地进行了第一次实验。在实验当中,无人驾驶型的F-104G战斗机下方安装有一枚长4.06米、重1905公斤的洛克达RS-B 202型固体燃料助推火箭,可借由其中的1223千克硝酸铵在8秒之内产生2G的加速度,并将战斗机沿20度方向从0加速到120节,燃料用尽后随即脱落使战机自行飞行。在首飞试验成功之后,由洛克希德的试飞员艾登·布朗驾驶进行了F-104G的8次载人"零距离起飞"实验,并都取得了成功。

F-104G和洛克希德的试飞员艾登·布朗在爱德华兹空军基地进行"零距离起飞"实验时的照片

在当时这种"零距离起飞"面临着技术上的两个问题,一方面是侧风干扰问题,另一方面是助推火箭燃气对F-104发动机的干扰问题,后者可以通过调整助推火箭的位置和角度来避免(同时也注定不能在封闭的洞库和室内发射,避免发动机吸入浓烟导致停车),前者就需要试飞员努力以及F-104G的外部中心配置来完成。为此进行"零距离起飞"实验的F-104G战斗机在机翼两端和机腹都有相应的翼尖油箱和中心油箱用于调节重心。

F-104G"零距离起飞"实验在进行试飞前的准备,其实这东西最大的问题是虽然解决了起飞对跑道的依赖,但是降落并没有

尽管实验取得多次成功,但是这种火箭助推的"零距离起飞"的方式也暴露出了诸多问题,而且均是由于这种助推火箭造成的。一方面,助推火箭本身安全性较低,因此即便在实验当中保护重重,多方检查的情况下洛克希德仍旧为试飞员准备了充分的逃生装置;另一方面,助推火箭用一次即抛弃的设计理念对于不论对战时还是日常训练都有着巨大的成本压力,不算航空燃油的消耗情况,起飞一次这种助推火箭就要消耗掉6万西德马克的经费。再者,不论欧美对这种早期的固体燃料火箭的的设计上都有着维护上的难题,洛克达RS-B 202型固体燃料助推火箭对温度极其敏感,只能在27摄氏度使用,这对后期的储存和维护就带来了诸多难题,这甚至逼着测试人员在天冷时候需要用上保温隔层进行包裹。种种难题也就逼着美国和德国的"零距离起飞"计划最终破灭,在实验结束后,西德将F-104G与助推器以静态展示的方式存进了德国航空博物馆。

西德空军的F-104G"零距离起飞"计划最终被叫停,试验品也都进了博物馆

跟美国和西德相仿,苏联也有类似的项目计划,但是缘由却并不相同。如果说美国、西德还能在战时征用平坦高速公路作为临时机场的话,那么苏联远东就面临着地广人稀,基础设施参差不齐,甚至连靠谱高速公路都不见得好找的情况。而基础设施修筑本身是一个耗时长且花费巨大的项目,远不如直接从战机上着手来简单。大概在1955年的时候,苏联航空工业部长会议决定,由米高扬设计局以米格-19为基础(同期还有以正在研发当中的米亚西舍夫M-50超音速轰炸机也有相应的火箭短距起飞研究)设计一种代号SM-30的"非机场发射系统"用于远东的防空,由设计师A·G·阿格罗尼卡主持设计,米高扬设计局的二把手米哈伊尔·古列维奇监制。

苏联的米格-19 SM-30试验型

阿格罗尼卡专门为米格-19战斗机进行了火箭助推改装,使之能安装PRD-22型固体燃料助推火箭,并在YAAZ-210型4轮拖车的基础上设计了专门的PU-30发射器。发射之前需要将米格-19安装在发射器导轨之上,并连接好助推火箭;在使用时,由拖车将PU-30发射器转移到空旷场地,并借助发射器上的液压装置将导轨连同战机抬升至15度,并同时启动RD-9B主发动机和推力392千牛的PRD-22火箭助推发动机,最终在主发动机加力燃烧室以及火箭助推发动机的共同作用下可在2.5秒内产生4.5个G的加速度,并推动战机达到起飞速度。

SM-30在1957年试飞

1956年秋天,SM-30已经准备好进行第一次载人测试,但是在一次无人测试当中暴露了它功率过大的弊端,在强大的尾焰推力之下,发射器的导轨甚至都出现了红热变形。为此米高扬设计局专门就此进行了一系列的调整,载人试验也就拖到了1957年4月13日,但实验当中仍旧出现了尾气将后方石块抛出数米的情况,暴露了助推火箭功率上过大的毛病。但总体来说,SM-30的起飞并不复杂,米格-19的常规飞行员在经过短暂的训练之后也能够适应。

SM-30借助PRD-22助推火箭起飞

车载实验阶段

尽管起飞实现了,但是降落上,SM-30仍旧免不了对跑道的依赖。当时航空部长会议的技术要求是必须在400米之内完成降落,那么原有的减速伞设计也就行不通,最后设计人员不得不考虑航母上使用的拦阻索设计。尽管拦阻索试验成功,可以实现SM-30在120米之内的降落。但是此时由于防空导弹和雷达站在远东的普及,苏联上层已经对这种有点鸡肋的设计彻底失去了兴趣。最后,SM-30计划被苏联高层叫停,至今并未留下实物。

SM-30的线图

SM-30试验型的模型以及PRD-22助推火箭的特写

SM-30试验型的模型以及PRD-22助推火箭的特写

SM-30试验型的模型以及PRD-22助推火箭的特写

米亚M-50超音速轰炸机

当初跟SM-30一道进行苏联版"零距离起飞"计划的还有正在研发过程的米亚M-50超音速轰炸机,不过随着R-7洲际导弹的出现,这种轰炸机也就没了继续研发的必要

在此之后,利用火箭发动机来实现的"零距离起飞"也就正式成为了历史。不过这种火箭发动机上飞机的设计在一定程度上得以保留,利用火箭进行短距起飞/降落的设计依旧存在。这种设计随之而来的短距离起降概念也随之被后世的垂直/短距起降战斗机所继承,在此之后不久,欧美以及苏联的航空设计师开始在战机内部安装升力发动机或矢量喷口发动机来实现类似的效果,也为雅克-38、AV-8以及F-35B的出现提供了基础。

法国达索的幻影-4战斗机利用火箭进行短距起飞,现代航空利用火箭实现助推或减速并不少见