佩帶“蜘蛛”的“巨獸”：洛馬運輸飛艇與無人維修機器人

劉勁華+朱麗婭+陳宇

LMH-1重燃大型飛艇之夢

洛克希德-馬丁公司的LMH-1大型混合動力運輸飛艇（MEGABLIMP）是一款現(xiàn)代軟式運輸飛艇，第一艘驗證艇P-791由洛克希德-馬丁的“臭鼬工廠”分部生產(chǎn)，兩名機組人員負責駕駛和操控，能夠運載23噸貨物和19名乘客，以108千米/時的巡航速度飛行2520千米以上，使航線與航空基礎設施還不匹配偏遠地區(qū)的貨運成本更低。

LMH-1混合動力飛艇80%的浮力來源于殼體內(nèi)氦氣的浮力，另外20%的浮力來源于三葉形飛行器產(chǎn)生的氣動升力和4臺螺旋槳發(fā)動機的矢量推力。在填充的氦氣中間，還有一種充了空氣的小氣囊，用來調(diào)節(jié)浮力。另外殼體上還設計有進出孔，在發(fā)生重大泄漏時可以用空氣小氣囊堵住，從而密封住飛艇里的氦氣。據(jù)悉，洛克希德-馬丁曾經(jīng)邀請記者到殼體的氣囊內(nèi)參觀，以便向外界更好地推廣這種新飛行器。

LMH-1混合動力飛艇P-791原型驗證艇專門設計了先進的“氣墊著陸系統(tǒng)”（ACLS），艇身下面有4個氣墊，能夠抓牢地面或水面，因此在降落之后不需要額外的固定措施，可在任何地方降落著陸，適于在偏遠地區(qū)的礦山、油氣田使用，能夠替代一部分直升機的運輸任務，比如目前英國北海油氣公司向海上鉆井平臺運送人員和物資時使用的直升機，而且LMH-1還能提高大型設備的長途運輸能力。未來，LMH-1飛艇的氣墊著陸系統(tǒng)將比P-791的更加先進，整合成尾部2個主氣墊和前方1個更小的“鼻腿”氣墊的三角形布局。飛艇著陸時與飛機相似，首先是尾部2個主氣墊著陸，隨后是“鼻腿”位置的氣墊著陸，能夠適應水面、雪地、冰面、沙漠、泥沼等多種地形環(huán)境，使自然環(huán)境對空運的影響降至最低，從而減少對航空運輸基礎設施的建設需求。據(jù)悉，這種飛艇甚至有克服水雷的能力，使其軍用前景更為廣闊。

LMH-1的起飛和著陸系統(tǒng)源于為F-35B短距起飛/垂直降落戰(zhàn)斗機開發(fā)的技術。在20節(jié)（1節(jié)=1.85千米/時）以下，駕駛艙通過控制輸入使飛艇以垂直方式運行。在25節(jié)以上速度時，能夠轉(zhuǎn)化為常規(guī)飛行模式。20～25節(jié)時速之間是用于緩沖的混合區(qū)域，從向前飛行向降落模式過渡，反之亦然。當速度下降到15節(jié)以下時，系統(tǒng)自動觸發(fā)側桿控制器，調(diào)整垂直翼的偏轉(zhuǎn)角度，螺旋槳上會有反向旋轉(zhuǎn)，飛艇進入制動模式。

結構設計滿足客運貨運需求

LMH-1混合動力飛艇的貨艙位于中部殼體下方，艙長46米、寬3米、高3米，在卡車車箱高度的位置設有艙門，便于利用自動裝置裝載和卸載貨物。貨物艇能夠裝載約20米長的物體，對更長的貨物，貨艙門在飛行中可以保持開啟。貨物艙設計了系緊和加強夾板，以便運輸重型工程車輛和推土機這類大型裝備。據(jù)洛克希德-馬丁公司介紹，LMH-1的貨物運輸單位成本將是直升機的1/10，未來的應用前景非常廣闊。

貨艙前面是乘客和駕駛艙，也就是位于前部氣墊的上方位置。駕駛艙前方安裝了向內(nèi)傾斜的玻璃擋風，以減小反射眩光。LMH-1飛艇將采用遙控自動駕駛儀技術、座艙模擬圖面技術和矢量推力技術，更好地提高飛艇的機動性能，駕駛艙設有電傳飛行控制系統(tǒng)（FBW），可以控制矢量推力、尾翼控制表面的動作。艇身下方安裝有氣象預報與路徑規(guī)劃系統(tǒng)，更好地提升了飛艇的全天候飛行和自治飛行能力。

乘客艙安裝了19個座椅，還設有廚房區(qū)域，機艙內(nèi)部很寬敞，保證了乘坐的舒適性。據(jù)洛馬公司介紹，這是在不配備乘務員的情況下目前最大的載客數(shù)量，但是這已經(jīng)是20世紀60年代L-1011“三星”（TriStar）以來，洛克希德建造的能夠容納最多數(shù)量乘客的飛艇。公司對于客貨艙比例設計是出于這樣的考慮：與直升機或固定翼飛行平臺相比，LMH-1混合動力飛艇的飛行時間更長，更適于運營商運送建筑、采油工人以及設備，而不是將它作為專用的人員運輸工具。

LMH-1混合動力飛艇還設計了設備艙，位于駕駛艙/客艙與貨物艙之間，里面放置各種中央設備，以及柴油機發(fā)動機所需的燃料。燃料艙容量5000 加侖，用來保證2520千米的最大航程。

2016年5月，洛克希德-馬丁公司宣布混合動力飛艇已經(jīng)獲得美國聯(lián)邦航空委員會（FAA）的運輸資格認證，將在2017年中期首飛LMH-1混合動力飛艇，在2018年前后服役投入運營，屆時，公司20年的商用混合動力飛艇的夢想將變?yōu)楝F(xiàn)實。根據(jù)目前的評估，飛艇的建議售價約4000萬美元，目前正在尋求更多的潛在商業(yè)客戶。隨后，公司還將推出放大比例的驗證艇，進一步提升飛艇的運載能力。初步方案是按比例將艇身長度擴大到243米左右，尺寸擴大到1個足球場大小之后，就有望實現(xiàn)500噸的運載能力。

“蜘蛛”專門負責修補漏洞

洛克希德-馬丁公司在研發(fā)LMH-1混合動力飛艇的同時，還在2016年7月為飛艇本身配備了一個專屬機器人“蜘蛛”（Spider），用來在飛艇殼體表面查找、修補微小的漏洞和裂縫。洛克希德-馬丁公司飛艇項目負責人比爾·博伊斯介紹，飛艇工業(yè)面臨的最大問題是如何探測殼體上的微小漏洞，保證飛行安全性。如果殼體發(fā)生泄漏，通常需要花費大量人工和時間拿著手電一處處尋找，然后再手工費力地修補；“蜘蛛”機器人的功能，就是查找這些漏洞并負責自動修補。

“蜘蛛”是一種自主行走機器人，專業(yè)功能是“殼體損傷評估與修復器”，主要由兩大部分組成，分別在充過氣的殼體內(nèi)表面和外表面工作，通過磁力吸附相連，有些像人們生活中用到的擦玻璃機器人的原理。工作時，機器人的艇外部分的LED燈發(fā)出亮光，依靠自身動力在殼體表面“行走”，同時自動掃描殼體表面，亮光通過漏洞進入較暗的殼體內(nèi)部會非常明顯，殼體內(nèi)部的部分利用接收裝置捕捉這些亮光，從而尋找到極其微小的漏洞。毫無疑問，機器捕捉微光的能力遠勝于人眼，因此具有更高的查找成功率。如果“蜘蛛”發(fā)現(xiàn)漏洞，機器人會使用內(nèi)置式修補系統(tǒng)，利用現(xiàn)成的補丁在殼體內(nèi)部進行修補。

目前，“蜘蛛”機器人已經(jīng)在加利福尼亞州帕姆代爾臭鼬工廠的一處秘密設施，對P-791原型飛艇進行了測試。測試中“蜘蛛”使用的微型補丁是由多層向量纖維材料制成，運用倍壓器以及控制表面、ACLS襯墊技術完成修補過程，修補完畢后，“蜘蛛”會在通過內(nèi)置照相機拍攝修補前后的照片（無法修補的漏洞也會拍攝），從而對修補點進行標記，并以無線方式發(fā)送到中央監(jiān)控計算機通知機組人員，以便進行人工監(jiān)控和檢驗。一部飛艇在檢修維護時可以使用多個“蜘蛛”機器人同時進行掃描，以一種冗余式的設計，保證整個飛艇都被掃描到位。如果一個“蜘蛛”任務失敗沒有掃描到漏洞，那么其他“蜘蛛”的查找路徑也能再次通過泄漏點，彌補上一次掃描的遺漏。

洛克希德-馬丁公司表示，飛艇技術應用至今已經(jīng)有150年的歷史，雖然現(xiàn)在不如臭鼬工廠標志性產(chǎn)品SR-71“黑鳥”戰(zhàn)略偵察機那么炫酷，但是目前的實用價值正在慢慢回升，貨運、客運、氣象數(shù)據(jù)收集、偵察監(jiān)視等任務都在呼喚安全可靠的飛艇。一個“蜘蛛”機器人就像一個勤勞的雜技演員，每天的掃描總長度高達3200米，這項實用技術的出現(xiàn)極大地減少了飛艇維護修理中的人力和時間需求，有效提升了飛艇的飛行適航性、安全性和運營效率，是大型運輸飛艇商用乃至軍用的重要支持裝備。