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軍事論壇

【軍事論壇】淺析F-35逃生系統測試與改良

◎李思平

 美國空軍在今年年初曾表示,F-35彈射逃生系統的3項修正很可能會延宕到2018年初才能完成;這3項包括了「輕量化第3代HMDS頭盔」、「頭部支撐枕」(HSP),在降落傘與頭部之間設置的強化纖維製「頭部支撐枕」,能避免在開傘時頭部向後過度甩動、「延遲開傘機制」,增加飛行員駕駛時按下「重/輕」開關,飛行員可以按照體重進行選擇駕駛的體重模式;當按下輕的一邊時,可以推遲主傘開傘時間,進而保護飛行員的頸椎。然而隨著F-35加速部署,預計改良及測試時程的提早到2017年11月就能解決問題。

 對於F-35的安全性,是五角大廈和購買國最頭痛的問題之一,能提早解決問題,因為全新的輕量化第3代頭盔的測試順利,並與修正後的US16E彈射座椅在內今年投入生產,因此在2017年度之後開始製造的F-35都將配備全新的彈射逃生系統和頭盔。

 輕量化第3代頭盔

 頭盔製造商「羅克威爾柯林斯」(Rockwell Collins)最新的第3代輕量化HMDS頭盔(Helmet Mounted Display System)相較於在2015年8月配發的原版第3代頭盔,輕上約6盎司(170公克),並從2.27公斤減重到2.1公斤,儘管已經測試過同樣重量的替代品頭盔,但今年第一次以「真正」的輕量化第3代頭盔進行測試,並使測試更具公信力,同時,輕量化頭盔也是解決F-35體重禁令的3個方法其中之一。

 眾所皆知的,由於深怕會有頸椎傷害甚至是死亡的風險,美國空軍在2015年8月27日對61.6公斤以下的F-35飛行員下達禁飛令,雖然這個禁飛令只影響1名飛行員,同時也未對目前F-35唯一的女飛官,第33作戰群副指揮官「克莉絲汀娜茂」(Christina Mau)中校產生影響,但卻也是空軍及五角大廈所不能接受的限制;在官方的命令下,F-35聯合計畫辦公室(JPO)和彈射座椅生產商馬丁貝克公司(Martin Baker),勢必得找出解決方法移除限制。

 除了禁飛令外,研究也指出彈射座椅對低於75公斤的飛行員產生的風險,會隨著體重的減輕而增加頸椎和背部傷害的機率,一旦低於61.6公斤的輕量級,則頸椎骨折導致死亡的風險也會大增,同時,輕量級飛行員的頭盔若超過2.2公斤則幾乎不能避免受傷的問題,因此,將重量降至2.1公斤可說是剛好跨過安全門檻。

 現有頭盔與彈射椅的風險

 根據測試團隊發現,沉重的頭盔將會在彈射的第1階段突破座艙罩後,加劇頸椎受傷的機率,(火箭主引擎尚未點燃),在這階段如果飛官的頭部沒有與脊椎保持在中心的話,沉重的頭盔容易將頭部往前帶,體重愈輕,影響愈顯著,因而非常容易造成頸椎與背部傷害,甚至產生致命危險。

 然而頭盔只是其中一個問題,當飛行員與座椅達到軌道端點時,座椅底下的火箭引擎開始點燃的瞬間,問題就出現了,在重級與中量級飛行員身上可能會體驗到12至14G,但在輕量級(61.6公斤)身上卻可能增加到18G,明顯地加劇頭盔對頸椎的壓力。

 在座椅突破艙罩後,將開始因為風阻的關係而劇烈前後搖晃,如果此情形是發生在250節以上則問題不大,因為座椅會先施放出小型的拖曳傘,穩定姿態並降低速度後才開啟主傘。

 但若發生在低速狀態中(低於250節),由於彈射椅在初始設計上為了避免彈射後落地力量過猛,主傘開的時機也較早,儘管這樣的設定能避免飛行員因為高度、速度不足的問題而提早撞地,但卻也造成座椅容易在不良姿態的情況下開傘。

 在此狀況下,體重愈輕的飛行員遭遇到的麻煩愈大,因為一旦在突破座艙罩並遭遇到風壓後,輕量級飛行員並沒有足夠的重量能穩定座椅姿態,甚至可能被風吹成「頭下腳上」,在沒有拖曳傘事先穩定與減速的狀況下,一旦主傘直接展開後,猛烈的拉扯力會導致飛行員的頭部G力以及沉重頭盔的綜合因素下,導致潛在的致命頸椎骨折。

 極力改善安全問題

 事實上,早在2013年時,就曾有1名頭戴附掛夜視鏡的JHMCS頭盔(全重近似F-35減重前的頭盔)的F-16飛行員,在彈射和開傘的過程中因G力和甩晃力導致頭部過度往後甩動,最終因頸椎骨折而不幸喪生的慘劇。

 為了修正彈射座椅,F-35研發團隊裝置了能切換成輕量化駕駛員專用的開關,用以延遲開傘時機和延長拖曳傘穩定姿態的時間,儘管這可能增加在低空、低速時落地力道過猛的可能性,但卻能使座椅的甩動降至最低,從而保護飛行員的安全;此外,降落傘與頭部之間也裝置上了以纖維製成的「頭部支撐枕」(HSP),避免開傘時頭部向後過度甩動。支撐枕將以電腦智慧調控,隨著飛行員所受G力的情況進行充氣,以減輕頸部壓力

 從2016年11月開始,JPO、洛克希德馬丁以及馬丁貝克,就已進行了7次的測試,3次在空中實際測試、4次在地面以滑橇進行測試,這些測試皆配備了最新的切換開關與HSP支撐枕。

 據測試單位表示,儘管這些測試大部分都是以極端的假人重量(低於61.6公斤和高於111公斤)進行,但最新在2017年3月3日進行的測試,則是以68公斤的中量級假人進行,這樣的重量也代表著平均的飛行員重量;JPO也已計畫以輕、中、重各量級的假人,整合上全新的輕量化頭盔再進行額外的11次測試,包括以急速向後甩(將身體往前拉)。

 美國國防部的作戰與評估部門發言人對JPO的測試警告道,其達成條件是建立在沒有任何容錯空間,或者是任何額外要求的情況下,因為不論是針對頭盔或者是座椅的修改或發現任何錯誤,勢必會導致研發時間拉長。

 在持續測試中,將會驗證新的輕量化頭盔是否能承受高速彈射下風壓的衝擊,並且承受在炸開座艙蓋時從噴散的碎片等,在這項測試被完成且分析前,美軍並不會透露有關於這些測試的詳細資料。

 根據測試單位表示,最新一次的測試中,HSP支撐片成功的保護了46公斤假人的脖子不被折斷,且主傘也延遲開啟降低了衝擊力,不過,研發團隊仍然繼續努力完全消除意外發生的機率,美國空軍也在2017年5月取消體重較輕飛行員的F-35A飛行限制令。

 據馬丁貝克公司所宣稱,他們每個月可以為14架F-35換裝新座椅,依照這個速度,到2018年年初時,就可以完成107架美國空軍現在擁有的F-35的換裝工作。

 美國空軍表示:「修正彈射系統的安全性雖然不是空軍對部署F-35A的絕對考量,但卻是軍方各級長官非常關心的問題,因為安全永遠是對空軍弟兄負責的最基本要求。」(作者為軍事作家)

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