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軍事論壇

【軍事論壇】美「死亡之爪」計畫 創新武獲歷程

美國空軍試飛員學校的NF-16飛行中可變穩定性模擬測試機(VISTA),可快速執行「死亡之爪」任務,蒐集資料供決策單位使用。(取自Test Pilot School網站)
美國空軍試飛員學校的NF-16飛行中可變穩定性模擬測試機(VISTA),可快速執行「死亡之爪」任務,蒐集資料供決策單位使用。(取自Test Pilot School網站)

◎寧博

 面對科技快速發展、不對稱性戰術威脅、敵軍在網路中運作以及在政府傳統架構中保有創新與速度,導致美國軍方採用快速武器獲得(武獲)程序,藉以購入系統與組件。快速武獲是一套精簡且高度整合的方法,以期快速產生和提供武器所需的功能,進而提升武器戰備狀態與殺傷力,取得對競爭對手的決定性優勢。

  尋求跨越「死亡之谷」鴻溝   

 為符合快速武獲需求,美國空軍測試計畫單位針對傳統進化型武獲流程,也就是在武器的螺旋式和增量式開發過程加以修正,將測試計畫與3項文件,包括發展測試與評估、運作測試與評估、實際火力測試與評估等測試政策文件,整合成單一的整合測試政策指導備忘錄,備忘錄中涵蓋快速武獲程序的測試和評估的政策指導。

 在美國空軍內部尋找可以迅速展示和交付的創新機制下,如何自動控制戰機機砲的瞄準效率,藉以提升對空射擊/對地攻擊之精準度,就形成快速武獲的案例。然而科技管理在新科技創新應用過程中,有一「死亡之谷」,它不僅無可避免,也是一道很難跨越的鴻溝。「死亡之谷」是新科技在轉換為可用功能的過程中公認的最大障礙,也就是可運用的科技與將其轉換為戰鬥功能之間所需資源的差距,資源來自經費、人力或是裝備。而透過展示、實驗與原型製作,並結合經驗豐富的測試專業人士,都是連結的橋梁,藉以度過這個山谷或鴻溝。

 其實這個利用數位飛行控制電腦控制機載機砲的概念並非全新的,而是F-16戰機在服役之間就已誕生,美國空軍試飛員學校即以之前的「戰術數據系統以及綜合飛行和火控計畫」,嘗試進行整合戰機飛行控制與武器投射的功能,並在此基礎下,於2017年取得國防部資助,開始進行展示探索以戰機為基礎,涵蓋空對空和空對地目標的自動機砲追蹤能力之可行性研究,並透過「藉由飛行控制律數位強化瞄準」的計畫名稱英文大寫字母,形成「死亡之爪」(Death Claw)之名。

 研究戰機自動機砲追蹤功能

 此計畫目標有3個,首先是展示系統自動瞄準飛行中機砲的能力;比較人員與系統在對付空中目標以及移動和固定地面目標之控制表現;最後確保將這套系統轉換至F-16 Block 30和40/50戰機上。

 對付移動的空中目標,現代戰機會依座艙內抬頭顯示器(HUD)所顯示的飛行參數,以及電腦計算比較而得的前置量,飛行員再將飛機帶至瞄準器之束管(piper),扣動機砲扳機獵殺敵機。然而回溯抬頭顯示器的發展,二次大戰前推出的初代瞄準器,基本上是具備陀螺儀的反射式瞄準具,透過比較陀螺儀資料,可得飛機的飛行速度與攻角,再由飛行員推算出射擊所需前置量,德軍與盟軍戰機的反射式瞄準器大約都是1943年推出的,有效射程大約在1000至1500呎。1955年,美軍海軍研究與發展辦公室開始改良反射式瞄準具,嘗試降低噴射機飛行員的繁雜工作量,可惜其抬頭顯示器並未進入實際運用,英國則在1958年推出首部實際運作的抬頭顯示器,具備雙軸前置計算陀螺儀與前置計算擴大器,配備在海盜式艦載攻擊機上。

 至1960年代,美軍F-4戰機所裝置的抬頭顯示器,對於空中目標系統會顯示,瞄準點驅動至目標所需的機砲與飛彈射控資訊,在攻擊地面目標時,飛行員得自行控制飛機瞄準點,以取得控制機砲、火箭彈與投彈所需資訊。前置計算陀螺儀產生飛機速率與加速度訊息,雷達提供飛機至目標的距離,更正彈道所需的資訊包括飛機攻角、大氣密度與速度,則由大氣資料電腦提供。系統有這些資訊後,可以顯示瞄準參考,藉以提供前置角度與重力的修正,並將資訊顯示至投影玻璃上,在對地攻擊模式上,其他機載感測器產生轟炸所需的移動與偏距修正值。

 NF-16 VISTA執行12次測試

 對付空中目標的前置模式下,飛行員操控飛機,使束管瞄準在目標至少0.5秒,然後扣動扳機集中射擊,瞄準器會依飛機射擊方向之前置量計算修正,使部分子彈擊中目標;在快射(Snap Shot)模式下,飛行員操控飛機,使其束管越過目標,在越過目標前即刻射擊不超過1秒,在射擊後如果束管仍在子彈飛行位置上,就會擊中目標。

 1980年代開始服役的F-16抬頭顯示器,有4種瞄準參考模式可供選用,包括槍十字線、前置計算光學瞄準、快射瞄準,與僅適用於F-16C及後期機型的強化範疇機砲瞄準(EEGS)。槍十字線是最容易使用的,亦即砲管朝向瞄準處,加上前置量對準運動目標就是適當的瞄準;前置計算光學瞄準中的束管代表著機砲適當瞄準目標,束管協助飛行員建立適當的前置角度獵殺目標;快射瞄準顯示是瞄準鏡中的子彈飛行歷程,也就是飛行員所見子彈離開機砲的路徑,利用束管在連續計算撞擊線上就是射擊距離;EEGS則是結合前置計算光學瞄準與指向瞄準鏡兩者功能,無論雷達是否鎖定,甚至偏離機砲有效射程,皆可以全面性精準地利用機砲。

 美國空軍試飛員學校與洛馬公司研發單位臭鼬工廠合作規劃,從2017年底起,進行為期8個月的展示飛行任務,利用美國空軍試飛員學校的一架NF-16飛行中可變穩定性模擬測試機(VISTA),快速執行「死亡之爪」任務,總計執行12次測試評估與展示的任務,並確保技術與安全的風險皆可在接受範圍,而所蒐集的資料均可供決策單位使用。NF-16是1架測試平台戰機,起飛時像正常的F-16,一旦在空中,飛行員可以啟動所需的飛行控制律軟體測試,如此可以快速評估新設計案。「死亡之爪」計畫就是應用NF-16在飛行控制律中增加自動射擊模式,使戰機可以自動控制使機砲瞄準目標。在每次任務結束,測試團隊就審核飛行資料,進而更新飛行控制律,透過這種不斷更新的過程,加速研發。

 由於這架戰機並未配備機砲,所以精準度的量測是以飛機指向與機砲瞄準束管的差異來量測,幾乎所有的測試結果都不約而同顯示,自動控制都優於人力控制,而且瞄準精準度改善甚多,以精確瞄準控制移動的大小範圍而言,「死亡之爪」僅是人力控制的15.3%,所費時間也較短,如此一來機砲也可做為精準武器使用,增加空戰或地面攻擊的勝率。

 加速產品成熟及應用過程

 儘管空軍希望開發改良新戰機的時程能夠縮短,而且武獲主管也希望加速發展,但問題仍存在於測試和評估階段可以壓縮多少時間。在「死亡之爪」計畫中,試飛員利用現有戰機的飛行控制律改良證明其能力,也就是戰機經過特別改裝後,可以在飛行中改變飛行品質,並藉由調整飛機的控制裝置得以進行實際測試,如此在概念探索階段修改將是相對簡單的。透過這些飛行測試,洛馬公司臭鼬工廠目前正在開發新的自動控制射擊模式之改進操作版本。也就是設計與測試的緊密結合,不僅可以獲得較佳的產品設計,也可加速應用過程,跨越產品成熟過程所需的鴻溝,而「死亡之爪」計畫,即成功展示快速武獲的創新歷程。(作者為僑光科大助理教授)

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