希弦

斜角甲板與光學助降系統(tǒng)出現(xiàn)之前，著艦指揮官（或譯作“看艦信號官”，Landing Signal Officer，LSO）一直都是航母甲板上扎眼的角色。他們衣著古怪，或是熒光艷麗的工作服，或是太平洋炎熱戰(zhàn)場下的赤膊上陣，他們站在艦艉，向準備著艦的飛機揮舞著網(wǎng)球拍似的信號板，或是旗語信號，或是模仿飛機的姿態(tài)。他們頗具個人特色的指揮引導技藝，不僅保證了航母艦載機回收作業(yè)順暢，更是默默地一次次拯救著飛行員的生命。特別是在海上的夜暗、能見度不良的條件下。

LSO著艦指揮官

在航母剛出世的上世紀20年代，飛機在航母上的起降比現(xiàn)在尚屬容易些。這是因為當時的艦載機主要還是雙翼飛機，雙翼飛機有更大的機翼面積，升力也更大，在降落進場時的速度可以非常低，可以降到74千米/小時左右的慢速。加之當時飛機的結(jié)構(gòu)并不復雜，沒有復雜的氣動力控制面，操控上相對容易些，只需利用尾翼升降舵調(diào)整高度，就能將飛機平緩輕柔地降落到航母甲板上。但駕駛雙翼機的飛行員也會因機翼立柱的遮擋，使前向視野不佳，不易掌握自身與甲板的相對位置，所以當時能在航母上駕機起降的仍只是技能高超的少數(shù)。

1922年3月20日，美國海軍在“木星”號運煤船的基礎(chǔ)上改裝而成的CV-1“蘭利”號航母正式入役。作為美國海軍的第一艘航母，“蘭利”號服役后主要任務(wù)就是開展艦載機的訓練以及為航母的運行和操作積累經(jīng)驗，基本的艦載機起降作業(yè)自然是重點內(nèi)容。“蘭利”號在同年10月先后進行了艦載機的首次起飛著艦試驗，在11月還使用壓縮空氣彈射器成功進行了艦載機的彈射起飛試驗。通過“蘭利”號對航母與艦載機的應(yīng)用，不斷摸索的美國人自然也會遇到上述艦載機著艦時飛行員視線不佳、不利于安全平穩(wěn)著艦的問題，并最終由“蘭利”號的執(zhí)行官、副艦長肯尼斯惠廷（Kenneth Whiting）中校解決了這個問題。

當時“蘭利”號上進行飛機著艦降落作業(yè)時，肯尼斯·惠廷都會使用一部手搖式攝影機拍攝記錄下飛機的每一次著艦過程。站在“蘭利”號艦艉飛行甲板左舷角落的他，可以非常清楚地觀察到飛行員從飛機駕駛座上無法看到的降落時飛機的觸地高度，因此有時他會以肢體動作向進場中的飛行員們發(fā)出信號，提醒他們飛得過高或過低等。飛行員們發(fā)現(xiàn)，甲板上的惠廷以肢體動作發(fā)出的信號，對于他們修正降落時的飛機進場軌跡十分有幫助，于是這種做法便被進一步發(fā)展為由LSO著艦指揮官專何此職，并成為美國海軍航母艦載機正規(guī)降落程序中的重要一部分。

LSO的專用作業(yè)平臺是在艦艉左舷處，面向進場著艦的飛機，一般由經(jīng)驗豐富的飛行員擔任，由他們來判斷降落飛機的進場操作是否適當，并適時地向飛行員發(fā)出各種標準化的信號手勢，建議飛行員修正進場速度、航向、下滑角度，關(guān)閉發(fā)動機油門，或是拉起復飛等。最初LSO發(fā)出信號的方式只是使用手勢，后來為了讓飛行員能更清楚地看見信號，便改以手持彩色信號旗未提高信號的能見度。不過由于信號旗容易因風勢而影響到能見度，后來便改以球拍狀的彩色信號板來替代。

1925年隨著美國海軍第一支專為上艦作戰(zhàn)而組建的航空兵中隊VF-2在圣迭戈外海的“蘭利”號上完成夜間起降訓練，艦載機的夜間著艦也逐漸成為美國海軍所有艦載機飛行員必備的訓練課目。雖然訓練中要求的夜間著艦訓練大都是在明亮的滿月，或是日落時分進行，但對飛行員來說仍是不小的挑戰(zhàn)。對于在夜間執(zhí)行降落引導作業(yè)的LSO來說也是不小的挑戰(zhàn)。LSO只能憑著目視到的飛機航行信號燈顏色變化與聽到的發(fā)動機螺旋槳的聲音，來判斷進場飛機的高度與速度，作業(yè)的難度遠遠高于白天。

30年代中期，隨著航空技術(shù)的進步、飛機性能的顯著提升，新一代全金屬單翼機的速度性能更佳，前向視野更好，但同時其失速速度與降落進場速度也隨之加大，操縱變得更復雜也更不易在航母上著艦降落。另外，封閉式座艙在減少飛行阻力的同時，也將飛行員與外部環(huán)境隔絕，飛行員無法像以前駕駛開放式座艙飛機那樣直接感知外界情況，對飛行員的操縱技能提出了更高要求，也進一步提高了LSO在艦載機著艦回收作業(yè)中的作用。進入二戰(zhàn)后，隨著美國海軍規(guī)模大舉擴張，大量新飛行員的征募，LSO的需求也隨之大幅增加。LSO對于戰(zhàn)前那些長期進行起降訓練、經(jīng)驗豐富的老飛行員來說，或許還只是提供輔助著艦建議，但對于缺乏經(jīng)驗的新飛行員來說，必須在LSO的引導下才能安全地完成航母上的降落。

隨著艦載機飛行性能的提升，二戰(zhàn)中美國海軍LSO的作業(yè)裝備也在做些許改進。此前使用的圓球拍狀信號板，換成了上面掛著橫條布條的新型球拍狀信號板，掛著的布條不僅可以提高明視度，還可在強風吹拂下順著風擺動，保證LSO仍能有效握持住。另外，LSO的身后還增設(shè)了帆布制擋風板，不僅可以抵消強風對LSO作業(yè)造成的不便，也可讓身著卡其服或明亮顏色連體服的LSO與深色背景形成反差，指揮引導動作更為突出醒目。而隨著戰(zhàn)時夜間降落頻率的增加，美國海軍也發(fā)展了針對夜間降落的LSO著艦引導作業(yè)模式。LSO改拿60-90厘米長的霓虹管發(fā)光棒或閃光燈，取代白天使用的信號板，以便飛行員能看清信號。LSO則是通過觀察艦載機機翼卜的釘、黃（白）、綠三色航行信號燈來判斷進場飛機的高度。

二戰(zhàn)時期的美國航母上，每艘通常會配置1名LSO與1名助理LSO，有些還會配屬第3名。在航母降落任務(wù)中，LSO與飛行員們共同協(xié)作來完成降落作業(yè)。LSO不僅有著“飛行員”的角色，需要熟悉各個機型的性能特點、飛行員駕機進場時面臨的種種問題，并掌握著艦困難的解決之道，而且還有著“教導員”的角色，必須認識艦上每一名飛行員，知道他們的飛行癖好操作習慣。LSO對艦載機的著艦程序越熟悉，對駕機的飛行員越熟悉，也就越能給在降落過程中遇到麻煩的飛行員提供適當?shù)慕ㄗh，安全地引導他們著航。LSO除了要對每個架次的降落負責，還要通觀全局控制整個著艦回收作業(yè)的間隔，確保作業(yè)過程的平順。所以說，LSO著艦指揮官是一個需要高度集中注意力與臨機應(yīng)變能力的崗位。指揮作業(yè)中的任何粗心大意都會導致災(zāi)難，每次引導都必須十分精確，確保進場飛機以理想的速度、下滑角，將航向?qū)始装逯芯€，平安回家。endprint

英國的DLCO甲板降落管制官

較于美國海軍的LSO人工指揮引導機制，作為航母創(chuàng)始國的英國，由于航母運用觀念與軍種政策的差異在這方面相對落后7許久。在1918年時英國皇家海軍航空隊與原屬陸軍的皇冢飛行隊一同被劃入了新成立的皇家空軍的編制，英國海軍航空力量的發(fā)展進入了低潮期。即便是到了二三十年代，英國海軍的航母力量得到了發(fā)展壯大，但在航母與艦載機的編成上仍處于分裂的狀態(tài)，皇家海軍只是負責航母，飛機與飛行員則是由皇家空軍的艦隊航空兵來負責。雙方的協(xié)同合作難免會存在著問題，難以協(xié)調(diào)一致。

到了20世紀30年代后期，歐洲局勢日趨緊張，各國的軍事力量也在不斷擴張，英國的艦隊航空兵編制規(guī)模也在擴充。這些短期訓練下的新飛行員由于操縱技能和飛行經(jīng)驗的不足，獨立完成航母上的著艦難度很大，造成航母上艦載機降落的失事率居高不下。因此，在艦隊航空兵于1939年回歸英國皇家海軍的同時，皇家海軍決定仿效美國海軍的LSO人工導引降落機制，由專職的甲板降落管制官（Deck IandinG Control Officers，DLCO）在航母甲板上指揮引導飛行員的著艦降落。

呈家海軍的DLCO與美國海軍中的LSO一樣，一般由有著豐富航母作業(yè)經(jīng)驗的飛行員來擔任，利用手持球拍狀的信號板向飛行員發(fā)出指示信號。DLCO執(zhí)勤時的位置也是在艦艉左舷的飛行甲板外側(cè)，負責監(jiān)看艦載機降落過程中最后的進場階段，并適時地以信號板手勢向飛行員發(fā)出諸如“向左”、“向右”、“太高”、“太低”等指示信號，引導飛行員修正航向、速度與姿態(tài)，確保飛機能夠以正確的下滑角與速度進場，最后鉤住甲板上的一條攔阻索來使飛機制動停下。

英美兩國的人工指揮引導降落機制，除了名稱不同外，在降落進場時還有著細微差別。英國海軍航母的降落采用較陡峭的下降進場路徑，DLCO以將信號板往下?lián)]的方式，向飛行員表示降低高度，若將信號板舉起則代表要求飛行員拉高：美國海軍則采用較平緩的進場路徑，LSO以高舉信號板的方式，向飛行員表示高度過高必須降低高度。兩者在通知飛行員改變高度的手勢信號上剛好相反。除了進場方式與指揮信號英美稍有差異外，在降落進場指引程序上二者大致相同。

隨著戰(zhàn)后噴氣機時代的來臨，航母艦載機著艦速度與著艦難度的增加，僅靠LSO的人工指揮引導已不能適應(yīng)新時期的要求，因此各種光學助降系統(tǒng)開始在航母上出現(xiàn)（見本刊2014年11期《微觀航母之光學助降系統(tǒng)》一文）。差不多與英國研制鏡式著航輔助系統(tǒng)的同時期，美國開始了以著艦引導雷達為基礎(chǔ)的自動著艦系統(tǒng)的研發(fā)。不過與光學助降系統(tǒng)一樣，這種以雷達為基礎(chǔ)的助降系統(tǒng)的出現(xiàn)也并沒能讓LSO“下崗”。在現(xiàn)代航母的著艦回收作業(yè)中，LSO依舊有著不可替代的作用。

ACLS自動著艦系統(tǒng)

美國在1948年提出自動著艦引導的需求后，研制了以AN/SPN—10著艦引導雷達為核心的自動著艦系統(tǒng)。只不過當時限于技術(shù)，著艦引導雷達的引導精度較低，缺少著艦飛機的速度等信息，雖名義上是自動著艦系統(tǒng)，但實際上不具備引導艦載機全自動著艦的功能。20世紀60年代末，AN/SPN-10的改進開AN/SPN-42著艦引導雷達開始安裝在航母上，這種自動著艦引導功能的設(shè)想才有了雛形。

AN/SPN-42著艦引導雷達可在艦艉7.5～15千米作用距離上空形成寬25°、高1.5°、縱深360米的搜索區(qū)域，當準備著艦的艦載機進入該區(qū)域后，雷達便開始持續(xù)跟蹤它，測得該機相對航母的實際位置和飛行下滑狀態(tài)等信息，這些信息和航母上運動檢測裝置測得的艦體運動信息實時傳入著艦引導計算機。著艦引導計算機根據(jù)航母的運動信息預報出航母存未來航載機著艦過程中的運動姿態(tài)，然后在此基礎(chǔ)上來確定航載機的琿想下滑軌跡。然后，將飛機當前的下滑軌跡與確定的琿想下滑軌跡進行比較，所得誤差信息經(jīng)導引律計算后得到艦載機高度下降速率和傾斜轉(zhuǎn)彎角度等控制指令，通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)送至艦載機，由艦載機上的飛行控制系統(tǒng)和自動油門系統(tǒng)來不斷修正下滑軌跡，以使艦載機按照設(shè)定的理想下滑軌跡在航母上準確著艦。在1970年至1982年間，自動著艦系統(tǒng)的性能在4000佘次飛行試驗中得到了驗證，可大大提高艦載機在航母卜的著艦成功率。

20世紀80年代初，美國在AN/SPN-42著艦引導雷達的基礎(chǔ)上，研制了改進型號AN/SPN-46，并于1984年由F/A-18A戰(zhàn)斗機進行了新一代自動著艦引導系統(tǒng)的性能驗證試驗，理論上自動著艦系統(tǒng)（Auto Carriel Landling Svstem，ACLS）可以使艦載機全天候盲降，不論白天黑夜亦或雨天霧天都能夠修冉見載機以幾十秒的時間間隔不斷地降落在狹窄的航母甲板上。因此這種系統(tǒng)也稱為“全天候航母著艦系統(tǒng)”（All-Weather Carri-er Landing Svslem，AWCLS）。

這種自動著艦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以AN/SPN-46著艦引導雷達為主，以用于儀表著艦系統(tǒng)的AN/SPN-41雷達為輔，二者構(gòu)成相互獨立、相互融合、相互監(jiān)視的自動著艦引導體制。在通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)鏈上，目前自動著艦系統(tǒng)采用的并不是現(xiàn)存美國?？哲姶罅垦b備的Link-16，而是上一代Link-4A型數(shù)據(jù)鏈。當然，隨著Link-16數(shù)據(jù)鏈的成熟和發(fā)展，預計Link-4A會完全被Link-16戶斤替代。

自動著艦系統(tǒng)有多種工作模式供飛行員或者著艦指揮官進行選擇、切換。其中模式I是全自動著艦引導模式，它是利用數(shù)據(jù)鏈連接航母的飛行控制中心與準備著艦的飛機，后者的飛控系統(tǒng)根據(jù)前者傳遞來的信息進行著艦軌跡的修正來完成自動著航。模式Ⅱ是儀表著艦?zāi)Ｊ?，即所謂的半自動著艦，在這種模式下自動著艦系統(tǒng)與艦載機的飛控系統(tǒng)并不交聯(lián)，而是通過儀表或者顯示器向飛行員顯示相關(guān)誤差及修正數(shù)據(jù)，由飛行員根據(jù)這些信息未操縱飛機下滑著艦。模式Ⅲ與模式I有些共同點，在遠距離由自動著艦系統(tǒng)將艦載機引導到光學助降系統(tǒng)工作范圍的窗口區(qū)域后，艦載機通過光學助降系統(tǒng)的引導來完成最后的著艦。最后一種就是人工模式了。由著艦指揮官通過著艦引導雷達的信息，對艦載機位置、方位和高低角誤差等信息進行確定，然后用語音告訴飛行員進行修正，直到進入光學助降系統(tǒng)的工作范圍。自動著艦系統(tǒng)的這四種模式中，全自動著艦?zāi)Ｊ皆诮^大部分情況下并不使用，僅在極端惡劣海況下才用。后三種模式才是常用的著艦引導模式，特別是Ⅱ、Ⅲ模式對艦載機大幅降低著艦事故率有著明顯作用。endprint

理論上，在自動著艦系統(tǒng)的幫助下，艦載機可以在云霧高度和能見度為零，甲板縱搖1.5°、橫搖5°，尾部甲板升沉1.5米的惡劣海況下，順利降落到甲板上，著艦精度可以達到縱向正負13米、橫向誤差3米的范圍內(nèi)，可大幅提高艦載機在惡劣氣象條件下的降落安全性。但在該系統(tǒng)投入使用后的幾十年里，美航母艦載機的著艦回收作業(yè)很大程度上還是依靠飛行員的不斷訓練，依靠與著艦指揮官的協(xié)作來完成。而基于著艦引導雷達的自動著艦系統(tǒng)，其“理論”上的性能未充分發(fā)揮的最主要原因還是受艦載機和著艦引導雷達這兩方面的性能所限，未能充分地利用飛行指令來實現(xiàn)艦載機下滑著艦過程中的軌跡精確控制。

艦載機著艦下滑過程中，飛機主要依靠尾翼不斷進行小范圍偏轉(zhuǎn)來調(diào)整下滑軌跡，但由于氣動舵面存在著滯后以及速度低時不能產(chǎn)生足夠的操縱力，因此不能對自動著艦系統(tǒng)發(fā)出的指令作出快速響應(yīng)。另一方面，目前的自動著艦系統(tǒng)為艦載機的降落提供的著艦精度實在略顯粗糙。在艦載機著艦的最后階段，系統(tǒng)不僅要修正艦體運動引起的位移，還需要克服艦艉氣流對著艦軌跡的擾動影響。而在通常的著艦條件下，艦載機飛行員也可以做到這樣的精度，甚至做得更好。所以說在實際的使用中，自動著艦系統(tǒng)并未能取代著航指揮官和光學助降系統(tǒng)，只是大幅提高了惡劣氣象條件下航載機的降落安全性。在多數(shù)情況下自動著艦系統(tǒng)只是用來引導艦載機進入正確的著艦航線，艦載機在下滑軌跡盡頭的調(diào)整修正還得依靠飛行員自己的技術(shù)經(jīng)驗和著艦指揮官的引導。但這都不能否定自動著艦系統(tǒng)的出現(xiàn)在很大程度上減輕了飛行員和著艦指揮官的負擔，提高了艦載機著艦的安全性、準確性以及自動化程度。

JPALS聯(lián)合精密進場和著陸系統(tǒng)

隨著CPS技術(shù)的發(fā)展，基于GPS導航衛(wèi)星的著艦引導系統(tǒng)應(yīng)運而生。1996年，由美國國防部牽頭、陸?？杖姽餐瑓⑴c的下一代基于CPS的著艦（著陸）引導系統(tǒng)JPALS（Jomt Precision Approach fllldLanding System，聯(lián)合精密進場和著陸系統(tǒng)）開始建設(shè)。JPALS系統(tǒng)旨在建設(shè)一個支持陸軍、海軍、空軍、海軍陸戰(zhàn)隊多兵種以及民航之間可互操作的，精確的、可快速部署、易于維護的，不受天氣和地形影響的，支持有人駕駛飛機和無人機的，可在陸基著陸階段和?；w行全階段運行的差分GPS著陸引導系統(tǒng)。在JPALS系統(tǒng)的開發(fā)上，應(yīng)空軍和海軍的不同需求，JpALS發(fā)展了陸基和?；鶅蓚€不同的系統(tǒng)

由于JPALS系統(tǒng)存在著諸多各方面的技術(shù)問題，嚴重影響了研制進度，直到2007年才宣布初步完成關(guān)鍵技術(shù)研究。由于美國海軍對航母平臺的飛機著艦引導應(yīng)用需求更為迫切，因此海基JPALS系統(tǒng)的研究進度和計劃節(jié)點均較陸基JPALS系統(tǒng)更快。2008年7月美國海軍航空系統(tǒng)司令部將?；鵍PALS系統(tǒng)的研發(fā)與試驗項目的2.32億美元合同授予了雷錫恩公司，2013年年底“羅斯?！碧柡侥刚归_了JPALS系統(tǒng)的初步測試。按照美國海軍的發(fā)展規(guī)劃，該系統(tǒng)不久將展開小批量生產(chǎn)，并在F/A-18E/F、F-35和無人機等多型飛機上進行飛行試驗和設(shè)備安裝。預計在2025年前后，JALS將全面替代現(xiàn)役的“塔康”戰(zhàn)術(shù)空中導航系統(tǒng)和基于著艦引導雷達的自動著艦系統(tǒng)。

海基JPALS系統(tǒng)由艦載系統(tǒng)和機載系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。其中艦載系統(tǒng)稱之為基準站，為機載系統(tǒng)提供載航的位置、速度、姿態(tài)、姿態(tài)變化、差分修正數(shù)據(jù)等信息。機載系統(tǒng)一方面通過CPS解算出自身精確位置等信息，一方面通過數(shù)據(jù)鏈通信設(shè)備接收航載系統(tǒng)發(fā)送的下滑軌跡等信息，然后進行綜合處理，獲得高精度的差分定位結(jié)果以及機艦相對下滑軌跡參數(shù)，并將數(shù)據(jù)提供給飛行控制計算機進行進場的著艦引導控制。

?；鵍PALS系統(tǒng)通過雙向數(shù)據(jù)通信來實現(xiàn)在任何條件下航母200海里范圍內(nèi)的全覆蓋，并在該區(qū)域內(nèi)可實現(xiàn)5米的水平引導精度。通過空中管制雷達/著艦引導雷達和敵我識別系統(tǒng)實現(xiàn)航母50海里控制區(qū)域內(nèi)的覆羔，在這區(qū)域內(nèi)JPALS的水平引導精度為2米。當艦載機進入10海里范圍內(nèi)時，JPALs提供的三維引導精度達到10-15厘米，同時通過下行數(shù)據(jù)鏈為航母提供用于進場監(jiān)視的數(shù)據(jù)。因此，憑借JPALS系統(tǒng)10～15厚米的著艦引導精度，再輔以艦載機發(fā)動機推力矢量的機動靈活，艦載機的著艦精確程度和安全性將獲得質(zhì)的提升。依靠各類數(shù)據(jù)的處理分析、自動化的控制，來精確地完成全天候條件下的全程自動化著艦，終于成為了現(xiàn)實的可能。

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