製作:黃宛寧(中國科學院空天信息研究院 浮空器系統研究發展中心)

監製:中國科學院計算機網絡信息中心

4月1號,網上爆出了一個驚天的視頻,是亞馬遜使用大型混合式載重飛艇作爲空中航母,飛行過程中投放出無數小型四旋翼無人機,自動投遞貨物。視頻的製作非常精良,幾乎達到了以假亂真的效果。

視頻:https://v.qq.com/x/page/n085643o7do.html

作爲浮空器業界人士,我也想爲這個視頻點贊:CG做的不錯,感謝視頻製作者再次讓浮空器成爲公衆焦點。

由於當天淘寶也推出了大寶箭業務,想想大家也能明白這不過是一些愚人節玩笑。

看了幾遍視頻後,我們終於找到了亞馬遜空中航母騙局的破綻

但是事態的發展有些出乎意料,大寶箭確實是被當成了一個愚人節玩笑,很快就翻篇了,但是亞馬遜空中航母業務越發酵越熱,甚至被一些新媒體當成了新聞報道,看看這些標題是多麼聳人聽聞吧。

再見,快遞員,亞馬遜空中航母來了!!!

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我這暴脾氣實在看不下去了,我想說,各位做媒體的朋友,發消息之前先調查清楚好不好,人家快遞小哥已經很辛苦了,不要再給人家販賣焦慮了。這只是一個對未來的美好暢想,亞馬遜距離實現視頻中的場景還早的很呢!

不過也怪不得大家,只是因爲這個視頻做的實在是太好了,不但效果逼真,連採用的創意和飛艇原型都是現實存在的。

首先看創意,亞馬遜用載重飛艇作爲空中倉庫,爲無人機提供倉儲的創意早在2016年已經註冊專利,專利中的圖紙如下:

看了幾遍視頻後,我們終於找到了亞馬遜空中航母騙局的破綻

這一專利設想的航空物流中心(AFC)是依靠巨大的飛艇來實現的,飛艇能夠飛翔在海拔 4.5 萬英尺的高空,然後再利用單個的無人機來將亞馬遜的貨物配送給顧客。另外,小號的穿梭飛艇,它們可以給 AFC 送去貨物補給、燃料和工作人員等。因爲在空中進行,所以無人機的配送範圍就會更廣,在從空中下降配送貨物的時候消耗的燃料也更少。因爲空中倉庫的可移動性,這讓亞馬遜在面臨需求變更的時候可以靈活地進行庫存管理。例如,假設一種情況,我們可以把 AFC 建在體育場附近,這樣就在比賽進行的過程中即時提供比賽用品和零食。

在2018年的時候,亞馬遜專門爲這個專利製作了一個宣傳動畫,不過效果遠沒有這個CG逼真(電商巨頭竟然被鄙視了,哈哈)。

視頻:https://v.qq.com/x/page/u0625uhyrru.html?start=2

再看看這個飛艇的原型,它就是大名鼎鼎的洛克希德.馬丁公司臭鼬工廠出品的P-791混合式載重飛艇(注意英文字母和數字混編,"-"可省略不讀)。

看了幾遍視頻後,我們終於找到了亞馬遜空中航母騙局的破綻

上面是P-791飛艇真身,應該說CG視頻的作者對P-791還原度非常高,真.良心製作,我第一眼就是以爲是P-791在飛行,還心想它什麼時候刷了亞馬遜的塗裝。

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對比一下,甚至懷疑視頻作者有P-791的圖紙。

當然對於浮空界人士來說,這個視頻還是有一些硬傷的,

硬傷一:首先艇尾部的臭鼬工廠標誌畫蛇添足。

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注意尾部的臭鼬工廠標誌!(視頻製作者畫蛇添足,不應該加這個臭鼬工廠的標誌,因爲打臭鼬工廠標誌的一般都只是原型機,既然是亞馬遜無人機快遞這種實用場景,肯定不會使用原型機了)。

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大名鼎鼎的臭鼬工廠出品過很多如雷灌耳的產品,包括U-2偵察機、SR-71黑鳥式偵察機以及F-117夜鷹戰鬥機和F-35閃電II戰鬥機、F-22猛禽戰鬥機等。

也許有人會說,難道就不能是洛馬用P-791的那架原型機給做的飛行演示?

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Nope

這個絕無可能。因爲P-791首飛早在2006年,十幾年都沒有露面過(嚴格講是十幾年沒有飛過,前幾年洛馬推銷LMH1飛艇的時候,曾經展示過原型機P-791,是在艇庫內充氣靜態展示的),這會兒說不定癟在哪個角落裏喫灰呢。

不過P-791飛艇倒是值得大書一筆,曾經躊躇滿志的它也有一段令人心酸的經歷。

早在上世紀90年代,美國國防部高級研究計劃局曾經實施了"超大型混合式飛行器"(Hybrid Ultra-Large Aircraft, HULA)計劃,也被稱爲"海象"(Walrus)計劃,目標是建造一種可以在7天內將500噸至1000噸貨物運至12000千米以外的地方。

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海象計劃飛艇概念圖

當時參加招標的主要公司集中在兩家,其一是洛克希德·馬丁公司,另一家則是諾斯羅普·格魯曼公司,兩者均是美國最爲知名的軍火商。前者給出的方案原型就是P-791,而且洛馬爲了增加競標成功率,還自己出資造了一架原型機。

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P-791屬於典型的混合式重載飛艇。混合式重載飛艇是主要依靠輕於空氣的浮升氣體產生靜升力,同時利用高氣動升力外形和矢量推進器等多種升力源提供動升力,以靜升力爲主、動升力爲輔,具備可控飛行能力和升力控制能力的新型運輸類浮空飛行器。由於結合了傳統飛艇技術和固定翼、旋翼飛機技術,混合式重載飛艇的操縱特性和穩定特性得到了極大地提升。

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現代重載飛艇混合動力源

混合式重載飛艇採用組合艇囊的高升力佈局形式,在靜浮力基礎上增加了氣動升力和矢量推進力,採用混合動力源的方法顯著提高了飛艇的運載能力,對於飛艇而言,大載重與長航時存在必然的聯繫,當飛艇具有大載重飛行能力時,勢必將爲燃料重量提供更多可利用的空間。基於此,現代重載飛艇具有大載重、長航時的特點,是一種適用於跨洲際、越洋運輸的優質平臺。

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現代重載飛艇高升力佈局

混合式重載飛艇應用了基於氣墊船技術設計而成的氣墊着陸器(Air Cushion Landing System,ACLS),如下圖所示。氣墊把具有一定壓力的空氣圍封在飛艇下形成空氣層,利用空氣產生的靜壓力支承飛艇,由於氣墊的阻力系數小,可以有效地減小飛艇在地面移動過程中受到的摩擦力。ACLS技術不僅使現代重載飛艇具有短距離滑跑起降的能力,在艇上裝備的大功率動力系統和矢量控制系統的配合下,還具有高地面操縱特性,極大地降低了飛艇對地面基礎設施的依賴程度。

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吸附、墊升狀態下的氣墊着陸器

現代重載飛艇對運行場地要求寬鬆,只需地面較爲平坦即可,飛艇可在草地、沼澤甚至水面上完成起降、移動過程,當飛艇安全着陸後,ACLS可在飛艇與支撐面之間形成真空密封,使飛艇像吸盤一樣牢牢地吸附在地面上,形成一個穩定的平臺,這樣不僅可以抵抗地面風速變化帶來的側向力,而且便於貨物的裝載與卸載過程。因此,現代重載運輸飛艇可用於執行向基礎設施水平較低的偏遠地區進行點對點精確運輸的任務。

P-791飛艇的蒙皮由具有高強度質量比的Vectran纖維織物熱合而成,內部填充壓力爲700 Pa的氦氣,依靠氦氣內壓維持飛艇氣動外形。在飛艇兩側和尾部安裝有兩組共4個可90°偏航,90°俯仰的矢量涵道螺旋槳推進器,如下圖所示,發動機採用100 hp 四缸兩衝程風冷Hirth F-30-ES,可以輔助飛艇實現爬升、下降以及姿態控制,飛艇的最高速度爲30節。

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P-791飛艇矢量推進器

P-791飛艇於2006年1月31日進行了時長爲5 min的首飛,成功地完成繞場一週的飛行。首次試飛中,P-791先進行了短距離滑跑起飛,隨後在空中進行了爬升和轉彎,飛行十分平穩,最後飛艇使用氣墊着陸器安全返回地面。此後,在飛行員Eric Hansen和Bill Francis的操作下共進行了6次、每次30 min的飛行測試,其中進行了發動機停機測試,飛艇反應正常,並且在一次試驗中一個着陸氣墊意外的磨損失效,飛艇仍平穩着陸[8]。

拿着原型機P-791參加投標,老司機洛克希德.馬丁以爲勝券在握。

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結果卻讓所有人大跌眼鏡。

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經過複雜艱難的評估認定,諾斯羅普·格魯曼公司提出的LEMV(長航時多源傳感器飛行器)飛艇(其設計理念來自英國HAV公司的天貓SkyCat飛艇)脫穎而出,獲得了來自美國軍方上億美元的支持,(P-791在競標中失敗,黯然失色,只能躲在艇庫裏面喫土了)。

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LEMV(渲染圖上還是美軍塗裝)

可惜的是,就在LEMV原理樣機成功飛行後不久,美國軍方因經費等問題取消了這項計劃的後續工作。

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爾後,幾經輾轉,英國HAV(混合航空飛行器)公司決定低價回購這個龐然大物的研發,並將其更名爲Airlander 10,自此,其重回英國。airlander 10一度因爲其奇特的造型,成爲網紅飛艇,綽號"飛天屁股"。

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網友將卡戴珊的上身PS到airlander10上,竟毫無違和感。

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2017年11月,airlander10在機場錨泊時遭遇風切變,艇體受損嚴重,HAV後來宣佈放棄修復,直接生產定型艇!

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X2

而P-791的後續型號LMH1據稱已經獲得了不少訂單,預計2020年首批交付,這也將是重載飛艇的首批交付型號,整個浮空界都翹首以盼。某種意義上說,洛克希德馬丁在這場與HAV公司的重載飛艇競賽中又暫時扳回一城。

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LMH1飛艇渲染圖

說完P-791的故事,我們再回到這個視頻的硬傷上。

硬傷二:不應該使用P-791飛艇作爲空中航母原型。

作爲混合式重載飛艇,全世界目前可選擇的在研型號有洛克希德馬丁公司的LMH1(預計2020年下線),英國HAV公司的airlander 50(2020年下線),中法合作的LCAT-60(預計2022年下線)。所以既然拍科幻大片就應該選擇下線時間比較早的LMH1比較合適,而不應該選用一個十幾年前的原理驗證型號。

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中法合作飛鯨公司LCA60T重載飛艇渲染圖

當然我們辦事情還是很嚴謹的,託國際友人從某社交網站上找到了這個視頻作者對它的製作方法的解釋,雖然我看不懂日語。

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但是我們能夠看出來,這是一個CG動畫的製作過程。

原來這個視頻做得實在是太像真的了,以至於國外也有很多媒體把它當新聞了,這時候,視頻的作者,一位日本視頻製作教師有些慌張了,趕緊出來澄清,說這只是一個CG動畫而已,不是實拍,就是以P-791飛艇爲原型的。這裏還是爲這位視頻老師的精湛手藝點贊。

參考文獻:

【1】閆峯, 黃宛寧, 楊燕初, et al. 現代重載飛艇發展現狀及趨勢[J]. 科技導報, 2017(09):70-82.

【2】楊宇科, 零售業巨頭的飛艇專利PK:亞馬遜VS沃爾瑪【EB/OL]】浮空飛行器公衆號,2017

【3】浮空君,【惋惜】當今最大飛行器"飛天屁股"結束其歷史使命!【EB/OL]】浮空飛行器公衆號,2019

【4】劉乾石,在中國的幫助下,重載飛艇將顛覆航空貨運行業【EB/OL]】浮空飛行器公衆號,2019

【5】中國科學報,飛艇,強勢歸來!?【EB/OL]】

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