飞机可以在暴风雪中飞行，因为它们首先在室内进行测试

八月的佛罗里达狭长地带，热带的高温蒸腾着一切。UPS 司机将湿漉漉的头巾拍在额头上。海盗主题的迷你高尔夫公园像海市蜃楼一样闪闪发光，空无一人。但在距离海湾汽车旅馆和沙滩购物中心几英里的地方，像柯克·帕里什这样的工程师却面临着有生以来最严重的暴风雪。他们穿着大衣，冷启动皮卡，径直驶入刺骨的零下 40 度的白雪皑皑的暴风雪中。在室内。

“看到室内暴风雪简直太疯狂了，”福特汽车公司的柴油工程师帕里什说，他的工作是确保您的 F-150 能够在普拉德霍湾极端条件下启动和行驶。为了证明它可以，并在不能的情况下进行调整，他每年夏天都会长途跋涉到埃格林空军基地的麦金利气候实验室。该实验室横跨几栋建筑，是世界上最大的室内天气测试设施，几乎可以模拟任何气象灾害：冰暴、腐蚀性雾、暴雨（高达每小时 27 英寸）、165 华氏度的高温、丛林湿度和每小时 40 英里的沙尘暴。

该实验室自 1947 年美国陆军航空兵团 (现为空军) 开始在此评估战机以来一直运营。几年后，它向其他军方机构开放，并于 20 世纪 80 年代末向私营公司开放。此后，它成为各种消费品的试验场，从福特卡车到固特异雪地轮胎，再到谷歌的互联网发射项目 Loon 气球。这是大多数寻求 FAA 认证的商用飞机的最后一站。该实验室测试了美国军火库中的几乎所有战机，包括诺斯罗普·格鲁曼公司的 B-29 轰炸机、洛克希德·马丁公司的 C5 Galaxy 运输机（勉强飞过天花板）和 F-35 联合攻击战斗机。“我说不出有哪架军用飞机没有在这里经过，”实验室负责人德韦恩·贝尔说，在他 26 年的任期内，他见证了数百架飞机从这里飞过。

四月中旬的一天，贝尔正在为至少十几种不同品牌和尺寸的产品处理物流事宜。这些产品有的来，有的去，有的请求在他的日程安排中占有一席之地。今年晚些时候，他预计将看到庞巴迪 Global 7000，一种新型超远程商务喷气机。“事实上，我们收到了各种各样的请求，”他说。“我们正在与一家生产海上钻井设备的公司洽谈。昨天我接到一家公司的电话，他们想带一台吹雪机。”

许多企业的产品需要在恶劣天气下经久耐用，他们的靴子、帐篷、手套、飞机、船只和卡车都直接遭受大自然的侵袭。但等待大自然降下最恶劣的天气——并将其均匀地施加到北极或亚马逊等偏远地区的原型上——需要花费大量时间。而且这会削减研发预算。此外，在恶劣条件下准确测量结果和跟踪问题并重复进行确实非常困难。毕竟，这不正是科学方法的本质吗：重复实验，向怀疑论者提供你的东西有效的确凿证据？

事实上，这是二战期间一位鲜为人知的美国陆军航空兵团指挥官的敏锐洞察力：中校阿什利麦金利。这位前飞行员驻扎在阿拉斯加的拉德场，曾在 1928 年和 1929 年拍摄了美国探险家理查德伯德的南极探险，他负责管理陆军的寒冷天气测试支队。随着全球战争的爆发，军队不得不在从北极苔原到远东雨林等许多极端条件下作战。麦金利发现将材料运到阿拉斯加的成本很高，而在多变的户外进行测试结果也参差不齐。他认为，按需创造天气并在受控条件下进行测试会更有效、更高效，成本只是十分之一。1943 年 9 月，寒冷测试项目转移到交通便利的佛罗里达州西北部墨西哥湾沿岸的埃格林菲尔德空军基地。四年后，新建的主试验室开始对它的第一批飞机进行测试。在接下来的 50 年里，该实验室测试了大约 300 架飞机和 2,000 件其他设备，包括导弹、炸弹、榴弹炮和悍马。

20 世纪 90 年代初，实验室的工程师、焊工和电工开始斥资 1 亿美元进行彻底改造，以适应更大的飞机，并安装更新的制冷和加热机械以及电气和蒸汽设备。1997 年改造完成后，该中心扩大了其商业客户名单。随着军事装备变得越来越复杂，进入测试阶段需要更长的时间。因此，贝尔说，商业客户“帮助支付账单”。

如今，该实验室共有 6 个房间。其中两个最为极端的房间是 20 世纪 70 年代初为满足军方全球需求而新增的。在盐试验室（50 英尺宽、16 英尺高）中，技术人员可以喷洒腐蚀金属的氯化钠来测试其耐腐蚀性。日晒、风雨和沙尘室（50 英尺宽、50 英尺高）的风扇可以吹出时速 40 英里的沙尘暴，就像你在 YouTube 上看到驻阿富汗的美军士兵发布的那种沙尘暴。为了更好地模拟在中东海湾国家服刑的情况，技术人员可以打开高达 165 度的加热灯来烘烤坦克、雷达系统、导弹发射器、飞机牵引车和陆军运输车。麦金​​利的工作人员最近审查了一台新型陆军发电机，贝尔说，它将放置在“小帐篷城”外面，为空气、过滤和电气系统提供动力。

然而，麦金利实验室最吸引人的地方还是它的主室。实验室宽 252 英尺，深 260 英尺，最高处高 70 英尺，其规模足以测试超大型飞机。最引人注目的是，从其 200 吨重的钢制门中滑出的飞机包括波音 787 梦想飞机（该飞机于 2010 年在此获得了防风雨机翼）和洛克希德的 C-5M 银河运输机（美国机队有史以来最大的飞机）。

主舱的主要模式是热和冷。在热测试期间，机组人员可以使用灯烘烤飞机或打开蒸汽口，让飞机沐浴在湿气中。灯可以模拟 24 小时的太阳周期，黎明时分亮起，温度达到 140 度的高温，然后逐渐落下。工程师还将检查以确保飞机的航空和通信电子设备能够正常工作。“大多数电气设备在冷的时候工作正常，在热的时候则不行，”波音公司研究和技术经理汤姆·桑德森 (Tom Sanderson) 说，他同时也是 787 的飞行测试主管。

实验室的闭环制冷模式是为温度计的另一端创建的。为了实现深度冷冻，该系统的工作原理与家用空调相同。它冷却液体制冷剂，使其通过一些线圈，然后向其吹气。然后，它回收室内的冷空气，使温度进一步降低。但这不是窗式空调。麦金利的超大型压缩机可以以 1,200 马力运行（就像用布加迪作为动力源一样）。它的六个主冷却线圈高 10 英尺，配备 100 马力的管道风扇，每分钟可移动 78,500 立方英尺的空气。贝尔的工作人员需要大约 12 小时才能将室内的温度降至零下 40 度，这是模拟在加拿大北极或西伯利亚停机坪上过夜的最佳温度。在对 787 飞机进行 12 小时的冷浸后，波音公司的工程师们进行了一次教科书式的重启：排出液体，维修液压系统，并使用辅助动力装置为机舱供暖，就像他们为乘客登机做准备一样。

麦金利的员工实际上并不测试飞机或其他任何进入其大门的东西。那是公司员工和试飞员的工作。由于这些机器是原型机，它们装有数千个传感器，通常有多达 30 到 40 名工程师陪同，其中十几名工程师可能会在评估期间坐在飞机内。麦金利可以将电缆从喷气式飞机连接到仪器室，实验室的技术人员可以在那里为客户记录发现的结果。“对我们来说，这只是原始数据，”贝尔说。“我们不知道这些数字是意味着它通过了还是失败了。”

真正有趣的工程始于飞机在主舱内点燃发动机。根据气压物理学，这样做可能会摧毁建筑物及其内的一切。喷气发动机每秒可以吸入 1,000 磅空气。如果不采取预防措施，这种力量会拉倒机库的墙壁。因此，贝尔的团队必须以发动机消耗空气的相同速度将空气送入机库。他们通过所谓的空气补充系统实现了这一壮举并保持目标温度。

为了进行低温测试，工程师们将一种名为 R30（二氯甲烷）的强力制冷剂超冷至零下 70 度或更低。然后，他们将这种制冷剂送入一组线圈，同时风扇将新鲜空气吹过线圈，产生强大的风，风通过管道进入略低于目标温度（零下 40 度）的主舱。在那里，喷气发动机将其吸入并通过排气管将其吹回外部。

“该系统没有自动化，”贝尔说。“我们的冰箱操作员戴着耳机，与驾驶舱中的飞行员一起。当飞行员推进油门时，他会告诉空气补充操作员，获得继续前进的许可，我们的人员会加快空气补充风扇的速度以匹配他的气流质量，并操纵阀门来控制来回的液体量，以便我们能够控制温度。”

2014 年 9 月 24 日，麦金利基地进行了有史以来最具挑战性的测试之一，当时一艘小型拖船将洛克希德公司的 F-35B 拖入主舱，在六个月的恶劣天气中完成了测试。“这对该设施来说是一次重大的考验，”贝尔说。“我们需要做的准备工作与以往一样，但规模要大得多。”

这项设置令人费解。该中心疯狂的气象师必须将各种极端气候条件施加到 F-35B 身上，同时让其发动机和涡扇发动机以悬停和飞行速度运转——产生 40,000 磅推力——但实际上并不悬停或飞行。

F-35B 必须离地面 13 英尺才能安装排气管，排气管可以旋转 90 度，让战斗机垂直起飞和降落。麦金利的机组人员将管道连接到着陆支柱上，并将其连接到工字钢框架上，从而将喷气式飞机固定在水泥地面上。焊工们建造了一个定制管道系统来收集超级喷气式飞机的所有排气。

工程师们花了数周时间在极端温度下评估飞机，之后试飞员比利·弗林 (Billie Flynn) 登上飞机进行飞行测试。此前从未有人在建筑物内启动过 F-35B。数十名工程师和政府官员挤在飞机翼尖附近的便携式机舱内，监控数百个数据馈送，而弗林则执行飞行前检查清单。“我不会说我害怕过，”弗林说，“但我真的非常急切地想知道在没有弹射场所的建筑物中启动这架飞机会是什么感觉。”该测试平台占地 4,000 平方英尺，是麦金利有史以来最大的装置。当弗林启动发动机并踩下油门时，他感觉到了通常的飞行冲击，但飞机和建筑物却静止不动。“当你感觉到这种感觉，而你又被拴在平台上时，”他说，“那是一个非常酷的技巧。”

弗林在驾驶舱里坐了好几天，在零下 40 度的北极寒冷天气和冰暴中测试发动机，这些天气是由 20 英尺高的喷水杆引起的，每个喷水杆都有 300 个水雾化喷嘴。“我们必须确保实验室的风洞中不会结冰，”参加测试的洛克希德工程师马克·汤普森说。“你要确保一大块冰不会飞到你的飞机上。”

在剩下的几个月里，F-35B 的数百个系统参数在数十种恶劣天气场景中进行了测试。工程师们检查了机油，确保机油在寒冷天气下会变得粘稠，并在零下 40 度的气温下能够深入发动机。他们还测试了飞行员的显示器，确保它在 120 度的高温下不会出现故障，同时仍能让操作员锁定 100 英里外的敌方目标。

任何参与研发价值 1 亿美元的隐形飞机的人都会对自己了解到的情况含糊其辞，但 Flynn 和 Thompson 发誓他们很坦诚，而且这架飞机的表现比预期的要好。“计算模型很好，”Thompson 说。“我们在这次测试中确实没有感到惊讶。”

据报道，所有这些的成本高达每天 25,000 美元，弗林认为这比其他选择要好：在全球范围内追逐恶劣天气并希望获得最好的结果。“这是世界上唯一一个我们可以完全控制所有条件的地方。而且可以一遍又一遍地这样做，就像在进行受控科学实验一样。”

或者他只是感激自己的专业知识，让他能够控制发动机，而不会让大楼倒塌，也不会让里面的每个人都被压死。“我记得当时想，”他说，“如果出了什么问题，这不是我讣告里想要写的东西。”

本文最初发表于《大众科学》杂志的极端天气专题。