我是战机

明年年初的一个晴朗的日子，一架涂成海军战斗机深海鸥灰色的无人机将从马里兰州帕塔克森特河海军航空站的跑道上起飞，掠过切萨皮克湾，朝着一艘航空母舰飞去，飞过大西洋几英里。当它接近航空母舰时，飞行器将与空中交通管制部门建立通信，向甲板军官请求着陆许可，并建立一个考虑到风速、船速甚至甲板轻微摇晃的下滑道。飞行员认为航母着陆是所有飞行中最困难的操作之一。X-47B 将在没有任何飞行员的情况下着陆。

X-47B 是世界上第一架自主战机。从起飞到降落，它几乎不需要人工操控。虽然它是一架原型机，不打算用于实战——海军称其为技术演示机——但工程师们设计它是为了潜入有争议的空域，躲避大炮和地对空导弹等防空防御，并发动袭击或执行侦察任务。当它明年年初完成任务时，X-47B 将成为第一架无尾飞机和第一架降落在航母上的无人飞机。这意味着海军在装备了未来型号后，将有能力在冲突发生后数小时内命令世界各地的航母战斗群进行无人飞行。

X-47B 也是机器人飞行领域的一大进步。美国军方拥有大约 10,000 架无人驾驶飞行器 (UAV)，它们在阿富汗、巴基斯坦、也门等地上空飞行，美国工程师有时将此类飞行器称为人在回路系统，人类通常远程控制它们，无论是从附近的地面基地还是远在大洲之外的指挥所。X-47B 是一种人在回路系统：虽然人们仍能控制总体任务，但即时决策则留给了飞行器的机器人大脑。

在飞行之外，人机交互系统正变得越来越普遍。过去十年来，科学家一直在使用自动探测器绘制海底地图。美国能源部最近部署了自动地面车辆巡逻内华达国家安全基地，该基地曾是核武器试验场。农民也开始使用自动驾驶拖拉机耕田收割庄稼。X-47B 与这些系统的不同之处在于其环境性质。X-47B 的设计目的是在现役航空母舰上及其周围运行，而不是在废弃的垃圾场或空旷的田野上运行。

经过五年的研发，诺斯罗普·格鲁曼公司和海军无人作战航空系统 (UCAS) 小组的工程师们已经创造出能够在如此复杂的环境中运作的机器人大脑。它可以处理大量的飞行数据，做出近乎即时的决定，并引导飞机在航母甲板上完美无缺地停下来。现在设计师们面临着另一种挑战：训练飞机与人合作。

机器人自主性与自动化有着根本区别。自动化系统执行重复的、预编程的任务，几十年来它们一直在飞行中发挥作用。自 20 世纪 90 年代初以来，海军一直采用基于雷达的无人值守系统自动恢复 F/A-18 战斗机。自主性意味着自我管理。它意味着评估不稳定情况并形成动态响应的能力。一些现代自动驾驶系统具有自主功能——它们可以调整油门以优化空速或在油箱之间移动燃料以平衡飞机的重量，而无需人类许可——但人类仍然充当后盾，坐在距离控制装置几英寸的地方。

对于陆军和空军来说，从地面基地向无争议空域发射自动或半自动无人机已成为军事行动的重要手段。但在执行海军航母任务时，它们几乎毫无用处。常见的捕食者和死神无人机太大、太慢，无法从航母甲板上起飞。它们体积太大，无法作为隐形飞机使用，而且笨重得无法躲避地对空导弹或机炮射击，这意味着它们无法在有争议的空间飞行。即使它们可以变得更小、更快、更灵活，通过操纵杆和视频信号将它们降落在航母上也几乎是不可能的。

2007 年，海军授予诺斯洛普·格鲁曼 X-47B 的开发合同，主要要求有三点：飞机必须适合航母，能够躲避敌方雷达，并且应具有自主性，而不仅仅是自动化。该团队已经设计出一种隐形框架，即一种称为曲柄风筝的混合翼配置。它没有可能返回强雷达信号的尖锐表面特征。他们在对其进行改造时，将其保持较小尺寸，只有 62.1 英尺宽，并且机翼可以折叠起来，以便成品飞机可以轻松存放在机库甲板上。他们还设法安装了普惠 F100 喷气发动机（与一些 F-15 和 F-16 战斗机使用的发动机相同），使飞机比螺旋桨驱动的“死神”或“捕食者”无人机速度更快、威力更大。

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在 X-47B 基本设计完成后，工程师们开始开发飞机的传感器。他们为它装上了 GPS 设备、加速度计、高度计、陀螺仪和其他机密硬件，所有这些都是为了向飞行控制计算机提供维持自主飞行所需的信息。他们还开发了一种高速数据链路，能够与至少 50 海里的地面站或航空母舰交换数字信息。

当一组工程师致力于硬件开发时，另一组工程师则开发了一套由人工智能层控制的极为复杂的自动驾驶系统。该软件会将传感器数据转化为飞行计算机的决策和命令。为了训练 X-47B，他们让软件运行了数以万计的虚拟任务，将其与一系列模拟条件进行对比，并在每次试验中改进其代码。

2010 年 7 月，诺斯罗普位于加利福尼亚州帕姆代尔 42 号工厂的制造厂团队将 X-47B 装上拖车，沿公路将其拖到爱德华兹空军基地，并于次年 2 月在那里进行首飞。在薄薄的高云层下，诺斯罗普工作人员和海军人员看着飞机在跑道上呼啸而过，起飞并谨慎地飞行了 29 分钟，在 5,000 英尺的高度绕基地飞行，同时将数据下传给地面上的研究人员。工程师们原本计划进行 50 次这样的飞行来测试 X-47B 的极限，但它的表现如此出色和稳定，他们只进行了 16 次试验就停止了。下一步是让它准备好上航母。

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工程师需要将 X-47B 融入流畅的人体系统而不对其进行破坏。当飞行员接近航空母舰时，他将进入地球上最复杂、最难控制的环境之一。操作以每小时数百英里的速度进行，数量不等的飞行员、飞机和甲板人员在颠簸不已、风吹雨打的航空母舰甲板上工作。飞行员通过无线电报告着陆意图后，空中交通管制员要么批准他进近，要么指示他进入等待航线。他们还会向飞行员提供天气和甲板状况。在进近过程中，飞行员通常依靠着陆信号官 (LSO) 使用灯光信号和视觉提示来引导他。空中指挥官，即主飞行控制塔或 PriFly 的军官，也负责监督操作。接地前几秒，LSO 做出最后的着陆决定，如果下滑道或航线看起来有风险，则挥手示意飞行员再试一次。

飞机降落在航母甲板上的过程称为恢复，自第二次世界大战以来一直没有发生重大变化，在不久的将来也不会发生重大变化。那么，挑战在于如何将 X-47B 融入高度流畅的人体系统而不对其进行干扰。工程师们以几种不同的方式解决这个问题。首先，他们使飞行员和空中交通管制员之间的大部分对话自动化。飞机不再口头向空中交通管制报告燃油量或高度读数，而是通过其链路直接将这些数据传送到塔台。它不再依赖口头描述的情况，而是每秒 100 次从船上的传感器下载航母的位置、速度和俯仰角，并调整其路径以匹配。

当飞机与人之间无法避免直接沟通时，设计师将口头命令翻译成数字语言。他们从 100 多页的航母操作手册开始，将其精简为 53 条关键命令。许多命令涉及滑行和起飞，以及飞行检查和其他安全例行程序。然后，工程师们构建了一个显示命令的软件界面。通过 PriFly 中的界面，空中指挥官可以向 X-47B 发出与向飞行员发出的相同命令。着陆服务官也获得了一个新工具。设计师更新了被称为“pickle”的手持设备，着陆服务官使用它来批准或拒绝最终着陆许可，以便它可以直接与 X-47B 通信。

该团队还确定了如果通信中断会发生什么情况。如果数据链路在进近时发生故障，或者 LSO 示意 X-47B 停止最后着陆，那么该飞机将飞过航母，避开其他飞机，并进入一个大环路，然后返回进行另一次进近。如果通信不可挽回地中断，它将寻找陆地着陆点，或者作为最后的手段，迫降到海里。

当 UCAS 小组开发出基本的通信软件和接口时，X-47B 在技术上已经可以进行航母着陆。研究人员预测，即使在颠簸的航母甲板上，着陆过程中的误差幅度也将在几英尺之内。问题不在于 X-47B 能否与人合作，而在于人能否与它合作。

2011 年 12 月，美国海军将 X-47B 运往帕塔克森特河（又名 Pax River）。该测试设施是世界上仅有的两座配备模拟航母甲板的测试设施之一，配备了蒸汽弹射器和拦阻索。工程师们还建造了模拟室，用于解决软件错误和培训航母人员。其中一个是空中交通管制中心的复制品，配有雷达屏幕和通讯设备。另一个是 PriFly 的再现，其中的四个平板屏幕显示的是空中指挥官可能看到的相同视图。

在明年年初首次真正进行航母飞行之前，帕克斯河号的工程师们将在模拟航母甲板上对 X-47B 进行测试，在各种条件下与航母人员一起练习弹射和制动。同时，空中交通管制员、空中指挥员和 LSO 将在模拟室中模拟起飞和降落场景，积累成功操作所需的经验、信心和信任。完成航母降落后，X-47B 将返回帕克斯河号进行训练，为下一个里程碑做好准备：自动空中加油，计划于 2014 年完成。

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目前，X-47B 项目计划在成功完成空中自主加油后结束。届时会发生什么还不确定。海军不会讨论原型机的计划，只是说它永远不会投入现役。它的两个武器舱都可以携带一枚 2,000 磅的炸弹，但永远不会；其中一个目前装满了数据收集仪器，另一个是空的。而且 X-47B 仍有改进空间。它（目前）无法感知手势或其他视觉提示，因此人类需要在滑行和甲板操作期间直接控制它。

然而，即使 X-47B 从未超越技术演示，控制它的系统也可能对飞行产生持久影响。设计师几乎肯定会将类似的东西集成到未来的军用飞机中，也许还会集成到商用飞机中。二月份，国会批准了一项为期四年、价值 630 亿美元的预算，用于实施 NextGen 计划，这是联邦航空管理局的一项计划，旨在升级和数字化美国的国家领空，就像海军正在数字化其航空母舰周围的领空一样。在 NextGen 中，工程师将用 GPS 取代雷达。飞机将通过数据链路与塔台和其他飞机（有人驾驶和无人驾驶）进行通信（预算包括一项要求在 2015 年前将民用无人机整合到国家领空的命令）。NextGen 系统可以让飞行员在目的地之间选择更直接的飞行路线，从而减少飞行时间并提高效率。

工程师们已经证明，X-47B 的自主系统可以驾驶常规有人驾驶飞机。去年夏天，他们将其插入 F/A-18 战斗机的航空电子设备中。7 月 2 日，这架飞机在艾森豪威尔号航空母舰上进行了 36 次进近、16 次触地复飞和 6 次全阻拦着陆。在测试期间，一名非常信任的飞行员为了谨慎起见留在驾驶舱内，但他从未碰过操纵杆。

Clay Dillow 是 Popsci.com 的特约撰稿人。他最近在 6 月份为《大众科学》杂志撰写了一篇关于更高效的直升机发动机的文章。