金屬和鏡子
科學(xué)家們還沒有弄清楚如何阻止飛機(jī)產(chǎn)生這些高空水蒸氣軌跡。BY DAVID HAMBLINGPUBLISHED: NOV 16, 2022
去年，像SecretProjects這樣的在線軍事論壇因飛機(jī)的顆粒狀、模糊圖像而瘋狂?；镜臄?shù)字增強(qiáng)顯示了一種不同于任何已知美國(guó)軍用飛機(jī)的蝙蝠翼飛行器在藍(lán)天下的剪影。國(guó)防媒體的共識(shí)是，這艘神秘飛船可能是絕密的RQ-180隱形無人機(jī)，用于在伊朗、中東其他地區(qū)和靠近中國(guó)等最敏感地區(qū)執(zhí)行間諜任務(wù)?！拔衣牭搅宋⑷醯娘w機(jī)噪音，并注意到在我們正上方有一個(gè)東西，”目睹過這種神秘飛機(jī)的Joerg Arnu告訴媒體。
2020 年，佛羅里達(dá)州愛德華茲空軍基地上空的一架未知飛機(jī)的照片，被認(rèn)為是一架絕密的 RQ-180 隱形無人機(jī)。
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那條凝結(jié)尾跡——飛機(jī)在高空產(chǎn)生的水蒸氣的云狀軌跡——將他們直接引向神秘的飛機(jī)，就像一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的白色箭頭在說“我在這里”。
“這相當(dāng)于走出洗手間，把衛(wèi)生紙拖在鞋子后面，”攝影師斯科特·洛（Scott Lowe）說，他在去年早些時(shí)候注意到U-2間諜飛機(jī)的矛盾后，捕捉到了一張罕見的U-2間諜飛機(jī)照片。
隱形技術(shù)大大減少了飛機(jī)的雷達(dá)和紅外信號(hào)，這些信號(hào)能夠讓防空系統(tǒng)注意它們的存在。以前，飛機(jī)最常被雷達(dá)遠(yuǎn)程捕獲。工程師們還開發(fā)了各種技術(shù)來完全消除凝結(jié)尾跡。那么，為什么一些所謂的“秘密”飛機(jī)仍然有這種尾跡呢？
金屬和鏡子
凝結(jié)尾跡（或冷凝痕跡）在寒冷的日子里可見的原因與您的呼吸或汽車尾氣相同。溫暖、含濕氣的空氣與冷、干燥的空氣混合并產(chǎn)生冷凝。在凝結(jié)尾跡的情況下，冷凝以微小冰晶的形式出現(xiàn)。它們?cè)诎l(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的微小顆粒（主要是煙灰）周圍形成。
凝結(jié)尾跡在二戰(zhàn)期間首次成為一個(gè)問題，當(dāng)時(shí)美國(guó)陸軍航空隊(duì)的大規(guī)模轟炸機(jī)編隊(duì)在天空中留下了大片的凝結(jié)尾跡。早在飛機(jī)本身可見之前，德國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)就可以從幾英里外看到凝結(jié)尾跡，并學(xué)會(huì)了在它們上進(jìn)行攔截。
技術(shù)人員開發(fā)了由微小金屬條組成的“谷殼”，供飛機(jī)作為反射云部署在它們后面。它有助于使德國(guó)雷達(dá)失明，但凝結(jié)尾跡仍然可見。這使得夜間突襲成為首選。戰(zhàn)后，噴氣式飛機(jī)取代了活塞發(fā)動(dòng)機(jī);不幸的是，他們留下了更明顯的凝結(jié)尾跡。
箔條仍然被現(xiàn)代軍用飛機(jī)用作雷達(dá)對(duì)抗措施，通常與照明彈一起使用。
飛行員很快發(fā)現(xiàn)，凝結(jié)尾跡通?？梢酝ㄟ^稍微改變高度來消除，盡管這背后的科學(xué)直到 1950 年代才被完全理解。“從理論上講，在你上方幾千英尺處總會(huì)有更干燥的空氣，”SATAVIA首席執(zhí)行官亞當(dāng)杜蘭特說，該公司生產(chǎn)模擬和預(yù)測(cè)軟件。這通常很容易找到不形成凝結(jié)尾跡的水平。
問題在于，飛行員有時(shí)發(fā)現(xiàn)時(shí)為時(shí)已晚，而且由于他們身后的能見度有限，才看到他們正在離開一個(gè)禁忌。對(duì)于飛越蘇聯(lián)領(lǐng)土上空的中央情報(bào)局U-2間諜飛機(jī)的飛行員來說，這實(shí)際上是生死攸關(guān)的問題。飛行員很快想出了一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案：在駕駛艙外安裝后視鏡，以提供飛機(jī)后方的視野。
測(cè)試時(shí)使用了一架經(jīng)過專門改裝的U-2，用于測(cè)試各種隱形技術(shù)，包括早期的雷達(dá)吸收漆，稱為“黑天鵝絨”和后視鏡。1958年項(xiàng)目的細(xì)節(jié)直到2003年才公布，即便如此，報(bào)告也被編輯，但很明顯U-2制造商洛克希德和空軍參與了評(píng)估?！靶袆?dòng)部門認(rèn)為這個(gè)裝置是一項(xiàng)寶貴的資產(chǎn)，”根據(jù)中央情報(bào)局對(duì)“后視鏡”的評(píng)估?！半S著時(shí)間的推移，根據(jù)對(duì)俄羅斯未來攔截能力的估計(jì)，需求將會(huì)增加?！?/p>
測(cè)試表明，當(dāng)它不到一英里長(zhǎng)時(shí)，飛行員可以看到一個(gè)螺線;希望它對(duì)發(fā)現(xiàn)攔截戰(zhàn)斗機(jī)也很有用。外部后視鏡成為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，并安裝在許多后續(xù)版本的U-2上。
硫磺煙幕
與此同時(shí)，美國(guó)空軍工程師正在尋找不需要飛機(jī)改變飛行路線的解決方案。他們專注于排氣中形成水滴的顆粒?！氨У臄?shù)量在很大程度上取決于煙塵顆粒的數(shù)量。如果我們要減少它們，那將減少凝結(jié)尾跡，“倫敦大學(xué)學(xué)院交通排放專家Marc Stettler博士說。
研究人員發(fā)現(xiàn)，主要貢獻(xiàn)者之一是三氧化硫，這是由于燃料中硫的燃燒引起的，因此他們嘗試了低硫燃料混合物。最終，效果還不夠，但研究持續(xù)了幾年。
同樣的研究表明，可能還有另一種通過改變?nèi)剂蟻硖幚砟Y(jié)尾跡的方法。他們沒有通過減少硫來防止形成羚羊，而是增加了硫的含量，使排氣中有更多的顆粒。這個(gè)想法是，這將改變瓶中液滴的大小，使其不可見。
噴氣式飛機(jī)留下的凝結(jié)尾跡。羅伯特·亞歷山大
根據(jù)1962年美國(guó)空軍的一項(xiàng)研究，如果顆粒尺寸可以減小到半微米以下，那么螺旋體將呈現(xiàn)為藍(lán)色霧霾而不是白色軌跡：“從任何距離看，由于缺乏與大氣的對(duì)比，這種藍(lán)色霧霾基本上是看不見的。
研究人員繼續(xù)將二氧化硫直接吹入進(jìn)氣口，但即使這樣也是不夠的。正在倫敦帝國(guó)理工學(xué)院探索航空對(duì)氣候變化影響的Roger Teoh博士說，即使硫的大幅增加也未能達(dá)到預(yù)期的效果。“添加大量的硫只會(huì)導(dǎo)致非常小的形成減少;并且可能會(huì)產(chǎn)生意想不到的后果，“Teoh說。
有效但有害的酸注射液
到1961年，空軍取得了驚人的成就。使用四引擎B-47 Stratojet轟炸機(jī)進(jìn)行演示的照片顯示，一側(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)像往常一樣留下正常的裝置，但在另一側(cè)什么也看不見。轟炸機(jī)安裝了一個(gè)新的系統(tǒng)，將氯磺酸注入排氣管。這實(shí)現(xiàn)了硫磺實(shí)驗(yàn)未能做到的事情：用太小而看不見的微小顆粒產(chǎn)生一個(gè)羚羊。
該技術(shù)非常有效，但凝結(jié)尾跡抑制設(shè)備為轟炸機(jī)增加了400磅，減少了炸彈負(fù)載。此外，這架飛機(jī)需要相當(dāng)于燃料約2%的凝結(jié)尾跡抑制化學(xué)品的供應(yīng)，可能會(huì)再增加2000磅。
雖然沒有關(guān)于該技術(shù)部署在轟炸機(jī)上的記錄，但“no-con”系統(tǒng)安裝在Ryan Firebee無人機(jī)上，在越南和中國(guó)上空?qǐng)?zhí)行偵察任務(wù)。這些小型快速噴氣動(dòng)力無人機(jī)通常逃避觀察，但有時(shí)它們會(huì)被它們的凝結(jié)尾跡泄露。
酸注入系統(tǒng)成功地使小型無人機(jī)看不見，但由于其他原因不受歡迎。氯磺酸具有極強(qiáng)的腐蝕性，會(huì)損壞發(fā)動(dòng)機(jī)，縮短其飛行壽命。它對(duì)地勤人員也有劇毒和危險(xiǎn)。
用激光檢測(cè)凝結(jié)尾跡
當(dāng)B-2 Spirit轟炸機(jī)在80年代后期開發(fā)時(shí)，它最初配備了類似于Firebees的氯磺酸注射系統(tǒng)。但是，由于從未披露的原因，這從未被使用過。
動(dòng)機(jī)可能是環(huán)境;人們?cè)絹碓揭庾R(shí)到，從飛機(jī)上秘密噴灑劇毒化學(xué)品可能會(huì)招致批評(píng)。這甚至在 90 年代“化學(xué)痕跡”陰謀論興起之前，該理論指責(zé)美國(guó)政府從飛機(jī)上噴灑神秘化學(xué)物質(zhì)，留下持久的凝結(jié)尾跡。沒有證據(jù)表明這一理論與實(shí)際的反轉(zhuǎn)研究有關(guān)——其全部目的是防止這種痕跡的形成。
美國(guó)空軍部長(zhǎng)愛德華·奧爾德里奇（Edward Aldridge）透露，在1989年關(guān)于B-2的新聞發(fā)布會(huì)上已經(jīng)找到了另一種解決方案，但讓記者們猜測(cè)新技術(shù)是什么?！懊軉栴}已經(jīng)解決了，但我不會(huì)告訴你怎么做，”奧爾德里奇說。
有很多猜測(cè)認(rèn)為，解決方案要么是新的燃料添加劑，要么是將冷空氣與廢氣混合的擋板系統(tǒng)（見下文）。
隱形凝結(jié)尾跡間諜
Noshir Gowadia是一名工程師，負(fù)責(zé)隱形B-2的復(fù)雜排氣系統(tǒng)。他的設(shè)計(jì)有助于確保冷空氣在離開飛機(jī)之前與熱射流廢氣混合，以稀釋飛機(jī)的熱跡線，使其更難通過紅外成像發(fā)現(xiàn)。
Gowadia利用他的專業(yè)知識(shí)重新設(shè)計(jì)了噴射噴嘴，目的是消除可見的凝結(jié)尾跡。這涉及“非均勻流場(chǎng)”——一個(gè)湍流混合的區(qū)域——它會(huì)將水滴擴(kuò)散得如此之多，以至于人眼和其他傳感器都看不到任何污點(diǎn)。美國(guó)空軍認(rèn)為他們已經(jīng)找到了解決矛盾問題的方法，并授予Gowadia一份合同，將他的概念開發(fā)成成品。
然而，在2011年，Gowadia被判犯有間諜罪 - 特別是將隱形排氣的細(xì)節(jié)傳遞給中國(guó) - 并被判處32年徒刑。噴嘴重新設(shè)計(jì)項(xiàng)目已經(jīng)停止，目前尚不清楚這種技術(shù)是否可以有效消除凝結(jié)尾跡。
直到幾年后，真正的秘密才被揭露為PAS，即飛行員警報(bào)系統(tǒng)。PAS由傳感器公司Ophir開發(fā)，使用一種激光雷達(dá)形式：它將激光束發(fā)射回噴射排氣管中，并測(cè)量光從冰粒上的散射。這可以立即檢測(cè)到何時(shí)開始形成，警告飛行員在可見之前改變高度。
PAS當(dāng)然是對(duì)U-2后視鏡的改進(jìn)，但美國(guó)空軍規(guī)劃者真正想要的是能夠在沒有任何凝結(jié)尾跡形成的風(fēng)險(xiǎn)的情況下飛行。
返璞歸真
改變高度是有效的，因?yàn)槟Y(jié)尾跡僅在特定的溫度和濕度條件下形成。德國(guó)科學(xué)家恩斯特·施密特（Ernst Schmidt）在1941年邁出了科學(xué)理解這一過程的第一步，1953年，美國(guó)氣象學(xué)會(huì)的赫伯特·阿普爾曼（Herbert Appleman）開發(fā)了精確的羚羊形成公式。被稱為施密特-阿普爾曼準(zhǔn)則，這可以整齊地表示為溫度和濕度圖：為了防止形成矛盾，只需避免在圖中間繪制的區(qū)域。
美國(guó)空軍規(guī)劃者使用施密特-阿普爾曼準(zhǔn)則開發(fā)了越來越復(fù)雜的軟件模型來預(yù)測(cè)凝結(jié)尾跡將在哪里形成。到1998年，空軍評(píng)估其JETRAX軟件在確定飛行路徑上是否會(huì)出現(xiàn)凝結(jié)尾跡方面具有84%的可靠性。規(guī)劃人員可以重新安排隱形任務(wù)的路線，以防止在天空中留下痕跡。
雖然軍事凝跡預(yù)測(cè)軟件一直處于保密狀態(tài)，但商業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展卻在激增。原因是：氣候變化。
預(yù)防凝結(jié)尾跡的更環(huán)保理由
雖然一些凝結(jié)尾跡迅速消失，但其他凝結(jié)尾跡擴(kuò)散形成高空卷云，具有顯著的變暖效應(yīng)。事實(shí)上，卷云凝結(jié)尾跡的變暖效應(yīng)實(shí)際上大于燃燒航空燃料產(chǎn)生的二氧化碳。去除凝結(jié)尾跡將使飛行對(duì)地球的危害更小。“凝結(jié)尾跡占航空旅行氣候影響的59%。這相當(dāng)于每年 18 億噸二氧化碳，“杜蘭特說。DECISIONX：NETZERO是SATAVIA的行星大氣模型，由人工智能驅(qū)動(dòng)，并提供商業(yè)氣象數(shù)據(jù)。關(guān)鍵是云計(jì)算，這使得密集計(jì)算變得負(fù)擔(dān)得起。這允許系統(tǒng)將地球分成五平方公里的單元，堆疊六十深。
“我們使用完整的全球尺度天氣數(shù)據(jù)集來驅(qū)動(dòng)基于物理的大氣動(dòng)力學(xué)模型，該模型向我們展示了在任何給定路線上產(chǎn)生矛盾的概率，”杜蘭特說。
雖然大多數(shù)天氣模型都專注于地面上發(fā)生的事情，但SATAVIA著眼于飛機(jī)巡航高度并應(yīng)用凝結(jié)尾跡形成算法。至關(guān)重要的是，通過顯示六十個(gè)不同高度的條件，它允許飛行計(jì)劃避免危險(xiǎn)。
一架B-2隱形轟炸機(jī)飛越佛羅里達(dá)州愛德華茲空軍基地，2003年。美國(guó)空軍
杜蘭特指出，雖然這需要在空中交通管理方面做出一些努力，但少數(shù)航班會(huì)產(chǎn)生最具破壞性、最持久的凝結(jié)尾跡。他說，大部分好處可以通過改變5%的航班路線來獲得。
在與阿提哈德航空公司成功開展試點(diǎn)計(jì)劃以在實(shí)踐中測(cè)試該軟件之后，該公司正在將其模型改進(jìn)為商業(yè)產(chǎn)品。杜蘭特在商業(yè)世界中并不知道類似的事情，但擁有巨大計(jì)算能力的軍隊(duì)很可能擁有可比的東西。
隱形技術(shù)仍處于保密狀態(tài)
該領(lǐng)域可能還有其他非公開的發(fā)展。發(fā)動(dòng)機(jī)制造商勞斯萊斯（Rolls Royce）2014年的一項(xiàng)專利將類似于PALS的傳感器連接到發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。該專利聲稱，通過改變發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，可以改變排氣以防止形成凝結(jié)尾跡。勞斯萊斯拒絕討論這一領(lǐng)域或該領(lǐng)域的其他工作，例如用微波消除廢氣以防止冰晶形成的古怪計(jì)劃?！耙话銇碚f，更高效的發(fā)動(dòng)機(jī)可以略微增加螺旋體的形成，因?yàn)榕艢庵械目諝庖暂^低的溫度離開發(fā)動(dòng)機(jī)，”Teoh說?！耙虼?，只有通過降低發(fā)動(dòng)機(jī)效率才能減少尾跡形成，這很可能是以增加油耗為代價(jià)的?！?/p>
Teoh還指出，新型發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室還可以通過確保燃料在到達(dá)排氣口之前完全燃燒來顯著減少廢氣中的煙灰量。Teoh說：“最新的國(guó)際民航組織航空器排放數(shù)據(jù)庫是一個(gè)公開的數(shù)據(jù)集，表明不同的燃燒器類型可以將煙塵顆粒的數(shù)量顯著減少多達(dá)四個(gè)數(shù)量級(jí)。這將代表一萬倍，這可能足以消除可見的凝結(jié)尾跡。
間諜飛機(jī)可能仍然會(huì)在它們不試圖隱藏的地方留下凝結(jié)尾跡——因此，勞對(duì)U-2的幸運(yùn)照片?！皼]有燈罩或完美的光線，U-2是看不見的，”Lowe說。“否則我永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)現(xiàn)它?！?/p>
但是就 RQ-180 圖片而言，您不得不問為什么同一架所謂的超級(jí)秘密飛機(jī)連續(xù)三次留下高度可見的凝結(jié)尾跡，每次都是在光天化日之下在人口稠密的地區(qū)上空？一次可能是偶然的，兩次可能暗示學(xué)習(xí)失敗，但三次開始看起來是故意的。
最重要的是，我們看到凝結(jié)尾跡，它們將我們引向飛機(jī)，因?yàn)樗麄兿Ｍ覀冞@樣做。天空中的那條線是故意的指針。至于為什么會(huì)這樣，以及真正隱藏的是什么——這是另一個(gè)謎。
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