如果你走进美国纽约州罗马市(不是意大利历史名城,美国也有同名城市)格里菲斯空军基地,可能会看到一些高大的金属立柱,柱子上架着各种军用飞机,大多数都是肚皮朝天,呈倒扣姿态。常识会告诉你,这应该不是什么纪念雕塑,大概率是某种试验设施。如果你是这么想的,那恭喜你答对了。
这些立柱以及安装在上面的飞机,其实都是一项重要试验的必需。作战飞机上开始安装各种复杂的通信和电子战系统,是20世纪70年代的事儿。装上这些零碎后,飞机就成了一个能通过各种天线发射和接收各种电磁信号的综合体。那么,如何知道这些天线到底能不能高效地发射和接收信号呢?技术人员必须用试验数据来证明,于是就有了一种奇特且神秘的试验项目,参加这个项目的工作团队被称作“翻转空军”(Upside-Down Air Force)。直到今天,这项试验仍然非常重要。
如果走近这个试验装置,你会发现它包括一些高大的柱子,最矮的也有近10米,高的可达15米。试验人员会把飞机吊装固定在柱子顶端,当然,飞机的姿态不是四平八稳的,而是各种诡异的造型,最典型的当然是肚皮朝上。这么做的目的是对飞机腹部的天线进行发射功能测试。有人说,飞机飞行在空中不能进行这种试验么?没问题,可以做,但是这样一方面成本很高,另一方面很难获得详细数据。飞机飞行在天空,位置随时都在变化,很难保证飞机的姿态符合测试需求,也难以保证飞机时时处在测试设备工作范围内。而在地面上做试验,不仅能通过立柱顶端的动作机构不断调整飞机的姿态,还能随时保证测试设备实时获取理想数据。在地面测试,你想测多久就测多久,可以不断重复测试,而如果使用真飞机实际飞行,测试时间就完全取决于飞机油箱的大小,这里面的费用差异,不用细算也能立见高下。通过这种架空翻转测试的方法,研究人员甚至可以绘制出飞机周围的电磁信号发射图谱,确认飞机哪些部位会以怎样的方式对信号构成干扰。
这个研究机构全称叫做美国空军罗马航空发展中心(RADC),成立于1951年6月12日,最初的使命是研发早期预警和指挥系统。20年后的1971年,这里又增设了专门负责电磁信号辐射特征测试的“翻转空军”。在这里,研究团队会使用精密天线测量系统(PAMS)来对飞机上各种天线进行动态测量,评估飞机在飞行状态下的辐射特征。
要想检测一架军用飞机各种设备发射的电磁信号在各个方向的特征,是一件挺复杂的任务。即便是同一型号的飞机,因为挂载装备的不同,其辐射特征也会发生很大的变化。挂没挂副油箱,挂没挂导弹、炸弹、布撒器或各种吊舱,挂载的具体位置,都会对飞机发射天线产生特定的影响。
在1970年之前,研究人员通常使用飞机局部模型或缩比飞机模型来进行测试,但这样无法提供足够真实的天线信号数据,更无法反映飞机外形和挂载对天线信号产生的影响。这种缺陷在飞机对电磁信号能力依赖较弱的时代还可以容忍,但在飞机严重需要先进雷达、通信数据链、电子对抗等能力的情况下就必须消除。总之一句话,就是飞机需要完整而且是全尺寸才好。于是,美国空军就开始着手开发这种PAMS系统,其中就包括那些高大的钢铁柱子。20世纪90年代,罗马航空发展中心被更名为罗马实验室,因其作用独特,被称为美国空军4大“超级实验室”之一,主要负责指挥、控制、通信、计算机、情报(C4I)以及赛博技术装备的测试。
把飞机架到如此位置,除了检查电磁辐射特征,还能帮助研究人员搞清楚飞机在各种姿态下的雷达反射截面,这也是相当重要的工作,特别是对于隐身技术的开发极为关键。总之,要想获得逼近真实的试验数据,那就得创造一个足够真实的试验环境,这种环境的构建,本身就是一个技术含量颇高的工程问题。