0 引 言

跨介质飞行器是可在空中飞行和水下潜航的新概念飞行器，俗称“会飞的潜艇”或者“能潜水的飞机”，它兼有飞行器的速度和潜航器的隐蔽性，可获取空中、水面、水下的敌我信息，并可针对敌方防御体系弱点，综合利用空中和水中的突防手段突防，具有高效突防打击能力和多任务能力。作为单纯的作战武器，跨介质飞行器具有很好的隐身性能，可以作为突防利器；作为辅助性武器，与潜艇搭配可使两者互补长短，大幅提高潜艇的综合作战能力。本文从最早的潜水飞机 LPL 开始，介绍了跨介质飞行器的发展，并分析其对我国的启示。

1 跨介质飞行器及其发展历程

早在 20 世纪 20~30 年代就有人提出了潜水飞机或者飞行潜艇的设想，但限于技术水平，均未成功转化为工程型号。近年来，美国正逐步实施重返亚太战略，将对沿海地区争夺的重要性放到了更高层次。在装备研发方面，美国加强的适于近海作战的装备的投入，加快研制、服役速度，最典型的例子就是美海军的濒海战斗舰，目前已服役 2 级共 4 艘。借此东风，跨介质飞行器也开始进入全面研究阶段。但最早提出该设想的是苏联人。

1.1 苏联“飞行潜艇”（LPL）方案¹

苏联在第二次世界大战之前就提出了飞行潜艇计划。1934 年，鲍里斯·乌沙可夫率先提出飞机和潜艇结合的武器装备设计草案，苏联组建了以其为首的设计小组。1937 年，这一课题进入了军事科学委员会的相关计划，但在反复审核后遭到打回并进行进一步的计划完善。

1俄文名称为Летающаяподводнаялодка，意思是会飞的潜艇。

1938年 1 月，乌沙可夫设计小组经过反复设计和修改，完成了这种飞行潜艇或是潜水飞机的方案，即 LPL 项目。由苏联军事科研委员会完成了对 LPL 设计草案和主要技战术指标的审定。LPL 是一种用于打击海面上或处于雷场及浮栅保护下的敌方水面舰艇，或实施基地巡逻、雷场维护、舰队护卫的潜水飞机。这种潜水飞机可在预定作战区域自行搜索目标，从空中确定敌人航路后，降落并潜入到敌方舰船行进线路上，并在目标到达飞行潜艇攻击点之前，在稳定、不消耗多余航程能量的深度上潜伏。当敌方舰船航线偏差在允许范围内时，LPL 伺机向其接近攻击；若目标航线偏差较大，LPL 将放弃目标，上浮、起飞并重新搜索目标准备进攻。苏联方面在设计时认为，如果潜水飞机实施编组行动，3 艘 LPL 即可成为 10 nmile 宽度上敌人不可逾越的障碍^[1]。

LPL 有3台 1 200 马力的发动机，能以 200 km 的时速飞行,最大飞行高度 2 500 m；水下靠蓄电池驱动螺旋桨电机航行，电机功率为 10 马力，航速仅为 2~3 kn，活动距离最多不过 9~10 km。LPL 的一种作战方式是在白天接近敌方港口，在空中侦察，寻找有利航道，然后降落到水面。天黑后，LPL 将航行到敌港附近并潜入水下，渗透、袭击敌港口。LPL 有 3 名乘员、2 个驾驶舱，飞行时启用前部飞机舱和脊背上高耸的航海舱。LPL 起飞重量 15 000 kg，航程 800 km，潜深 45 m，下潜用时 1.5 min，上浮用时 1.8 min，最多可以在水下停留 48 h；机腹下可携带 2 枚 457 mm 潜射鱼雷，另配有 2 挺自卫机枪，战斗载荷为全重的 44.5%。

LPL 结构上分为 6 个独立的舱段，其中前 3 舱安装 AM-34 航空发动机，发动机配备有增压器，第 4 舱为人员舱（中心控制室），LPL 的水下控制由 3 名机组成员在这一舱段执行，第 5 舱安装蓄电池，第 6 舱段安装螺旋桨电机。机体蒙皮采用 6 mm 厚度的硬铝铆接形成直径为 1.4 m 的筒形加强结构，机翼和尾鳍设计采用钢材，并采用油漆喷涂防止腐蚀。

LPL 的下潜包括 4 个阶段：封闭发动机舱、将水隔断在散热器之外、转换为水下控制方式、成员从驾驶舱转入中心控制室。

下潜阶段，除了机组成员所在的中心控制舱和仪器仪表、蓄电池、电机所在的舱段密封部分，其他舱段在 LPL 下潜时由排水孔将海水自由注入。燃油和润滑油存放在位于设备中间的专用橡胶容器中，航空发动机的水冷系统进出管道密封，防止在舱外水压作用下造成损坏。

此方案确定了飞机基本参数并制定了技战术指标，但对于当时的技术条件来说进入工程化研发的技术风险大，同时由于二战的爆发，苏联将精力更多地投入到技术风险小、见效快的项目中，最终由于技术和政策的双重影响，LPL 项目未进入详细设计阶段。1938 年，工农红军军事科研委员会终止了 LPL 计划。

1.2 美国大型潜水飞机方案

20世纪 70 年代，美国为了将战略核武器分散部署以提高生存力，提出一种大型潜水飞机方案，执行战略导弹发射任务。这种潜水飞机具有机动性强、隐蔽性好等优点。潜水飞机构型与大型水上飞机相似，在机腹下设计有可收放的水翼，可缩短起飞距离；飞行时使用普通的涡扇发动机，起飞重量 180 t，空中作战半径超过 4 000 km；潜航时使用斯特林发动机，可在水下停留 5 天；任务载荷方面，可携带 2 枚“北极星”A-3 潜射战略导弹。这个方案并不强调水下航行能力，在水下只有有限的机动能力。

此方案进行了概念设计，给出了技战术指标。在动力系统方面，AIP（Air-Independent Propulsion）系统已经有所进步，但仍然不成熟，不足以实现有战术价值的水下待机和潜航；材料方面，可采用钛合金甚至复合材料结构，增强对水空 2 种环境的适应能力，但成本高昂。该项目完成概念设计后，由于美军调整了整体核战略，海军的核武器全部由战略核潜艇搭载，水面舰艇不再配属机载核武器进行战略值班，大型潜水飞机的方案随之搁置，未进入研制阶段。虽然该项目未能实施，但也应看到此时研制跨介质飞行器的技术正逐渐走向成熟。

1.3 法国“埃利乌斯”潜水飞机

2005年，法国波尔多航空技术公司在巴黎布尔歇航空展上提出要发展一种既可在空中飞翔，也可浮在水面甚至潜入水下的无人机。2007 年，据法国巴黎媒体报道，名为“埃利乌斯”（Aelius）的无人机样机于吉伦特省卡佐飞行测试中心接受一系列检测并开始试飞，最早 2009 年设计定型。但此后未见报道^[2]。

“埃利乌斯”集深水勘测的水下机器人和森林火灾监控的无人机功能于一身。它能够在水上起降，飞行时机翼展开，潜水航行时机翼折叠。该机机长 2 m，翼展 4 m，重 75 kg，依靠远程遥控。“埃利乌斯”装有 2 台发动机，1 台是小型航空煤油发动机，另 1 台是水下电动涡轮机。续航能力为空中飞行 360 km/水下航行 40 km，最大升限 5 000 m 高空，潜深 300 m。这种无人驾驶飞机将率先被应用于海洋学研究、海洋钻探或港口和海岸警戒。例如，在岸上或船上的技术人员的操纵下，这种无人飞机能够航拍海面油污的照片，随后再潜入水下检测油层厚度。

“埃利乌斯”的设计方案内容详细，且随着技术的发展，方案的可行性也越来越高。动力能源方面，如锂离子电池、锂聚合物电池的工业化生产，为跨介质飞行器的水下航行提供了良好能源设备，未来比能更高的锂硫电池甚至燃料电池更能大幅提高跨介质飞行器的技战术指标；材料方面，复合材料技术愈发成熟，能有效解决跨介质飞行器的轻质耐压壳、高比强机体结构等一系列问题，将跨介质航行的可行性向前推进了一大步。“埃利乌斯”的缩比验证机正是采用复合材料制造，使用燃油与锂电池分别供应能源的混合动力系统，较好地满足了跨介质航行的要求。

1.4 美国特种运输潜水飞机

2008年，美国国防先期研究计划局（DARPA）提出了一种特种部队运输的潜水飞机研制计划，旨在研发一种不仅能在空中飞行，还能在水面和水下航行的潜水飞机，专门用于突击敌方海岸的特种作战行动。这种潜水飞机融合了 3 种不同平台的作战模式，兼具三者的主要优点：作战飞机的速度与作战范围、作战船只的巡逻能力以及潜艇的隐蔽性。

根据初步设想，潜水飞机的载重量为 910 kg，座舱内至少可容纳 8 人以及相应的作战装备。该机能以 100 nmile 的时速飞行、12 nmile 的时速潜航，续航能力为空中飞行 1 000 nmile，海上航行 200 nmile，水下潜航 24 nmile。

这种飞机要能够连续飞行 1 852 km 后，再贴着水面飞行 185 km，并在将特种部队秘密运抵敌方海岸后，还能在水下持续潜行至少 22 km。飞机要在 8 h 内完成上述任务，并在部队执行任务期间负责搜索合适的撤离地点。若有二次任务需求，飞机将停留在水面上处于待命状态，等待海上或空中的补给^[3]。

DARPA 进行了可行性研究和试验，以证明在现有的技术条件下制造出这种兼具常规作战飞机和潜艇功能的潜水飞机可行。潜水飞机在水下航行和飞机在空中飞行的原理有几分相似，但设计这种两用武器面临的挑战仍然巨大，因为飞机与潜水器的设计技术要求是截然相反——飞机需要尽量轻，以便用最少的动力飞行，潜艇则需要坚固的船体承受水压；比空气重的飞机通过机翼分离气流得到升力，潜艇则通过吸入和排出水来改变浮力。

美国的一些大学和研究机构根据 DARPA 拟定的技术指标提出设计方案。其中一种设计方案采用三翼面布局，V 型尾翼，水下潜航状态时机翼折叠。机身内设置压载水舱，控制下潜和上浮。利用船形机身作为水面滑行体实现水面起降。空中飞行由航空发动机驱动螺旋桨提供动力，水下潜航采用喷水推进，水下潜航时螺旋桨折叠。

随着材料技术、动力装置的迅猛发展，美国意识到研制跨介质飞行器的时机已经来到；同时美军的作战重点也转移到滨海地区，武器研发的政策也向跨介质方面倾斜。故提出了由美国 DARPA 牵头，多家研究机构参与的特种潜水飞机项目，力在探索突破潜水飞机的原理与关键技术。

1.5 潜射无人机

潜射无人机是由潜艇携带、通过舰艇的鱼雷发射管、导弹发射筒或其他专用装置发射的无人机，是目前发展较为迅速的一种无人装备。由于机体本身并不直接完成跨介质作业，因此严格来说，潜射无人机并不是完全意义上的跨介质飞行器。

20世纪 90 年代，洛克希德·马丁和诺斯罗普·格鲁曼公司联合研制了“海上搜索者”潜射无人机。该机采用可折叠机翼，用鱼雷发射管发射。1996 年，美军“阿什维尔”号潜艇试射“海上搜索者”，潜艇在潜航状态下伸出天线对无人机进行遥控获得成功。随后，各家公司开始独立开展潜射无人机的研制。

1.5.1 XFC 潜射无人机

XFC 无人机属于“水下发射无人机”项目的研究成果。该项目由美国海军研究局“沼泽工厂”负责，旨在研发出一种能够从潜艇上发射、由燃料电池驱动的情报监视侦察无人机。XFC 拥有可折叠的十字形机翼和一个氢燃料电池动力系统。该型无人机从概念设计到试验验证只用了不到 6 年的时间。

2013年 12 月 5 日，美国海军成功进行了潜艇发射无人机的试验。试验时采用了与“战斧”和“鱼叉”导弹相同的发射原理，即通过水下运载器运载无人机，由潜艇鱼雷管发射后浮至水面，而后完成发射。

此次发射的无人机简称 XFC 无人机，通过电力驱动，可执行数小时任务。在此过程中，XFC 无人机将实时侦察视频画面传回了“普罗维登斯”号核潜艇、水面支援舰艇和岸上地面站。随后，无人机在位于巴哈马的美国海军海上系统司令部大西洋水下测试和评估中心着陆^[4]。

该型无人机属于小型潜射无人机范畴，无法在水中自主巡航待机，装载在运载器中解决了跨介质飞行器需要适应水环境这一问题，其使用模式、通讯链路技术、变体技术等对跨介质飞行器的研制有很好的参考、借鉴意义。

1.5.2 美国“鸬鹚”潜射无人机

洛·马公司研制的“鸬鹚”无人机是一种能够在海面和水下发射并重复使用的多用途无人机。水下时，机翼折叠的“鸬鹚”可从“俄亥俄”级战略核潜艇的导弹发射筒发射，升空后机翼自动展开并启动涡扇发动机，执行空中任务^[5]。

“鸬鹚”无人机的机翼被设计成海鸥翅膀的形状，以适应导弹发射井内壁；机身由钛合金制成，不仅强度高，还能抵御海水的腐蚀。飞机的空余空间填满泡沫塑料，防止冲撞造成损坏。此外，机身其他部分还用惰性气体加压。机身的构型也采用了复杂的隐身设计，飞机的进气口位于机头部位，呈三角形。处于水下时，飞机的发动机和武器舱门都用充气膨胀式密封防水。“鸬鹚”无人机长 5.8 m，翼展 4.86 m。机身总重量不到 4 t，但可以携带 453 kg 的载荷；最大飞行速度预计将达到 880 km/h，巡航速度为 550 km/h，最高飞行高度 10.7 km，能持续飞行 3 h，作战半径达 926 km。

虽然栖身导弹发射筒，但“鸬鹚”无人机并不像导弹一样靠燃气“弹”出水面，而是由类似机械臂的引导装置送出发射筒。自行浮出水面后，无人机将启动两部固体燃料发动机，在水面垂直起飞。完成任务后，飞机返回和潜水艇汇合点，由水下机械臂带回核潜艇。“鸬鹚”无人机能配备监视器材或近程攻击武器，除了执行侦察任务，机上能携带“海尔法”导弹，可近距离打击目标。此外，如果加挂特殊吊舱，它还可将特种侦察装置投放至敌后^[6]。

1.5.3 弹簧刀

几年前美国启动了一项名为“阿努比斯”（Anubis）的计划，试图研发一种微小型武装无人机，既可对目标实施侦察监视，又可打击“具有较高价值的目标”。近年来，美军越来越多地使用“捕食者”和“收割者”等无人机，利用搭载的“地狱火”导弹，在阿富汗和巴基斯坦对恐怖分子头目发动定点攻击。但这些体型相对较大的无人机存在显著缺点，比如无法确认具体击中的目标等。为了满足在阿富汗和伊拉克潜在的作战使用需求，一种可以变身的新型巡航导弹式无人机“弹簧刀”应运而生。它集小型无人机的侦察监视和巡航导弹的攻击功能于一身。

“弹簧刀”微型无人机是航空环境公司生产的一种一次性无人机。2009 年完成开发，2011 年公诸于众。“弹簧刀”重 1 kg（2.2 磅），可搭载战斗部。一套完整的“弹簧刀”系统（包括导弹、贮存器和控制器）重 5.5 kg（12.1 磅）左右。完整的微型空中弹药系统重量将接近 8 kg（17 磅），长约 45 cm^[7]。

除了陆地作战时用储运管和单兵弹射器发射，“弹簧刀”还可从潜艇的导弹发射管中发射，2010 年，美国海军“三叉戟战士”演习中，由一艘潜艇试射了“弹簧刀”无人机。发射过程中，潜艇处于潜望镜深度，无人机外包有水下运载器，由潜艇的废物处理口发射。攻击型“弹簧刀”微型无人机可以飞向目标并引爆，其爆炸效果大约当量与1枚手榴弹相当。

“弹簧刀”微型无人机一直非常成功，美国陆军已经要求其制造商开发“弹簧刀”2.0 型微型无人机，又称为“致命微型空中弹药系统”（Lethal Miniature Aerial Munition System,LMAMS），其重量更重，续航时间长达 30 min，航程为 9 kg。技术指标方面，LMAMS 具有夜视能力，并能锁定目标，攻击目标；机载战斗部除必须能够击毁轻型车辆外，还必须能够杀伤半径 10 m 内的有生力量，但只对半径 4 m 内的人员致命。运用当前的技术，所有这些要求都可能实现^[8]。

1.5.4 波音“快速部署水空两栖飞机”

2015年 7 月，波音公司公布了一种可潜入水下的无人机设计方案。这种无人机由一架主飞机运入部署区域，后经远程遥控脱离主飞机自行前飞。

这种飞机有 2 种运行模式：空中模式，下飞机配备双翼、稳定器和 2 套共轴的螺旋桨叶（第 1 套桨叶）；水下模式，机翼、稳定器与机身由多个连接附件（螺钉、螺栓、水溶胶等）连接，在机身入水时，双翼和螺旋桨借助爆炸螺栓和水溶胶脱离飞机，减轻重量并优化水动力特性，同时无人机展开新的操纵面和螺旋桨，而第 1 套桨叶将从飞机上脱离。无人机入水后可部署其负载的物资或武器，还可用于水下侦探，通过机上的压载水舱来控制潜下的水深。水下任务完成后，它浮出水面将其收集的数据传给其它遥控飞机或传回指挥中心。

此外，该无人机在结构设计上还具备如下特点：首先，该机由 1 个或多个独立装置构成，处于预安装状态或快速安装状态，排除部件冗余，使其再利用率达到最大值；其次，无人机在水下潜水安装了使机身潜水并在水下移动的装置。同时还有一浮力罐用来控制机身淹没程度以及重新浮在水面；该无人机在空中、水下使用相同的发动机、导航系统和控制系统^[9]。

2 跨介质飞行器发展历程对我国的启示 2.1 新型作战力量，军事应用前景广泛

跨介质飞行器是潜艇和飞机的结合体，集成了空中和水下 2 种航行器的能力，即飞机的空中飞行能力和潜艇的潜水隐身能力。作为“会飞的潜艇”，除了兼备潜艇隐蔽作战的特点外，在空中飞行时则可避免后者难以掌握战场态势信息的先天缺陷，具有足够的战场透明度；作为“能潜水的飞机”，除了具备一定的空中飞行能力外，更重要的是具备包括水下潜伏、目标探测、隐蔽突袭等的水下作战能力。通过集中 2 种平台的优点和操作模式，跨介质飞行器可显著增强军队执行沿海快速、秘密的插入式作战任务的能力，甚至有可能像 20 个世纪的航空母舰一样，在现代多维立体的海战战场中彻底颠覆和改变现有的海战模式^[10]。

2.2 跨介质航行难度大，关键技术多

由于空气和水的物理性质有着很大的差别，水的密度是空气的 800 多倍，粘性系数是空气的 59 倍，因此飞行器和潜航器在航行原理、布局、稳定性、操纵性、材料、结构、动力等方面存在较大差异存在巨大差异；跨介质飞行器的设计却需要协调飞行器和潜航器不同的设计要求，需要兼顾飞行状态和潜航状态的设计要求，难度高。

跨介质飞行器设计的另一挑战是重量设计。将跨介质飞行器设计得足够轻虽可满足飞行的需求，但会使其下潜变得非常困难。在跨介质飞行器漂浮于水面的情况下，目前有 2 种方法可以实现下潜上浮：一种方法是改变飞行器的密度，即减小飞行器的排水量或者增加重量；另一种方法是利用机翼、尾翼等升力面产生向下的负升力，通过改变负升力的大小来实现下潜上浮。

跨介质飞行器在外形设计上也有较大难度，如飞行器不改变外形，直接进入潜航状态，则机翼在水中仍会产生向上的升力。要解决这一矛盾，只能调整潜航时的姿态，使机翼的迎角减小至零升迎角或使机翼产生负升力，但这必然导致水下航行时阻力大大增加，变体技术是解决这一矛盾的有效手段。同时采用变体技术也可解决海基和空基发射平台空间有限，跨介质飞行器的尺寸受到严格限制的问题。

2.3 全新的研究领域，研究意义重大

在 20 世纪由于技术发展和政策的限制，国外早期提出的设想和设计方案未取得实际进展。近年来，特别是复合材料工艺的飞速发展和高比能储能电池的开发，为跨介质无人飞行器的研发铺平了道路。同时，对近海地区的争夺、控制、隐蔽突防的重要性在军事理论方面的提升也使得跨介质飞行器备受重视。国外已经对跨介质无人飞行器的军事用途进行了论证，并提出了一些设计方案。特别是美国 DARPA 提出大型潜水飞机研制计划之后，美国的研究机构已经开始着手进行潜水飞机概念方案设计。

可见，跨介质飞行器作为一个很新的研究领域，其研究对跨介质的基本原理、能源动力、通讯导航等领域的相关研究均有促进推动作用；同时，随着材料技术、能源技术的发展，研制一款成熟跨介质飞行器也不再是科学幻想。

2.4 相关技术有一定研究基础，研发时机相对成熟

国外在变体无人机、无人潜航器、潜航无人机等相关领域进行了大量的研究工作，一些型号已经投入使用。潜射无人机、变体无人机和无人潜航器上使用的变体技术、发射技术、水下动力技术和控制技术等都可以为跨介质无人飞行器的研究提供技术支撑，从而大大加快跨介质无人飞行器的研究进程。可以说，开展对跨介质飞行器的研究工作的时机已经相对成熟。

3 结 语

跨介质飞行器兼有飞行器的速度和潜航器的隐蔽性，具有高效突防打击能力和多任务能力，军事应用前景广阔。近年来随着相关技术的进步，跨介质无人飞行器的研制又重新受到关注，国外在此领域的研究有加速的趋势，特别是美国在此方面投入研制力度最大，DARPA 的特种潜水飞机研制计划已经完成第一阶段研究，正向工程阶段发展。相信在不久的将来，这种飞行器即可投入使用，实现“九霄破浪觅敌影，万里腾云隐然归”的作战构想。