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消防飞机

作者:文/子宁
2017年8月30日,一架“全球超级灭火飞机服务公司”的747-400消防飞机在与加州奥罗维尔市的山火“交战”时空投阻燃剂。从这个视角看,巨大的747飞机在茫茫森林上空显得十分渺小。2017年12月初,美国南加州发生了一系列共20余场山火,其中6场火灾发展成主火灾,造成了大规模的人员疏散和财产损失。山火火势借着异常强劲而持久的圣安娜热风逐渐扩大。加利福尼亚州州长杰里·布朗在12月5日宣布文图拉县和洛杉矶县进入紧急状态。这场大规模山火的过火总面积达1 046平方千米,山火造成的直接损失超过30亿美元。同年10月,同样在加州发生另一场规模更大的山火更是造成超过100亿美元的经济损失,超过200人伤亡。

面对如此大规模的森林火灾,人们在查找火灾原因、投入灾后重建的同时,还在研究如何高效灭火、高效救援的方面也投入了很多精力。特别是在灭火救援方面,目前,最为高效的方式就是航空力量——尽管对于自然界熊熊燃烧的燎原烈火,任何人工力量都显得渺小。

在美国加州2017年第四季度发生的多场火灾中,美国投入了4架大型固定翼灭火飞机,执行了数十个架次的救援飞行,向火场喷洒了上百万升的化学灭火剂。在这段时间的山火救援行动中,来自全球超级灭火飞机服务公司的一架最新改装的波音747-400首次投入实战。这虽然不是747系列灭火飞机的首次实战——早前长青航空公司(evergreen)使用747-200改装灭火飞机,但它的出现再次让人们在自然的杀戮前看到了希望的存在。

灭火飞机巨无霸

747超级灭火飞机的缘起,可以回溯到2002年发生在美国的多场森林大火。那年,美国发生了两起严重的航空事故,一架由C-130运输机改装的和另一架以PB4Y-2轰炸机改装的灭火飞机分别在两次灭火任务中坠毁。针对该问题,美国内政部提出正式的咨询需求,征求能取代这些以老旧退役军用飞机改装而成的灭火飞机的现代化方案。对此,长青航空开始着手超级灭火飞机的研发,并计划将旗下的747货机改装成顶级的灭火利器。

在波音公司的协助下,长青航空投入了5亿美元的研发费用,经过超过2万小时的改装,一架诞生于1971年的波音747-200货机,在2004年2月19日,实现了其灭火飞机生涯的首飞。但联邦航空局(FAA)直到2008年11月才正式核发在机上加装机内水箱和相关加强结构、辅助装置的特种飞机的认证文件,4年的等待让长青公司在该项目上损失不少。

2009年7月,这架747超级灭火飞机终于在西班牙昆卡地区的一场森林大火中投入实战。同年8月31日,洛杉矶当局发出的求救使这架747第一次在美国本土出勤,参与了橡谷大火的灭火工作,当天上午和晚上各投放了超过2万加仑(约7.6万升,76吨)阻燃剂,每次投放的纵深长度达5千米。

2010年12月5日,747超级灭火机首度在中东地区出勤,参与了以色列卡梅尔山区(Mount Carmel)森林大火的救灾工作。而在2011年6月9日的美国亚利桑纳州熊坑大火(Wallow Fire)的现场,也可以见到747超级灭火机的身影。

第一架被改为超级灭火机的N470EV在2011年时改回原本的货机用途,其任务被2号机、命名为“超级灭火机979号”、机身编号N479EV的747-100货机取代。长青航空原订改装4架747货机成为超级灭火机,但该公司已于2013年底时宣告破产解散,因此改装的计划未全部完成,仅成功改装了其中的2架。

长青航空原本是以长期租赁的方式向阿特纳资本伙伴公司租用这些747货机,长青破产后,阿特纳资本收回了这些飞机和机上消防设备,在2015年成立了一家专门经营航空消防业务的“全球超级灭火飞机服务公司”接手相关业务,并将从老747灭火机上拆下的设备安装到了性能更优秀的747-400上,这架飞机参与了去年加州森林火灾的空中消防任务。

灭火作业时画面震撼的747一经问世就受到了社会各界的广泛关注,但灭火飞机与普通货机有什么区别,是不是简单的在货舱里装上水箱,机腹下面开个洞那么简单?腹中水箱有乾坤

这架全球超级灭火飞机服务公司最新的747灭火飞机,机腹内部加装了特殊水箱和增压系统,这些水箱可以根据需要加注超过7万升水或阻燃剂(下统称为消防液体)。装在机腹中多个储存槽内的液体经过加压后,由机腹后段加装的4个喷嘴投放。与其他灭火飞机依靠重力从改装的货舱或弹舱门空投液体不同,这架747的加压系统,可以配合火场的火势情况,选择以高压水柱的方式投放液体,或降低初速度,让液体像下雨一样均匀缓慢的飘落火场。这套系统的另一个好处在于,它可以控制消防液体根据火场的规模和特性按需、分段投放,加上747优秀的留空能力,使其灭火时具有很好的任务弹性,这是竞争对手伊尔-76灭火飞机不具备的特点。安装了VAP-2型快速装卸水箱系统的民用版伊尔-76,能从机尾货舱门空投约5万升(50吨)消防液体,它是747超级灭火飞机诞生之前容量最大的灭火飞机。

与747和伊尔-76灭火飞机内置水箱不同的是,它们的另一个竞争对手——2006年推出的DC-10灭火飞机,它的水箱是加挂在机腹外部的,那个看上去体积并不大的水箱一次可以投放4.5万升(45吨)消防液体。

有了DC-10加挂在外部的水箱体积作对比,环绕在你心头的一个疑惑可能就能解开了,灭火飞机的水箱并没有占满整个机舱。以747-400货机为例,其最大容积达946立方米,如果全部装水,水的总质量高达946吨,而747-400F的最大载货重量也不过120吨左右,毕竟水的密度比较大。因此,一次装载70吨消防液体,对747飞机来说已经相当不错了。

为什么是70吨,而不是120吨这个最大载重?除了水箱、增压系统等设备外,消防飞机还需要考虑飞行性能。进入火场上空投放阻燃剂时,747会保持260千米/小时的飞行速度,这比它的失速空速高出约30%。巨大的体型使747没法向其他中小型螺旋桨灭火飞机那样以低于100米的高度进入火场,它的投放高度一般在120米~240米之间,但最快能在短短几秒内一次性投放超过70吨消防液体。这是人类制造的所有消防工具中首屈一指的。马来西亚海事局装备的庞巴迪CL-415水陆两栖飞机,一次可以汲水6.14吨,是一款适用性很好的飞机,装备加拿大、克罗地亚、法国、希腊、意大利、马来西亚、摩洛哥、西班牙和美国等多个国家,但产量也不过100余架。 陈肖/摄杯水车薪直升机

相比用747、伊尔-76、DC-10这类大型固定翼飞机改装成灭火飞机,直升机在消防灭火领域的应用更加广泛,其中知名度最高的当属美国西科斯基的S-64“空中起重机”。S-64的设计初衷主要是为了大型货物的起吊转运,但在镂空机腹加装的消防水箱,可以一次装载8 000升(约8吨)阻燃剂,或在水面上空悬停,注满水箱仅需45秒。

不过相比量产数量仅31架的S-64,应用更多的还属以贝尔-412等为代表的中型多用途直升机,为这类直升机配备的专用消防水箱,容积虽然仅有S-64直升机的三分之一甚至更少,但它们在很多无法使用固定翼灭火飞机的小型火灾现场,依然发挥着不小的作用。2017年5月,在四川雅江县木绒乡突发的一场森林火灾中,来自重庆通航的贝尔-412吊挂着2吨的湖水,一次次的往返水源与火场之间,最终经历9天空地联合的连续奋战,这场大火最终被成功扑灭。

但对直升机来说,加装固定水箱或吊挂水桶,都是有明确的使用条件限制的。一般来说,具有加装水箱能力的直升机,都可以进行吊挂水桶作业,但区别在于,水箱的容量比水桶小,汲水速度稍慢,但飞行稳定性好;而吊挂水桶对直升机空中机动、悬停的操纵要求较高,一旦吊桶剧烈晃动,容易带动绳索牵动直升机飘摆,处理不好很容易发生严重事故。以上述这架重庆通航的贝尔-412为例,该机配备有标准水箱和吊挂水桶两套消防设备,可根据任务需求进行选择。

中国拥有广袤的森林土地,每年也会发生很多起森林火险,因此仅靠民间的航空力量进行消防处置远远不够。其实在新闻媒体报道中不常出现的中国陆航部队,日常飞行训练中也有直升机吊桶训练,此前使用的平台是陆航装备最多的米-17和直8系列直升机。随着国产大型直升机AC313和直18陆续交装部队,吊桶消防也写入了他们的日常训练科目中。特别是2017年9月直博会上展示的一架AC313,该机加装了专门研制的消防水箱和水管,它不仅可以在火场上空直接洒水消防,还可以通过水管向水平方向喷水,这对城市高层建筑的消防有很大帮助。

但是,直升机吊装水桶的灭火能力到底有多强呢?一位米-26直升机的飞行员曾对我说,他常年驾驶米-26飞行在中国的广袤林场上空,见过大大小小的火情不计其数,但仅有一次是依靠米-26一桶一桶地浇水,把一座小山头的火灾彻底浇灭的。除此之外,所有的火情都需要地面消防力量的配合,消防车开不到的地方就用人肉搏,有条件的林场消防单位装备有履带车,那会使消防效率大大提升。而米-26 一次虽然可以吊洒1.5万升(15吨)水,但这些水对在森林中燃起的燎原烈火来说,有时候真的像杯水车薪。“不过,有,总比没有强。”他最后补充说。 图为中国东北地区已有、在建和“十三五”期间规划建设的民用机场,每两个机场的距离最远仅300千米。以此密度,东北林区的森林防火工作可在重点区域机场配备阻燃剂,使用陆地专用灭火飞机进行备勤。同区域适合水上飞机起降的区域则只有几处。水上飞机挺尴尬

2017年12月底,中国自主研发的AG600大型灭火/水陆两栖飞机成功首飞,为中国航空制造业弥补了一项短板。但包括日本US-2、俄罗斯别-200在内的众多水陆两栖飞机,到底适合不适合灭火,特别是大型火灾的灭火,就值得讨论一番了。

俄罗斯的别-200水陆两栖飞机最大起飞重量41吨,消防液体的最大容量1.2万升(12吨),AG600体积与设计起飞重量均比别-200大,其消防液体的最大容量在15吨上下,这一指标与米-26相当,大于很多中小型直升机,单次灭火效率的优势毋庸置疑。但有两点劣势,第一,使用范围,水陆两栖飞机只能在平静海域或大型湖泊水面起降,如果水源地距离火场较近,例如加州大火,水陆两栖飞机就可以在沿岸海面上汲水往返火场。但是如果火场周边没有合适的水域,水陆两栖飞机的使用就会显得尴尬。在中国东北的大小兴安岭林区,一片面积较大的水域是位于嫩江县以南的莫力达瓦达斡尔族自治旗的嫩江水库,以此为圆心,500千米为半径,可以覆盖大部分东北林区,基本在水陆两栖飞机的一小时航程之内,这算比较好的情况。而在中国多山的西南林区,就极少有适合大型水陆两栖飞机起降的水面。这种“多山多林少湖泊,多湖多水少森林”的情况限制了水上飞机的使用,有时候反倒不如使用多架大型灭火直升机来得便利。

第二点,也是十分重要的一点,用水,还是用阻燃剂?在加州大火的新闻报道中,我们看到从747飞机上投放的并不是白色的水,而是红色的阻燃剂,这种化学阻燃剂,具有比水灭火高很多倍的效率,也正是如此,在西班牙昆卡投入首次实战的那架747灭火飞机因使用的是水,而非阻燃剂,因此灭火效果相当有限。如果是水上飞机,无法在水上加注阻燃剂,使用陆地机场加注则使其水用意义大减,不如在普通飞机加装消防容器再加注阻燃剂来得高效。

火神祝融请回家

有了火,人类才在太阳落山后获得了光明和温暖,有了火,人类的味蕾才得到了无限的拓展,但火也带来了杀戮与灾难。飞机是人类20世纪最伟大的发明之一,但在自然力量之前,无论是飞机还是火箭,都显得脆弱渺小。我们在不断研究探索如何对抗火灾的同时,更应该学着如何避免火灾的发生,科学用火。而飞机在熊熊山火之前,虽说杯水车薪,但,有,总比没有强。

责任编辑:陈肖

 

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