F-16V墜毀案疑問 是否已安裝「自動防撞地系統」? 答案竟是…

台灣擁有大量的F-16戰機,堪稱是中華民國空軍的全能打手,防空任務,對海打擊,甚至對地打擊都包辦。但F-16執行攻擊任務常須貼地或俯衝飛行,飛行員易因空間迷向或高G力昏迷等原因,致使發生墜機危險,美國空軍實際上也有此困擾,故開發「自動防撞地」系統(Auto GCAS),確實拯救了相當多飛行員生命。我國F-16V有此設備嗎?

F-16V直衝入海  如有自動防撞地系統可避免悲劇?

2022年1月11日,台灣一架由飛官陳奕上尉駕駛,機號6650的F-16AM單座戰機(即F-16V的空軍正式型號),由嘉義基地起飛執行訓練,於當日14時55分,開始在水溪靶場周邊空域執行「對地攻擊」科目訓練,稍後被僚機目擊機體呈現大角度墜海,15時26分雷達光點消失。

這架編號6650的F-16V,未改裝前曾經被公開的照片確認,2018年時攜帶實彈攔截中國人民解放軍繞台灣飛行,進入防空識別區的轟六K(H-6K)戰術轟炸機,捍衛台海安全!

F-16 攔截 H-6K
▲機號6650的F-16V,改裝前攔截中國人民解放軍空軍H-6K轟炸機的真實任務照。(圖片來源:中華民國國防部)

根據國防部招開的記者會,空軍司令部參謀長柳惠千表示,事發時,陳奕駕駛的是二號機,訓練科目是執行「20度大角度投彈」,當時的天氣情況能見度7哩,1000呎稀雲,符合課目天氣標準。戰機由8000呎(約2439公尺)高度翻身(為了讓飛行員從座艙目視標靶)再向下俯衝,並以機上照相槍瞄準目標,模擬投彈(未帶實彈),但於水溪靶場靶標北面約100公尺墜海。

柳惠千表示,靶場飛行輔導室曾試圖用無線電提醒,但因飛行員不正常長按無線電麥克風不放,導致無法收到其他人的呼叫(編按:不排除已因俯衝G力昏迷),戰機墜海時,也沒有目視到人員跳傘的情況。但國軍不排除任何可能,只要有一線希望就會全力持續搜救。

地面上亦有民眾目擊,戰機於嘉義外傘頂洲附近的鰲鼓溼地北堤西側墜入海面,發出轟然巨響,飛官陳奕上尉疑未跳傘。

F-16
(示意圖)進行俯衝投彈訓練的F-16。

駕機的陳奕上尉老家在南投縣,空軍官校106年班畢業,於109年3月16日加入中華民國空軍,目前是第四聯隊第21作戰隊上尉飛行官,飛行總時數有321餘小時,但是F-16V機種飛行時間則有60.05小時,仍只有僚機資格。中華民國空軍粉專曾在2016年介紹過陳奕上尉,當時還是空軍官校航空太空工程學系4年級學生,因為嚮往飛行而加入空軍,擔任戰鬥機飛行員。

F16 Elephant walk
▲6650號機曾經參與2022年初的大象漫步(Elephant walk)戰力展示。(攝影:軍聞社謝宏檜、卓以立)

中華民國空軍目前已經有64架F-16V,持續升級與外購,預計將擁有207架F-16V戰機,成為全球擁有此款先進戰機數量最多的空軍部隊,但培育更多合格的F-16V飛行員,是比改裝與採購戰機更艱難與長久的任務,要儘量減少可能發生事故的各種潛在因子。

許多專家提出,若我國F-16V戰機已經安裝了自動防撞地系統,是否能避免此次悲劇?

我國F-16V是否已安裝「自動防撞地系統」?

戰鬥機就算正常飛行,都有相當風險,演訓強度高,戰機墜毀的機率更增加,根據美國統計,全球 F-16 型戰機自 2006 年 11 月 30 日至 2017 年 12 月 1 日止,累計飛行時數為 13,867,227 小時,總計發生 528 起重大失事,平均失事率為每 10 萬飛行小時 2.61 件,累計造成 375架全毀,飛機毀損率為每 10 萬飛行小時 3.68 架。 


▲各型軍機墜毀集錦。

F-16為什麼需要自動防撞地系統?

F-16戰機常常兼具戰鬥轟炸機的功能,需俯衝向地面發動攻擊,駕駛員可能需要承受高達5G以上的重力(一般而言,正常狀態下的人體所能承受的最大極限為正9G到負3G之間),影響操控。一般而言,飛行員穿著抗G衣作為防護,當高正G力產生時,抗G衣即會在四肢充氣增加壓力,藉以逼使血液回流至腦部。

若抗G衣失效或來不及反應,當正G力越大時,飛行員的血液因壓力而從頭部流向腿部,而使腦部血液量銳減,因缺血缺氧而影響視覺器官,造成視野急速縮小的「黑視症」(Blackout)。

相對的若負G力過大時,血液會反向的由下肢往腦部集中,造成腦部過度充血,可能讓微血管受損,最明顯特徵為眼球也因過度充血,視野一片紅色(光線穿過過度充血的血管)的「紅視症」(Redout)。

若因超負荷的高G力過久,人體腦部可能因為保護作用失去意識,稱為G力昏迷(G-Loc),造成飛機失控,幾秒內就直接俯衝撞地的危險情況。因此美軍研發出「自動防撞地系統」(Auto Ground Collision Avoidance System,簡稱Auto GCAS)。

▲F-16投擲雷射導引炸彈的準度與威力。影片中就有戰機高速低空掠過地面的鏡頭。

例如2020年1月和7月的內華達測試與訓練靶場(Nevada Test and Training Range),就連續發生兩名F-16C戰機的駕駛,在演訓時因為高G力發生昏迷,幸好被Auto GCAS救回。

自動防撞地系統的運作原理

高G力引發的昏迷,實際上只是「可控飛行撞地」(Controlled flight into terrain,CFIT)的原因之一,CFIT為常見的航空事故原因,定義是飛機「可由機師正常控制」,但因失誤而撞上地面、阻礙物或水面而墜毀。

根據美國空軍統計,CFIT事件佔美國空軍戰機失事原因的26%,但佔所有F-16飛行員殉職原因比例,竟高達75%!

F-16 型機 4 大致命失事因素為 G 力昏迷、人員操控墜地、空間迷向及空中相撞,超過7成的F-16 型機意外是此 4 項因素所造成,而造成意外原因,幾乎均為人為因素,顯然F-16很需要防止此類事故的設備!

於是由洛克希德馬丁公司(Lockheed Martin)「臭鼬工廠」(Skunk Works)、美國空軍研究實驗室(Air Force Research Laboratory, AFRL)和美國國家航空暨太空總署(NASA)聯合開發Auto GCAS,並於2014年正式服役。由這麼多頂尖研發單位合作研發,可見Auto GCAS的開發難度!

Auto GCAS會不斷監視F-16的飛行數據、感測系統,並以人工智慧功能比對「飛行軌跡」、「任務模組電腦」(MMC)和「數位地形資料」(DTED)。一旦Auto GCAS預判戰機將陷入險境(可能撞擊到障礙物),就會發出信號,警告飛行員採取迴避行動,要是飛行員沒任何反應,Auto GCAS的AI會判定飛官陷入失能,立刻即時介入戰機的飛行控制,戰機會迅速自行轉彎並向空中拉升。


▲Auto GCAS說明影片。

如果飛官在戰鬥中因為纏鬥飛行,或是發生空間迷向(spatial disorientation),造成失去判定上下左右能力的險境,也可以手動啟動Auto GCAS,迅速讓戰機自動爬升,以恢復方向感。

只要飛機拉升後,飛行員接手控制,AI就會判定飛行員已經能正常操控飛機,將控制權交回給飛行員,避免造成人與飛機搶奪控制權,或錯誤操作的情況。

美國在最新的F-16版本,即Block 40 與 Block 50上加裝Auto GCAS,後來擴增到Block 30,已經改裝超過930架。截至2020年7月,共有12名F-16駕駛因此獲救(10架單座,1架雙座)。

升級版的Auto ICAS還能避免空中互撞

美國正在將Auto GCAS系統升級為為自動整合防撞系統(Automatic Integrated Collision Avoidance System ,Auto ICAS),除了原本設計的防止撞擊地面外,還可以避免「空中相撞」!

例如2014年10月20日,美國空中國民警衛隊(Air National Guard)第138戰鬥機聯隊(138 FW) 的兩架F-16C戰鬥機在堪薩斯州莫林(Moline,Kansas)北部空域以雙機編隊執行戰術訓練任務時,竟然發生空中相撞。事故導致一架F-16C墜毀,所幸飛行員成功彈射並獲救,另外一架F-16C戰鬥機的右側機翼破損過半,但在飛行員的沉著駕駛下,安全返回到160公里外的塔爾薩空軍基地。

F-16
▲因空中相撞導致失去部分右翼,仍安全飛返基地的F-16。

Auto ICAS藉由AI解算飛行軌跡,再利用機載雷達及空戰即時顯示莢艙(ACMI POD)感測具威脅的飛行器,利用飛機軌跡改正預測解算法(ARTP)持續計算,以確定兩者間保持一定的位置、距離及飛行軌跡,若判斷可能相互衝突,會從至少 9 種避免碰撞的運動方向,選擇最佳向量脫離碰撞航線,避免空中碰撞。

Auto ICAS除了在訓練中能避免意外,在空戰纏鬥中也能有一定幫助。

根據美國空軍研究,F-16 裝載Auto GCAS後,可減少將近 48%飛安事件,包含高G昏迷、空間迷向及可操縱撞地,若升級為Auto ICAS,可避免空中相撞後,更預計可減少將近 75%因「人為因素」所造成之F-16飛安事件。 

ACMI pods
▲掛載於F-15翼下的ACMI POD空戰即時顯示莢艙,常被誤認是空對空飛彈。
F-16 ACMI POD
▲掛載魚F-16翼尖的 ACMI POD,會占用一個空對空飛彈發射架,是其主要缺點。

我國F-16V戰機為何尚未安裝自動防撞地系統?

遺憾的是,我國的F-16V戰機改裝案中,有採購此裝備,但因美方還在整合測試中,因此尚未加裝。

中華民國空軍F-16V戰機(升級版)加裝Auto GCAS,是改裝案中追加的項目,根據美國國防部 (DoD) 2021年4 月 26 日的公告,洛克希德馬丁公司獲得 1.38 億美元的「和平鳳凰崛起 2」(Peace Phoenix Rising 2,PPR2) 計劃的追加合約,內容包含為台灣的F-16V戰機開發與安裝Auto GCAS、先進的敵我識別 (IFF) 系統、與發射AGM-88 高速反輻射導彈(HARM)能力,合約預計於 2022 年 9 月完成。

為何需要重新開發?主要難度在於,Auto GCAS過去從未安裝在改裝版F-16V的前身,即Block 20上,因為機上的線傳飛控系統仍然沿用F-16A的類比系統,而非F-16C的數位控制,所以整合Auto GCAS的難度較高。(技術上來說,應該是將升級版F-16V的飛控系統全面數位化,才有可能裝Auto GCAS,工程量非常大)

此外,就算洛克希德馬丁公司能夠按照合約時程,成功測試Auto GCAS完畢,後續還有生產與運輸環節,我國空軍預計在2023年11月起開始進行安裝作業。

中華民國空軍F-16戰機曾經在2018年6月4日在新北市瑞芳區五分山撞山,飛行員少校吳彥霆殉職,事後判斷如果有Auto GCAS,應該能避免此悲劇,沒想到還來不及安裝,竟然很可能又重演不幸事件。

Auto GCAS
▲Auto GCAS運作圖說。


▲空軍司令部召開記者會說明,我國F-16V戰機有採購但尚未安裝自動防撞地系統。

飛行員落海  如何發現他的行蹤?

也有許多讀者提問,台灣四面環海,萬一戰鬥機飛行員不幸落海失蹤,要如何發現並展開搜救行動?

F-16V戰機安裝有應急定位發射機(EmergencyLocatorTransmitter,ELT),若感受到不自然的衝擊力,例如當飛機發生劇烈撞擊或觸水,ELT會自動向衛星傳送地點信號的功能,通常能持續72小時以上,但如果飛機是正常降落,ELT自然不會打開,但如果有需要,也可以人工打開。

EmergencyLocatorTransmitter
▲民用航空器上的ELT外觀,可以手動啟動。

此外飛行員會有3個定標器,身上會帶一個PRC-112,一旦彈射後,受到G力會自動發出緊急求救信號,同時發射GPS信號定址。

第二個是飛行員傘包有一個URT-33,一跳傘就會自動持續發出緊急求救訊號,可以用無線電偵測方式定位。

飛行員
▲飛行員會攜帶不少在逃生後,能夠定位其位置,方便搜救的無線電系統。(示意圖)

第三是個人救生包,彈射出去後,傘會連接一個救生包PRC-90,彈射程序完成後,傘拉出來,下面救生包會自動展開,包含救生艇自動充氣,待落海後,飛行員手動脫傘,登上救生艇,拿出無線電求救。

彈射逃生 F-16
▲美國空軍雷鳥飛行隊的F-16戰機發生故障,在極低的高度彈射逃生。

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