D-21無人偵察機

美國A-12偵察機(1張)

1960年5月1日，美國U-2高空偵察機在深入蘇聯腹地進行情報偵察時，被薩姆-2防空導彈擊落。飛行員棄機跳傘逃生，落地不久被俘。U-2事件，使得剛剛有所緩和的美蘇關係重新惡化，導致了美蘇巴黎最高級別會議的破裂，並且使這兩個超級大國自戴維營會談以來關於柏林問題的進展無果而終。

為了避免類似尷尬局面，美國開始探索使用無人駕駛偵察機在極危險空域進行偵察活動的技術。洛克希德公司下屬的“臭鼬工廠”正在研製能夠以3倍音速飛行的A-12偵察機。軍方提出了用A-12改裝成高空高速無人偵察機的建議。A-12的總設計師認為，A-12高空高速偵察機本身太大太複雜並不適合改裝成一種無人偵察機，但是通過其設計思路和應用的技術可以製造一種同樣適合此類任務的小型無人偵察機，它可以通過A-12攜帶和發射。

1962年10月，高空高速無人機研製項目正式啓動，初期編號為Q-12，整個項目為絕密級別。與當時其它的絕密項目一樣，其資金不通過公開渠道提供，由美國空軍的一個絕密項目基金資助 ^{[5]  [16]}  。

Q-12項目啓動，面臨發動機選擇問題。A-12偵察機所使用的J58-P-4變循環發動機性能優異，但過大過重，並不適合Q-12使用。研製方選擇了馬夸特公司為波音公司CIM-10“波馬克”遠程防空導彈生產的衝壓噴氣發動機作為Q-12的動力。但CIM-10“波馬克”遠程防空導彈只需要飛行幾分鐘，但是Q-12無人偵察機至少要在空中飛行1.5小時，比當時任何衝壓噴氣發動機的運行時間都要長。工程師對發動機做了一系列改進，改進後的發動機被命名為RJ43-MA-11 ^[20]  。

1962年12月7日，“臭鼬工廠”的工程人員開始對Q-12的模型進行整體測試，雷達測試表明它有很小的雷達橫截面，風洞測試也顯示其符合空氣動力學要求，其設計思路基本正確。但是當時美國偵察機的主要使用者--中央情報局對Q-12並不重視，而更關注U-2偵察機和A-12偵察機，認為A-12比Q-12更適合在東南亞的秘密行動。美國空軍則對Q-12可以作為偵察平台和巡航導彈載體的飛行器認可。最後，空軍和中央情報局決定一同開發這種全新的無人偵察機。

1963年3月，洛克希德公司被授命設計Q-12的全尺寸模型。最終設計方案於1963年10月確定，項目代號“標籤”。無人偵察機的編號也由Q-12改為了D-21（D除含有遙控無人駕駛飛機Drone之意外，還含有子機Daughter之意）。而由A-12改裝成的母機則被命名為M-21（M含有運載母機Mother之意）。

洛克希德公司將A-12系列飛機的最後兩架按“標籤”計劃改裝成雙座型機M-21，綽號“鵝大媽”。具體改動是在A-12的後機身兩個尾翼之間設置了發射無人機的支架，並在原偵察艙（Q艙）的位置設置無人機發射控制官（LCO）座艙，坐在母機後排座上的發射控制官可以通過一個類似潛望鏡的設備觀察和控制D-21無人偵察機 ^{[6]  [19]}  。

D-21無人偵察機生產型的綽號為“袖珍黑鳥”，官方稱其是在生產A-12之前作為概念驗證用途的實驗機。在發射前D-21是架在M-21的機背上，機首的進氣口和機尾的排氣口均用整流罩封閉。M-21在高速飛行時以彈道彈射的方式將D-21發射出去，然後D-21拋掉機首和機尾的整流罩，發動機點火工作並開始加速，通過事先設定的飛行路線進行偵察活動。為了減輕重量和降低費用，同時也為了保密，D-21沒有設計回收功能，偵察設備和昂貴的制導系統都按照模塊化設計，裝在機頭下面偵察設備艙中的可回容器內，在飛機完成偵察任務後，該容器可按預設程序或據遙控指令拋投在一定範圍內，然後由經過特殊改裝後的JC-130B飛機從空中回收，與美國空軍回收間諜衞星膠捲艙的方法一樣。D-21在投下可回收容器後便自動爆炸銷燬。

D-21無人偵察機的RJ43-MA-11衝壓式噴氣發動機需要高速下啓動，M-21必須在高速飛行時才能發射D-21。D-21在分離瞬間要避開M-21的垂直尾翼拋掉機首和機尾整流罩，同時M-21也要防止可能的碰撞，整個分離過程稍有不慎就可能造成災難性的後果 ^{[6]  [10]}  。

首批D-21無人偵察機共製造了6架，用於進行各項測試。

1964年12月22日，M-21搭載D-21首飛，主要研究空氣動力學和其它系統問題，並沒有進行發射實驗。在後續試驗過程中D-21問題不斷，其中一次飛行中D-21的機首整流罩意外破碎脱落，碎片砸壞了D-21的部分機翼，險些釀成事故。設計人員不斷修改設計方案，原定在1965年3月發射子機的實驗也被迫推遲一年。

1966年3月5日，D-21無人偵察機的首次發射實驗，D-21在發射之後仍在M-21母機的背上停留了幾秒鐘才飛出去。發射後的D-21在飛行了幾百千米後墜毀。總體而言實驗成功，但是空軍和中央情報局卻並不滿意。隨後D-21改為由B-52轟炸機掛載發射的方案，並捆綁固體火箭助推器將D-21加速到其衝壓噴氣發動機能夠工作的速度。

1966年4月27日，D-21無人偵察機第二次發射成功，雖然在飛行了4000千米後因為系統故障而失蹤，但是D-21達到了27400米的作戰高度和飛行速度3.3倍音速的預定目標。飛行測試增強了政府對該計劃的支持，並在月底與洛克希德公司簽署了再生產15架D-21的合同。

1966年6月16日進行的第三次飛行測試，也是首次全程飛行測試取得了成功，問題是偵察設備艙因為電子元件故障未能正常彈射。

1966年7月30日，在第四次的發射測試中，M-21發射D-21無人偵察機後，D-21卻不正常地向下飛行，把M-21母機撞成兩截。飛行員和發射控制官均彈射成功並降落在海面上，但一人溺水死亡。

“標籤”計劃因該次嚴重事故而被迫中止，取而代之的是B-52H轟炸機兩翼下掛載2架D-21的“高級碗”計劃。為從低速飛行的B-52H上發射，需要將D-21加速到衝壓噴氣發動機啓動速度，研製方在D-21機體下部加裝了一台固體火箭助推器。改裝後的無人偵察機被稱為D-21無人偵察機B型（簡稱：D-21B，B指的是助推火箭型booster）。固體火箭助推器長13.5米，重6.025噸，比D-21本身還大還重。推進器底部的小型尾翼可保持水平並可摺疊，以防止掛裝時擦碰到地面。固體推進劑的燃燒時間為87秒，推力121千牛。美軍改裝2架B-52H轟炸機，在機翼增加大型外掛架。B-52H轟炸機的駕駛艙後部增加兩個發射控制工作站和指揮、測控系統。

1967年9月28日，B-52H攜帶着D-21B進行了首次發射實驗，助推器順利點火，但是D-21B卻從B-52H的外掛架上掉了下來墜毀。接下來從1967年11月到1968年1月進行的三次實驗沒有一次取得完全成功。

1968年4月30日的發射實驗再一次以失敗告終之後，洛克希德公司的工程師們被迫返回到設計圖紙階段，查找失敗原因。

1968年6月16日，D-21無人偵察機B型的飛行實驗完全成功，在飛行中D-21B按照預定的高度和路線完成了飛行任務，偵察設備艙也被成功回收，但由於是測試飛行，偵察設備艙內未裝備相機。但緊接着的兩次飛行實驗又都失敗了。僅在1968年12月的一次飛行實驗取得了成功。1969年2月在夏威夷附近的發射實驗又失敗，但1969年5月、7月進行的兩次飛行實驗又相繼取得成功 ^[11]  。

D-21無人偵察機共製造38架，其中6架為D-21無人機A型（另有有兩架改裝成D-21無人機B型），32架D-21無人機B型 ^{[8]  [15]}  。

1969年11月到1971年3月，D-21無人偵察機四次實戰飛行，全部針對中國羅布泊核試驗場，但四次飛行全部失敗。其中前三次成功拍攝到情報照片，但均未能正常回收。而第四次則在進入中國領空後失蹤 ^[5-7]  。

D-21無人偵察機最終只製造了6架，製造編號為501至506，其中4架進行了試驗發射。其餘兩架製造編號為501和502的飛機，被改裝成D-21B進行了B-52H的地面和空中運載發射試驗。

B-52H載機掛載兩架D-21試飛(1張)

D-21無人偵察機B型共生產了32架，工廠生產編號為507至538，從1967年11月到1971年3月共發射了16架。剩下的16架和改裝的D-21B，由駐紮在亞利桑那州戴維斯-蒙塞空軍基地的軍用飛機保管處理中心封存，編號也變為GTD-21B，“GT”的含義是“永久保存。

1977年這種無人偵察機才公開其身份，人們從《美軍導彈和火箭目錄》、西雅圖飛行博物館的展品簡介等資料的隻言片語中瞭解到了D-21的真正用途。但是直到1993年傑伊.米勒的《洛克希德“臭鼬工廠”最初的50年》一書出版後，D-21的前世今生才最終為世人所知 ^[15]  。

D-21無人偵察機線圖(3張)

D-21無人偵察機外形為箭頭狀，三角形機翼，前緣後掠角75°，並有加寬的橢圓形前緣邊條。整機身翼融合，沒有水平尾翼，沒有起落架，採取機頭進氣。進氣錐採用複雜的雙摺角形狀。前錐角很尖以適應M3.5左右的激波特點。錐體很大，好像把進氣口都堵住一樣，只留周邊一小縫進氣，而且略向下垂。該錐體不能前後移動，是為特定飛行M數設計的。整個進氣道與機身之間基本上充填燃料，起降温作用。尾噴口也不可調節。尾噴管用高壓渦輪泵排出的氣體通過夾層進行冷卻 ^[4]  。機體大部分為鈦合金製成，機翼外側邊緣部分包括前端突出弧形部分和活動翼面（升降副翼）是用像硬紙板一樣的材料製成的蜂窩結構。全機表面塗有黑色塗層。在機身中段周圍和中翼部分，整體油箱蒙皮外表面先塗有一層厚約8毫米的灰色塗層，外面再刷一層黑漆，同時油箱內充填氮氣。

D-21無人偵察機翼展5.80米，機長13.06米，機高2.14米；最大重量4990千克，最大速度3.35倍音速，續航距離5550千米。機首兩側有兩條天線用來接收控制信號。由於飛機機體小，再加上機首和機翼前緣採用可減少電磁波反射的特殊塑膠製造，因此雷達探測困難，被稱為隱形飛機 ^[10]  。

D-21無人偵察機動力裝置在機身後部，採用了美國一種防空導彈用的RJ43-MA-11衝壓發動機的修改型，並備有點火用特種燃料，熄火後能重新點火。有一個噴射系統用來冷卻發動機，因此可以連續工作1.5小時以上。在高空巡航時發動機最大推力約為9千牛。

D-21無人偵察機B型的助推火箭長13.5米，重約5000～6000千克，外掛在無人機腹部。火箭頭部伸出到無人機機頭前。為了使飛機亞音速時安定飛行，火箭尾部下有腹鰭，在地面可折起。火箭工作時間87~90秒。

D-21無人偵察機的燃油裝在機身進氣道四周和機翼中段的整體油箱內。發動機重約200千克，最大直徑710毫米。因發動機沒有旋轉部分，故只用一個衝壓渦輪帶動，還有設備艙的增壓冷卻渦輪 ^[1]  。機內有一般飛機都必須的工作系統。電源有無刷交直流發電機，由渦輪動力裝置帶動，還有銀鋅電池組和鎳鎘電池組。渦輪動力裝置由衝壓空氣帶動，還帶動液壓泵、滑油泵。排氣口在機尾左側後緣。液壓系統有兩套，主系統用於操縱無人機。另一套靠獨立的儲壓瓶供壓，專門用來控制主系統，保證操縱舵面不超過充許偏度，防止無人機過猛動作而損壞。該機機體設計強度很低 ^[3]  。

D-21無人偵察機上裝備自動控制系統（AFCS）、慣性導航系統（INS）、航行程序系統（ADC）及其它系統。

D-21無人偵察機的機身前下部有設備艙，艙內安裝有照相機和膠片盒。照相機通過一個嵌有3塊玻璃的窗口向下拍照。艙內還裝有慣性導航系統（INS）、自動飛行控制系統（AFCS）和用計算機存儲的航行程序系統（ADC）等主要航空電子設備。三軸速率陀螺位於無人機重心附近。設備艙連同降落傘等全重不大於360千克，其中僅照相機設備及外殼重275千克 ^[3]  。

D-21靠助推火箭高速飛行(1張)

D-21無人偵察機約在高度8000米從B-52投下，同時D-21B的自動程序啓動。投下後約1~3秒，助推火箭點火，使無人機速度能在約10秒後達到M3.2左右，隨即衝壓發動機點火。

D-21無人偵察機中的飛行自動控制系統（AFCS）、慣性導航系統（INS）、航行程序系統（ADC）及其它系統將按順序起動。無人機迅速上升到24000米或更高一些，速度保持在預定M3.4。到達巡航高度後，拋棄助推火箭，D-21由點燃的衝壓發動機推動保持平飛。D-21無人偵察機速度可用發動機噴油量調節推力來控制。航行程序系統ADC可預先設定航跡並以預定M數飛行。一旦到達目標區上空，照相機開始工作，到預定時間關機，然後返航至預定空域，拋投相機膠捲艙供回收 ^{[1]  [4]  [9]  [12]}  。

D-21無人偵察機(1張)

D-21無人偵察機12次發射實驗卻有8次失敗，成功率遠小於50%，表明D-21B還遠未成熟。但是美國空軍和中央情報局急於將其投入實用，為了深入中國偵察核武器研製情況。

1969年11月9日，一架B-52H攜帶着D-21無人偵察機B型從美國阿拉斯加的艾爾森空軍基地起飛，對位於中國西北部羅布泊附近的核武器基地執行偵察任務，也是D-21B首次偵察飛行。

B-52H飛到預定發射空域後發射控制官按下發射按紐，D-21B由助推火箭推送飛出。但隨後D-21B卻失蹤了。雖然美國人堅信中國沒有發現這架無人偵察機，但也無法解釋為何D-21B失蹤。“臭鼬工廠”的技術人員又重新檢查了設計方案，並在1970年2月20日進行了一次額外的飛行測試並取得成功。

1970年12月16日，D-21B第二次飛臨羅布泊上空執行對中國核武器基地的偵察任務，偵察飛行順利，D-21B成功返航，並在太平洋上空將偵察設備艙彈出，但是降落傘出現故障無法打開，偵察設備艙被摔成碎片。

1971年3月4日進行的D-21B第三次偵察飛行完成了偵察任務，並按預定程序返回，偵察設備艙被彈出，降落傘也成功打開，但是JC-130B“大力神”飛機空中回收失敗。美國海軍的一艘驅逐艦試圖將落在海面上的偵察設備艙撈起，也未能成功，最終設備艙沉入海中 ^[1]  。

1971年3月20日，D-21B的第四次偵察飛行途中因電氣系統出現故障，失控墜落在雲南西雙版納森林裏。由於熱帶雨林的緩衝作用，飛機殘骸保存相對完好，中國軍隊和當地羣眾發現並運走飛機殘骸。北京小湯山中國航空博物館內，展出的D-21高空高速無人機的的飛機殘骸，正是1971年失蹤的最後一架D-21B ^{[13]  [17]}  。

1971年7月，美國尼克松政府希望通過外交努力與中國建立正常關係，終止了所有針對中國的越境偵察飛行，D-21無人偵察機B型的“高級碗”計劃也宣佈取消 ^[14]  。

D-21無人偵察機B型被封存後，有四架被送到了美國國家航空航天局，在20世紀90年代末期航空航天局曾考慮用其測試混合循環動力系統（RBCC），不過很快國家航空航天局就選擇了更為合適的X-43A高超音速飛機的改進型來進行類似實驗，D-21B又一次被拋棄了。還有一些D-21B被送到了各地的博物館中，其中西雅圖飛行博物館也接收了一架，而該館還收藏着僅有的一架60-6940號M-21“鵝大媽”。於是博物館在對D-21B做了適當修改後將它放在了M-21機背的支架上，恢復了當年“標籤”計劃的原貌 ^[15]  。

D-21無人偵察機研製克服的最大技術難點是突破熱障，機體採用鈦合金製造，同時對多個機體部位採取降温措施，保證了該機的高速飛行。但與D-21無人偵察機機體和推進系統的先進性對比，其電氣和電子設備的硬件水平與任務要求明顯不適應，該機的電氣和電子設備常常出現故障，其採用的計算機和電路連接器如多針插頭和電線等造成了很多難以預料的故障。D-21無人偵察機的可靠性差，導致了其實際完成任務的比例太低 ^[4]  。（《兵器知識》 評）