避免飛行員落海殉職的悲劇再次發生,國軍的F-16V需要「自動防撞地系統」

避免飛行員落海殉職的悲劇再次發生,國軍的F-16V需要「自動防撞地系統」
Photo Credit: 中央社

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許多專家都表示,如果F-16戰機裝有「自動防撞地系統」(Automatic Ground Collision Avoidance System,Auto GCAS),應該能避免悲劇。但很少人深究,究竟為何只有F-16戰機需要此系統?

文:戰略風格

為什麼F-16需要防撞地裝置?

中華民國空軍預計將擁有207架F-16V戰機(正式名稱F-16AM/BM),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。

中華民國空軍F-16A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,2022年1月11日又有一架F-16V戰機在嘉義基地附近靶場進行對地攻擊訓練時,大角度俯衝墜海。

兩起不幸事件,許多專家都表示,如果F-16戰機裝有「自動防撞地系統」(Automatic Ground Collision Avoidance System,Auto GCAS),應該能避免此悲劇。但很少人深究,究竟為何只有F-16戰機需要此系統?

F-16纏鬥性能優異的關鍵:先天不穩定性設計

F-16這類纏鬥性能非常優秀的戰機,都是先天不穩定性(Negative stability)設計。這是指一般飛機都有靜穩定性(將飛機重心置於升力中心之前),飛行員不太需要控制,飛機基本上會自行回到直線與水平飛行狀態,但這會大幅限制飛機的機動性能。

F-16的設計則是相反,讓飛機隨時都處於不穩定地狀態,需要不斷調整各個翼面,維持飛行姿態,但這不是傳統的鋼索靠液壓連接舵面的控制系統可以搞定,因此改為「線傳飛控」(fly-by-wire):將駕駛員的操縱輸入,通過IC轉變為電信號,經電腦或電子控制器處理,再通過電纜傳輸到控制介面。

先天不穩定設計的戰機,利用機體重心在升力中心後方的方式,產生向下的力量令機鼻上仰,除可使飛機的總升力性能變大,而增加飛機載重,並可因為控制面少許的微動量,即可大幅改變飛機姿態,而增加戰機的機動飛行性能,或採用面積較小的水平尾翼即可控制飛機,減輕整體阻力、重量。

而電腦科技大幅進步之後,除了反應速度更快,電腦還能評估飛行員輸入的動作是否正確,否則拒絕執行,讓飛機能更穩定的飛行,因此目前大部分的戰機都採用線傳飛控系統。

不過飛機會失事的原因很多,例如在低空發動機突然故障之類,那先天不穩定設計的飛機,可能就比傳統飛機更容易失事了。F-16常常需要飛行在低空嗎?正好需要。

共機頻擾台  國軍加強春節戰備訓練(1)
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F-16初次擔任戰鬥轟炸機就顯隱憂

F-16設計之初,是輔助F-15擔任空優戰機,不過以色列在1981年,決定轟炸伊拉克首都巴格達附近的奧斯拉克(Osirak)核反應爐,首度讓F-16擔任戰鬥轟炸機。

因為以色列正牌的A-4攻擊機與幼獅戰轟機(IAI Kfir),因為航程與航電考量,根本無法勝任此任務,F-4則航程勉強可到,但是需要兩名飛行員,一旦損失代價太大。

最後選定由八架F-16A各攜帶兩枚2000磅炸彈,在六架F-15的掩護下,超低空飛行躲避雷達偵測,突襲成功,16枚炸彈命中了14枚,將目標徹底摧毀。

不過,那兩枚「Miss掉」(未命中)目標的炸彈,究竟是發生了什麼事呢?20年後,由負責投擲的飛行員伊夫塔赫·斯派克特(Iftach Spector)親自爆料……原來他當天感冒,身體不適還是勉強出戰,但他在投彈前的鑽升筋斗過程中,出現短暫G力昏迷(G-LOC),偏離預定瞄準點,所幸及時甦醒,但只能勉強投彈,所以未命中。

因為任務成功,當時根本沒人發現有炸彈未命中。伊夫塔赫之所以敢爆料,也是因其擁有12架擊墜敵機紀錄,是貨真價實的空戰英雄,所以把當年的糗事當趣談,無損其生涯戰績。

空戰英雄的身體素質,都可能在對地攻擊中昏迷,可見其危險性。後來各國紛紛仿效以色列,將F-16大量投入對地攻擊時,就讓各種意外數量激增。

75% F-16失事為「可控飛行撞地」

美國空軍一架雷鳥特技小組的F-16戰機,於2018年在內華達測試暨訓練場(Nevada Test and Training Range)進行例行性特技表演飛行訓練時失事墜毀。當時飛行員貝格諾(Stephen Del Bagno)少校起飛後加速至644公里/每小時,向後帶桿爬升,並持續保持帶桿成倒飛姿態,距地面絕對高度約2439公尺,同時保持倒飛姿態。

當表演動作完成後,飛行員準備向下做「改出動作」(俯衝轉正機身再拉升),隨即再次向後帶桿,建立姿態同時G力上升,抗G衣來不及反應,飛行員產生G力昏迷,飛機姿態為向下俯衝。撞地前,飛行員尚未清醒,不幸機毀人亡。

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。飛行員雖然已受過嚴格訓練,也穿了抗G衣,但若失效或來不及反應,當正G力越大時,飛行員的血液會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。

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。


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【影音】整理數十萬張空拍影像,就像一場馬拉松:看見・齊柏林基金會「數位典藏」計畫

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「透過影像為環境發聲」是齊柏林畢生在做的事,也是看見・齊柏林基金會要接力做下去的事。打造一座把台灣存起來的影像資料庫,讓齊柏林留下的影像資產得以傳承世代,「數位典藏」計畫需要你我一同支持響應。

2017年,《看見台灣》的導演齊柏林匆匆離開這個世界,留下無數珍貴空拍影像資產;這些跨越1990年代到2017年、長達25年台灣自然與人文地景變遷的真實紀錄,不只保留了台灣之美,更在學術研究、環保倡議和環境教育上有著無可取代的價值。然而,龐大的影像素材需要經過「數位典藏」才能被有效應用,因此「看見・齊柏林基金會」成立的初衷,就是為了承接數位典藏的使命,讓齊導畢生的心血,能夠世代傳承,發揮永續的影響力。經過兩年的摸索,基金會最終研擬出最合適的數位典藏計畫,不只將齊導作品數位化、分類歸檔,更要建置線上影像資料庫,並將繼續記錄台灣的使命傳承下去。

根據看見・齊柏林基金會統計,齊柏林導演在空中拍攝超過2500小時所累積的影像,約為10萬張空拍底片、50萬張數位照片,上千小時的空拍影片;要為如此龐大的影像資料建檔與整理,勢必耗費許多金錢、時間與人力。不過,只要能集結眾人之力,這一場數位典藏人員及專業志工接力的馬拉松,將會是美麗而撼動人心的一段旅程。

「數位典藏」做什麼?

數位典藏(digital archive),意思是將有保存價值的實體或非實體資料,透過數位化(諸如攝影、掃描、影音拍攝、全文輸入等)與加上屬性資料等詮釋資料(Metadata),建立數位檔案的形式,作為永久保管儲存。

而看見・齊柏林基金會的數位典藏計畫可分為三大工作線,分別為:

  • 傳統底片組:挑選底片→掃描成數位檔案→建立屬性資料→歸檔
  • 數位照片組:挑選照片→建立屬性資料→歸檔
  • 空拍影片組:挑選影片→建立屬性資料→歸檔

除了要將齊導留下來的影像作品數位化歸檔,數位典藏計畫還包括改版建置「iTaiwan8影像資料庫」,也就是建設完整的線上影像資料庫系統,讓齊導作品更便於靈活運用,也能讓更多世人看見。

飛行2500小時累積的空拍影像,怎麼整理?

  • 整理底片/數位掃描

數位典藏組專員詹宇雯的工作,是負責整理傳統底片。即便存放在防潮櫃中,傳統底片仍面臨逐漸老化褪色的壓力,需要與時間賽跑進行數位化保存;然而大多未經篩選的10萬張底片,有些因為直升機震動導致些微的畫面模糊,也有因飛行路線連續較重複的地景構圖,而詹宇雯的其中一項任務,就是拿著放大鏡一一檢視精挑,並標註定位和勘誤照片資訊。

「整理底片最常發生的問題就是人工出錯,因為以前留下的資料可能是齊導或其他志工整理出來、用手寫的,貼紙可能貼錯或資料寫錯。」詹宇雯說起某次經驗,當時有一張台北車站的照片被貼了很多年份,為了找出正確年份,她試圖辨識照片裡招牌跑馬燈上的氣溫、股市市值等資料,交叉比對推斷出正確年份。雖然偶有這種偵探辦案一樣的趣事,但大多數時候是耗費專注度與眼力的過程。

完成底片挑選的階段,接著進到底片掃描數位化。然而,這步驟並不容易,除了整體的影像品質控制與檔案管理,齊柏林導演留下的底片最遠距今至少11年,老化褪色的底片容易出現色彩偏誤,須進行色彩還原,再修掉畫面上的髒點、存成解析度高的數位影像才算完成。

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Photo Credit:TNL Brand Studio
整理傳統底片的過程,必須拿著放大鏡一一檢視精挑,標註定位和勘誤照片資訊。
  • 建立屬性資料

所謂「建立屬性資料」,其實就是為影像添增各種描述紀錄的資訊,有了這些資訊,龐大的影像資料才能被有效率的搜尋、管理。數位典藏組副組長陳宣穎表示,以齊導拍攝的影像為例,包含:拍攝主題、地點及詮釋地景的關鍵字都屬於此範疇;而其中投入最多時間的便是「定位」和「建立關鍵字」這兩項任務。

「定位」指的是找出拍攝主體所在地點和座標,有時可透過既有的飛行軌跡紀錄來推測,但更多時候是在沒有軌跡紀錄的狀態下,憑藉地理知識及照片上的蛛絲馬跡判讀位置。如果影像拍攝年代久遠,或是地景變化很大,就需要運用更多歷史圖資或佐證資料去搜索、推論。

「我們要一張一張照片判讀,建立屬性資料。像是早期的傳統相機沒有定位功能,常常看到照片中只有一大片山稜線,此時我們就要仔細比對地圖、衛星影像,想辦法查找,盡可能貼近正確。」陳宣穎說。

「建立關鍵字」看起來似乎相對輕鬆,然而事實上,光是決定有哪些關鍵字可以使用,就是一門功夫。第一步必須辨認影像中的景物,例如一塊農田種植的是什麼作物,就必須蒐集其他資料輔助判斷;其次,由於空拍照片尺度不一,在畫面中佔比多大的景物需要設立關鍵字,也需要經過討論訂定規則;最後,還必須從使用者的角度思考,依據一般人的搜尋習慣設立關鍵字。

因此,在建立屬性資料的過程中,看見・齊柏林基金會也特別諮詢多位專家,共同研究規劃出適合台灣空中影像的關鍵字建置邏輯,並以此基礎進行分門別類、校正檢核,確保影像被妥善歸納及運用。

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建立屬性資料時需要大量對比地圖,並依照訂定好的規則建立屬性資料,使歸納邏輯一致。
  • 影音資料典藏

相較於照片整理,動態影片的典藏工程更為多元複雜。首先,要針對近千小時空拍影片進行盤點,接著進行特殊格式轉檔與備份,再逐步建立邏輯編碼、標示檔案管理方式,以推動後續屬性資料建立。

「影片整理最大的兩個挑戰,其一是影片內容橫跨的範圍很大,導演可能是台中起飛、屏東降落,因此要去判斷每個影片節點的地景定位;其二是飛機上升的垂直範圍很大、晃動又劇烈,有時候會遇到『果凍效應1』致使內容失真。」影音製作組專員鄭宇程說明,由於各時期的影片拍帶檔案格式、影像內容品質、影片時長都不同,大大增加了管理建檔難度。

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Photo Credit:TNL Brand Studio
影音資料的典藏,需要讀取大量的檔案,逐格檢視、分段建立屬性資料、調色等。

加入數位典藏的馬拉松,傳承接棒台灣之美

從一步步定義操作流程、統一色彩管理語言、購置影像處理設備等,到培訓志工與實習生、讓人力支援一步到位、避免巨量資料的協作過程中出現錯誤,都是數位典藏計畫的範疇。多元內容創意部副總監王俐文表示,「數位典藏」四個字說來簡單,但過程繁複龐雜,需要所有人一致的專注、耐心、細心、以及熱忱。

「iTaiwan8影像資料庫」作為看見・齊柏林基金會數位典藏計畫的目標之一,改版上線只是第一步,接下來除了完成龐大影像資料的典藏,更大的挑戰是要繼續記錄台灣,讓影像不會只停留在2017年。

「透過影像為環境發聲」是齊導畢生在做的事,也是基金會要接力做下去的事。而數位典藏計畫,就是齊導生命的延續,也是基金會動力的源頭。要打造一座把台灣存起來的影像資料庫並不容易,看見・齊柏林基金會亟需各界的支持,共同建置屬於台灣最美的影像資料庫。讓我們一起守護齊柏林留下的影像資產,讓土地脈動的珍貴影像得以傳承世代,發揮更多價值。

捐款支持看見・齊柏林基金會,透過影像為環境發聲


註1:果凍效應(rolling shutter)是數位相機CMOS感光元件的一種效應,當使用電子快門來拍攝高速移動的物件時,原本垂直的物件拍攝出的畫面卻為傾斜甚至變形。(資料來源:維基百科)


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