近日，根據美國國防部預先研究計劃局（DARPA）發布的公開信息，美軍目前正在探索名為「自由舉升機」（Liberty Lifter）的全新重型水上飛機項目。
根據DARPA的公開信息，「自由舉升機」被規劃為一種尺寸級別與貨物運載能力都很大、相當於C-17運輸機的重型水上飛行器，同時具備低成本特性。
這是一個極具挑戰的指標，因為現役水上飛機，比如別-200、US-2等，最大起飛重量普遍僅40噸左右，載重在11或12噸——運載能力與C-17這樣最大起飛重量接近300噸、最大載重近80噸的大型陸基飛機沒有可比性。
「自由舉升機」被要求能充分利用地面效應，能夠在不依託地面基礎設施或者大型船舶平台的情況下，執行遠程戰略和戰術運輸任務。
在使用性能上，「自由舉升機」要求能在4級海況（浪高1.25~2.5米）下完成起降，能在5級海況（浪高2.5~4.0米）下進行水上操作。同時它被要求既能在地面效應區域內進行長時間的貼海飛行，又能夠脫離地面效應區域、爬升到並維持10000英尺（約3048米）高度飛行。
「自由舉升機」項目目前規劃了兩個階段：
第一階段的合同包括6個月的概念設計工作和9個月的設計成熟期，主要完成初步設計審查，此外還有3個月時間，用於製造規劃和測試、演示規劃審查。
這一階段主要用於研發概念原型機，其關注重點是操作需求和操作概念。
如果第一階段推進順利，「自由舉升機」項目會在2024年中期過渡到第二階段。第二階段的重點工作是繼續推進詳細設計，並完成全尺寸樣機的製造和演示，將「自由升降機」從概念階段推進到實際任務操作階段。
目前已有兩個演示團隊組合參與了「自由升降機」的原型機研發。第一個團隊是通用原子公司與海事應用物理公司的組合，第二個團隊是極光飛行科學公司、「吉布斯·考克斯」公司（從事船舶與海洋工程）、「偵察工藝」公司（從事特種船舶設計和操作訓練）的組合。
通用原子公司的項目概念圖。
從概念圖上來看，通用原子團隊提出的布局方案相當激進，與任何一種傳統的水上飛機或者地效飛行器的設計都差異較大，不僅採用了罕見的雙機身設計，也採用了運輸類和水上類飛機中非常少見的中翼設計。
傳統運輸類飛機多用上翼或者下翼的核心原因之一，是連接兩側機翼主承力結構的位置，如果能與機身上、下表面重合；則能夠避免相關結構穿越、擠占機身內部的艙體運載空間，並最大程度地降低性能代價和研製成本。
而水上飛機多採用上單翼的另一個主要原因，則主要是為了能儘量抬高機翼以避免、削弱海浪的撞擊，尤其是撞擊動力系統——比如螺旋槳下半幅導致的事故。但機翼的抬高會在一定程度上損失地面效應帶來的升力增益；特別是越大型的水上飛機，其機身高度越大，上翼與中翼的高度差很可能會帶來非常顯著的性能差距。
通用原子方案的動力系統設計，是其採用中翼設計的底氣來源。它在機翼上表面的靠後側分散布置了12台渦輪螺旋槳發動機，推進式螺旋槳在發動機後側。這種設計的意圖相當明顯——針對海浪使用機翼遮蔽發動機，並獲得最大的機翼增升效果，同時機體可容忍的發動機損失數量也能夠得以提高。
極光飛行科學方案的概念圖。
與之相比，極光飛行科學團隊提出的方案就要常規得多。它採用了單機身、上單翼、高置T型尾翼的布局；8台渦輪螺旋槳發動機，布置在機翼的內側。
美國要造新型地效飛行器，「裏海怪物」魅力何在？
在2021年，DARPA就公開宣稱要研發運載能力超過100噸的重型遠程地效飛行器。
蘇聯研發的地效飛行器KM。
從目前的信息看，DARPA應該是選擇了一條妥協性的道路——放棄純粹的地效飛行器路線，而是優化水上飛機的設計，使其部分具備地效飛行器的優點；在較低的海況下，能較為充分的利用地面效應，實現載荷航程能力的優化、以及更好的藉助遠程雷達的地平線後盲區進行活動。
別-200水上飛機。
US-2水上飛機。
但即便如此，依然有大量的問題非常棘手。水上飛機不可避免要遭遇水上高速滑行、起降、撞擊海浪等一系列問題；從機身的下表面外形（帶斷階的船型底部）到機體結構（強度非常高的多水密隔艙），都要進行高度趨近於高速艦艇的特殊設計，重量和飛行阻力代價非常驚人。特別是隨著浮筒和船身吃水深度的加大，水上飛機起飛時的阻力會急劇增加；中大型飛機在水上滿載起飛的難度和成本，遠遠高於陸基飛機。
正是由於這些因素的影響——特別是飛機越大越重，這些因素帶來的負面影響就越嚴重，中大型水上飛機普遍遭遇了成本高昂、但飛行速度與高度，載荷與航程等關鍵性能孱弱的困境。
「自由舉升機」項目如果要發展成功，必須直面並較好地解決這些矛盾，而這絕對不是容易的事情。
比如作為大型軍用運輸飛機，機身內部開闊完整的貨艙空間是必不可少的設計基礎。但這與水上飛機的生存性能就會形成顯著矛盾——為了形成足夠的浮力，水上飛機的內部空間，應該要儘可能的分割化和密閉化，即使是少數隔艙進水，其他隔艙依然能提供足夠浮力，避免飛機沉沒。
在人類航空史的早中期，水上飛機憑藉其不需要地面跑道、可以藉助任意較平靜水面完成起降的特點，曾在偵察、反潛、援救等軍用領域發揮過重要作用。
但隨著技術的發展，高等級地面機場設施越來越普及，具備大尺寸飛行甲板的艦艇大規模投入運用，常規起降飛機和直升機性能不斷進化，中大型水上飛機迅速失去了競爭力，除在一些特定場景下還在繼續發揮作用，輝煌不再。
以「自由舉升機」為代表，中大型水上飛機能不能做大做強，再創輝煌？面對各種棘手的工程技術難題，這個問題的答案，還要拭目以待。
排版：陳奕煊
策劃 | 文案：候知健
編審 | 監製：武晨、王蘭
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