美國第六代軍用航空系統研發進展——新一代穿透性制空戰術飛機

率然/編譯

自：俄羅斯《航空發動機》季刊2021年第2期

【知遠導讀】本文譯自俄羅斯航空動力領域專業季刊《航空發動機》，文章原題為《美歐下一代軍用航空系統和發動機發展動向綜述》（Обзор работ в США и Европе по созданиюавиационных комплексов новогопоколения идвигателей для их силовых установок），作者為俄巴拉諾夫中央航空發動機制造研究院專家V.A.帕爾金。

文章梳理和分析了美軍“穿透性制空”（PCA），“下一代空中優勢”（NGAD），“自适應通用發動機技術”（ADVENT），“自适應發動機技術發展”（AETD），“自适應發動機過渡計劃”（AETP），以及歐洲主打的“暴風雨”（Tempest）和“未來戰鬥航空系統”（FCAS）等“第六代”軍用航空項目，并由此得出結論——美歐第六代戰鬥機總體上貫徹“系統之系統”設計思想，意在依托“作戰雲”和人工智能技術，将不同功能的有人機、無人機及不同作戰域的武器平台融合成統一的作戰系統。其内核是配備自适應變循環發動機，研發具有高隐身、高機動性、低油耗和大航程特征，能夠穿透對手一體化防空系統的新一代戰鬥機。其發展目标是在2040年左右形成初始戰力，替換現役的第四代、第五代戰鬥機，以在未來空戰中确保“空中優勢”。需補充說明的是，俄羅斯與西方國家對戰鬥機的劃代标準不同，文中涉及的代差都是按俄方規則劃定的。也正因此，包括作者在内的多數俄國内學者，在描述美歐“下一代戰鬥機”時，普遍采用“第六代戰鬥機”概念。

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第六代軍用航空系統概述

20世紀80年代以來，“空中優勢”思想一直是西方國家空中作戰的理論基礎。但現代條件下，美國的潛在對手憑借新型航空裝備、武器（包括高超聲速武器）及低可探測技術，已經構建起難以突破的一體化防空系統。第四代和第五代航空系統已無法為西方國家軍隊提供“空中優勢”保障。有鑒于此，西方國家正在努力打造一種具備可擴展性、靈活性、動态性的全新武器系統。

盡管美國和歐洲已經在第六代航空系統領域耕耘數年，但截至目前，媒體披露出的信息并不多見。空中客車公司的第六代航空系統設計方案相對清晰。在其看來，第六代有人駕駛戰鬥機是新一代航空系統的基礎。它與不同用途的無人機協同運用，可為歐洲國家軍隊提供明顯優于現役戰鬥機的能力。同時，從發揮功能來看，第六代戰鬥機在作戰編組中不僅僅是一架飛機，而是一個複雜的作戰平台。

首先，第六代戰鬥機将具有更高的生存能力和更低的可探測性。它将配備極其強大的航電設備和目标探測設備。依托機載計算機強大的信息接收、處理和存儲能力，飛行員可及時獲取其他空中、海上、太空和地面平台的數據，從而更好地評估戰場态勢。利用人工智能技術及其與無人機的協同作戰能力，第六代戰鬥機可在敵方縱深空域内履行指揮所職能。

第六代戰鬥機配備的矢量控制發動機和強大的指控系統，可為其提供高機動性、高速度和大航程等性能。利用傳統武器和創新型武器，包括高超聲速導彈和定向能武器（激光武器和微波武器），第六代戰鬥機将具備前所未有的火力毀傷和電子攻擊（包括網絡攻擊）能力。

研發複雜的航空裝備需要巨額資金投入，這會限制其生産規模。但為了奪取空中優勢，又需要必要的部署數量。為平衡這種矛盾關系，關鍵是要合理設定第六代戰鬥機的戰技術性能，包括其可探測性、機動性、飛行速度、航程、目标探測能力等。

在遭遇敵人頑強抵抗條件下，單架戰鬥機是難以勝任複雜作戰任務的，它必須與不同用途的無人平台聯合起來。有人機與無人機作戰編組可遂行目标截獲、偵察、電子對抗、毀傷空中和地面目标等不同任務。這種作戰編組應具備靈活調整能力，提高整體作戰效能、新型武器系統的作戰效能和生存能力。利用多機型編組戰術、佯動和數量優勢，第六代戰鬥機可保持在安全空域，而由無人機負責消除威脅。

基于第六代航空系統的有人機與無人機聯合作戰編組，可通過快速收集、處理和共享數據，極大提升戰場态勢感知能力。這可為實時分析戰場環境、調整作戰行動、選擇最優方案創造先決條件。

歐洲國家對新武器系統的看法與空中客車公司基本一緻，但對于第六代戰機卻并未達成共識。例如，英國的BAE系統公司提出了一種有前景的無人戰鬥機設計方案，而将有人機版本作為其備選方案，兩種版本基于同一機型。

至于美國，空軍和海軍對第六代航空系統的要求并不沖突，但對有前景戰鬥機的要求卻存在很大分歧。它需要取代F-15C/D和F-18E/F/G，并填補F-22和F-35C的不足。據預測，美國空軍和海軍将于2025-2030年開始接收第六代戰機。然而，考慮到F-35生産和交付進程延期，加之第六代軍用航空系統相關研建信息仍寥寥無幾，新一代戰鬥機更可能的問世時間或是2030-2035年。

美國第六代軍用航空系統研發進展

為保持在航空裝備領域的世界領先地位，美國正在系列專項計劃框架下，為不同用途的飛行器及其發動機建立科學技術儲備，持續進行關鍵技術預先開發和新技術解決方案測試，以期最大限度地實現技術卓越，壓縮開發航空裝備所需的時間和資金成本。也正是得益于這些國家扶持計劃，美國航空制造企業在世界軍火市場上仍保有競争力。

新一代穿透性制空戰術飛機

2005年12月，世界上首架第五代戰鬥機——F-22開始在美國空軍服役。2012年F-22停産。作為“聯合攻擊戰鬥機”項目的組成部分，首架F-35多用途戰鬥機于2011年正式交付美軍，并于2015-2019年被多個國家（美國、以色列、意大利、英國、荷蘭、挪威、日本、澳大利亞和韓國）采用。按照當前的交付速度，為完成其所有訂單，F-35的生産線将維持到2044年。

需要說明的是，美國國防部并不負責國防學說的具體實施，而是為其提供技術和物質保障，也就是用更少的錢來獲取更多裝備。從這個角度來看，向無人機過渡是最有利可圖的。21世紀初期以來，美國國防部開始投資研發不同用途的無人機，盡管這在一定程度上與軍工企業和軍隊的計劃相左——後者更期望完成既有項目并維持必要預算。此外，軍方并不完全清楚，無人機在未來的行動中将承擔哪些任務，以及它們可以取代有人機的哪些功能。然而，美國國防部的倡議卻導緻其他國家無人機的快速發展。與此同時，美國國防部繼續開展有人機項目研究。

美國第六代軍用航空系統的研發工作始于2010年代初。美國空軍和海軍擔憂其戰鬥機的作戰能力下降，希望2025-2030年獲得可以替換F-15C和F-18E/F/G，以及補齊F-22和F-35C能力短闆的新飛機。最初，第六代軍用航空系統隻是被視為F-22和F-35C的強化版。

2012年4月，美國空軍和海軍發布了第六代戰鬥機“信息需求”（Request for information），并将其命名為FX（空軍版）和 F/AXX（海軍版）。波音公司的幻影工作室和洛克希德·馬丁公司的“臭鼬工廠”各自制定了第六代戰鬥機研發構想。

圖2 美軍第六代戰鬥機構想

同年，美國國防部高級研究計劃局啟動“空中優勢倡議”（Air Dominance Initiative），試圖在此框架下整合美國空軍和海軍的構想。2014年3月研究完成。軍事領域和技術領域的專家們得出結論：任何單一的新技術或平台都無法有效遏制和擊敗潛在對手正在開發的結構複雜、數量衆多的（防空）系統。據此提議，需要建立的不隻是單獨的戰鬥機，而是網絡平台（航空系統），需要将其融合成一個系統族群（Family of systems），其中應包含不同用途的有人機和無人機。這些飛行器需要具備穩定的導航系統，主動和被動防禦設備，有前景的探測設備，網絡技術，電子對抗能力，以及在遠離戰區的空域遂行作戰任務的能力。

在為美國空軍和海軍研發第六代戰鬥機時，應遵循如下原則：空軍和海軍擔負任務不同，需要不同飛機；确保在太平洋上空長距離航行；低可探測性；使用開放式架構、具備更新能力；奪取制空權。

這項研究促使美國國防部高級研究計劃局2015年開始在“航空航天創新倡議”（Aerospace Innovation Initiative）框架下啟動一項新工作，用以開發和測試兩架X系列原型機（Xplane），驗證先進飛機的關鍵技術。其中一架應滿足美國空軍（FX）的要求，另1架則用于保障美國海軍（F/AXX）的需求。後來，“航空航天創新倡議”發展成為“下一代空中優勢”（Next Generation Air Dominance）項目。

2016年，美國空軍發布了《2030年空中優勢計劃》（Air Superiority 2030 Flight Plan）。該文件與DARPA的研究部分重疊，特别是在創建一個系統族群方面，并且得出了相近的結論：為确保空中優勢，美國空軍需要裝備新一代穿透性制空戰術飛機（Penetrating Counter Air）。

穿透性制空飛機屬于第六代有人駕駛戰鬥機，是由波音公司、洛克希德·馬丁公司和諾斯羅普·格魯曼公司開發的概念。根據美國空軍的計劃，穿透性制空飛機用于獨立或在其他飛機的協同下遂行空戰任務。該型機可通過加密信道（軍用互聯網）傳輸有關目标的必要信息。它應具備低可探測性，裝備有前景的目标探測設備，能夠與無人機“蜂群”協同作戰，配備遠程導彈甚至定向能武器。由于應用人工智能技術，穿透性制空飛機可能是單座飛機，同時保留拓展機組成員的潛力。

美國海軍也提出了對“下一代空中優勢”項目的要求。其中最主要的是強化對航母的防護。現代條件下，航母越來越容易受到遠程反艦巡航導彈和彈道導彈的攻擊。

這兩個“下一代空中優勢”項目彼此并不相關，也不會合二為一。盡管美國空軍和海軍的許多技術是通用的，但對新一代戰鬥機的要求非常不同。美國海軍希望獲得海軍版的穿透性制空飛機，但卻不想為不需要的能力買單，并希望它可與F-35C保持一些共性，這可以降低F/AXX的成本。

美國空軍一如既往更加關注可用于穿透敵方領空的低可探測性，而海軍則計劃使用F/AXX配備的巡航導彈達成此目的，或幹脆将這項任務轉交空軍。海軍專注于增加航程、飛行速度和有效載荷，隻是将低可探測性作為提升戰鬥機生存能力的方法之一。

美國海軍也可能不會購買新型戰鬥機，而是将艦載系統與有人機和無人機聯網，為此需要采購經過現代化升級的F/A-18E/F和F-35C。

制造新型戰鬥機是一項長期、複雜且昂貴的工程，而美國的國防預算受到諸多相互競争項目的制約。這可能會導緻飛機更快老化：在按照傳統模式大規模開發和生産戰鬥機的同時，潛在對手也在同步提升航空裝備性能，為此需要盡快升級或更換現役飛機。

2018年12月，美國國會預算辦公室預測，首架穿透性制空戰機（總共414架）将于2030年開始服役，造價約3億美元。2020年1月宣布，2028-2050年的采購費用可能達到1300億美元。

但到2019年，美國空軍對“下一代空中優勢”項目的看法發生了急劇變化：穿透性制空概念不再是通常意義上能夠獨立解決廣泛作戰任務的飛機，而是一組獨立的技術設備和原型機，用以驗證其可行性并在測試期間顯示出預期結果。這種看法直接導緻2020-2024财年其預算從132美元降至61億美元。

美國國防部重新審視穿透性制空概念的同時，出于制造新的航空裝備耗時長、成本高等考慮，調整了武器系統采辦戰略。2019年，美國國防部在空軍編成内設立了一個專門用于協調“下一代空中優勢”項目的新部門，并采用了一個新的國防采辦系統——“數字世紀系列”（Digital Century Series），旨在将數字工程、人工智能和雲技術應用于武器系統的開發、生産和使用。

圖3顯示了美國軍用飛機試驗設計階段的持續時間，平均至少15年。B-2試驗設計階段的成本為240億美元，F-22為320億美元，F-35為435億美元，KC-46加油機（在波音-767客機的基礎上制造）約為60億美元，這還不包括發動機的研發成本。

圖3 美國軍用飛機的研建時間

據開發人員透露，“數字世紀系列”系統将保障設計人員快速确定設計變更（即使是非常細微的）對産品生命周期的影響，包括生産成本，以及單個部件和整個産品的使用壽命。

新系統還提出，美國空軍将擁有操作系統的開發權利和源代碼。武器系統設計者應提供一套數字藍圖，任何公司都可以參與其生産、升級和維護的競标。

目前，美國空軍實施“下一代空中優勢”計劃的主要方法是，同時使用5種關鍵技術開發和生産數量有限、不同類型的飛機，并在15年後停産。這種方法将對美國國防工業産生嚴重影響，因為生産軍用飛機的主要企業可能會損失高達50%的收入。

2020年9月，有消息稱，美國已經在“下一代空中優勢”項目框架下制造了一架技術驗證機，并進行了飛行測試。美國國防部發言人表示，飛行器在完成項目選定和創建虛拟樣機一年後就建成了。在如此緊迫的時間内實施“下一代空中優勢”項目，可能會沖擊F-35和F-15EX項目，擠壓其預算空間。

新系統開發人員在展示了“下一代空中優勢”驗證機模型後表示，與傳統方法相比，他們的方法可保障用更少的成本，更快地生産出新一代飛機。屆時，美國空軍可以更高效地更新前線航空兵，而不是像今天這樣——新飛機的研發至少需15年，之後量産和列裝使用則需延續數十年。

美國計劃小批量采購“下一代空中優勢”項目框架下生産的飛機，每年50-80架，每8年購買一批新飛機，每15-16年更換一次，無需延長使用壽命，或在飛行3500小時後進行更新。據計算，15-16年後，飛機的維護成本将快速增長，每年增加3-7%。美國國防部專家們的計算表明，采用新方法将導緻開發成本增加約25%，生産成本增加18%，但現代化升級的成本下降約79%，維護成本降低約49%。