你所不知道的美国六代机

苏联解体后,美国有点高处不胜寒,战斗机发展动力不足 “9.11”后,美国更是把注意力转向反恐作战,武器装备的发展进一步放缓,越来越偏离应对高端对手的方向。F-22的原型机是20世纪90年代首飞,但20多年过去了,反而去折腾更低端的F-35。若是在冷战时期,同样的时间里很可能两代战斗机都已研制完成了。美国目前发展下一代战斗机,说明其重新把遏制高端对手放到首要地位。

已经退役的美国F-117战斗机

关于六代战机,美方近年来只有零星信息披露。其中,2016年美空军提出的“空中优势2030”计划,有一个“穿透性制空”(PCA)概念,一直被认为是六代战斗机的代名词之一。此外,据美军官员透露,“下一代空中优势”并非只有一种战斗机,而是一个“系统家族”。美空军前参谋长戴夫·戈德芬也表示,“它可能是两种或三种不同的功能和系统”。也就是说,有无人机、有人驾驶的战斗机,甚至包括其他飞行器,与太空、网络和电子战装备进行组网作战。不过,人们最关注的,还是有人驾驶战斗机会是什么样。

美国《防务新闻》报道称,参与下一代战斗机任务的一位官员表示“穿透性制空”战斗机是一种“可生存的飞机”,可能具有类似于轰炸机的设计元素,以使其具有更远的航程,因而需要在动力和自主化等领域的突破性技术。美空军空战司令部司令马克·凯利则表示,如果想与中国竞争,美国空军必须尽快装备“下一代空中优势”战斗机。而且,他对于下一代战斗机的新技术“有信心”称该机会让像中国这样的对手“经历艰难的一天、艰难的一周甚至是一场艰难的战争”。

零散的信息最终都指向,美空军下一代战斗机的研制在去年已取得突破性进展,至少完成了一架验证机的首飞。曾负责美空军采购的威尔·罗珀表示,六代机中的战斗机不只是一架。他希望以小步快跑的方式,快速迭代研制多种型号的六代机。这一点,很可能是吸取了F-35的教训。因为F-35试图让一架飞机满足三个军种不同的要求结果众口难调,导致大幅度拖延、最终相当于搞了三架性能差不多的飞机。罗珀还表示,新的飞机打破了一些纪录。他并未解释这些纪录是什么,但很容易让人联想到是速度、高度、加速能力等机动性方面的纪录。

总体上,美军方关于六代机释放的信息极少。在20世纪研制F-117之后,美国还没有在哪一款重要的跨代战斗机型号上采取如此严格的保密措施,这也折射出此次所披露的概念图,其意义非比寻常。

概念图上的新机特征

从已经公开的概念图看,美六代战机可能使用无尾布局,具有高隐身、超声速巡航、大型化等特征。

美国六代机概念图

这款新飞机到底有多大?从概念图上难以评估,但从披露的信息分析,新飞机显然要比F-35更大。美空军关于“2030年台海冲突”的兵棋推演中,下一代战机负责在不被人发现的情况下,击毁地对空导弹及其他威胁。之所以没有选择F-35,部分原因是F-35在没有加油机支援的情况下,无法穿越太平洋。因此可以推测,美下一代战机的航程,可能要满足从第二岛链不经过加油,或只进行一次空中加油即能飞抵台海的条件。支持这种远航程,整体起飞重量或许超过40吨。如果没有直观印象,可以做下对比 比如 苏-34 最大起飞重量为45吨.米格-31 最大起飞重量为46.2吨。

从概念图上还可以看出。新机使用超声速飞翼布局,或者说是全升力体布局。与传统的亚声速飞翼不同,该机机翼前缘的后掠角比较大,从轮廓上看、与X-47A无人机的“风筝”构型较相似。这可以降低超声速飞行的激波阻力,但也势必会损失一些亚声速的巡航效率,抵消飞翼布局亚声速飞行效率高的部分优势。所以,X-47B在外翼段增加了一段小后掠角,形成一种双后掠飞翼布局,提高了亚声速巡航效率。那么,六代战机如何提高亚声速飞行的航程呢?不排除使用变循环发动机的可能,超声速飞行时,使用小涵道比模式:亚声速巡航时,使用相对较大的涵道比模式,以降低油耗,增大航程。这种发动机,美国在研制ATF时已试验过,且通用电气公司也公开了其研制的XA100变循环发动机的信息,并称已完成基本测试。因此、美六代机配备这种变循环发动机,是有很大可行性的。

在概念图机翼上表面,分别有两个和垂尾形状相符的凹槽,这或许表明:其巡航时,垂尾放倒与机翼上表面贴合,以降低阻力及雷达反射截面积;需要大幅度大过载机动时,垂尾立起来,以保持横航向稳定性。单纯从隐身角度看,当然没有垂尾最好,但从航向稳定性及控制看,在大过载机动时,还是有垂尾比较好。

战斗机通常使用机头进气、两侧进元、网朋进气反腹部进气寺形式,只有饭少数战斗机及部分隐身攻击机、轰炸机曾采用背负式进气道,如 B-2 轰炸机,主要考虑隐身。不使用背负式进气,主要是因为战斗机往往需要大过载飞行,迎角比较大、机身、机翼会对进气道有很强的遮挡,影响进气效率。攻击机、轰炸机不需要那么大的飞行迎角,一般不存在这一问题。但从概念图上看,新机使用了背负式S型进气道。这说明,其非常强调隐身能力、特别是对地面雷达,因为从下方看,就是非常光滑的平面。但如何解决亚声速大迎角的机动性能呢?一种可能是,放宽了对亚声速高机动性的要求。未来空战肯定会以超视距空战为主,使用中距空空导弹。近距离格斗的优势,通过高机动性的格斗导弹来提高,并辅以激光武器进行攻击或干扰致盲。此外,还能使用无人僚机协助近距离空战。另一种可能是在机翼下表面,设有可开合的折叠式进气口或其他辅助进气手段,在大迎角条件下,以机身下部进气为主。从概念图看,机翼上表面,进气道前方的颜色不同,不排除就是可开合装置的可能性。而背负式进气道靠近进气口的位置,也疑似使用了放气或进气格栅。这种装置很可能是与大迎角条件下进气有关系。既然使用了折叠式垂尾,使用可开启式进气道也未尝不可。

特别值得一提的是,在概念图中,机头发出了橘黄色波束,疑似激光武器。当前,美国正在为战斗机研制激光武器吊舱,据称可摧毁来袭的导弹,也能用于近距离空战。此外,概念图中还有一架外形相似的飞翼型无人机,不排除是在载人型飞机的基础上改进。这或许就是“系统家族”概念的体现。

经济上可否承受?

美国在研制五代机时,就提出“经济上可承受”概念,研制隐身技术时,也强调经济上可承受。洛-马的F-22隐身技术负责人,还公开发表文章《经济上可承受的隐身》。尽管有人吐槽F-35项目超支,但该机的售价已降至1亿美元以下,F-35A甚至只需8000多万美元,比四代半的F-15EX还要便宜。

美国F-35战斗机

美媒称,国会预算办公室一项新研究表明,以2018年币值计算,美下一代战斗机成本约为3亿美元。美媒强调,这虽不是五角大楼的官方成本估算,但却是政府部门评估的潜在价格,据国会预算办公室估算,空军将需要414架六代机来取代现有的F-15C/D和F-22,并认为第一架飞机将在2030年服役。

新机价格如此高昂的部分原因,是新技术的使用。美《防务新闻》分析称,“与今天的F-22相比,PCA可能具有更大的航程和更多的有效载荷,以及更好的隐身和传感器能力;这些特征将有助于它在高端防空系统威胁下行动。美国防部指出、中国、俄罗斯及其他潜在对手,未来可能拥有这些先进的系统”。另一个则是历史原因,由于价格高昂,B-2和F-22的后续生产计划都被取消了,因此下一代战机的成本控制同样困难。

那么,美空军可否通过与海军甚至盟国共同开发来分摊成本呢?据美媒分析也很难 因为海空军虽会在下一代战机上合作,但最终还是要研制各自的战斗机。《防务新闻》曾刊文称,美海军也提出了F/A-XX的新型战斗机概念,五角大楼之前发布的30年航空计划显示,空军打算在2018年夏天完成对替代品的分析,海军在2019年中期完成相应的工作。这表明系统将共享一些技术,如定向能量或人工智能等。但无论最终产品是什么样子,该计划的设计都不会像多国参与的多功能F-35那样。《防务新闻》称,一名空军高级将领表示,与F-35不同,美六代战斗机很可能不在美空海军之间通用另外,如果目标是拥有真正独特且技术先进的战机,那么美国可能不太愿意与盟国合作,F-35A的价格已经降了下来。毕竟,参与国越多,泄密风险越大。美国会预算办公室的研究表明,美空军也可以通过几种方式降低成本,但都有很大的缺点。例如,空军可延长其传统战斗机和攻击机的寿命,并延迟新一代战斗机的研制计划。然而,如果空军推迟下一代战斗机计划,同时允许其部分旧飞机退役,那么就会导致比较大的空缺。美空军领导层认为,空军规模已经很小了,作战中队的数量需要从312增至386个,而要达到这个目标,还需要购买更多的飞机。

全新研制模式?

相对于战斗机本身,更值得关注的是研制模式。美空军目前的研制及采购模式,是在几十年内购买大量单种型号战斗机,然后让每型飞机服役30或30年以上。但现在,他们又提出所谓的“数字百系列“模式,试图通过小步快跑、快速迭代的形式,研制多个型号的下一代战斗机,并妄图以此来拖垮对手。

美国F-22战斗机

所谓“数字百系列”,就是通过先进的数字化设计、制造技术,使空军能更频繁地快速开发并购买飞机,就像20世纪50年代,在短短几年内,美空军就从6家公司购买了6型战斗机那样。这些编号达到或超过100的飞机,被称为“世纪系列战机”或“百系列”,包括F-100、F-101、F-102、F-104、F-105和F-106。

为何采用这种模式呢?在过去50年里,美工业界能制造先进战斗机的飞机制造商已从10家缩至3家:洛-马、波音和诺斯罗普·格鲁曼。一架新战斗机从研发转向全速生产需要的时间,从几年延长到几十年。为了得到订单而生存下去,每家公司都力争在满足技术要求的前提下,在开发及生产阶段,尽可能压低成本:而赢得合同后,在战机的寿命中后期,再扭亏为盈——只有他们才具备升级、维护和延长自己产品使用寿命所需的技术,通常很少受到国会的关注或审查。这个维护升级资金,是一个难以想象的黑洞。

对美空军而言,转折点是飞机的第15年。这时,维护成本迅速增加,每年增长3%至7%。因此,美空军认为,与其把大把资金放到升级老飞机上,还不如用一种快捷方式多发展新飞机,进行快速迭代。按照这种模式,美空军可以用与一种寿命为30年的战斗机相同的价格,每8年购买一种新战斗机,并在16年后更换一次。这时,飞机正好接近3500飞行时数,而在这个时间点,美空军大都需要对其进行大修或昂贵的改装,以延长其使用寿命了。

使用“数字百系列”模式,还有一个原因,是其有利于工业界创新。此外,就是“孩子多了好打架”。曾负责美空军采购的威尔·罗珀表示,研制一种且只靠一种飞机,让它在所有时间、所有情况和所有任务中都占据主导地位,是不明智的。而让不同战机具备不同的特征,去执行更适合自己的任务,可能是个理想方案。另外 多研制一些飞机,也可以保障“东方不亮西方亮”。比如,第二代战斗机的发展,就被认为过于强调对空战用处不大的高空高速能力。所以,第三代又开始强调了亚声速飞行的机动性。但是,这个标准也不是不变的。伴随着信息技术、电子技术和导弹技术的进步,实际上亚声速的机动性,可能又会成为一种边缘能力。正因如此,出现过第二代战斗机更新航电和机载武器,就能打败第三代战斗机的现象。由此看,如果点错“科技树”。那可能意味着未来几十年的空中优势就会丢失。这也是多研究一些突出不同特征的战斗机的好处。

当然,持续生产和发展战斗机,也有战略收益,美国当然希望此举能迫使对手把大量精力用于国防,不得不回应美国的技术进步,这样就会耗费更多的资源。

需要注意的是,航空装备具有很强的博弈性、竞争性,你技术上差一点,就会对战斗胜负甚至是战争胜负有很大的影响。所以,对于美国六代机的发展,要引起高度关注。不过,小步快跑、快速更新的发展模式能否实现 则需谨慎评估。因为并不排除这是美国人挖的“陷阱”——让其他国家跟随,而美国并不这么干。