2016年世界军机装备重大进展盘点

原创:张洋 廖孟豪 李昊 空天防务观察
本文已发表于《中国航空报》(微信公众号:cannews2013)。
2016年,国外军事强国面向2035年及之后的军机装备发展安排初露端倪。从谱系演进看,依托复杂系统工程构建未来装备、无人化发展和高超声速发展引人关注;从军机种类看,轰炸机、战斗机、特种飞机和高速旋翼机的发展均取得重要进展。展望未来,2035年及之后的军机装备谱系将提供颠覆性的能力、性能和运用方式,而军机发展方式也正在产生变革。

一、强国全面运用复杂系统理念构想和设计各种未来装备

复杂系统包括“系统之系统”(SoS)和“系统簇”(FoS)等基本形态。2016年的动向表明,美、欧、俄、日等国都在运用复杂系统工程理念和方法构想并设计未来装备。
一是美军以FoS概念发展和定位重要装备,并推进基于SoS的装备研究。美空军下一代轰炸机是首个以FoS概念发展的装备,以B-21“袭击者”(又译“空袭者”)隐身轰炸机为核心,与隐身侦察无人机、空中电子攻击装备等FoS其他组成协同,形成不依赖传统支援的远程打击“尖刀”,2016年进行工程研制并获得编号、命名;美军还将其下一代空战能力、下一代高速旋翼机定位为FoS,并考虑依此设计下一代无人机。另外,美国防高级研究计划局(DARPA)在8月将“体系集成技术与实验”(SoSITE)项目推进到第2阶段,研究包含轰炸机、战斗机、情监侦飞机和武器在内的SoS设计方法,推进基于SoS的装备研究。

DARPA“体系集成技术与实验”(SoSITE)项目第2阶段主要工作安排(美国洛马公司图片)

二是欧洲提出基于SoS的空中作战装备发展构想。空客集团在6月提出其“未来作战航空系统”(FCAS)构想,组成包括新型隐身打击战斗机、无人作战飞机、信息支援/对抗无人机等,11月西班牙空军提出采用此思路发展其美制F/A-18战斗机后继机。

空客集团提出的“未来作战航空系统”构成及作战概念(欧洲空客集团图片)

三是俄、日细化基于有人机/无人机群协同的空中作战装备构想。3月,俄苏霍伊公司向俄国防部提交了发展六代机(PAK FA的下一代)的初步报告,此前俄曾多次表示六代机将是有人机/无人机群协同。8月,日防卫省在其首版《未来无人装备研发愿景》中提出发展与其六代机编组作战的无人机,承担“感知”、“射手”和“诱饵”角色,表明日本正落实其在2010年提出的有人机/无人机群协同空战能力构想。
基于复杂系统工程构想和设计未来装备,将颠覆长期以来发展各种单一平台进行“机型替换”的装备谱系演进模式,变革装备发展方式,使未来装备更加“生而集成”;同时,复杂系统工程方法将装备的需求、功能、运行和实体设计紧密结合,装备的技战术结合将更紧密,前期设计对装备战斗力的决定性作用进一步增强,研仿他国关键装备的发展路径将面临巨大风险。

着重关注通过逐个增量升级“系统之系统”的装备发展系统工程模型示意图

二、无人化发展在无人机装备和自主/智能技术均有突破

无人化是当前军机装备发展的一个重要趋势,体现为无人机装备蓬勃发展和扩大应用,以及可降低人力需求的自主/智能技术发展和应用不断前进和扩大两方面。2016年这两方面均有突破。
一是多国着力发展高端装备。美海军设立“航母舰载空中加油系统”(CBARS)项目,将该机编号命名为MQ-25A“黄貂鱼”,分别授予波音、洛马、诺格和通用原子公司研发合同,以发展航母舰载机联队建制内的无人加油机,未来可能拓展情监侦等任务。海军陆战队寻求长航时无人机,如采购将使美军四大军种均列装此类装备。英法在3月签订“未来作战航空系统”(FCAS)项目协议,将联合投资20亿欧元,在2017-2025年开展无人作战飞机验证,为此后发展全尺寸作战型验证机做好准备。俄联合飞机制造公司在4月透露正研制最大起飞重量分别为3吨、5吨和10吨的大型无人机;8月先期研究基金会宣布试飞了长航时太阳能无人机。日防卫省在前文所述的《未来无人装备研发愿景》中提出发展长航时无人机(含导弹防御无人机)和协同空战无人机。
二是多国提出作战概念。美空军在5月首次发布小型无人机装备的顶层规划,阐明了“蜂群”、“编组”、“忠诚僚机”和“诱饵”4种运用概念,提出了用作空中炸弹、集群跨域攻击、支持弹药群袭、广域目标粗选等新运用构想,并进一步设想了基于相对少量昂贵的高端平台加大量低成本小型无人机的未来军机装备谱系;英法、俄、日均进一步提出或研究有人机/无人机协同。

美空军在《2016-2036年小型无人机系统飞行规划》中对“蜂群”、“编组”、“忠诚僚机”这3种基本运用概念的比较。它指出“蜂群”是“机对机”,“忠诚僚机”是“人对机”,“编组”是“人对人”。关于该文件的发布背景和主要内容,可参见本号2016年11月4日发布的专栏文章:美空军《2016~2036年小型无人机系统飞行规划》制定背景及内容要点(点击题名可直接访问)(美国空军图片)
三是自主/智能技术取得突破。4月,美海军研究局与佐治亚理工学院联合完成连续发射30架无人机并使之在空中自主编队飞行的试验;6月,美辛辛那提大学宣布,美空军研究实验室资助发展的“阿尔法”智能空战程序在模拟器空战对抗中,即使在种种不利条件下也击败了人类飞行员;10月,美国防部长办公厅战略能力办公室(SCO)演示了3架F/A-18F战斗机发射103架“灰山鹑”微型无人机并形成“蜂群”,自主完成给定任务。

2016年10月25日,美国防部长办公厅战略能力办公室完成了3架F/A-18F战斗机编队投放103架“灰山鹑”小型无人机并形成“蜂群”的演示,显示美军空射微型无人机“蜂群”离实战化又前进一大步。上图是该“蜂群”正在自主完成地面控制站设定的第一项任务。详情可参见本号2017年1月11日报道:美国防部披露多架战斗机投放100余架小型无人机并形成协同“蜂群”的演示(点击题名可直接访问)(美国国防部视频截图)

今后,无人机装备在情监侦、精确打击等领域的应用将继续扩大,并将全面开拓后勤支持等领域的新应用。在新作战概念的牵引和自主/智能技术发展的推动下,军机装备的无人化发展将加速,无人机装备将把未来战争的空间和时间覆盖推向“无处不有,无时不在”的极限,形成多种基于自主/智能技术的有人/无人、无人/无人和有人/有人协同作战能力,将使作战体系的效能得到飞跃性提升,作战样式发生颠覆性变革。

三、高超声速飞机和武器发展全面推进,正逐步迈向实用

一是美审慎但大力推进高超声速飞机技术研发。5月,美空军研究实验室(AFRL)发布“高频次、低成本高超声速飞行试验”(HyRAX)项目信息征询书,旨在制造3架可重复使用的高超声速试飞平台,每架具有200~400架次以上的使用寿命,在2020-2025年开展高频次、低成本、航时较长的高超声速试飞,提升气动、控制、材料、推进、结构和机载系统等技术的成熟度,同时掌握高超声速科学测量方法及测试技术;8月,AFRL发布“高速作战系统支撑技术”(ETHOS)调研公告,透露将有计划地开展高速(马赫数3以上)作战平台技术的识别、研发、成熟和验证等工作,在2025年前将用于情监侦和打击的高速作战平台相关技术的成熟度等级提升到6,在2028年前完成可翻修后重复使用的高速作战系统验证机试飞验证,在2035年前完成可快速周转、不经翻修即可完全重复使用的验证机试飞验证。验证机将采取“先机载发射火箭助推+吸气式巡航型、再水平起降组合发动机型”的思路分两步发展。9月,AFRL又公布2套与美国SEI公司合作开发的、基于英国反作用发动机公司“佩刀”空天发动机的水平起降两级入轨飞行器概念方案,其中1套为低风险方案。此外,DARPA在2月增设“先进全速域发动机”(AFRE)项目,旨在利用现货涡轮发动机完成全尺寸涡轮基冲压组合发动机模态转换的地面集成验证,确立高超声速飞机推进系统工程化的可行性。DARPA认为该项目可能取得成功。

美空军研究实验室基于“佩刀”发动机的部分可重复使用水平两级入轨飞行器概念方案。关于相关方案的详细情况,可参见廖孟豪先生2016年9月27日在本号发表的专栏文章:美空军正式公布基于“佩刀”空天发动机的水平起降两级入轨飞行器概念方案;有关美空军高超声速飞机发展“三段六步”安排分析,可参见廖孟豪先生2016年12月2日在本号发表的专栏文章:“三步走”变“六步走”——美国空军高超声速飞机发展路线预测,(点击题名可直接访问)(美国空军研究实验室图片)

二是同步推进空射高超声速巡航导弹和助推滑翔弹研发。9~10月,DARPA先后授予洛马、雷声公司“高超声速吸气式武器概念”(HAWC)项目第2阶段合同,研制战术级高超声速巡航导弹演示验证弹;9月还授予洛马公司“战术助推滑翔”(TBG)项目第2阶段合同,研制战术级高超声速助推-滑翔弹演示验证弹。两个项目均由DARPA与美空军联合实施,两型弹都首先考虑空射,都将在2020年前开展演示验证试飞。其中,HAWC项目瞄准的目标型号是巡航速度约马赫数5~6、射程约1000千米、能够适应B-2A轰炸机等内埋和F-35战斗机外挂的巡航导弹;TBG项目瞄准的目标型号则是最大速度约马赫数9~10、射程1000~2000千米的助推滑翔弹。

DARPA给出的两大战术级高超导弹演示验证项目TBG和HAWC概念想象图。有关两个项目进展的分析,可参见廖孟豪先生分别于2016年9月21日、9月25日和12月5日在本号发表的专栏文章:美国防高级研究计划局选定洛马公司研制战术级高超助推滑翔弹验证弹、“洛马再下一城——美国防高级研究计划局选定洛马公司研制战术级高超声速巡航导弹演示验证弹”和“洛马还没笑到最后,波音已经痛失好局—美军高超声速巡航导弹最新动向”(点击题名可直接访问)(DARPA图片)
美空军将高超声速技术列为关键优先技术之一,已制定了装备路线图,计划在本世纪20年代列装高超声速弹,30年代列装短寿命高超声速侦察打击飞机,40年代列装长寿命高超声速侦察打击飞机,其高超声速装备正按此路线图逐步迈向实用化。高超声速装备具有很强的突防生存能力,且美军战术级高超声速弹有可能形成数千枚量级的装备规模,因此美军不仅将继电子战、隐身之后获得第3种规模化应用的突防技术手段,还将形成强大的新常规威慑能力。

四、美俄竞相发展下一代轰炸机,但主要特征有重大差异

一是美继续开展B-21的工程研制。美政府问责办在2月驳回波音公司抗议,裁定美空军于2015年10月授予诺格公司的远程打击轰炸机(LRS-B)工程与制造发展合同合规,该机继续开展研制;美空军在同月宣布LRS-B编号为B-21,9月宣布命名为“袭击者”。
二是俄持续推进PAK DA发展并披露新信息。在9月完成PAK DA的发动机总体设计方案,10月披露该机武器载重为30吨,航程为12500千米。综合来看,俄PAK DA的进度安排紧跟LRS-B/B-21,两机均为飞翼布局隐身轰炸机,兼备核打击和常规精确打击能力,但因需求和条件差异,俄更强调远程和重载,其PAK DA的作战半径和武器载重均明显大于B-21。
B-21和PAK DA将使美俄远程轰炸机机队实现全隐身化。其中,得益于采用先进材料等因素,B-21的隐身性能“比B-2A好很多”,是航空装备“从隐身向更隐身”发展的先锋,表明先进材料等非外形因素开始起主导作用。该机完成列装后,美空军隐身轰炸机数量将增至当前的6~10倍,达到120~200架左右,平时实施威慑的能力将大幅增强,战时可从更多方向、对更多目标同时实施突防打击;通过与前文所述FoS中的其他成员装备协同,B-21还将变革美军隐身轰炸机的作战样式。

五、美日俄下一代战斗机发展加速,将颠覆未来空战样式

一是美军首次明确未来空战能力的基本形态及发展路径。1月,美海军启动其F/A-18E/F后继机备选方案分析;5月,美空军完成针对F-35后继空战能力的“2030年的空中优势”研究。两军种均明确其未来空战装备为FoS,放弃“六代机”或FA-XX、F-X的提法。其中,美空军将其未来空战能力定义为包含新空战平台及天基/赛博/电子战支援装备、低成本小型无人机等装备的跨域FoS,将其中的下一代空战平台与武器称为“穿透型制空”(PCA),明确平台的关键特性是航程和载重,决定通过快速采办程序和关键技术单独并行发展策略加速发展,计划提前至2028年前后获得初始作战能力。10月,美空军指示其科学咨询委员会开展研究,以识别PCA的关键作战特性及其优先次序,编制关键技术路线图,计划在2017年1月开展备选方案分析。

美空军科学咨询委员会在2016年10月27日宣布了2017财年开展的3项研究工作基本情况,如图所示。其中第2项(红圈内)即为“支持穿透型制空能力的技术实际可用性”研究。这些研究课题的选定需是得到美国空军部长的批准之后确定的。有关美空军未来空中优势论证工作进展分析,可参见黄涛先生2016年12月9日在本号发表的专栏文章:“美国空军构建未来空中优势能力”(点击题名可直接访问)(美空军科学咨询委员会图片)
二是日、俄六代机发展达到新节点。其中,日本X-2“心神”战斗机技术演示验证机在4月完成首飞,将为其六代机开展单项技术/技术集成演示验证;防卫省在6月发布F-2战斗机后继机(即日本六代机)信息征询书,并在前述《未来无人装备研发愿景》中提出发展与该机编组作战的无人机,仍锁定在2030年前后服役。俄苏霍伊公司则在3月向俄国防部提交了发展六代机的初步报告,宣称要在2025年前后首飞。

日本未来战斗机总体设计演进历程。从图中看,26DMU应是最终的基本方案,后续将进行细节优化,然后可能转入实际设计。有关日本未来战斗机技术发展的进展分析,可参见黄涛先生2016年7月15日在本号发表的专栏文章:“日本先进战斗机技术研发取得一系列进展”(点击题名可直接访问)(日本防卫省防卫装备厅图片)
各国下一代空战装备预计均将具备高隐身、反隐身、与无人机协同等能力。其中,美军下一代空战平台可能采用扁平融合体布局,配装自适应循环发动机(美空军已在6月启动工程验证机发展),应用一体化推进/动力/热/能量管理和定向能武器等技术,跨域作战能力及作战范围、可打击目标数量将有极大提升。下一代空战装备的FoS特征将变革未来空战样式,尤其是美军下一代空战装备预计将具备远程、持久、定向能毁伤能力和极高的隐身能力,或将全面颠覆战斗机的作战样式。

六、特种飞机发展迎来任务系统革命,但未见谱系的变革

一是推进预警机更新换代与升级改造。美海军在1月开始为E-2C、E-2D预警机的“协同交战能力”系统采用雷声公司的通用阵列模块,该模块采用氮化镓技术和端射技术,将提升体系协同交战能力。5月,美诺格公司披露出口日本的E-2D在外翼段增加载油,航时增至约8.5小时。其他国家中,瑞典在2月公布采用先进数据融合技术并配装氮化镓有源相控阵雷达的“全球眼”预警机方案;俄在8月宣布A-100大型预警机的飞行实验室将于2017年3月完成首飞,用于对整套预警雷达系统进行试验。A-100换装有源相控阵雷达等先进系统,具备预警、指挥引导、雷达和通信干扰等能力,将取代A-50U,原型机计划2018年首飞。

萨伯集团于2016年2月在新加坡航展上公布的“全球眼”想象图,该机采用先进的数据融合技术,配装基于氮化镓技术的有源相控阵雷达,萨伯集团称其同时具备对空和对地对海探测能力,探测距离可远至所在飞行高度的地平线(瑞典萨伯集团图片)
二是推进侦察飞机更新换代。3月,美空军分别授予诺格、雷声公司合同,发展E-8对地监视与攻击指挥飞机替换机的雷达。其中,雷声公司将发展“天网”雷达,该雷达改进自P-8A海上巡逻机的AN/APS-154;诺格公司的雷达将改进自第40批次“全球鹰”无人机的AN/ZPY-2。6月,美海军试验了MQ-4C侦察无人机向P-8A提供全动态视频。9月,美空军宣布开展RC-135侦察机替换能力研究,12月又发布E-8替换机项目工程与制造发展招标书。
三是美军关键电子战装备发展进入新阶段。4月,美国防部批准美国海军“下一代干扰机”增量1项目(NGJ Increment 1)进入工程与制造发展阶段,随后美海军授予雷声公司一份总金额10亿多美元的合同。增量1型干扰机采用最新的数字技术、软件无线电技术、有源电子扫描阵列技术和开放式系统架构,将首先配装EA-18G舰载电子战飞机。

下一代干扰机”增量1吊舱示意图。该吊舱继续沿用基本型吊舱的氮化镓、数字化、软件无线电、有源电子扫描阵列等技术并进一步升级,可有效扩展EA-18G电子战飞机的作战能力(美海军航空系统司令部图片)
国外特种飞机发展正迎来任务系统革命,重在提升互联互通互操作、数据融合和任务传感器性能。各机型普遍加换装有源电子扫描阵列,美欧还开始采用基于氮化镓技术的通信、雷达和电子战装备。不过,尽管美空军已在2016年5月提出要分散配置战场管理和指挥控制能力,但仍在规划其预警、攻击指挥等军机的替换机;尽管侦察无人机在情监侦领域的应用越来越多,但未来高端情监侦装备仍将是有人驾驶的,只是可减少机上任务操作人员数量。因此,外军特种飞机谱系未见变革,未来的主要机型可能仍会是外军作战体系中“数量少、价值高”的要害节点。

七、美欧俄高速旋翼机发展均取得重要进展,美巩固领先

一是美全面推进两大项目。DARPA于3月为其“垂直起降试验飞机”(VTOL X-Plane)项目选择极光飞行科学公司的“雷击”方案,4月该方案缩比演示验证机完成首飞。该机采用新颖的分布式混合电推进技术,2副鸭翼上各安装3个、2副主翼上各安装9个涵道式风扇,通过1台涡轴发动机驱动3台发电机来产生电力,并将电力分配至风扇。此外,美陆军持续推进“联合多任务”旋翼机(JMR)/“未来垂直起降飞机”(FVL)FoS发展,在8月授出“改进涡轮发动机项目”(ITEP)合同,旨在推进研发功率、可靠性、耗油率等性能指标均有极大提升的新涡轴,用于为AH-64和UH-60换发,也可用于FVL FoS;11月选择罗柯公司承担先进系统设计与集成流程研究,以支持JMR计划。

极光飞行科学公司“雷击”缩比演示验证机。有关该方案的分析,可参见李昊先生2016年4月25日在本号发表的专栏文章:美国防高级研究计划局“垂直起降试验飞机”项目获胜方案:“雷击”无人机分析(点击题名可直接访问)(美极光飞行科学公司图片)。
二是欧、俄推动高速直升机发展。欧空客直升机公司在6月发布“低环境影响高速高效旋翼机”(LifeRCraft)计划,作为其X3验证机后续计划,巡航速度可达410千米/时;俄在10月宣布其米-24LL验证机实现超过405千米/时的平飞速度,创下新纪录。

米-24LL高速直升机技术验证机(俄罗斯直升机公司图片)
目前看,强国正全面增强高速新构型旋翼机技术储备,其中美陆军正继续通过JMR计划突破FVL FoS的关键技术。按美陆军计划,将先以中型FVL取代UH-60和AH-64,再考虑以其他具有较高通用性的FoS成员取代现役轻直和重直。如该计划得以实现,美陆军直升机装备的飞行速度或比当前提高1倍以上,航程也可能明显增加,将颠覆未来军用直升机的运用方式。
(中国航空工业发展研究中心  张洋 廖孟豪 李昊)

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s