美国第六代军用航空系统研发进展——新一代穿透性制空战术飞机

率然/编译

自：俄罗斯《航空发动机》季刊2021年第2期

【知远导读】本文译自俄罗斯航空动力领域专业季刊《航空发动机》，文章原题为《美欧下一代军用航空系统和发动机发展动向综述》（Обзор работ в США и Европе по созданиюавиационных комплексов новогопоколения идвигателей для их силовых установок），作者为俄巴拉诺夫中央航空发动机制造研究院专家V.A.帕尔金。

文章梳理和分析了美军“穿透性制空”（PCA），“下一代空中优势”（NGAD），“自适应通用发动机技术”（ADVENT），“自适应发动机技术发展”（AETD），“自适应发动机过渡计划”（AETP），以及欧洲主打的“暴风雨”（Tempest）和“未来战斗航空系统”（FCAS）等“第六代”军用航空项目，并由此得出结论——美欧第六代战斗机总体上贯彻“系统之系统”设计思想，意在依托“作战云”和人工智能技术，将不同功能的有人机、无人机及不同作战域的武器平台融合成统一的作战系统。其内核是配备自适应变循环发动机，研发具有高隐身、高机动性、低油耗和大航程特征，能够穿透对手一体化防空系统的新一代战斗机。其发展目标是在2040年左右形成初始战力，替换现役的第四代、第五代战斗机，以在未来空战中确保“空中优势”。需补充说明的是，俄罗斯与西方国家对战斗机的划代标准不同，文中涉及的代差都是按俄方规则划定的。也正因此，包括作者在内的多数俄国内学者，在描述美欧“下一代战斗机”时，普遍采用“第六代战斗机”概念。

文章全篇长约18000字，推送部分为节选，需要阅读完整版本的读者，可访问知远外军防务开源情报数据库（/）或下载“知远防务”手机APP（/），即可订阅全文。

第六代军用航空系统概述

20世纪80年代以来，“空中优势”思想一直是西方国家空中作战的理论基础。但现代条件下，美国的潜在对手凭借新型航空装备、武器（包括高超声速武器）及低可探测技术，已经构建起难以突破的一体化防空系统。第四代和第五代航空系统已无法为西方国家军队提供“空中优势”保障。有鉴于此，西方国家正在努力打造一种具备可扩展性、灵活性、动态性的全新武器系统。

尽管美国和欧洲已经在第六代航空系统领域耕耘数年，但截至目前，媒体披露出的信息并不多见。空中客车公司的第六代航空系统设计方案相对清晰。在其看来，第六代有人驾驶战斗机是新一代航空系统的基础。它与不同用途的无人机协同运用，可为欧洲国家军队提供明显优于现役战斗机的能力。同时，从发挥功能来看，第六代战斗机在作战编组中不仅仅是一架飞机，而是一个复杂的作战平台。

首先，第六代战斗机将具有更高的生存能力和更低的可探测性。它将配备极其强大的航电设备和目标探测设备。依托机载计算机强大的信息接收、处理和存储能力，飞行员可及时获取其他空中、海上、太空和地面平台的数据，从而更好地评估战场态势。利用人工智能技术及其与无人机的协同作战能力，第六代战斗机可在敌方纵深空域内履行指挥所职能。

第六代战斗机配备的矢量控制发动机和强大的指控系统，可为其提供高机动性、高速度和大航程等性能。利用传统武器和创新型武器，包括高超声速导弹和定向能武器（激光武器和微波武器），第六代战斗机将具备前所未有的火力毁伤和电子攻击（包括网络攻击）能力。

研发复杂的航空装备需要巨额资金投入，这会限制其生产规模。但为了夺取空中优势，又需要必要的部署数量。为平衡这种矛盾关系，关键是要合理设定第六代战斗机的战技术性能，包括其可探测性、机动性、飞行速度、航程、目标探测能力等。

在遭遇敌人顽强抵抗条件下，单架战斗机是难以胜任复杂作战任务的，它必须与不同用途的无人平台联合起来。有人机与无人机作战编组可遂行目标截获、侦察、电子对抗、毁伤空中和地面目标等不同任务。这种作战编组应具备灵活调整能力，提高整体作战效能、新型武器系统的作战效能和生存能力。利用多机型编组战术、佯动和数量优势，第六代战斗机可保持在安全空域，而由无人机负责消除威胁。

基于第六代航空系统的有人机与无人机联合作战编组，可通过快速收集、处理和共享数据，极大提升战场态势感知能力。这可为实时分析战场环境、调整作战行动、选择最优方案创造先决条件。

欧洲国家对新武器系统的看法与空中客车公司基本一致，但对于第六代战机却并未达成共识。例如，英国的BAE系统公司提出了一种有前景的无人战斗机设计方案，而将有人机版本作为其备选方案，两种版本基于同一机型。

至于美国，空军和海军对第六代航空系统的要求并不冲突，但对有前景战斗机的要求却存在很大分歧。它需要取代F-15C/D和F-18E/F/G，并填补F-22和F-35C的不足。据预测，美国空军和海军将于2025-2030年开始接收第六代战机。然而，考虑到F-35生产和交付进程延期，加之第六代军用航空系统相关研建信息仍寥寥无几，新一代战斗机更可能的问世时间或是2030-2035年。

美国第六代军用航空系统研发进展

为保持在航空装备领域的世界领先地位，美国正在系列专项计划框架下，为不同用途的飞行器及其发动机建立科学技术储备，持续进行关键技术预先开发和新技术解决方案测试，以期最大限度地实现技术卓越，压缩开发航空装备所需的时间和资金成本。也正是得益于这些国家扶持计划，美国航空制造企业在世界军火市场上仍保有竞争力。

新一代穿透性制空战术飞机

2005年12月，世界上首架第五代战斗机——F-22开始在美国空军服役。2012年F-22停产。作为“联合攻击战斗机”项目的组成部分，首架F-35多用途战斗机于2011年正式交付美军，并于2015-2019年被多个国家（美国、以色列、意大利、英国、荷兰、挪威、日本、澳大利亚和韩国）采用。按照当前的交付速度，为完成其所有订单，F-35的生产线将维持到2044年。

需要说明的是，美国国防部并不负责国防学说的具体实施，而是为其提供技术和物质保障，也就是用更少的钱来获取更多装备。从这个角度来看，向无人机过渡是最有利可图的。21世纪初期以来，美国国防部开始投资研发不同用途的无人机，尽管这在一定程度上与军工企业和军队的计划相左——后者更期望完成既有项目并维持必要预算。此外，军方并不完全清楚，无人机在未来的行动中将承担哪些任务，以及它们可以取代有人机的哪些功能。然而，美国国防部的倡议却导致其他国家无人机的快速发展。与此同时，美国国防部继续开展有人机项目研究。

美国第六代军用航空系统的研发工作始于2010年代初。美国空军和海军担忧其战斗机的作战能力下降，希望2025-2030年获得可以替换F-15C和F-18E/F/G，以及补齐F-22和F-35C能力短板的新飞机。最初，第六代军用航空系统只是被视为F-22和F-35C的强化版。

2012年4月，美国空军和海军发布了第六代战斗机“信息需求”（Request for information），并将其命名为FX（空军版）和 F/AXX（海军版）。波音公司的幻影工作室和洛克希德·马丁公司的“臭鼬工厂”各自制定了第六代战斗机研发构想。

图2 美军第六代战斗机构想

同年，美国国防部高级研究计划局启动“空中优势倡议”（Air Dominance Initiative），试图在此框架下整合美国空军和海军的构想。2014年3月研究完成。军事领域和技术领域的专家们得出结论：任何单一的新技术或平台都无法有效遏制和击败潜在对手正在开发的结构复杂、数量众多的（防空）系统。据此提议，需要建立的不只是单独的战斗机，而是网络平台（航空系统），需要将其融合成一个系统族群（Family of systems），其中应包含不同用途的有人机和无人机。这些飞行器需要具备稳定的导航系统，主动和被动防御设备，有前景的探测设备，网络技术，电子对抗能力，以及在远离战区的空域遂行作战任务的能力。

在为美国空军和海军研发第六代战斗机时，应遵循如下原则：空军和海军担负任务不同，需要不同飞机；确保在太平洋上空长距离航行；低可探测性；使用开放式架构、具备更新能力；夺取制空权。

这项研究促使美国国防部高级研究计划局2015年开始在“航空航天创新倡议”（Aerospace Innovation Initiative）框架下启动一项新工作，用以开发和测试两架X系列原型机（Xplane），验证先进飞机的关键技术。其中一架应满足美国空军（FX）的要求，另1架则用于保障美国海军（F/AXX）的需求。后来，“航空航天创新倡议”发展成为“下一代空中优势”（Next Generation Air Dominance）项目。

2016年，美国空军发布了《2030年空中优势计划》（Air Superiority 2030 Flight Plan）。该文件与DARPA的研究部分重叠，特别是在创建一个系统族群方面，并且得出了相近的结论：为确保空中优势，美国空军需要装备新一代穿透性制空战术飞机（Penetrating Counter Air）。

穿透性制空飞机属于第六代有人驾驶战斗机，是由波音公司、洛克希德·马丁公司和诺斯罗普·格鲁曼公司开发的概念。根据美国空军的计划，穿透性制空飞机用于独立或在其他飞机的协同下遂行空战任务。该型机可通过加密信道（军用互联网）传输有关目标的必要信息。它应具备低可探测性，装备有前景的目标探测设备，能够与无人机“蜂群”协同作战，配备远程导弹甚至定向能武器。由于应用人工智能技术，穿透性制空飞机可能是单座飞机，同时保留拓展机组成员的潜力。

美国海军也提出了对“下一代空中优势”项目的要求。其中最主要的是强化对航母的防护。现代条件下，航母越来越容易受到远程反舰巡航导弹和弹道导弹的攻击。

这两个“下一代空中优势”项目彼此并不相关，也不会合二为一。尽管美国空军和海军的许多技术是通用的，但对新一代战斗机的要求非常不同。美国海军希望获得海军版的穿透性制空飞机，但却不想为不需要的能力买单，并希望它可与F-35C保持一些共性，这可以降低F/AXX的成本。

美国空军一如既往更加关注可用于穿透敌方领空的低可探测性，而海军则计划使用F/AXX配备的巡航导弹达成此目的，或干脆将这项任务转交空军。海军专注于增加航程、飞行速度和有效载荷，只是将低可探测性作为提升战斗机生存能力的方法之一。

美国海军也可能不会购买新型战斗机，而是将舰载系统与有人机和无人机联网，为此需要采购经过现代化升级的F/A-18E/F和F-35C。

制造新型战斗机是一项长期、复杂且昂贵的工程，而美国的国防预算受到诸多相互竞争项目的制约。这可能会导致飞机更快老化：在按照传统模式大规模开发和生产战斗机的同时，潜在对手也在同步提升航空装备性能，为此需要尽快升级或更换现役飞机。

2018年12月，美国国会预算办公室预测，首架穿透性制空战机（总共414架）将于2030年开始服役，造价约3亿美元。2020年1月宣布，2028-2050年的采购费用可能达到1300亿美元。

但到2019年，美国空军对“下一代空中优势”项目的看法发生了急剧变化：穿透性制空概念不再是通常意义上能够独立解决广泛作战任务的飞机，而是一组独立的技术设备和原型机，用以验证其可行性并在测试期间显示出预期结果。这种看法直接导致2020-2024财年其预算从132美元降至61亿美元。

美国国防部重新审视穿透性制空概念的同时，出于制造新的航空装备耗时长、成本高等考虑，调整了武器系统采办战略。2019年，美国国防部在空军编成内设立了一个专门用于协调“下一代空中优势”项目的新部门，并采用了一个新的国防采办系统——“数字世纪系列”（Digital Century Series），旨在将数字工程、人工智能和云技术应用于武器系统的开发、生产和使用。

图3显示了美国军用飞机试验设计阶段的持续时间，平均至少15年。B-2试验设计阶段的成本为240亿美元，F-22为320亿美元，F-35为435亿美元，KC-46加油机（在波音-767客机的基础上制造）约为60亿美元，这还不包括发动机的研发成本。

图3 美国军用飞机的研建时间

据开发人员透露，“数字世纪系列”系统将保障设计人员快速确定设计变更（即使是非常细微的）对产品生命周期的影响，包括生产成本，以及单个部件和整个产品的使用寿命。

新系统还提出，美国空军将拥有操作系统的开发权利和源代码。武器系统设计者应提供一套数字蓝图，任何公司都可以参与其生产、升级和维护的竞标。

目前，美国空军实施“下一代空中优势”计划的主要方法是，同时使用5种关键技术开发和生产数量有限、不同类型的飞机，并在15年后停产。这种方法将对美国国防工业产生严重影响，因为生产军用飞机的主要企业可能会损失高达50%的收入。

2020年9月，有消息称，美国已经在“下一代空中优势”项目框架下制造了一架技术验证机，并进行了飞行测试。美国国防部发言人表示，飞行器在完成项目选定和创建虚拟样机一年后就建成了。在如此紧迫的时间内实施“下一代空中优势”项目，可能会冲击F-35和F-15EX项目，挤压其预算空间。

新系统开发人员在展示了“下一代空中优势”验证机模型后表示，与传统方法相比，他们的方法可保障用更少的成本，更快地生产出新一代飞机。届时，美国空军可以更高效地更新前线航空兵，而不是像今天这样——新飞机的研发至少需15年，之后量产和列装使用则需延续数十年。

美国计划小批量采购“下一代空中优势”项目框架下生产的飞机，每年50-80架，每8年购买一批新飞机，每15-16年更换一次，无需延长使用寿命，或在飞行3500小时后进行更新。据计算，15-16年后，飞机的维护成本将快速增长，每年增加3-7%。美国国防部专家们的计算表明，采用新方法将导致开发成本增加约25%，生产成本增加18%，但现代化升级的成本下降约79%，维护成本降低约49%。