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详解美国空军 NGAD 下一代战斗机项目

“下一代空中主宰”(英语:Next- Air ,简称 NGAD)是美国空军为了开发第六代战机所进行的项目,其目标是开发“一系列系统,以实现空中优势”(图1),计划从2030年左右为美国空军部署新的战斗机,取代洛克希德·马丁公司的 F-22 战机。不同于前几代在单机性能上寻求突破,作为第六代战机的 NGAD 可能会采取有人机和无人机编组相结合的形式,以及与可选择性载人平台、武器系统、传感器、网络和战场管理能力等技术的集成,以达到确保制空权的最终目标。同时美国空军也在通过 NGAD 项目重新设计其采购过程,打破由某一家厂商包揽全过程的传统方式,让传统大公司与新兴公司在多方面竞标,试图通过拆分设计、生产和维护合同以合理配置资源并降低成本。

截至目前,NGAD 仍是一个机密飞机开发计划,但此前空军已经公布了一些项目细节。2020年9月15日,时任美国空军采购主管威尔·罗珀(Will·Roper)博士宣布,作为 NGAD 项目的一部分,空军成功执飞了一架全尺寸的飞行演示机。2022年6月1日,空军部长弗兰克·肯德尔(Frank )宣布,NGAD 项目的各项技术已经足够成熟,整个项目进入工程与制造开发(EMD)阶段。

关键词:六代机、制空权、无人机、定向能武器

图1、NGAD 的艺术渲染图

在美国国会研究局(CRS)于2022年6月23日提交的焦点类报告《空军“下一代空中主宰”项目》中,进一步揭露了 NGAD 项目的四项重点开发技术:推进系统、无人机、材料和传感器。此外也有消息表示“关键技术”还包括隐身性能、先进武器、数字化设计以及机体表面的热量管理等。

同时报告还陈述了美国国会对于 NGAD 项目可能产生的高额成本、战斗机数量缺口以及其作为机密项目缺乏监管而引发的一系列问题的担忧。NGAD 最初是美国国防高级研究计划局(DARPA)的项目。自2015年以来,国会已为 NGAD 拨款约42亿美元。

空军部长表示,NGAD 项目将在每单位飞机上花费“数亿美元”。美国众议院军事委员会6月20日公布的《2023年国防授权法案》,要求空军保持最低数量的 F-22 战机,并升级原本计划退役的33架旧版 F-22,以避免任何战备能力和作战能力的下降。NGAD 项目的进展状况顺利与否仍旧存疑。

一、NGAD 的目标是得到一架新型战斗机吗?

尽管 NGAD 项目的既定目标是取代 F-22 战斗机,但 NGAD 项目产出的飞机并不一定是传统战斗机。空军正在开发相关的技术以提供空中优势。该项目的目标之一,是研究出在美军传统获取制空权的军事手段之外,用其他方式来达成空中主宰的效果。NGAD 可能会采取单机和许多互补系统结合的形式,包括有人驾驶、无人驾驶、可选性无人驾驶、网络、电子这些区别于传统“战斗机”的形式。

例如,B-21(注:“突袭者”战略轰炸机)这样的飞机,体型更大,机动性可能不如战斗机。但是,像这样能携带定向能武器且具备多个发动机为该武器提供大量电能的飞机,可以肃清广阔空域内出现的敌机,也能达成空中优势。似乎没有理由假设 NGAD 将产出某一种类型的单座机,用来进行空中单机对抗,试图在性能上压制另一架飞机,或者传感器和武器必须集成在同一架飞机上。

此外,长机也可以是无人机(图2),正如肯德尔部长所描述的那样,要让它成为天上的“四分卫”并负责战术分发。这是“忠诚僚机”概念的一个分支,即无人机与战斗机编队飞行,通过电子战来干扰敌方防空系统或将从目标身上获取的数据反馈给主飞机。这种“忠诚”无人机可能是空军研究实验室和奎托斯防务公司正在开发的 XQ-58A 。

图2

二、NGAD 的开发工作重心

空军曾表示,NGAD 的存在是为了开发四项被广泛公认的技术。

三、借此机会重塑采购过程

NGAD 计划也是空军试图重新设计其采购过程的一部分。Roper 博士表示,目标之一是拆分设计、生产和维持合同。因此,赢得设计合同的公司可能与获得生产合同的公司不同,第三家公司可以赢得维护合同,以保障实战飞机。

这一愿景可能会使专门从事设计的公司将其设计转交给高科技制造中心,后者能够将任何以数字形式发送给他们的东西变为实物,而不是某一家公司完全垄断。此外,像波音这样拥有全球物流链的公司可以承担维护任务。这种角色的重新分配使得那些传统军事航空主承包商以外的公司能够参与到空军项目中来。

这样的概念完成了空军的另一个目标,即理论上通过灵活的生产线可以在节约成本的同时实现用不同飞机的短线项目替换现在长而单一的飞机生产计划。这可能会降低维护成本,因为飞机将被更新的设计所取代,而不用长期服役。实际上,飞机服役后的维护成本高于开发费用,通常情况下,武器系统70%的开支都用在了维护上。同时一些过时的技术无法替换,导致与供应商深度绑定,增加了维护成本,厂商也失去了创新的动力。NGAD 的项目理念并不是要设计一款像F-35 一样要服役几十年的飞机,理想状况下每型飞机的出厂服役时间为12至15年。新模式下成本可以更多得用于设计和采购,而不是维护,伴随着“供应商锁定”的消失,后者也会更加积极地参与新项目。

四、关于 NGAD 特征的猜测

1.飞机性能

NGAD 的主打飞机对标 F-22,这意味着飞行高度上限约为65,000至70,000英尺(两万米左右),最高速度约为2.2马赫。鉴于先进传感器和导弹的精度,NGAD 可能会放弃追求极致的机动性,转而使用更大的内部油箱和更重的武器有效载荷。

2.隐身性能

业内消息人士称,NGAD 隐身效果将超过今天的第五代战斗机,其雷达截面与 BB 弹相同。NGAD 将提高其在多种不同带宽中的隐蔽性,而不是针对搜索和跟踪雷达的几个关键频段进行优化。也有人建议可以用提高速度来补偿隐身能力。此前曾有消息显示,美空军的 F-22、F-35,甚至是 F-117 都在测试一种从未公开过的闪亮金属色面板,可能是为了升级五代机,也可能是在测试 NGAD 上加装的隐身装备。

3.传感器

第五代战斗机使用跳频非常快的有源电子扫描阵列 (AESA) 雷达,以减少发现和跟踪其电子发射的时间。NGAD 可能会将 AESA 雷达从有人机转移到无人机上,依靠护航飞机来提供该功能。

NGAD 还会有一个红外搜索和跟踪系统,通过热信号识别敌方隐形飞机。IRST 是为 F-22 设计的升级传感器之一,最近人们看到 F-22 的外翼带有细长、隐秘的吊舱。据称吊舱前“似乎有一个电介质透明层。”

4.引擎

自 2007 年以来,空军已在自适应发动机过渡计划 (AETP) 上投入数十亿美元,开发具有更大推力和燃油效率的动力装置。目前有两家公司的产品已经进入到竞标阶段,它们分别是通用动力的 XA100 和普惠的 XA101 发动机。AETP 发动机旨在产生45,000磅的推力。与今天的战斗机发动机相比,它们还能够为电子战系统或定向能武器提供更多电力。经过测试和调整后,AETP 发动机预计将在2027年左右投入生产,正好可以装备第一架具有生产代表性的 NGAD 测试飞机。与此同时,空军也在考虑将这种技术应用到 Block 4 版 F-35 战斗机上。

5.武器

AIM:NGAD 的主要武器很可能是 AIM-260A 联合先进战术空对空导弹即 JATM,目前由洛克希德马丁公司开发。在2019年的一次空军工业会议上首次披露,JATM 旨在对抗中国的远程 PL-15 空对空导弹,并恢复美国在空战中“先发制人”的垄断地位。JATM 可能有一个多模导引头,包括红外和毫米波雷达。

MAM:根据空军预算文档,模块化先进导弹是另一个高度机密的系统,将于2023年接受战斗机的“动态测试”。该武器可能具有可互换的弹头和导引头,可用作空对空或空对地导弹。它还可能具有“可堆叠”的模块化推进剂系统,以使其射程更长。

此外还包括高超音速武器、定向能武器、雷神公司研制的 “游隼”空空导弹和 LREW 远程空空导弹,波音公司研制的 LRAAM 远程空空导弹以及洛克希德·马丁公司研制的 Cuda 小型空空导弹。

五、NGAD 可以与F-35竞争吗?

在接下来的几年里,空军的目标是让 NGAD 项目成为一项研究工作,并计划从2030年开始,逐步得到可生产型飞机或其他系统。国会从单独的预算中授权并分配研发资金和生产资金。F-35 的资金主要来自采购,而 NGAD 的资金来自研究和开发。

即使飞行演示机是一架一切就绪可供生产的飞机,仍然需要耗费工厂几年时间来创建生产设施。生产飞机需要复杂的制造工具和技术。此外,制造商需要对二级供应商进行认证。空军一直在寻求减少生产新飞机所需的时间;目前尚不清楚这些飞机制造商是否能够在生产多种类型的飞机之间快速切换。

F-35 是一个已经被纳入五年国防规划(FYDP)的项目,至少在未来五年内都有资金支持。2016年,F-35 的预计退役时间由2064年延长至2070年。美国空军没有改变其1763架 F-35 的最终目标。而 NGAD 项目则没有确定采购目标或编组规模。此外,NGAD 的空中优势作用更符合 F-22 或 F-15EX 而不是 F-35 的当前任务。

也就是说,这些计划都必须符合空军的顶线预算,这可能导致在资金决策中的产生压力而偏向其中某一个项目。例如,肯德尔部长表示,空军选择在2023财年推迟一些 F-35 采购,以加快 NGAD 的开发。

六、涉及哪些公司?

空军没有提到具体的 NGAD 项目承包商。国防媒体和大型国防总承包商们已经暗示了他们各自在 NGAD 项目中的角色。洛克希德·马丁公司的首席执行官 (CEO) Jim 和诺斯罗普·格鲁曼公司的首席执行官 Kathy 在财报电话会议上都强调了他们目前的工作努力。洛克希德·马丁公司尤其强调了其在开发有人和无人团队方面的作用,这是 NGAD 内部的一项重大工作。德事隆集团还通过旗下蝎子教练机/轻型攻击机()展示了其快速设计和生产飞机的能力,而通用原子公司展示了一系列越来越精密的设计以及其拥有的低利率批量生产能力。

七、预算和单位成本

空军要求在2023财年为 NGAD 提供16.6亿美元,并计划在2024财年至2027财年期间额外支出117亿美元。与2015财年至2022财年的拨款相比,这意味着资金增加了三倍(见图3)。肯德尔部长在众议院军事委员会的2022财年空军态势听证会上表示,NGAD 项目将在每单位飞机上花费“数亿美元”。

NGAD 项目研究、开发、测试和评估资金 2015-2027财年(注:虚线表示空军2024-2027财年的计划资金)

八、美国国会关于项目的担忧

随着国防部继续开发 NGAD,有几个潜在的问题可能引起国会的关注:NGAD 的成本,NGAD 对战斗机库存的影响,以及空军公开发布的信息量。

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