美國(guó)空軍低成本可消耗無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)系統(tǒng)發(fā)展分析

許 赟 （中國(guó)航空工業(yè)發(fā)展研究中心）

美國(guó)空軍希望在保證一定性能的前提下，顯著降低空中作戰(zhàn)飛機(jī)的采辦和使用成本，為此提出了低成本可消耗無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)系統(tǒng)驗(yàn)證機(jī)概念方案。美國(guó)知名靶機(jī)制造商克瑞拓斯安全防衛(wèi)解決方案公司正在開(kāi)展XQ-58A驗(yàn)證機(jī)的詳細(xì)設(shè)計(jì)與制造工作。

2017年4月，在美國(guó)國(guó)防部舉辦的實(shí)驗(yàn)室日展覽中，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室首次公開(kāi)了其低成本可消耗飛機(jī)技術(shù)（LCAAT）項(xiàng)目中低成本可消耗無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)系統(tǒng)驗(yàn)證機(jī)（LCASD）概念方案，表明美國(guó)空軍正穩(wěn)定發(fā)展低成本可消耗無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)系統(tǒng)。LCASD旨在研究和驗(yàn)證具有有限壽命/架次的低成本無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)技術(shù)和裝備概念，建立缺乏前進(jìn)基地的偏遠(yuǎn)/對(duì)抗區(qū)域遠(yuǎn)程、跨聲速的空空、空地打擊和情報(bào)/監(jiān)視/偵察能力，為構(gòu)建質(zhì)量與數(shù)量并優(yōu)的空中優(yōu)勢(shì)能力奠定基礎(chǔ)。目前，美國(guó)知名靶機(jī)制造商克瑞拓斯(Kratos)安全防衛(wèi)解決方案公司正開(kāi)展驗(yàn)證機(jī)的詳細(xì)設(shè)計(jì)與制造工作。

創(chuàng)新方案

美國(guó)空軍認(rèn)為當(dāng)前空中戰(zhàn)場(chǎng)的威脅日趨多變，然而國(guó)防預(yù)算壓力卻日益增大，同時(shí)高性能先進(jìn)作戰(zhàn)飛機(jī)的價(jià)格不斷攀升。冷戰(zhàn)結(jié)束以來(lái)，美國(guó)空軍規(guī)模一直呈縮減態(tài)勢(shì)，其人員數(shù)量減少了30%、飛機(jī)數(shù)量減少了37%，部分三代機(jī)服役年限已達(dá)30年以上。美國(guó)空軍部長(zhǎng)希瑟·威爾遜指出，現(xiàn)實(shí)情況是美國(guó)空軍的數(shù)量規(guī)模太小，無(wú)法完成國(guó)家賦予的任務(wù)。在當(dāng)前國(guó)防預(yù)算依然受限的背景下，美空軍難于通過(guò)大規(guī)模更新?lián)Q代來(lái)解決該問(wèn)題，必須考慮創(chuàng)新裝備解決方案，在保證可接受性能的前提下，顯著降低采辦和使用成本，重塑美國(guó)空軍的數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)。另一方面，現(xiàn)有航空武器裝備嚴(yán)格的裝備采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)和研制規(guī)范，確保了武器裝備的性能和質(zhì)量，使之能夠在長(zhǎng)期的壽命周期中達(dá)到所要求的高可靠性，但是這同樣導(dǎo)致了研制、鑒定和生產(chǎn)新型航空武器裝備的成本及時(shí)間大幅增加，這就要求航空武器裝備研究人員探索裝備研制的新途徑，降低裝備采辦成本、縮短研發(fā)和生產(chǎn)周期，靈活應(yīng)對(duì)新興威脅。

為此，美國(guó)空軍希望利用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在保證一定性能的前提下，顯著降低采辦和使用成本。可執(zhí)行打擊、情報(bào)、監(jiān)視、偵察任務(wù)的遠(yuǎn)程、高性能、低成本無(wú)人機(jī)將帶來(lái)改變游戲規(guī)則的能力，在未來(lái)空中對(duì)抗中將使美軍不僅具備數(shù)量與規(guī)模的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)取得比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手更為顯著的低成本優(yōu)勢(shì)。

2017年4月，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室在國(guó)防部實(shí)驗(yàn)室日公布的XQ-58A驗(yàn)證機(jī)概念圖。

研究進(jìn)展

2015年，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室正式啟動(dòng)低成本可消耗飛機(jī)技術(shù)項(xiàng)目，確定先期以無(wú)人機(jī)為主要應(yīng)用對(duì)象，率先開(kāi)展低成本可消耗無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)相關(guān)技術(shù)研究；同年9月，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室航空航天系統(tǒng)分部發(fā)布了低成本可消耗無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)演示驗(yàn)證項(xiàng)目跨部門(mén)公告，宣布將開(kāi)展為期27個(gè)月的演示驗(yàn)證專(zhuān)項(xiàng)研究，開(kāi)發(fā)滿足特定任務(wù)能力需求的低成本無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)系統(tǒng)概念，完成相關(guān)驗(yàn)證機(jī)的制造和試飛試驗(yàn)，驗(yàn)證低成本可消耗無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)裝備概念與制造技術(shù)的可行性，包括洛克希德·馬丁公司、克瑞拓斯安全防衛(wèi)解決方案公司在內(nèi)的六家美國(guó)航空航天知名企業(yè)參與了該項(xiàng)目的競(jìng)標(biāo)。

2017年6月，克瑞拓斯安全防衛(wèi)解決方案公司在巴黎航展展出XQ-222最新設(shè)計(jì)方案。

2016年7月，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室最終選定靶機(jī)制造商美國(guó)克瑞拓斯安全防衛(wèi)解決方案公司作為低成本可消耗無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)系統(tǒng)演示驗(yàn)證項(xiàng)目的承研單位，空軍先期投資730萬(wàn)美元，公司投資3350萬(wàn)美元，用于研制和制造3架技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，并開(kāi)展相關(guān)的試飛試驗(yàn)工作。美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室還規(guī)劃了近1億美元的追加投資計(jì)劃，將用于完善技術(shù)成熟和深化發(fā)展。

與早期概念圖相比，最終的設(shè)計(jì)方案做出較大調(diào)整，整體布局更為扁平，更多地考慮了隱身性能需求，背負(fù)式進(jìn)氣道由早前的簡(jiǎn)單式調(diào)整為二元可調(diào)，并顯著增大了進(jìn)氣道截面積，同時(shí)機(jī)翼展弦比明顯加大，V形尾翼的面積不僅增加，同時(shí)采取了切角設(shè)計(jì)。

2017年4月，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室在國(guó)防部實(shí)驗(yàn)室日期間首次公布驗(yàn)證機(jī)概念設(shè)想圖；同年6月，克瑞拓斯安全防衛(wèi)解決方案公司在巴黎航展展示了編號(hào)XQ-222“女武神”的驗(yàn)證機(jī)最新方案；7月，美國(guó)空軍賦予該機(jī)XQ-58A的正式編號(hào)，首架機(jī)計(jì)劃于2018年年初首飛；10月，在首屆美國(guó)航空器技術(shù)研討會(huì)上，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室、克瑞拓斯安全防衛(wèi)解決方案公司、波音公司、高地復(fù)合材料公司分別就低成本可消耗飛機(jī)技術(shù)項(xiàng)目、多學(xué)科分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化、XQ-58A驗(yàn)證機(jī)設(shè)計(jì)方案、機(jī)體結(jié)構(gòu)的敏捷制造等問(wèn)題進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)研討。

XQ－58A的概念方案與能力特征

隱身、遠(yuǎn)程的高性能低成本無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)概念

XQ-58A采用中等后掠角中單翼、V形尾翼、背負(fù)式進(jìn)氣道隱身化布局，機(jī)長(zhǎng)8.84m，機(jī)寬6.7m，最大飛行高度13716m，最小飛行高度15m，最大飛行速度Ma0.85，航程8700km，有效載荷重量不少于230kg?，F(xiàn)配裝單臺(tái)威廉姆斯公司FJ33-5型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，起飛推力約7322.6N。設(shè)計(jì)有兩個(gè)內(nèi)埋式武器艙，可各掛載一枚AIM-120中程空空導(dǎo)彈或GBU-39型小直徑炸彈，并具備翼下外掛能力。該機(jī)采用開(kāi)放式任務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)，具備不依賴(lài)跑道起降能力，起降模式很可能采取克瑞拓斯安全防衛(wèi)解決方案公司在靶機(jī)方面的經(jīng)驗(yàn)，即采用導(dǎo)軌火箭助推發(fā)射／降落傘回收模式，可重復(fù)使用并具有有限的使用壽命/架次。

在美國(guó)華盛頓大學(xué)進(jìn)行的XQ-58A全尺寸風(fēng)洞模型吹風(fēng)試驗(yàn)，該風(fēng)洞模型顯示的布局與克瑞拓斯安全防衛(wèi)解決方案公司在航展的模型基本一致，表明XQ-58A的布局方案應(yīng)已基本凍結(jié)。

XQ-58A全尺寸風(fēng)洞模型。

任務(wù)使命和作戰(zhàn)概念

高度隱身化設(shè)計(jì)的XQ-58A將作為有人/無(wú)人機(jī)編隊(duì)中的“忠誠(chéng)僚機(jī)”，計(jì)劃與F-22、F-35等第四代戰(zhàn)斗機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)，構(gòu)成全隱身化制空作戰(zhàn)編隊(duì)，通過(guò)換裝不同的任務(wù)系統(tǒng)與任務(wù)載荷，在強(qiáng)對(duì)抗、高烈度的反介入／區(qū)域拒止環(huán)境執(zhí)行進(jìn)攻／防御性制空作戰(zhàn)、防空壓制（SEAD）、防空摧毀（DEAD）、電子戰(zhàn)（EW）和情報(bào)、監(jiān)視、偵察（ISR）任務(wù)。

克瑞拓斯安全防衛(wèi)解決方案公司在發(fā)展隱身化XQ-58A的同時(shí)，還推出了非隱身化的UTAP-22，兩者均設(shè)想與有人戰(zhàn)斗機(jī)構(gòu)成協(xié)同作戰(zhàn)編隊(duì)，并在積極競(jìng)爭(zhēng)美國(guó)空軍的“忠誠(chéng)僚機(jī)”項(xiàng)目。

依托美軍已實(shí)施的各類(lèi)有人/無(wú)人機(jī)編隊(duì)技術(shù)研究成果，XQ-58A將與F-22或F-35等第四代戰(zhàn)斗機(jī)構(gòu)成先進(jìn)隱身化有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)編隊(duì)，作為編隊(duì)中有人機(jī)的“忠誠(chéng)僚機(jī)”執(zhí)行空空、空地作戰(zhàn)任務(wù)，作為有人機(jī)的擴(kuò)展“武器庫(kù)”，依托有人戰(zhàn)斗機(jī)和體系提供的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知和殺傷鏈攻擊信息，遂行火力打擊任務(wù)，解決隱身戰(zhàn)斗機(jī)武器數(shù)量有限的問(wèn)題，增加有人機(jī)單次出動(dòng)的作戰(zhàn)機(jī)會(huì)，大幅拓展現(xiàn)有第四代戰(zhàn)斗機(jī)作戰(zhàn)能力，實(shí)現(xiàn)四代機(jī)作戰(zhàn)概念創(chuàng)新。當(dāng)其與三代機(jī)構(gòu)成隱身/非隱身混合編隊(duì)時(shí)，可作為非隱身空戰(zhàn)平臺(tái)的前出耳目和尖兵，拓展有人機(jī)的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知范圍，顯著提升現(xiàn)有三代機(jī)空中對(duì)抗能力。必要時(shí)，更可作為可消耗空戰(zhàn)平臺(tái)，充當(dāng)誘餌機(jī)，以犧牲自身的方式，防御對(duì)有人機(jī)的攻擊。

XQ-58A作戰(zhàn)想象圖。

聚焦低成本的特色設(shè)計(jì)

美國(guó)空軍對(duì)于XQ-58A最核心的要求是實(shí)現(xiàn)滿足有限功能的低成本無(wú)人機(jī)系統(tǒng)概念，因此提出了相對(duì)苛刻的價(jià)格目標(biāo)：采購(gòu)數(shù)量為100架以?xún)?nèi)時(shí)，包含基本航電和推進(jìn)系統(tǒng)的飛離單價(jià)不超過(guò)300萬(wàn)美元；采購(gòu)數(shù)量超過(guò)（含）100架時(shí)，飛離單價(jià)不超過(guò)200萬(wàn)美元。為此，XQ-58A采取了聚焦低成本的特色設(shè)計(jì)，主要采取的方法與手段包括：

（1）采用可變構(gòu)型方案，可通過(guò)快速換裝不同的任務(wù)載荷和系統(tǒng)，滿足多作戰(zhàn)任務(wù)使用需求，有效降低單機(jī)復(fù)雜性和成本，洛克希德·馬丁公司的低成本飛機(jī)技術(shù)項(xiàng)目的研究表明，與其他戰(zhàn)術(shù)裝備間的關(guān)系不僅意味著該型裝備如何使用，同時(shí)也是降低成本的重要使能因素，因?yàn)椴豢赡茉跐撛诘膶?duì)抗環(huán)境下配裝所有需要的設(shè)備。

（2）以任務(wù)需求為核心的能力權(quán)衡和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范剪裁。按照作戰(zhàn)概念與使用環(huán)境，剪裁使用與之相適應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與規(guī)范要求。如根據(jù)其有限壽命的特點(diǎn)，大幅放寬可靠性、安全性等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求；根據(jù)僅在限制空域內(nèi)飛行的使用概念，不考慮配裝空管相關(guān)設(shè)備。

（3）盡可能采取現(xiàn)貨產(chǎn)品和低成本制造技術(shù)。美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室明確要求該機(jī)應(yīng)盡可能應(yīng)用商用貨架產(chǎn)品（COTS）和軍用常備件（MOST），還要求評(píng)估應(yīng)用彈性制造技術(shù)、自動(dòng)裝配工藝等低成本制造技術(shù)的可行性，并需要研究在滿足低成本前提下，實(shí)現(xiàn)平時(shí)按需生產(chǎn)、戰(zhàn)時(shí)快速大量制造的可實(shí)現(xiàn)性。

未來(lái)展望

低成本可消耗無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)如達(dá)到其設(shè)計(jì)性能和成本約束，意味著美國(guó)空軍可以極低價(jià)格裝備和使用高性能的空中優(yōu)勢(shì)作戰(zhàn)平臺(tái)，將大幅提升美空軍空中對(duì)抗能力，同時(shí)其可大規(guī)?？焖偕a(chǎn)的潛能將使美空中作戰(zhàn)能力在戰(zhàn)時(shí)得到持續(xù)快速補(bǔ)充，從而解決當(dāng)前美國(guó)空軍高性能作戰(zhàn)飛機(jī)規(guī)?？s減所可能產(chǎn)生的持續(xù)作戰(zhàn)能力削弱的問(wèn)題，在已形成質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，形成和強(qiáng)化對(duì)潛在作戰(zhàn)對(duì)手的數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)。

低成本可消耗無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)技術(shù)項(xiàng)目將驗(yàn)證可能降低無(wú)人機(jī)成本的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，建立與作戰(zhàn)使用需求相適應(yīng)的可消耗無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范體系（如可承受的安全性與可靠性標(biāo)準(zhǔn)），形成廣泛應(yīng)用現(xiàn)有成品設(shè)計(jì)模式，后續(xù)還將發(fā)展與之配套的低成本/有限壽命發(fā)動(dòng)機(jī)、低成本任務(wù)載荷等相關(guān)系統(tǒng)，將對(duì)現(xiàn)有無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)理念和技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生重要影響。

XQ-58A驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目的軍方主管認(rèn)為，如果國(guó)防預(yù)算受限和高性能作戰(zhàn)飛機(jī)價(jià)格攀升的趨勢(shì)不發(fā)生重大改變，同時(shí)低成本可消耗無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)達(dá)到預(yù)期的性能和能力目標(biāo)，那么未來(lái)美國(guó)空軍機(jī)隊(duì)很可能由比現(xiàn)在更少數(shù)量的高端作戰(zhàn)飛機(jī)和大量的低成本可消耗無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)構(gòu)成。作為驗(yàn)證機(jī)的XQ-58A已經(jīng)開(kāi)始拓展其潛在應(yīng)用，克瑞拓斯安全防衛(wèi)解決方案公司已在游說(shuō)美國(guó)空軍基于XQ-58A開(kāi)展“忠誠(chéng)僚機(jī)”技術(shù)的更深層驗(yàn)證與試驗(yàn)，同時(shí)美國(guó)特種作戰(zhàn)司令部也在考慮將XQ-58A作為一種遠(yuǎn)程無(wú)人機(jī)裝備部隊(duì)。XQ-58A一旦實(shí)現(xiàn)列裝正式走入戰(zhàn)場(chǎng)，那么必將對(duì)未來(lái)空中對(duì)抗環(huán)境產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。 ■