【装备发展】美空军协会米切尔研究所:美国第五代战斗机与“下一代空中主宰”的情况
发布时间:2019-07-29

原标题:【装备发展】美空军协会米切尔研究所:美国第五代战斗机与“下一代空中主宰”的情况

《空天防务观察》导读:美国《空军杂志》2019年7月号发表了美空军前副参谋长、今美空军协会米切尔空天力量研究所主任德普图拉撰写的文章:《第五代战斗机与“下一代空中主宰”空中力量》(The Case for Fifth-Generation and NGAD Airpower)。我中心黄涛先生特编译如下,供有兴趣的读者参考。

美空军今天正在运营着濒临灾难情况下的战斗机库存。

大多数该军种的空中优势喷气式战斗机是越战结束时设计、上世纪80年代生产的,并且不适合应对未来的威胁。情况更糟的是,像F-15C“鹰”这样的飞机将在本世纪20年代早期到中期耗尽其基本结构寿命。鉴于新的《国防战略》目标和现实世界的安全挑战,需要立即改变国防政策和资源投入来恢复美国军事能力和数量的这一关键组成部分。

这不是空军预期的情景。空军打算购买750多架F-22“猛禽”以取代其F-15,以及采购1763架F-35“闪电”II取代其F-16和A-10机队。F-22和F-35的设计相互补充:F-22针对制空优势进行了优化,为F-35的多用途空空和空地任务提供了掩护。两种飞机设计都采用隐身技术和先进的第五代传感器、计算能力和安全通信工具,以便在各个作战域内进行协作。

美空军F-22战斗机编队(美空军图片)

冷战的结束使得F-22的计划购买量锐减到381架,远远低于替换F-15所需的数量。F-22项目在2009年就被过早取消,只采购了186架(译者注:原文如此),该数量不足空军最后声明需求数量的一半。这样做是为阿富汗和伊拉克的作战行动腾出资金。那时,人们期待现在这个时点空军将拥有数百架F-35战机。但事实相反,空军不得不延长其F-15机队的寿命,远远超出空军预期。

F-35生产的拖延也意味着对第四代战斗机F-16和A-10的机身进行延寿。空军第四代喷气式飞机的平均使用年限现已超过25年。虽然它们仍然可以飞行(尽管具有显著的结构限制),但它们在诸如大国竞争等高等级威胁情景中仍然无法生存。

曾经的“明日威胁”变成了今天的现实。

由于只有186架F-22和大约200架F-35来补充老化的第四代战斗机,美空军的战斗机太少,不足以保卫现代安全环境中的美国,这些环境包括:潜在的朝鲜冲突同时遏止俄罗斯在欧洲的复仇行动或中国在东亚的侵略。

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然而,美国国防部2020财政年度预算需求寻求购买8架基于可以追溯到20世纪60年代后期设计的F-15EX战斗机,而不是为了支持新防务战略的目标而增加低可探测F-35的购买数量。即使是集成了升级后能力的新飞机,这些第四代战斗机F-15EX也缺乏在国防战略中确定的优先高级威胁环境中生存和作战所必需的关键属性。低可探测性(通常称为隐身)以及传感器融合能力无法通过翻新或改进嵌入到飞机上:它们必须从第一天就设计到飞机上。

空中优势是联合作战的先决条件。没有空军的贡献,其他军种的能力就无法实现。舰船、地面部队、太空和网络设施、后勤节点和支援飞机都极易受到现代武器的攻击。如果没有用相关、具备有能力和可生存的飞机对空军进行现代化,将导致在与中国或俄罗斯等竞争对手的冲突中造成严重损失。用第五代飞机对空军战斗机部队进行资本重组是在全球范围内部署可行的美国军事力量的基础。

鉴于这些风险,优先考虑第五代战斗机的生产至关重要。美国应该提高F-35采购率并加快对“下一代空中主宰”(NGAD)计划的投资,以弥补其规模较小的F-22机队。美空军现在的战斗机部队由82%的第四代战斗机和仅有18%的第五代战斗机组成。扭转这种平衡是确保美国儿女们驾驶这些能够成功执行应对世界上最具挑战性威胁任务的飞机并安全返回家园的唯一途径。

中国西北沙漠中的地空导弹系统(美国《空军杂志》称该图片引自中华人民共和国国防部,摄影者为刘川)

威胁环境(THE THREAT ENVIRONMENT)

美国国防战略委员会最近对2018年《国防战略》的评估得出结论认为,美国的军事力量已经“濒临危险程度”。该委员会表示,美国捍卫其盟国、伙伴及其重要利益的能力越来越受到质疑,如果美国不及时采取行动,后果将是“严重和持久的”。

美国的军事统治地位正处于逐渐衰弱的最糟糕时刻。大国竞争的重新出现意味着美国自冷战结束以来面临着最大的战略挑战,而全球其他国家则一如既往地复杂和不稳定。中国和俄罗斯正在全世界宣示自己的权力和军队现代化、中东地区的局部危机酝酿和爆发、朝鲜半岛仍然无法预测、暴力极端分子需要美国的关注。

在苏联解体后的三十年中,低强度冲突和反叛乱行动造成了对高端作战一定程度的战略遗忘。一些国防领导人甚至嘲笑专注于高端战争的战略和技术,将空中优势战斗机视为“镀金”冷战遗物。毫不奇怪,国会预算削减和五角大楼的计划决定使空军在这段时间内以比自1947年以来任何对手都要快的速度削减飞机。从1990年到2016年,空军的飞机总库存从9907架飞机降至5369架,跌幅超过45%。

同样是这三十年里,首先是沙漠风暴行动,然后是塞尔维亚和科索沃的盟军行动空中力量的成功,使人产生了一种虚假的安全幻觉,里根政府时期采购的战斗机在未来的冲突中仍然可以对抗装备精良的对手。结果,空中优势装备被削减近一半,从1990年的3206架F-4D/E、F-15A/C和F-16A/C减少到现在的只有1753架F-15C、F-15E、F-16、F-22和F-35。

2017年,两架俄罗斯苏-57战斗机编队飞行(美国《空军杂志》引自俄罗斯塔斯社)

了解第五代属性(UNDERSTANDING FIFTH-GENERATION ATTRIBUTES)

那么,为什么美国军方面临严重的军事能力差距,还要对第五代空中力量进行持续的打压?是什么推动了20世纪飞机在21世纪战争中占上风的观念?

相信传统飞机“足够好”的一个原因是经验。在过去的30年里,这些飞机确实在分配给它们的每个任务组中都取得了成功。在“沙漠风暴”行动中第四代飞机的惊人表现之后,没有任何对手在军事行动中对美国空中力量提出了严重的防空挑战。自1992年以来,只有四架空军战斗机被敌方地对空导弹系统击落。

这一成功带来了严重的自满情绪,并且导致对美国军事力量的潜在脆弱性缺乏关注:即使是B-2计划也提前结束。这种原本计划132架的隐形轰炸机,最终只购买了21架。由于空军库存仅有20架了,迫使该军种竭尽全力地保护好这些飞机,因为没有其他任何东西可以与这些飞机的基本航程、有效载荷和穿透能力相匹配。例如,当一架B-2在2010年遭遇灾难性的发动机起火后,空军在四年内投入超过1.05亿美元用于手工修复这种喷气式飞机的主要部分。面对这样一支规模过于精干但功能非常强大的机队,空军领导人别无选择。

由于第四代战斗机在过去30年中被认为“足够好”,因此政策制定者未能充分理解第五代战斗机相关技术所带来的巨大收益。通过改进传感器、显示器、吊舱和提高处理能力进行的现代化工作已经逐步提高了第四代战斗机的能力。然而即使是像F-15EX那样经过先进航空电子设备改装的第四代战斗机也无法应对现代威胁。

因为这些飞机缺乏以下三种关键属性:

——全向隐身和优异的空气动力学性能;

——先进的自动化传感器和信息融合;

——隐身、信息融合和集成自动化处理的增效作用。

2018年7月,时任美空军第12航空队指挥官的马克·科利中将驾驶一架F-35A战斗机,与3架F-15E战斗机在美国犹他州试验与训练场上空飞行(美空军图片)

隐身与生存力(STEALTH AND SURVIVABILITY)

隐身是第五代战斗机最为人所知的属性。视觉上引人注目的F-117平板外表面、B-2的光滑混合飞翼、或者F-22和F-35的倾斜角度是高度工程化的雷达偏转设计的结果。如果在最初的设计中没有考虑隐身,那么其他任何第五代战斗机的属性都不重要。隐身是进入反介入/区域拒止(A2/AD)威胁环境的代价,该环境下现代防空系统因其先进的雷达和导弹系统而将第四代战斗机变为防区外资产。如果传统战斗机无法进入先进威胁环境,那么它们就无法执行任务。

了解雷达如何与飞机相互作用对于了解战争中的隐身价值至关重要。飞机的雷达散射截面积(RCS)是飞机反射的来自威胁系统的雷达能量的大小。这种反射是不均匀的。当雷达能量从飞机表面反弹时,它可以直接返回到雷达接收机、与原始能量源不同的角度上反射、或者在各种方向上散射。在雷达视场中反射能量的物体的证据被称为“雷达或目标返回”。它可以根据攻角“开花”或“褪色”。飞机设计师面临的挑战是创造一种低可探测(隐身)特征,不会在水平或垂直方向上从任何视角急剧增加强度或“绽放”。降低反射雷达能量需要所有传感器、武器和燃料都安装在机内,因为任何外部悬挂物都会成为主要的雷达反射器,即使在修型和采用涂料以减少其雷达特征时也是如此。

早期,设计师必须在空气动力学性能和隐身之间做出妥协,因为反射雷达能量所需的多面体形状与最大可能提升空气动力学机动性所需的设计考虑背道而驰。但是F-22和F-35都没有为实现“极低可探测性(VLO)”而对性能进行妥协。依靠先进的计算机处理、早期隐身设计的经验教训以及创新的雷达吸波材料,这些第五代战斗机在实现“全向隐身”的同时,仍具备超过第四代战斗机的空战机动性。因此,F-22和F-35都不能在其飞行路径机动中被预测。在密集且高度动态的威胁环境中,它们能够积极地对威胁做出反应或打击目标。

重要的是,隐身远不止最大限度地降低飞机的RCS。多年来,无源传感器的灵敏度和性能都得到了提高,使传统的全向无线电成为一个主要的弱点。第五代战斗机必须具有低检测概率(LPD)和低截获概率(LPI)无线电和数据链路。低功率和窄波束宽度定向集中,LPD和LPI传输使得对手极难利用第五代战斗机的无线电和数据链路进行定位甚至预警。第五代战斗机能自动管理其自身传感器的功率和方向,并同样依赖无源传感器。

美空军一架F-15C战斗机在日本冲绳嘉手纳空军基地附近空域进行训练演习(美空军图片)

战场空间感知与决策优势(BATTLESPACE AWARENESS, DECISION SUPERIORITY)

第五代战斗机改变游戏规则的特征还归功于其搜集、处理和利用信息的能力。虽然一些第四代战斗机也可能具有该技术特征,但第五代战斗机飞行员可获得信息的绝对数量和质量大大提高了作战任务的有效性。结合了来自机外信息源和飞机自身多频谱有/无源传感器阵列的数据,一个功能强大的中央计算机使用复杂的算法将信息关联、比较、评估和融合成高度准确的实时态势感知图像。根据两位经验丰富的第五代空军飞行员的说法,第五代战斗机搜集、处理、利用和共享信息的能力“将这些先进飞机的操作员变成任务指挥官,而不是让他们专注于管理和操作子系统。”

第四代战斗机具有松散联合的传感器——它们的雷达系统与数据链路分开,数据链路也与电子战系统和其他组件分开。在第四代战斗机中,飞行员不仅必须单独管理每个传感器和系统,还必须解读每个传感器和系统的信息,并在飞行和操纵飞机时理解整个传感器和系统。

但是第五代战斗机中的先进传感器是自动化的,并且飞行员几乎不需要主动控制。传感器数据通过数据链路自动与其他飞机共享,允许飞机以协作方式自动关联、比较并填补其他飞行中飞机的最佳信息。结果是在所有飞行成员之间共享一个强大、共同的战斗空间图画。

通过这种增强的态势感知,飞行员可以更好地规避威胁、探测目标、力量管理、参与决策和其他指挥行动。简而言之,第五代战斗机提供了卓越的信息和决策优势。

一名F-22飞行员在叙利亚“内在决心”行动中参与飞行出动说到,“我们在指尖上获得的信息比其他飞机更多。我们可以更轻松地做出重大决策。”

虽然现代化使一些传统飞机更具能力,但第五代信息融合无法改装到传统机身上。第五代信息和传感器融合必须从一开始就融入到飞机的设计中。

隐身与信息(STEALTH AND INFORMATION)

将隐身与信息和决策优势相结合,将作战空间态势转化为卓越的主动性和机动性,为第五代战斗机提供了超过旧飞机设计的真正非对称优势。

这种作战空间倡议是隐身怀疑论者倾向于忽略的。隐身提高了飞机的生存概率,同时使得敌人更难于防御第五代战斗机。虽然较老的传统隐身飞机需要被称为“黑线”的预先规划飞行路径来穿越威胁,但第五代战斗机具有机动自由,因为它们都是隐身的,并且知道威胁的位置。一名F-22飞行员谈到了他在叙利亚飞行战斗飞行中的经验,“我看到了雷达,看到了飞机,看到地空导弹。我的飞机知道这些东西在哪里并告诉我。所以,我有作战空间的图画。”

凭借高度的战场空间态势感知,第五代飞行员可以将隐身变成攻击的进攻属性。

因此,隐身不仅仅是一种防御生存属性;结合了突然性的优势与增强的杀伤力,隐身成为成功进攻行动的先决条件。

理解隐身的代价与价值(UNDERSTANDING THE COST AND VALUE OF STEALTH)

不幸的是,包括备受尊敬的国会预算办公室(CBO)在内的多个监督机构继续将第四代和第五代飞机视为可互换。鉴于过时的评估模型,这会导致可疑的分析结果。最近发布的一份CBO报告提出了对于假设性取消采购F-35的弥补措施:通过购买F-16和F/A-18等传统战斗机填补空白。同一份报告还提出了剥离整个F-22机队的想法,但没有建议如何提供类似的能力。

这些是不合理的选项和错误的选择。将所有战斗机视为类似商品,而无论其能力如何,都表明美国面临的威胁与美空军的需求之间存在着危险的脱节。

此外,大多数(如果不是全部)国防部关注的是每架飞机的单价和每型飞机的持续保障成本,而忽略了应对国防战略优先威胁、实现预期目标所需的实际成本。例如,第五代战斗机不需要用来干扰雷达的额外大型专用支援飞机和用来击败敌方战斗机、瘫痪敌方地对空导弹系统的第四代战斗机。该飞机不在国防部对第五代战斗机成本分析的考虑中,但应在任何成本评估中都应考虑。实现真正的任务目标是最重要的,每次效应成本是一个比单机成本或每飞行小时成本更相关的指标。

将支援保障资产纳入全方位的成本效益评估表明,第五代战斗机比第四代战斗机更具成本效益。第四代战斗机所需的额外保护部队增加了对额外飞行员和保障人员的需求,以及额外的任务支援飞机,如空中加油机。针对同类装备的威胁,使用第四代战斗机实现预期效果的成本远远高于第五代战斗机的相同效果。在简单的成本分析中,第五代战斗机的投资回报率要高得多。

弥补质数差距(FIXING THE CAPABILITY AND CAPACITY GAP)

在去年参议院军事委员会的证词中,空军参谋长大卫·高德费恩(David L. Goldfein)和时任空军部长希瑟·威尔逊谈到了空军的健康状况。他们说,空军的优势和战备程度已经降低,“由于我们国家历史上持续时间最长的作战,加上多年来不一致和资金不足。”中国和俄罗斯一直在数量和能力方面缩小差距。他们补充说,其结果是“美空军资源过度紧张,资源不足”。

三十年来,空军已经被剥夺了能力以满足预算要求,助长了当今的资本重组危机。现在这个军种规模太小,并且随着飞机老化退出现役有着规模进一步降低的风险。为了稳定部队并实现国防战略的目标,空军必须每年至少获得72架战斗机。如果不能维持这一速度,就要面对空军没有必要能力满足国家安全需要的风险。

然而,问题不仅仅是飞机的数量,还包括这些飞机的能力。正如参谋长联席会议主席约瑟夫·邓福德在5月29日所说的那样,“你必须在数量和能力之间作出选择,我会选择能力。”

空军向国会提供的书面证词清楚地说明了这一点,即“应对各种冲突中新出现的全球性威胁......空军的基础(必须是)从第4代/第5代转变为第5代/第6代机队”。提高第五代战斗机的采购率和加速NGAD的发展是确保实现这一目标的必要途径。

虽然一些防务观察家认为F-15EX计划将来自额外资金,但历史表明长期之后必将走向方面。当国防预算下降时,这种预算加成消失,但支付账单的任务仍然存在。鉴于今天不断膨胀的联邦赤字、经济不确定性以及强制性联邦支出账户的压力越来越大,目前的支出水平不太可能持续。进一步逼近预算的是一个严重分裂和僵局的国会,越来越有可能恢复自动减少赤水平的支出。任何一条道路都可能导致F-35和F-15EX之间通过竞争来获得资金,对F-35造成严重后果。

如果F-15EX成为一个在册项目并且拨付资金用于生产,那么任何未来的预算权衡都可能来自计划中的F-35采购。这将降低F-35的生产率,从而推高每架飞机的成本。如果出现这种情况,将会出现关于F-35计划可持续性和可负担性的新疑虑,进一步削减采购数量并提升单价。这就是华盛顿所说的“死亡螺旋”,一种自我强化的动力从而导致费用高昂的计划不可避免地过早结束。

最近离职的空军部长希瑟·威尔逊推翻了F-35对F-15EX的权衡,谨慎地解释说:“如果预算在未来几年削减,你就无法开始交换并说我们准备保证F-15运转。……我们不打算用将第五代(战斗机)换掉第四代(战斗机)。”但实际上,一旦F-15EX成为预算中的一个项目,决定权就不会掌握在空军手中。国会将基于政治而不是审慎的计划做出决定

具有讽刺意味的是,就因为“死亡螺旋”的受害者F-22本身被过早取消,因此才考虑了F-15EX。这次唯一的区别是,空军F-35计划的大幅削减也将影响美国海军、美国海军陆战队以及一批购买了F-35的盟国。

虽然每个军种都需要新能力和适当的数量来履行其义务,但如果空军无法提供联合作战行动所依赖的空中力量基础,那么这些投资都不重要。美国现在必须有决心重建其空军,以便能够击败国防战略中所述的高端对手。以下行为是实现此目标的谨慎手段:

——确保第五代飞机和NGAD成为有限预算资源的首要任务。采购F-15EX不能以这些重要的现代化计划为代价;

——从2021财政年度开始,将F-35A的生产率提高到每年80架;

——尽快将第四代对第五代战斗机的比例从82/18降低到50/50;

——鼓励盟友购买第五代飞机;

——不再用“飞机单价”作为计划的决策指标,并用“每效应成本”模型取而代之;

——将简化的每飞行小时费用指标替换为每架飞机每年总成本的更全面指标。

——在美国采购的任何作战飞机上,它的儿女们都会飞到危险的地方。我们必须尽一切努力确保这些飞机能够在面临日益严峻的威胁时完成工作,同时确保内部飞行员安全返回家中。这需要向现代化、富有能力和相关的先进飞机设计和技术进行投资。

黄涛先生已为《空天防务观察》提供9篇专栏文章,如下表:

序号 篇名 1 2016年7月15日 2 12月9日 3 2017年10月18日 5 2018年4月2日 6 6月4日 7 11月26日 8 2019年3月6日

(中国航空工业发展研究中心黄涛)