美國空軍低成本可消耗無人戰斗機系統發展分析

許 赟 （中國航空工業發展研究中心）

美國空軍希望在保證一定性能的前提下，顯著降低空中作戰飛機的采辦和使用成本，為此提出了低成本可消耗無人戰斗機系統驗證機概念方案。美國知名靶機制造商克瑞拓斯安全防衛解決方案公司正在開展XQ-58A驗證機的詳細設計與制造工作。

2017年4月，在美國國防部舉辦的實驗室日展覽中，美國空軍研究實驗室首次公開了其低成本可消耗飛機技術（LCAAT）項目中低成本可消耗無人戰斗機系統驗證機（LCASD）概念方案，表明美國空軍正穩定發展低成本可消耗無人戰斗機系統。LCASD旨在研究和驗證具有有限壽命/架次的低成本無人戰斗機技術和裝備概念，建立缺乏前進基地的偏遠/對抗區域遠程、跨聲速的空空、空地打擊和情報/監視/偵察能力，為構建質量與數量并優的空中優勢能力奠定基礎。目前，美國知名靶機制造商克瑞拓斯(Kratos)安全防衛解決方案公司正開展驗證機的詳細設計與制造工作。

創新方案

美國空軍認為當前空中戰場的威脅日趨多變，然而國防預算壓力卻日益增大，同時高性能先進作戰飛機的價格不斷攀升。冷戰結束以來，美國空軍規模一直呈縮減態勢，其人員數量減少了30%、飛機數量減少了37%，部分三代機服役年限已達30年以上。美國空軍部長希瑟·威爾遜指出，現實情況是美國空軍的數量規模太小，無法完成國家賦予的任務。在當前國防預算依然受限的背景下，美空軍難于通過大規模更新換代來解決該問題，必須考慮創新裝備解決方案，在保證可接受性能的前提下，顯著降低采辦和使用成本，重塑美國空軍的數量優勢。另一方面，現有航空武器裝備嚴格的裝備采購標準和研制規范，確保了武器裝備的性能和質量，使之能夠在長期的壽命周期中達到所要求的高可靠性，但是這同樣導致了研制、鑒定和生產新型航空武器裝備的成本及時間大幅增加，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、縮短研發和生產周期，靈活應對新興威脅。

為此，美國空軍希望利用無人機系統的獨特優勢，在保證一定性能的前提下，顯著降低采辦和使用成本。可執行打擊、情報、監視、偵察任務的遠程、高性能、低成本無人機將帶來改變游戲規則的能力，在未來空中對抗中將使美軍不僅具備數量與規模的優勢，同時取得比競爭對手更為顯著的低成本優勢。

2017年4月，美國空軍研究實驗室在國防部實驗室日公布的XQ-58A驗證機概念圖。

研究進展

2015年，美國空軍研究實驗室正式啟動低成本可消耗飛機技術項目，確定先期以無人機為主要應用對象，率先開展低成本可消耗無人戰斗機相關技術研究；同年9月，美國空軍研究實驗室航空航天系統分部發布了低成本可消耗無人戰斗機演示驗證項目跨部門公告，宣布將開展為期27個月的演示驗證專項研究，開發滿足特定任務能力需求的低成本無人戰斗機系統概念，完成相關驗證機的制造和試飛試驗，驗證低成本可消耗無人戰斗機裝備概念與制造技術的可行性，包括洛克希德·馬丁公司、克瑞拓斯安全防衛解決方案公司在內的六家美國航空航天知名企業參與了該項目的競標。

2017年6月，克瑞拓斯安全防衛解決方案公司在巴黎航展展出XQ-222最新設計方案。

2016年7月，美國空軍研究實驗室最終選定靶機制造商美國克瑞拓斯安全防衛解決方案公司作為低成本可消耗無人戰斗機系統演示驗證項目的承研單位，空軍先期投資730萬美元，公司投資3350萬美元，用于研制和制造3架技術驗證機，并開展相關的試飛試驗工作。美國空軍研究實驗室還規劃了近1億美元的追加投資計劃，將用于完善技術成熟和深化發展。

與早期概念圖相比，最終的設計方案做出較大調整，整體布局更為扁平，更多地考慮了隱身性能需求，背負式進氣道由早前的簡單式調整為二元可調，并顯著增大了進氣道截面積，同時機翼展弦比明顯加大，V形尾翼的面積不僅增加，同時采取了切角設計。

2017年4月，美國空軍研究實驗室在國防部實驗室日期間首次公布驗證機概念設想圖；同年6月，克瑞拓斯安全防衛解決方案公司在巴黎航展展示了編號XQ-222“女武神”的驗證機最新方案；7月，美國空軍賦予該機XQ-58A的正式編號，首架機計劃于2018年年初首飛；10月，在首屆美國航空器技術研討會上，美國空軍研究實驗室、克瑞拓斯安全防衛解決方案公司、波音公司、高地復合材料公司分別就低成本可消耗飛機技術項目、多學科分析和設計優化、XQ-58A驗證機設計方案、機體結構的敏捷制造等問題進行專項研討。

XQ－58A的概念方案與能力特征

隱身、遠程的高性能低成本無人戰斗機概念

XQ-58A采用中等后掠角中單翼、V形尾翼、背負式進氣道隱身化布局，機長8.84m，機寬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。現配裝單臺威廉姆斯公司FJ33-5型渦扇發動機，起飛推力約7322.6N。設計有兩個內埋式武器艙，可各掛載一枚AIM-120中程空空導彈或GBU-39型小直徑炸彈，并具備翼下外掛能力。該機采用開放式任務系統架構，具備不依賴跑道起降能力，起降模式很可能采取克瑞拓斯安全防衛解決方案公司在靶機方面的經驗，即采用導軌火箭助推發射／降落傘回收模式，可重復使用并具有有限的使用壽命/架次。

在美國華盛頓大學進行的XQ-58A全尺寸風洞模型吹風試驗，該風洞模型顯示的布局與克瑞拓斯安全防衛解決方案公司在航展的模型基本一致，表明XQ-58A的布局方案應已基本凍結。

XQ-58A全尺寸風洞模型。

任務使命和作戰概念

高度隱身化設計的XQ-58A將作為有人/無人機編隊中的“忠誠僚機”，計劃與F-22、F-35等第四代戰斗機協同作戰，構成全隱身化制空作戰編隊，通過換裝不同的任務系統與任務載荷，在強對抗、高烈度的反介入／區域拒止環境執行進攻／防御性制空作戰、防空壓制（SEAD）、防空摧毀（DEAD）、電子戰（EW）和情報、監視、偵察（ISR）任務。

克瑞拓斯安全防衛解決方案公司在發展隱身化XQ-58A的同時，還推出了非隱身化的UTAP-22，兩者均設想與有人戰斗機構成協同作戰編隊，并在積極競爭美國空軍的“忠誠僚機”項目。

依托美軍已實施的各類有人/無人機編隊技術研究成果，XQ-58A將與F-22或F-35等第四代戰斗機構成先進隱身化有人/無人機協同作戰編隊，作為編隊中有人機的“忠誠僚機”執行空空、空地作戰任務，作為有人機的擴展“武器庫”，依托有人戰斗機和體系提供的戰場態勢感知和殺傷鏈攻擊信息，遂行火力打擊任務，解決隱身戰斗機武器數量有限的問題，增加有人機單次出動的作戰機會，大幅拓展現有第四代戰斗機作戰能力，實現四代機作戰概念創新。當其與三代機構成隱身/非隱身混合編隊時，可作為非隱身空戰平臺的前出耳目和尖兵，拓展有人機的戰場態勢感知范圍，顯著提升現有三代機空中對抗能力。必要時，更可作為可消耗空戰平臺，充當誘餌機，以犧牲自身的方式，防御對有人機的攻擊。

XQ-58A作戰想象圖。

聚焦低成本的特色設計

美國空軍對于XQ-58A最核心的要求是實現滿足有限功能的低成本無人機系統概念，因此提出了相對苛刻的價格目標：采購數量為100架以內時，包含基本航電和推進系統的飛離單價不超過300萬美元；采購數量超過（含）100架時，飛離單價不超過200萬美元。為此，XQ-58A采取了聚焦低成本的特色設計，主要采取的方法與手段包括：

（1）采用可變構型方案，可通過快速換裝不同的任務載荷和系統，滿足多作戰任務使用需求，有效降低單機復雜性和成本，洛克希德·馬丁公司的低成本飛機技術項目的研究表明，與其他戰術裝備間的關系不僅意味著該型裝備如何使用，同時也是降低成本的重要使能因素，因為不可能在潛在的對抗環境下配裝所有需要的設備。

（2）以任務需求為核心的能力權衡和標準規范剪裁。按照作戰概念與使用環境，剪裁使用與之相適應的設計準則與規范要求。如根據其有限壽命的特點，大幅放寬可靠性、安全性等標準規范要求；根據僅在限制空域內飛行的使用概念，不考慮配裝空管相關設備。

（3）盡可能采取現貨產品和低成本制造技術。美國空軍研究實驗室明確要求該機應盡可能應用商用貨架產品（COTS）和軍用常備件（MOST），還要求評估應用彈性制造技術、自動裝配工藝等低成本制造技術的可行性，并需要研究在滿足低成本前提下，實現平時按需生產、戰時快速大量制造的可實現性。

未來展望

低成本可消耗無人戰斗機如達到其設計性能和成本約束，意味著美國空軍可以極低價格裝備和使用高性能的空中優勢作戰平臺，將大幅提升美空軍空中對抗能力，同時其可大規模快速生產的潛能將使美空中作戰能力在戰時得到持續快速補充，從而解決當前美國空軍高性能作戰飛機規模縮減所可能產生的持續作戰能力削弱的問題，在已形成質量優勢的基礎上，形成和強化對潛在作戰對手的數量優勢。

低成本可消耗無人戰斗機技術項目將驗證可能降低無人機成本的設計和制造技術，建立與作戰使用需求相適應的可消耗無人機設計標準與規范體系（如可承受的安全性與可靠性標準），形成廣泛應用現有成品設計模式，后續還將發展與之配套的低成本/有限壽命發動機、低成本任務載荷等相關系統，將對現有無人機設計理念和技術發展產生重要影響。

XQ-58A驗證機項目的軍方主管認為，如果國防預算受限和高性能作戰飛機價格攀升的趨勢不發生重大改變，同時低成本可消耗無人戰斗機達到預期的性能和能力目標，那么未來美國空軍機隊很可能由比現在更少數量的高端作戰飛機和大量的低成本可消耗無人戰斗機構成。作為驗證機的XQ-58A已經開始拓展其潛在應用，克瑞拓斯安全防衛解決方案公司已在游說美國空軍基于XQ-58A開展“忠誠僚機”技術的更深層驗證與試驗，同時美國特種作戰司令部也在考慮將XQ-58A作為一種遠程無人機裝備部隊。XQ-58A一旦實現列裝正式走入戰場，那么必將對未來空中對抗環境產生深遠影響。 ■