加快形成下一代裝備研發(fā)能力
——2021年航空強國推進航空科技發(fā)展綜述

吳 蔚 /文

MQ-25 試驗為F-35C 加油

2021 年，航空強國繼續(xù)推進下一代航空裝備與航空關鍵技術研發(fā)、促進航空先進工業(yè)技術應用，以加快形成新型空戰(zhàn)能力，提升裝備研制效率、降低成本。

持續(xù)推動新型作戰(zhàn)飛機發(fā)展

先進國家繼續(xù)開展下一代戰(zhàn)斗機、先進無人機等新型空戰(zhàn)裝備開發(fā)，啟動高超聲速飛機驗證機研發(fā)，持續(xù)打造空中作戰(zhàn)優(yōu)勢能力。

開展新型戰(zhàn)斗機研發(fā)

美空、海軍聯(lián)合開展“下一代空中主宰”（NGAD）項目研究，美空軍首次在官方文件中披露“下一代空中主宰”戰(zhàn)斗機概況。2021年3 月，美海軍高層透露美空、海軍正聯(lián)合開展研究，雙方均確定NGAD 為“系統(tǒng)簇”，美空、海軍NGAD 系統(tǒng)簇中的戰(zhàn)斗機在總體外形布局上存在顯著區(qū)別，但機載任務系統(tǒng)將很可能相似，且都將采用開放任務架構。2021 年4 月，美空軍在新版《雙年采辦報告》中透露“下一代空中主宰”戰(zhàn)斗機是一種穿透型制空平臺，該機的概念圖顯示飛機設計采用菱形飛翼布局、單座、雙發(fā)、背負式進氣道。

Quarterhorse

法德西聯(lián)合發(fā)展的“下一代戰(zhàn)斗機”（NGF）研制工作持續(xù)推進。2021 年4 月，空客公司與法國達索飛機公司達成協(xié)議將聯(lián)合制造一架“下一代戰(zhàn)斗機”演示驗證機，同月德國MTU 公司、法國賽峰公司和西班牙ITP 航空公司達成協(xié)議合作研發(fā)“下一代戰(zhàn)斗機”發(fā)動機。

英國新型“暴風”戰(zhàn)斗機進入概念研究階段。2021 年7 月，英國國防部授予BAE 系統(tǒng)公司約2.5億英鎊“暴風”戰(zhàn)斗機設計與開發(fā)合同，開發(fā)數(shù)字概念、新工具等，確定并評估“暴風”的最終方案和能力要求。“暴風”戰(zhàn)斗機驗證機計劃在2025 年首飛，生產(chǎn)型機將在2035 年前交付英國皇家空軍。

日本加快下一代戰(zhàn)斗機研發(fā)。2021 年1 月，日本宣布成立以三菱重工為核心、多家日本企業(yè)參與的F-X 下一代戰(zhàn)斗機開發(fā)團隊，在2021 年3 月發(fā)布的防衛(wèi)預算中大幅增加F-X 戰(zhàn)斗機相關經(jīng)費，還將在該戰(zhàn)斗機研發(fā)中采用數(shù)字工程和開放式系統(tǒng)架構。日本防衛(wèi)省計劃2024 年啟動原型機制造，2028 年開始試飛，2031 年進入批生產(chǎn)。

俄羅斯推出“致勝”新型隱身戰(zhàn)斗機。2021 年7 月，俄羅斯聯(lián)合飛機制造公司在2021 年莫斯科航展上公開了“致勝”（Checkmate）輕型攻擊戰(zhàn)斗機樣機。該型機定義為第五代隱身多功能戰(zhàn)斗機，大量繼承蘇-57 戰(zhàn)斗機的技術，采用單發(fā)配置，最大飛行速度超過馬赫數(shù)2，作戰(zhàn)半徑1500 千米，具有超機動飛行性能，并可與無人機協(xié)同作戰(zhàn)。該型機預計將在2023 年首飛，2026-2027 年批生產(chǎn)。

研發(fā)先進無人機及相關技術

當前，國外正在著重發(fā)展能與有人作戰(zhàn)飛機協(xié)同作戰(zhàn)的低成本無人機作戰(zhàn)飛機、無人加油機、蜂群無人機等多種無人機，并不斷取得進展。

低成本無人作戰(zhàn)飛機繼續(xù)開展試驗。低成本無人作戰(zhàn)飛機采用隱身設計，可與隱身戰(zhàn)斗機協(xié)同作戰(zhàn)。美空軍XQ-58A 低成本無人作戰(zhàn)飛機技術驗證機2021 年3 月成功試驗空射“阿爾提烏斯”-600小型無人機，該小型無人機可執(zhí)行電磁戰(zhàn)、反無人機、情監(jiān)偵等任務。波音澳大利亞公司“空中力量編組系統(tǒng)”（ATS）無人機2021 年3月首飛，11 月完成第二架無人機首飛，該機是波音為澳大利亞皇家空軍研制的能與有人戰(zhàn)斗機編隊作戰(zhàn)的“忠誠僚機”。

美海軍MQ-25A 艦載無人加油機初步具備空中加油能力。自美海軍2018 年8 月授予工程研制合同以來，波音公司發(fā)揮數(shù)字工程等的技術優(yōu)勢、加快平臺開發(fā)進程，2019 年9 月即實現(xiàn)了MQ-25A 原型機首飛。2021 年6 月，MQ-25A 原型機通過掛裝的加油吊艙，成功完成對F/A-18F 戰(zhàn)斗機的空中加油試驗，8 月和9 月又成功開展為E-2D、F-35C 戰(zhàn)斗機空中加油試驗，創(chuàng)下無人機對有人機空中加油的多項首次試驗紀錄，標志著MQ-25A 無人加油機的相關技術已接近成熟。

蜂群無人機試驗取得進展。蜂群無人機以數(shù)量優(yōu)勢、作戰(zhàn)靈活性強、抗毀能力強成為當前發(fā)展熱點之一。2021 年1 月，英國完成“多架無人機輕松工作”（MDMLW）項目大規(guī)模蜂群演示驗證，演示了20 架無人機組網(wǎng)執(zhí)行態(tài)勢感知、醫(yī)療援助、后勤補給、爆炸物檢測和處置以及誘騙等任務的能力。美國防高級研究計劃局（DARPA）X-61A“小精靈”空中投放回收蜂群無人機項目2021 年11 月成功驗證X-61A 無人機的空中回收能力。試驗中，C-130 運輸機打開機尾艙門，使用被稱為“子彈”的機械裝置捕獲1 架X-61A，將其拖入貨艙完成回收。

美啟動發(fā)展高超聲速飛機驗證機

2021年7月，美空軍聯(lián)合私營投資公司授予美赫米爾斯（Hermeus）公司科研合同，開展一型渦輪基沖壓組合發(fā)動機（TBCC）的飛行驗證和3 架“夸特馬”高超聲速飛行驗證機的研制試飛等工作，這是美空軍近十余年以來首個高超聲速飛機驗證機研制項目。赫米爾斯公司隨后于2021年11 月展出了“夸特馬”首架全尺寸原型機。美空軍此次授出合同表明美高超聲速飛機研究邁出了實質(zhì)性步伐，將加快相關技術發(fā)展。

航空關鍵技術研究繼續(xù)得到重視

航空強國在飛機發(fā)動機、機載子系統(tǒng)相關技術方面取得突破，將為增強作戰(zhàn)飛機效能、提高安全性等打下技術基礎。

先進發(fā)動機技術研發(fā)取得進展

美自適應變循環(huán)發(fā)動機技術研發(fā)取得進展。自適應變循環(huán)發(fā)動機可根據(jù)需要提供更高推力和提升燃油效率，滿足未來戰(zhàn)斗機不同場景的作戰(zhàn)需求。美國GE 公司和普惠公司正開展發(fā)動機工程驗證機研制，2021 年5 月GE 公司已完成首臺XA100 自適應發(fā)動機全尺寸樣機試驗，2021 年8 月啟動第2 臺XA100 發(fā)動機驗證機試驗，試驗的順利進行有助于大幅度降低技術風險，為自適應變循環(huán)發(fā)動機進入工程研制做好準備。

俄公司完成脈沖爆震發(fā)動機樣機第一階段測試。2021 年4 月，俄羅斯聯(lián)合發(fā)動機公司稱已完成脈沖爆震發(fā)動機樣機的第一階段測試，各項指標均達標。當前，在增壓燃燒技術領域，旋轉爆震發(fā)動機已成為研制熱點，而脈沖爆震發(fā)動機經(jīng)過多年研究，仍存在實驗室未獲得理論上的性能以及振動難以抑制等問題。俄羅斯的上述進展為脈沖爆震發(fā)動機的研究帶來了希望，未來這種發(fā)動機可用于火箭、高超聲速飛機和航天器。

先進機載子系統(tǒng)技術展現(xiàn)良好應用前景

機載氮化鎵雷達技術邁向應用的步伐加快。目前國外正在開展戰(zhàn)斗機機載氮化鎵雷達的應用試驗，并在開發(fā)下一代戰(zhàn)斗機、無人機用的氮化鎵雷達。2021 年4 月下旬，美國雷聲公司透露為美海軍陸戰(zhàn)隊的F/A-18C“大黃蜂”戰(zhàn)斗機換裝了采用氮化鎵半導體材料的AN/APG-79(V)4 有源相控陣雷達，按計劃雷聲公司將在2021年12 月前向美海軍陸戰(zhàn)隊交付該雷達用于機隊升級改造。瑞典薩伯集團正在利用一架JAS-39D 雙座型“鷹獅”戰(zhàn)斗機試飛氮化鎵機載有源相控陣雷達，到2021 年7 月已完成包括對抗戰(zhàn)斗機目標在內(nèi)的一系列試飛。日本正在為F-X 下一代戰(zhàn)斗機研制氮化鎵有源相控陣火控雷達，英國和美國的新型戰(zhàn)斗機雷達設計方案中，氮化鎵已是用于下一代作戰(zhàn)飛機最有前景的半導體材料。2021 年9 月，雷聲公司推出一款緊湊型機載氮化鎵有源相控陣火控雷達，目標配裝教練機、無人機和直升機。

“自動對地防撞系統(tǒng)”功效受美國國會充分肯定。2021 年7 月，美國國會國家軍事航空安全委員會稱，機載“自動對地防撞系統(tǒng)”可有效防止飛行員飛行過程中喪失空間方位感導致的飛機失控和撞地事故，對于保障戰(zhàn)斗機飛行安全具有重大作用和現(xiàn)實意義。目前美軍自動對地防撞技術已在F-35A 和F-16 戰(zhàn)斗機上得到應用，正在開展對地防撞與空中防撞的綜合技術研發(fā)，有望應用于下一代戰(zhàn)斗機。

發(fā)展航空先進工業(yè)技術優(yōu)化航空裝備研制生產(chǎn)過程

以數(shù)字工程技術、先進制造技術等為代表的航空先進工業(yè)技術研發(fā)正在加快研發(fā)與應用，為新型航空裝備的快速推出提供保障。

數(shù)字工程技術擴展應用到多型航空裝備研制

X-61 無人機回收

國外新型航空裝備研發(fā)過程中正不斷擴展數(shù)字孿生、數(shù)字線索等數(shù)字工程技術的應用，促進航空產(chǎn)品壽命周期的成本降低和效益提升。2021 年5 月，波音公司宣布首架T-7A“紅鷹”高級教練機在不到30 分鐘內(nèi)實現(xiàn)了前后機身對接，與傳統(tǒng)對接流程相比，耗時減少95%，質(zhì)量得到顯著提高，驗證了數(shù)字工程技術應用的優(yōu)勢。2021年6 月，美空軍裝備司令部宣布設立常設的數(shù)字轉型辦公室，專門負責推進空軍和太空軍向以數(shù)字工程為核心的數(shù)字組織轉型，表明美空軍已經(jīng)將數(shù)字工程作為長期推進的關鍵戰(zhàn)略任務，正在常態(tài)化推進數(shù)字工程轉型。目前，美空軍的多個研發(fā)項目中已試點應用數(shù)字工程，包括NGAD 戰(zhàn)斗機、F-15EX戰(zhàn)斗機、B-52H 轟炸機換發(fā)、T-7A“紅鷹”高級教練機、“天空博格人”無人機、高超聲速飛行器等。英國“暴風”戰(zhàn)斗機、日本F-X 下一代戰(zhàn)斗機等裝備項目也已宣布采用數(shù)字工程技術來提高設計、研制、生產(chǎn)和維護的效率。

創(chuàng)新航空制造技術助力新型航空裝備開發(fā)

國外航空裝備制造商正不斷加強先進制造技術開發(fā)，以實現(xiàn)航空裝備生產(chǎn)效率的提升。美快速低成本制造技術研究取得進展。美國連續(xù)復合材料公司于2021 年4 月宣布為美空軍研究實驗室“面向制造的機緣結構設計”（WiSDM）項目，成功制造了一副低成本可消耗飛機的機翼。該機翼采用創(chuàng)新的結構設計和翼梁連續(xù)纖維3D 打印（CF3D）、翼肋長纖維注射成型、增材制造工裝、蒙皮自動纖維鋪放、自動鉆孔和機器人裝配等制造工藝，實現(xiàn)了制造成本的降低和交付周期的縮短，為低成本可消耗無人機研制生產(chǎn)提供了新的制造技術儲備。美洛克希德·馬丁公司“智能工廠”建設初具規(guī)模。2021 年8月，洛克希德·馬丁公司宣布其位于加州帕姆代爾的“智能工廠”已完成基礎設施建設，該設施融合了智能工廠框架、技術賦能的先進制造環(huán)境、靈活的工廠結構，綜合運用了機器人、人工智能和增強現(xiàn)實等技術，具備快速和靈活滿足用戶產(chǎn)品制造需求的能力，將為美軍先進航空裝備生產(chǎn)提供支持。