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空权新边疆

2016-05-14王宏亮

航空知识 2016年9期
关键词:空战视距超声速

王宏亮

未来的大国空军很可能装备两款六代机。其中,无人战斗机将主要承担国土防空任务,有人战斗机则用于摧毁突破无人机防线的漏网之鱼,并为无人轰炸机或无人攻击机护航。

美国ATF计划发端于20世纪70年代,五代机的4S标准于80年代中期被明确。彼时,全球第一款第四代战斗机F-14已经服役了十多年。如今,距离F-22正式形成战斗力也已过去10年。按照装备研发的正常节奏,第六代战斗机的最初方案设计应该已经启动。2010年11月3日,美国空军装备司令部(AFMCl即向工业界发布了一份信息征询通告,要求工业界提供可在2030年左右形成初始作战能力的“下—代战术飞机系统”的形态构想及能力/技术需求信息。六代机的概念设计从这一刻正式拉开帷幕。

不过与之前的战斗机换代不同,六代机除了在技术性能上必须取得对五代机的跨代优势外,还很有可能将人类空战史首次带入无人机时代。这恐怕也是六代机在概念论证阶段就需要首先明确的。未来,无人机空战将在很大程度上颠覆人类近百年形成并日臻完善的制空权理念,其革命性意义远远大于五代机所提出的4S标准。

第六代空战维度

2010年11月5日,美国国防部航空系统中心率先宣布了第六代战斗机研制信息的征询书。其中对第六代战斗机的基本要求是:新飞机能够在2030年前达到初始作战能力,这将是替代F-22“猛禽”的第一步,并且规定第六代战斗机将只替代F-22。

已全面垄断美国五代机研制的洛克希德一马丁公司很快对征询书作出回应。该公司负责业务开发的副总裁鲍勃-韦斯表示,洛马的臭鼬工厂已经在研究第六代战机的特定技术,其性能包括以高于5马赫的速度进行高超声速飞行、多光谱隐身和传感器融合系统。

为了在六代机竞标中夺回失去的阵地,波音公司的鬼怪工厂也拿出了第六代F/A-XX无人战机概念图,其采用翼身融合结构,从驾驶舱到鼻锥为常规战机外形,但机尾部分取消了垂尾,与B-2隐身轰炸机酷似,有无人和有人驾驶两种方案。F/A-XX如果采用亚声速巡航,续航时间将高达50小时,作战半径达到史无前例的上万千米;而如果采用高超声速巡航方式,其作战半径则超过1600千米,并具有全频谱隐身能力。在机载武器方面,美国空军要求六代机必须配备定向能武器,如高能微波或激光炮,可防御来袭导弹。

从洛马和波音的预研方案不难看出,美国人设想的六代机很明显与方兴未艾的高超声速飞行器相匹配。在未来的高超声速战场,本方与敌方的空袭平台很可能具备一小时打遍全球的超远程高超声速飞行能力,对于防御方来说,用于拦截敌方空袭的第六代战斗机也必须具备同级别的高超声速飞行能力;此时进攻方就有必要配备为高超声速轰炸机提供全程护航的高超声速战斗机。当高超声速护航战斗机遭遇高超声速截击机,空战便在一个全新的维度爆发了。

六代机的第二项性能跨越是作战空域。要实现高超声速飞行,就必须尽可能回避空气阻力。现有高超声速飞行器的飞行高度至少在2万米以上,如果还需要1万千米以上航程的话,则飞行高度将进一步上升到3万米以上的亚轨道空间。相比之下,现有第四代和第五代战斗机的飞行高度只有1万多米。既然六代机必须在超高空域飞行,交战双方就必然会出现对该空域的控制权争夺,3万米以上的空战将不再是科幻故事。

高超声速空战的技术基础是超燃冲压发动机。传统涡扇或涡喷发动机均需要吸入大量的空气,但在2万米以上高空空气非常稀薄,传统航空发动机的工作效率将变得非常低。同时,涡扇发动机发展到F-119和F-135这一级别,其动力潜能基本已经挖掘殆尽。该类发动机无法将飞行器带入高超声速领域。只有超燃冲压发动机才能在超高空恶劣工况下提供高超声速飞行所需的动力。

隐身和超机动取舍

美国六代机预研方案中所要求的全频段隐身可以看做是对现有技术的进一步扩展。F-22等全隐身飞机实际上只能对特定频段的雷达波实现隐身,俄罗斯等国近年来大力研究的反隐身雷达正是抓住了隐身飞机的这一弱点,通过发射特殊频段的雷达波来达到反隐身目的。在此情况下,美国空军要求六代机必须具备全频段隐身能力,即可以在所有可用电磁波频段内隐身飞行,其中甚至包括可见光波段。

为六代机配备定向能武器并不让人奇怪。美国空军早在多年前的ABL空基反导试验平台上就测试过机载激光炮。该计划后来因预算问题下马,但其实验成果肯定将用于六代机的相关方案。定向能武器对于六代机来说具有双重意义:首先,它将让六代机具备反导能力,当高超声速空战来临时,这种反导能力也可以用于摧毁除弹道导弹外的其他高超声速飞行器;其次,六代机由于飞行速度和作战空域太高,传统的气动控制型导弹既难以机动,速度也无法满足被急剧压缩的攻击窗口要求。定向能武器不仅速度够决(接近光速),且在近真空环境下反倒具有更好的毁伤效果,很适合六代机使用。

六代机是否还需要超机动性是另一个值得关注的问题。至少在五角大楼的第六代战斗机研制信息征询书中没有提到这方面内容。如果从技术角度分析,飞行器在2万米以上空域飞行,且速度达到5马赫以上时,传统的气动舵面控制几乎完全不起作用,飞机的大过载机动主要靠发动机的矢量推力来完成,但根本不可能有任何发动机能够提供如此强大的瞬时可控矢量推力,且机体强度也无法承受巨大的瞬时横向过载。

另一方面,如果视距外武器的可靠性和命中率足够高,视距内空战就没有必要。且由于飞行速度过快,战斗机之间很难保持很小的视距内距离。因此,高超声速飞行中的战斗机并不需要超机动性。

然而,对于均实现全频谱隐身和高超声速飞行的六代机来说,超视距空空导弹或者定向能武器也不一定就能完全解决问题——毕竟攻防双方都很难在远距离发现对手,且受攻击方的高速规避能力很强。同时,六代机也不可能只在2万米以上高空作战,某些任务仍需要中低空作战,此时空气阻力会显著降低飞行速度,传统的五代机式空战还是有可能发生。在这样的空战环境中,超机动性仍然是必要的。

要想在一个平台上同时实现高超声速和超机动性几乎是不可能完成的任务,1966年服役的“黑乌”战略侦察机可以3-2马赫速度巡航,却无法在空中做任何“机动动作”。也许未来的六代机可以实现这一点,但必然存在难以想象的技术挑战。

人工智能的能与不能

在高超声速、超高空域、全频谱隐身和定向能武器这几项性能被确定后。六代机真正需要讨论的就是有人还是无人的问题。

几乎可以肯定,无人机在未来必将取代有人战斗机,成为人类最主要的制空权争夺利器。这就像飞机必将取代飞艇,喷气式战斗机必将取代活塞螺旋桨战斗机一样符合“自然规律”。当前,第六代战斗机的研制者们必须尽快明确的是,无人机空战是否会在六代机身上实现?还是要等到七代机、八代机……?

无人机相对于有人机的优势很多:首先,它可以真正实现零伤亡空战;其次,由于不再需要生命保障系统和飞行员培训,无人机的批量制造成本有望大幅下降,从研制、试飞、生产、列装,到形成战斗力的时间也将急剧压缩;最后,一架不需要考虑人体生理承受极限的战斗机可以更充分发挥技术本身的潜能,无人战斗机纯数据上的超机动性与高空高速性能肯定将超出飞行员的想象。

无人机现阶段所存在的问题则只有一个:现有的人工智能技术还不足以应付瞬息万变的空战环境,即便把时间后推30年,人类是否能在2045年前研制出类似电影《绝密飞行》中的智能化无人机,也还是个大大的问号。

因此,六代机的无人化将主要取决于人工智能技术在未来20至30年的发展程度。从波音为美国空军准备了有人和无人两个方案来看,美国人对于六代机完全实现无人化还是没有十足的把握。

进入21世纪以来,无人机技术的发展非常迅猛。已经从靶机、侦察机、察打一体型无人机,向更复杂的无人攻击机迈进。未来20年内,美国的X-47C、俄罗斯的“电鳐”、法国的“神经元”、英国的“雷神”,以及中国的“利剑”无人作战飞机均可能列装服役。不过,该类飞机实际上与第六代战斗机没什么关系。它们只能用于对地对海攻击,且大多采用机动性不佳的飞翼式隐身布局,只能在中低空亚/跨声速飞行。简单地说,现有的无人隐身攻击机不具备任何空战能力。

从无人攻击机到无人战斗机,虽然都可以作战,两者对人工智能技术的要求却有云泥之别。无人攻击机的作战模式相对简单,其依靠现有的传感器技术,凭借预先航路规划、卫星导航、数据链控制,以及简单的自主飞行能力即可完成任务。战斗机却完全不同,空战环境瞬息万变,需要人脑的主观判断、逻辑分析和瞬时反应能力,这在当前仍然是计算机所无法取代的。

有人机搭档无人机

在不同的空战环境下,人工介入程度存在很大不同。相对而言,超视距空战更有可能率先实现无人化,由于敌我相距较远留出了足够的反应时间,理论上飞行员仅需要解决目标识别问题,即可将攻击操作完全交给机载计算机,而精确的自动目标识别也并不存在重大技术障碍。因此,对于一架主要执行截击任务的六代机来说,无论是在超高空、高超声速领域,还是在传统空战领域,均可以完全依赖机载电脑和空地数据链实施超视距截击。

然而,上文我们已经分析过,第六代空战仍将覆盖传统空战模式,视距内格斗仍有可能出现。在此情况下,机载计算机与传感器很难操作飞机在最合理的时间做出最合理的战术决策,无人战斗机面对有人战斗机时很可能会被耍的像无头苍蝇。在截击任务中,如果敌方能够突破无人战斗机的超视距拦截,有人战斗机参与的视距内空战就无法避免。而在更复杂的进攻性空中战役中,如果本方攻击机群成功突破敌方的超视距拦截,也必然会与敌方战斗机在视距内相遇。因此,进攻方除了编配无人攻击机外,还需要一定数量的有人战斗机为无人机护航。

分析表明,第六代战斗机完全实现无人化的可能性不大,但轰炸机、攻击机和侦察机等其他机型则有望全面无人化。在一支编配完善的空军或海军航空兵中,将很可能同时装备两款第六代战斗机。其中,无人战斗机主要承担国土防空任务,它们具备在超高空域的高超声速巡航能力,搭载有完善的定向能和空空导弹武器系统,在强大机载计算机和相控阵雷达控制下,无人机编队可以对敌方来袭目标发射大量的高精度远程拦截弹药。无人战斗机将不要求超机动眭,其成本受到严格控制,以便于大批量生产。

第六代有人战斗机的任务则可以分为两类,在防空任务中,有人战斗机与无人战斗机搭档作战,主要用于摧毁突破本方无人机防线的少数漏网之鱼。而在空袭任务中,有人战斗机则为无人轰炸机、无人战斗轰炸机或无人攻击机护航。有人战斗机在传统空域内仍保留不亚于F-22的亚声速与超声速机动性,且为了能够与无人机编队作战,还将具备和无人机相匹配的高空高速性能,因此,其技术难度与制造成本远高于无人战斗机,最终装备数量也比无人战斗机少。

逆袭良机

目前,除了美国与俄罗斯已经在官方层面启动六代机预研计划外,其他国家对六代机还处于概念讨论阶段。其最终的结果很可能仍然是跟随。无论是高超声速还是全频谱隐身,六代机初步的发展方向均是由美国提出的,这与当初美国率先推出4S标准并引领五代机发展潮流的情况何其相似。

美国的目标是在2030年通过六代机彻底拉开与竞争对手的空权差距,其放弃F-22采购的目的之一也正是希望集中财力在六代机研制上,已经在五代机竞争中认输的欧洲似乎也有相同的打算。对于中国和俄罗斯来说,两国的五代机研制正处于关键阶段,但不应就此忽视那些更加前沿的技术领域。哪怕仍是跟随,也必须尽可能“跟紧点”。

从技术角度看,在无人作战飞机领域,各国显然已经展开了激烈竞争,美国的实际优势并不大。而在高超声速飞行器方面,中俄同样正加紧追赶美国的脚步。如果能够充分认识到技术预研的重要性,尽快明确性能需求和研制方向,并加大投入,中俄与欧洲有望在六代机竞争中缩小之前与美国战斗机工业存在的巨大差距。

此外,六代机对于那些在五代机竞争中失意的航空巨头们也是一次翻盘的机会。诺格已经在无人作战飞机方面占得先手,而波音也推出了自己的六代机预研方案。在欧洲,当前“神经元”和“雷神”的竞争最终很可能走向联合,无论是法国主导的EADS还是英国的BAE都无法独自承担六代机研制的巨额成本和风险。而对于中俄来说,米格和沈飞曾有着辉煌的过去,它们同样渴望在六代机市场上占有一席之地。

责任编辑:王鑫邦

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