天空争霸赛,全球空军进入战斗机的“六代机”研制?

众说纷纭“六代机”

△F-100“超佩刀”是F-86的后续机型,它开启了喷气式战斗机的划代

近日,法国和德国宣布将于2019年启动“下一代战斗机”验证机设计,追寻未来战斗机的阵营中又多了一员。“六代机”,一个遥远又近在眼前的概念,心仪者甚多,然触及者寥寥。与五代机初生之时的低调内敛不同,六代机尚在襁褓之时就已名声大噪。可是,后者却不如前者来得“实在”。当年F-117首度亮相便完美演绎了五代机的梦幻轨迹,而六代机的概念和模型虽已现身多年,却始终未见真容。这或许意味着,各国对六代机的标准还未达成共识。在五代机仍为稀缺的时代,众说纷纭的“六代机”仿佛是一个谜。谁能率先拨开这层迷云,谁就能在激烈的未来空中争夺中占得先机。

“六代”从何而来

“六代机”指第六代喷气式战斗机,至于为什么是第六代,这源于冷战时期两大阵营无处不在的较量。二战末期,在经年累月的战争中积淀催化的新技术层出不穷,其中最醒目的当属空中作战平台从螺旋桨到喷气式的飞跃。20世纪40年代末,美苏几乎同时装备了第一款成熟的喷气式战斗机F-86与米格-15。当时双方并未对战斗机进行代际划分,毕竟只有一代。直到第一款实用的超音速战斗机F-100出现,美国将其称为第二代喷气式战斗机,不仅在技术上也在名称上将苏联甩在了后面。在那个年代,这是绝对无法忍受的。于是,苏联立马回敬以米格-19,也将其称为第二代喷气式战斗机,以表示自己并不落后于美国。二代机的出现意味着F-86和米格-15就自然而然成为了第一代喷气式战斗机,从此开启了喷气式战斗机代际划分的时代,同时也产生了两个并行的划分标准——美国标准和苏联/俄罗斯标准。

既然两个标准的起点相同,那么为何现在很多场合对于同一机型有不同代际划分呢?差异出现在三代机上。在苏/俄标中,第三代战斗机专指采用变后掠翼设计的战斗机,代表机型为米格-23和F-14。但这一标准在美标中只是早期的三代机。后者对于三代机的定义更加宽泛,指基于二代机强化动力并提升飞控航电能力的多用途战斗机,代表机型除米格-23和F-14外,还包括苏-27、米格-29、F-15、F-16、F/A-18等,而这些,在苏/俄标中则被划归为四代机。也就是说,美标的三代机实际上是苏/俄标的三代、四代之和。

△米格-23成为美俄关于战斗机划代标准不一的“分水岭”,其采用了变后掠翼设计

那么,问题又来了。为何两个标准在“六代机”上又达成统一了呢?让双方“和解”的是F-35。F-35虽较F-22在单机性能上稍显不足,但其信息能力更强,在强调网络化作战的今天,美军认为F-35比F-22实际上高出一个代次。所以,美军将F-22划为第四代战斗机,而将F-35划为第五代战斗机。2017年,美国正式称F-35为第五代战斗机。当然,这里面或许依然存在冷战思维。毕竟,谁也不想比对方慢一步,况且还是一直领先的美国人。

探索的原动力

尽管F-35的上市让五代机加速扩散,但在特殊的政治门槛和巨大的技术壁垒背景下,装备五代机的国家依然屈指可数。况且,具备独立研发五代机能力的国家更是仅有中美俄三国。对于绝大多数国家而言,五代机尚且难以寻觅,六代机更是遥不可及。换句话说,如今,拥有五代机足以笑傲蓝天。而这些已经站在金字塔尖的国家为何还要耗尽心思发展六代机呢?

一方面,五代机亮相至今已近30年,技术特点早已不是秘密,随之而来的是制约和对抗五代机的技战术也层出不穷,代际问的巨大优势被平衡了许多,五代机不再安全。

另一方面,中俄五代机的快速突破和F-35的普及,让五代机正成为各国军火库的标配,各国空战装备的技术水平已处同一层次,差距只在数量。对于追求无限优势的武器装备而言,这是最原始的发展动力。

当然,在目前已公开六代机计划的主要国家中,也有各自的特殊原因。而这些原因,也直接导致了它们在研发起点、进度,以及对六代机的设计上的差异。

美国:一马当先

对于美国而言,展开六代机的研究很大程度上是因为时机条件均已具备。此前,美军曾多次计划重启F-22生产线以应对新的全球挑战。但经过评估,这一计划耗资巨大且无法在技术上取得对战略对手的明显优势,不如直接发展六代机。同时,作为世界航空领域的领跑者也是最先发展五代机的国家,美国对下一代空中作战平台的探索和研究已开展多年,投入了大量人力物力,技术储备已足够,进入六代机的研发显得顺理成章。

2010年11月,美国空军向工业界发布了一份信息征询通告,要求工业界提供关于可在2030年左右形成初始作战能力的新战机计划草案。在此指引下,波音、洛·马、诺·格公司等主要军工企业均推出了各自下一代战斗机的概念设计。2015年初,美空军正式启动“下一代战斗机”项目,名为F-X,当时预计2018年完成需求分析工作。

△洛·马公司的六代機概念图,最大特点是尾翼下折△诺·格公司的六代机概念图,外形上与该公司研发的B-2轰炸机比较相似

虽然美空军在2016年发布的“2030空中优势”研究中,并未将F-X称为“六代机”,但从目前透露的相关技术要求上看,F-X较现役五代机改变较大。

△美国空军关于六代机的设想,更像高超音速飞行器

首先,F-X的气动外形将更加简洁,并且机身更大,上述军工企业不约而同地在概念设计中都取消了垂直尾翼。其次,F-X的最高速度将超过5马赫,同时还要求在起飞、亚音速、跨音速、超音速和高超音速飞行状态下均能稳定操作。第三,F-X将继续增强隐身性能,尽可能在速度和隐身上实现完美平衡。最后,主动式激光防御系统将成为F-X的标配,人工智能技术和更加强大的网络联通能力也在配置清单之中。

按照美军的传统,海空军向来都是同时发展不同款式的新型战机,从目前美国海军公布的下一代舰载战斗机的相关信息来看,主要战技需求与F-X基本相仿。可以说,即便F-X不是六代机,它也很大程度上代表了美军对六代机的技术认定,基本勾勒出了未来美军六代机的大致轮廓。

俄罗斯:筹划已久

苏联解体后,俄罗斯受困于经济条件,在先进军事技术发展上大幅落后于曾经的对手。随着俄强力复苏,面对西方世界的战略围堵,其国家安全战略渐趋外向,与美国分庭抗礼的意味愈发浓厚。这也决定了其在尖端武器装备研发上必须走在前列,六代机是绕不开的一环。而现实中,苏57在五代机的竞速中已经落后且性能并不突出,这也促使俄急于在六代机发展的起点上取得领先。


△苏-57的逐渐成熟让美军的空中优势被大幅削弱,发展六代机成为保持技术领先的重要手段

虽然俄罗斯早在2016年3月就宣布开始研发六代机,随后也放出了不少概念设计图,但实质性的消息披露的并不多。从媒体的相关报道来看,苏霍伊公司正在研制的“猎人”隐身无人机很可能成为俄六代机的原型机。该机采取无尾飞翼式气动布局,起飞重量达到20吨,最高速度可达1000千米/小时,具备自主完成各种作战任务的能力,还可能安装新型雷达,强化对隐身战机的探测能力。

有趣的是,不久前,俄红星电视台一档现场直播节目无意间曝光了疑似俄六代机的模型。该型战机最突出的特点是垂直尾翼尺寸较大,这与传闻中俄曾经发展的一种名为“鸽子”的新型战机外形特征比较相似,这种设计能够有效增加升力并减少阻力。可见,俄下一代战机的核心指标依然是强大的机动能力,这也符合俄系战机一贯的设计思路。据称,俄空天军六代机将具备高超音速飞行能力,最高速度将达到5~6马赫,首架原型机预计于2025年首飞,也有可能会提前到2023年。

不过,从近年来俄在发展新型装备上的“不靠谱”行为来看,其六代机到底长什么样、什么时间能现身还要打上一个大大的问号。

欧洲:雄心壮志

失去了战争威胁的牵引,加上经济持续恶化带来的军费削减,如今的欧洲在军事领域越来越没有存在感,尤其是五代机的空白让欧洲在军用航空领域几乎沦为二流。不过,曾经的世界舞台中心必定不甘于被遗忘,与其在上一段竞赛中奋力追赶,不如抢先进入下一赛道。聪明的欧洲人不会放过这个难得的机遇,于是,欧洲六代机的“弯道超车”高调上演。

就像此前许多先进装备一样,欧洲已经习惯也只有采取联合研制的方式来分担风险和经济压力。欧洲的六代机计划目前有两个,分别为法德合作的“下一代武器系统”(NGWS),或称“未来空战系统”(FCAS),与英国独自推出的“暴风”战斗机。

△国外媒体根据公开消息描绘的俄罗斯六代机想象图,其进气口采用了类似SR-71“黑鸟”的设计△英国的六代机“暴风”,外形跟现役五代机比较相似,未来感不强△法國海军未来舰载战斗机想象图,其采用了翼身融合设计,隐身性能较好

前者在2017年底的国际战斗机大会上以视频形式首次亮相,空客公司放出包括新一代战斗机在内的“未来空战装备体系构想”视频,视频中的欧洲未来作战飞机与现役五代机比较相似。不过到了2018年4月,法国达索公司宣传片中的“未来欧洲战斗机”已经摇身一变,成为了翼身融合的科幻风格,更像“六代机”。2018年6月19日,法德两国正式签署了共同开发新一代战斗机的防务合作协议,标志着欧洲首个六代机计划启动。该计划在法国主导下预计于2040年投入使用,未来将替代“阵风”和“台风”战斗机。

后者于2018年7月在范堡罗航展上亮相。据航展上透露的消息,“暴风”战斗机源于一项名为“未来作战航空系统技术倡议”的联合投资项目,计划在2025年开始下一代战机的验证机试飞。此后如果进入装备研制,将在2035年前向英国皇家空军交付,以取代将在2040年退役的“台风”战斗机。至于F-35,英国人从始至终都不是太满意,发展六代机很大程度上也是因为这个原因。从“暴风”的模型上看,除去无尾翼的气动布局,其余设计与现行主流五代机基本一致。据称,人工智能和高度信息化这些“看不见”的技术是其主要亮点。当然,强大的网络联通能力和激光武器也不会缺席。

不过,仅靠英国显然难以独立完成六代机的研制,吸收其它合作伙伴势在必行。从目前披露的消息看,意大利和荷兰已经决定加入该项目,瑞典也已基本成行。此外,韩国、日本、土耳其、沙特阿拉伯等国家都有意向参与合作。但这些国家研发先进战机的经验较少,这对项目推进是一个潜在的挑战。而法德这边情况或许稍微好一点,西班牙已明确表示想加入计划。这样来看,欧洲六代机或许最先会从法德这里突破。

日本:有心无力

日本一直有独立研制新型战机的愿望,这从其不惜以更高价格获得F-35也要在国内建立生产线可以看出。此前,日本独立研制的“心神”技术验证机进行了多次试飞,成功完成了相关试验。就在外界纳闷为何“心神”没有后继者时,日本于2016年公布了新一代战斗机F3的设计草图,并将其定义为“第六代战斗机”,明确了基本标准——“3I”,即信息化、智能化、快速反应。

然而,研制战机不是画动漫,日本人在这方面的技术储备和经验都比较欠缺。F3一直未取得明显进展,媒体曾多次曝出日本寻求与美国的合作,希望对方提供相关技术。在2018东京国际航空宇宙展上,日本首次以视频方式展示了潜心2年设计的F3。滑稽的是,屏幕里的F3几乎就是F-22与F-35的“杂交品种”,或许美国人真的暗地里给了不少支持吧。

最初,日本防卫省准备在2018财年决定该项目,计划在2027年前后开始批量生产。目前来看,项目延期已是板上钉钉。日本也在同时寻求与英国的合作,参与后者的“暴风”战斗机计划,可英国在研发六代机上也是个“半吊子”,双方的合作不怎么令外界看好。

猜想

显然,六代机到底是什么样子,现在谁也说不准。不过,从世界主要国家对六代机的设计思路上,还是能够一窥未来的模样。

一是更强劲的动力系统。“天下武功,唯快不破。”速度永远是空战理论中的核心要素。在航空武器上,动力先行是行业默认规则。毫无疑问,六代机将拥有比五代机更加强劲的动力。美国空军首席科学家杰弗里·扎卡里亚斯曾表示,无论是在武器还是推进应用方面,抑或二者皆有,高超音速技术都将是未来飞机设计中非常重要的部分。动力源于发动机。可以预见的是,六代机的发动机会从原理上进行突破,目前比较公认的是采用变循环发动机技术,实现速度与油耗的完美结合。

△日本公布的六代机F-3概念图

二是更完美的隐身设计。相对于五代机某个频段或者某个方向的隐身,六代机或将实现全频谱和全向隐身。要实现这一目标,除了采用新型的隐身涂料外,战机外形必定也会较现役五代机发生比较大的变化。目前来看,取消垂直尾翼很可能成为重要选项,整体打造类似于B-2轰炸机的飞翼式设计。

三是更先进的操控方式。六代机很可能实现有/无人相结合的驾驶方式,高度的人工智能技术应用将使飞行员能够更加高效地操控战机、更加有效地处理战情,诸如AR头盔、全息投影等技术都会出现在六代机的驾驶舱内,实现“用眼神杀死对方”。

△变循环发动机结构示意图。传统涡扇发动机拥有核心机和涵道两种气流形式,而这种新型发动机增加的第三个外流道能提供额外的冷却空气。三种颜色的箭头表示发动机三流道设计的气体流向

四是更顺畅的通联能力。相对于看得见的“硬实力”,看不见的“软实力”也许才是六代机的发展重点。毕竟,要上天就必须遵循基本的气动布局设计规则,而网络空间的自由度则要高得多。负责美空军“2030空中优势”研究的格林科维奇准将曾表示:“当我们考虑空中优势的时候,我们不再只考虑战斗机空战。我们需要考虑它应具备的网络能力,从而一道实现空中优势。”未来的六代机应该能够作为空中作战体系中的任一通信节点,实现战场情报的实时共享和战场态势的全域感知。同时,它还能作为网络中枢对有/无人机编队进行联合指挥调度,甚至取代预警机。

总的来说,六代机必将是从内到外显著区别于现役五代机的全新装备,它带来的不仅是航空技术的变革,更是对空战方式的巨大颠覆。

少数强者的游戏

变革和颠覆意味着超高的实现难度,六代机要迈过的坎还很多。这一过程,既有挑战也有风险。

6年前,美国空军实验室与普惠和通用电气公司分别签订了“自适应发动机技术发展”(AETD)计划,要为下一代战机选用高推重比(大于12)的变循环发动机,目前仍未有比较明显的进展,技术攻关难度极大。而极致的隐身与极致的速度从来都是悖论,如何同时实现也需要从战机设计上进行本质上的革新。此外,新一代战机超机动还有一个不得不考虑的现实问题,就是机体和驾驶员的g值承受能力。在高马赫数下,大力推动机头转向所带来的巨大加速压力很有可能直接将飞机压碎解体。如果不考虑人体限制进一步增强机体强度则不可避免带来结构重量暴漲,这更有可能得不偿失。

至于更加“简单”的作战方式,说起来简单做起来不简单,需要的是无处不在的传感器和极高的可靠性。而网络通联能力虽然在F-35上已经小试牛刀,但一来还不够成熟,在通信质量和时效上还需要进一步提升。要知道,战场瞬息万变、战机稍纵即逝。二来还不成体系。通信不是单向的,如果大多数空战装备都不具备实时高效的网络通联能力,那六代机再强,也不过是一座“孤岛”,发挥不出实力。从这一点来说,六代机的发展并非仅仅是研制一款新型战机,而是打造一套先进的空战体系。例如法德联合研制的“未来空中作战系统”,其中包括六代机,以及配套的巡航导弹、无人机群等一套完备的未来空战体系。

抛开技术难度,无法估量的巨额投资也是横亘在六代机追逐者眼前的一道障碍。英国花了20亿英镑不过造了个六代机的模型;日本准备了5000亿~8000亿日元,我们能看到的只是一段CG动画。参考F-22和F-35数百亿美元的研发费用,对六代机的投入一定是天文数字,仅这一点,就足以让绝大多数国家望而却步了。

六代机,终归是少数强者的游戏。

四代同堂

在和平与发展的时代大背景下,尽管地区冲突不断,但大国间爆发高强度、大规模战争的几率并不算太高。六代机更像是一种战略威慑的手段,象征意义大于实战价值。从这个角度分析,六代机的脚步不会太快,在今后很长一段时间里,空中的主角不会是它。不过,可以肯定的是,三代、四代、五代、六代机“四代同堂”的局面很可能在未来的天空出现,这是科技进步带来的壮丽画面,也是时代赋予的全新课题。

作者:杨王 诗剑