看[心神]樣機

中秋

“心神”的研制背景是什么？

中：日本雖然在二戰中失敗，但在冷戰期間又恢復起很強的軍事力量。日本航空兵是美國用以圍堵蘇聯和中國的側翼力量，裝備了F-4EJ、F-15J和F-1等飛機近400架，還參照美國F-16改進設計了F-2以取代過時的F-1戰斗機。

日本航空工業很多電子部件和金屬、非金屬材料處于世界領先，但缺乏完成先進戰斗機的政治和技術條件，也沒有設計經驗和技術隊伍。F-2在研制時受到美國的政治限制，即使對F-16C的設計基礎進行大幅改進，F-2仍沒最終達到日本自衛隊的要求。但是，日本軍方和政府利用F-2的研制機會，冒著增加技術風險和隱藏缺陷的危險，在項目中采用整體復合材料結構和AESA雷達這些新技術，盡可能利用項目帶動科研體系。

F-2雖然留有很多問題，但技術先進性無可質疑，也使日本走過了發展先進戰斗機的過程。F-2按計劃在2011年停產，早在之前20年的1991年，日本就已開始考慮發展替代的新機。日本軍方計劃的F-2后繼機，將采用與F-22/35相當的技術，與F-2同樣用項目帶動整個系統發展。被稱為ATD-X的新機研制項目仍然被交由設計F-2的三菱重工。按照2009年確定的研制時間表，首架樣機已經按計劃在2014年完成，2015年交自衛隊進行飛行驗證。目前看，中期目標已經實現，后續測試要考慮到技術和非技術因素的影響。

從“心神”樣機可以看出哪些設計特點？

中：按照ATD-X項目開始時的規劃，新機長14米，翼展9米，機高4米，采用2臺帶加力燃燒室的XF5-1渦扇發動機。ATD-X的目的是完成隱身氣動設計、推力矢量和光傳操縱的技術開發，利用實際飛行確定隱身外形和高機動的控制效果。

日本防衛省很重視“心神”項目，政府也投入了很大的資源，整體設計體現出很強的針對性。“心神”的設計重點并不是達到具體的戰斗力，而是為了建立先進戰斗機的系統科研生產體系，將技術重點放到日本工業體系中有優勢，并不容易從國外引進的關鍵項目之中。

“心神”的結構尺寸并不大，既可以回避大尺寸整體框架類技術的高投入，又最大可能提供驗證技術的平臺，將技術和資金投入重點放到氣動布局、先進材料應用、高技術動力和矢量推力，及在應用上相對較成熟的光傳飛控系統。“心神”將可以引進的技術和成品的綜合放到次要位置，較常規的結構、起落和座艙部分則盡可能利用現有成品。

三菱重工為了加快技術進展和降低成本，在“心神”樣機上大量應用成熟飛機的部件，如F-2的起落裝置和T4的座艙系統。ATD-X樣機只計劃制造1架，現在的“心神”樣機并不是真正按照原型機標準設計，甚至與全尺寸的X-33/35驗證機也不同，但符合作戰飛機意圖的設計又意味著ATD-X不是X-31這類沒有實用意圖的純技術驗證機。目前的“心神”驗證機是比技術驗證機更仿真，比自由飛模型更有實用測試價值，又比正式驗證機更便宜的牛間方案，是綜合平衡技術、成本和成熟度后的結果。

“心神”的推力矢量為什么采用折流板的方式？

中：按照三菱重工之前公開的數據和資料，xF5-1渦扇發動機采用了數字式控制系統，并綜合了數字式折流板矢量控制，實現了基本的推一矢綜合控制要求。發動機控制與飛機的光傳系統組合，又能夠實現基于氣動和矢量的飛一推一體化。

折流板矢量系統與發動機噴管隔離的特點，使其驅動設計的難度很低，也不需要考慮復雜的密封和燒蝕問題。折流板的優點是控制簡單，但獨立于噴管的折流板重量較大，會影響到飛機的重量配平。同時，折流板之間無法實現密封，在工作時發動機噴流會從板體間泄漏，影響發動機在矢量驅動狀態下的有效推力。

無論是折流板還是軸對稱噴管矢量，都存在持續工作時間和壽命的問題，推力也都會受矢量工作的影響。按照技術可靠性數據分析，基于燃氣密封的要求，相比折流板，軸對稱矢量噴管的技術難度更大，可靠性要求也更高。

從現有的技術條件看，矢量噴管的工作壽命只有發動機的10%左右，但因為在標準的作戰飛行過程中，矢量噴管單次使用只需要持續幾秒的時間，因此噴管的理論壽命甚至比發動機還長。如果不是純矢量控制的無尾飛機，將矢量噴管壽命增加到上千小時，難度既大又沒有必要。從實際使用看，F-22A、T-50和“心神”的矢量系統根本不需要多長的壽命。尤其是現在的“心神”只是技術驗證機，甚至算不上全尺寸，矢量主要是為飛控提供仿真的控制力矩，沒必要在本身風險就比較高的xF5-1發動機上疊加風險更高的軸對稱矢量噴管。

日本如果有條件開發作戰狀態的“心神”，應該會采用技術更全面的軸對稱矢量噴管。

“心神”采用了哪些隱身設計？

中：“心神”等比例樣機在2006年就已經在法國進行了隱身測試。日本在法國對“心神”樣機完成RCS測試后，宣稱全尺寸樣機的隱身性能僅次于美國，但考慮到“心神”測試當時只有美國有成型的隱身飛機，日本“心神”“僅次于”的標準還真的是很寬，沒什么對比樣板，RCS測試結果也沒什么可用來評估的數據。

“心神”的氣動設計采用了隱身飛機的基本標準，機體和翼面低信號設計方法中規中矩，沒有什么亮點也沒有什么創新。“心神”的氣動外形沒有特點，說明日本人不打算在這方面投入過大，也證明了現在的“心神”算不上最終設計。三菱重工依靠現在的“心神”測試的RCS數據，主要是為獲得機身和機翼的標準信號特征，把這些數據作為氣動與隱身聯動的基準。隱身外形越是簡單則數據就越“干凈”，比較適合剛剛接觸到隱身飛機設計，有技術、有能力、有投資卻沒有經驗的日本科研體系。“心神”的機身和翼面設計沒什么可描述的特點，但其進氣道設計卻顯得比較另類，既不是CAR-ET又沒有DSI，而是選擇了有低信號特征、高速適應性不佳、更接近固定唇口結構的簡易進氣道設計。

“心神”的進氣道看起來和F-22A的CAIIET差不多，也帶有附面層分隔板但唇口外形沒有F-22那樣尖銳，采用接近平行四邊形固定進氣道截面設計，內部結構看起來也比較簡單。按照現有技術條件分析，以這個進氣道和XF5—1的動力性能，“心神”的最大飛，二速度很難超過M1.5。endprint

“心神”進氣道與機頭很不協調，截面較寬，高度也較小，與利用T-4教練機設計的座艙部分機頭尺寸差異很大。這樣的特征是因為XF5-1的尺寸和攤力不大，S形內管道的進氣流量也不高，前機身截面尺寸遠小于后機身最大截而，只能采用擴大進氣道橫向寬度的方法，以保證機體中、后段寬度尺寸的平滑過渡，結果就是“心神”的機頭和發動機艙段形成了三個突起艙，機身側進氣道前段有比較明顯的前向垂直收斂。XF-1的最大推力如果增加到10噸，則進氣流量增加必然會增大進氣道截面，而機頭部分的尺寸則只會少量增加，“心神”前機身設計比現在應該要更加協調。

機身內部彈艙是隱身戰斗機的標志之一，“心神”有沒有內部彈艙？

中：按照現有標準，采用全隱身氣動設計的“心神”應該設置內部彈艙，但從電視新聞中的飛機狀態看，和臺灣IDF差不多大的“心神”機體內部空間很難滿足設置常規彈艙的要求，甚至要設置模擬彈艙都顯得空間緊張。

根據之前ATD-X的公開資料內容，日本防衛省技術研究本部在2010年才開始針對彈艙內埋武器的掛載和脫離進行研究，而ATD-X細化設計在這個時間之前就已開始，這個時間差很難預留空間。根據“心神”樣機的技術條件分析，機頭后到發動機艙之間的長度不足4米.基本無法滿足AAM-4這類正常載荷的需要，但如預留出機身中線掛載結構和接口，采用單載荷的中線小型化模擬彈艙，理論上也可以進行武器掛載和投放的簡單測試，但“心神”現有樣機不大可能增加有實戰價值的彈艙。

“心神”的飛控系統采用了光傳，這個光傳和電傳有什么差別？

中：光傳是“心神”技術上主推的高端。光傳看起來是個非常新穎、先進的名詞，但其與傳統的電傳區別只是用光纖替代電纜傳輸數據，提高數據容量和增強抗電磁干擾的能力。光纖的單位長度重量遠小于電纜，又不需要設置復雜的信號屏蔽，在理論上可降低結構重量。問題是光纖只用來傳遞信號數據，到接口處還需要進行光電轉換，將光信號轉換成控制設備需要的電信號，純粹結構重量上的收益并不明顯。

光傳的減重效應并不算明顯，主要的性能優勢是良好的電磁兼容能力。現代戰斗機的機載設備越來越多，電子設備安裝密度迅速增加，發射功率增大，接收靈敏度提高，均使飛機的電磁環境更加惡劣，已經在系統綜合方面限制了電子設備的發展。飛行控制系統的通信線纜貫穿飛機整體，幾乎覆蓋了飛機的整個機體內部空間，面對的電磁兼容、自身產生的電磁干擾問題都很嚴重。光傳系統的應用，是在復雜電磁環境（自然和人工輻射干擾）中保證飛行控制系統工作和信號穩定的優選手段。光傳相比現有電傳，幾乎不存在串信號和干擾影響，不打火花，不短路，基本不受腐蝕影響，確實是未來飛行控制的發展方向。

光傳飛控系統在國外已經裝機研制了超過20年，但實際應用的例子并不多，主要是因為光傳需要的激光收/發機、光導纖維的成本和安裝維護技術要求很高，在目前對飛行控制系統的數據容量要求中，光傳的優勢還無法充分發揮，可靠性和成本則限制了應用。日本在“心神”上應用FBL操縱系統，并不是“心神”已經先進到如此程度，也不是所謂“云射擊”的概念真的需要這樣高端的設計，而是與當初在FS-X上冒險應用新技術一樣，是依托平臺探索先進技術。

“心神”采用的日本首型自行設計的帶加力燃燒室的XFS-1渦扇發動機是否達到其它五代機發動機的標準？

中：按照公開數據，XF5-1采用了比較先進的結構形式，由3級風扇、6級壓氣機和單級高、低壓渦輪組成。設計性能指標是推力5 200千克，重量622千克，推比達到8.3。現在的數據大致是推力5000千克，推比接近8，作為測試樣機的理論性能改善潛力約在7%左右，完善后大體可以接近最初計劃時的性能標準。如果按照EF-2000的EJ-200作為對比，推力9180千克的基本型EJ-200重約1噸，推比為9。XF5-1相比EJ-200差距明顯，但已達到與M-88基本型號相當的數據，作為日本首型戰斗機用加力渦扇發動機，這個答卷基本及格。

日本之所以在FS-X項目中被美國牢牢拴住，就是在項目開始將動力寄托于引進。采用從美國引進發動機的設計意圖，就不可能不在整體設計中與美方溝通，美方的意見對日本則是決定性的要求。“心神”項目在開始就規劃配套開發XF5-1發動機，就是預見到美方在向日本推銷F-35的時候，不可能放任日本拿美國發動機去搞新機。事實上，如果真的是以實戰的“心神”為標準，F-414和EJ-200都已達到要求，XF5-1的意圖只是想真正100%的保證日本制造。

XF5-1目前的推力和推比與三代機發動機相似，完全無法滿足四代機對動力的要求，即使是“心神”現在的尺寸也不行。“心神”如果真的接替F-2的裝備地位，XF5-1現在的狀態應該不是正式設計標準，而是結構和技術驗證機。“心神”如能進展到正樣機階段，XF5-1在現有結構設計基礎上，很可能會將最大推力提高到10噸，推比也增加到10，接近F-414和FJ-200基本型的標準，基本能滿足空重lO噸級、最大起飛重量20噸級隱身戰斗機的要求。

“心神”以后的路會如何？

中：隱身戰斗機是攻擊性武器，而日本在戰后國際秩序中是沒有戰爭權的，也被限制進攻性裝備的發展。日本政府和軍方從自衛隊建立開始就在不斷沖擊這些限制。F-1是頂著“支援戰斗機”名稱發展的中、短程戰斗轟炸機，強調戰術打擊力，還勉強可歸類到防御裝備。F-2則是在F-16C基礎上改進設計，綜合技術達到當時世界先進戰斗機水平，在原型基礎上大幅提高載荷航程后，F-2已成為較有攻擊性的多用途戰術戰斗機。“心神”更是按照國際五代機標準，完全以進攻為意圖設計的戰斗機，體現出更強的自主能力和進攻性思想。

“心神”項目早在1991年就已提出，最初計劃在1995年進行首飛，但日本參與單位很快就發現這個時間表是個玩笑。缺乏技術的各方最終只能調整研制計劃，把大項目分解成氣動、結構、電子、動力和材料等幾個方案去攻關。“心神”技術開發過程中又遭遇了98金融風暴，日本泡沫經濟破裂進一步增加了資金困難，最終在磕磕絆絆中一直走到現在。endprint

“心神”如果可以突破技術和政治的限制順利完成，最終很可能發展成與EF-2000接近，具備彈艙載4-6枚空空彈能力的先進多用途戰斗機。按照整體戰斗力的角度去分析，采用兩臺十噸發動機的“心神”，空戰性能也許比F-35A要好，但作戰半徑和武器載荷要低于F-35A。“心神”的目標性能與F-35A大體相當，在日本確定引進F-35的時候，從裝備角度看并沒有研制和裝備“心神”的必要。即使進展順利，與F-35性能重疊也將是“心神”面對的主要問題。美國在向日本出口F-35的同時，從政治、安全、經濟因素考慮不會對“心神”樂見其成。美國曾依靠技術限制阻擊了卜2的研制目標，利用政治和技術手段再次狙殺“心神”也不是不可能。

日本計劃用F-35A替代過時的F-4EJ，用新的制空戰斗機替換F-15J，用“心神”替換F-2A。F-35A完全能同時取代F-4EJ和F-2，生產和交付速度也大體符合這兩個型號退役時間差，但F-22J的引進受美方限制。

“心神”的性能就算達到與F-35A相當的規格，由于日本在軍事政治平衡中與美國不對等，美國政府很難認同其成為實用作戰飛機。在殲20和俄T-50接近完成時，美國很可能向日本出口F-22以抵御中、俄，又可以避免將美軍卷入不必要的軍事沖突。至于“心神”替代F-2的功能，美方完全可以利用F-35來實現，經濟和技術上比“心神”也更可行。

日本政府和軍方不是不知道“心神”后續發展的不確定性，但美國短時間早不會向日本轉移F-35生產技術，在F-2停產到自產新機接替之前，日本將在航空科研和生產系統中出現十年（2011～2021）的生產線空白。如果沒有持續的投資和計劃目標保障科研生產體系運轉，日本依靠F-2研制所取得的戰斗機工業體系，將會在這個十年空白期早停滯，缺乏投資的企業將會把資源轉移。

“心神”樣機項目將消耗數億美元，隨后的完善和測試更是巨大的投入，但這種投入獲取的不僅僅是“心神”樣機，而是從主機到成品的整個體系的穩定。依靠“心神”的研制，日本可以用2項目保留的技術隊伍幫帶新的技術人員，用幾年時間組合出適應先進戰斗機設計的技術隊伍。即使“心神”失敗，技術成果和人員儲備也能成為下一代戰斗機研制的基礎。日本政府和軍隊有意圖，但缺乏能力。現在進行的這些看起來前景不大，投資巨大的軍事科研項目，都是日本重建軍事裝備體系的基石。

[編輯/旭日]endprint