國外航空裝備的發展趨勢和關鍵技術

趙群力

試驗中，X-47B無人機成功由707加油機加油

伊拉克戰爭和科索沃戰爭的經驗表明，航空裝備是現代戰爭的決定性力量。一旦失去制空權，就會失去制海權、制陸權、制信息權和戰場主動權，陷入被動挨打的境地，戰爭的失敗將難以避免。

為了謀求21世紀的軍事優勢，美國、俄羅斯、歐盟等國家和地區都非常注重航空裝備的發展，相繼啟動了B-21、PAK DA、FCAS等航空裝備研制項目，并提出了一些新的軍事理論和作戰思想。在這些新技術、新裝備和新理論的共同作用下，航空裝備的性能和作戰能力有望取得新的突破，其發展趨勢值得關注。

航空裝備的發展趨勢

在未來作戰需求和新技術的共同作用下，航空裝備將向著體系化、智能化、隱身化、高速化和遠程化的方向發展。

體系化 體系也稱由系統組成的系統（SOS），是由相互關聯、相互依賴的子系統組合而成的復雜大系統。體系能提供的能力遠大于其子系統能力之和，并且可以涌現出一些新的作戰能力。2016年5月，美國空軍發布的《2030年空中優勢飛行規劃》認為，未來沒有任何一種戰斗機可以單獨地躲避和對抗敵方由地空武器、空空武器、反衛星武器、電子戰武器和賽博武器構成的裝備體系，只有依靠由戰斗機、無人機、衛星、先進機載武器等裝備組成的體系，才能有效地奪取制空權。2016年6月，空客防務與空間業務部公布了“未來作戰空中系統”（FCAS）的概念方案，其基本思想也是依靠由有人機和無人機組成的裝備體系來奪取制空權。航空裝備之所以能向體系化的方向發展，主要是得益于信息技術的進步以及基于體系化作戰的軍事理論、戰術和支撐技術的快速發展。在未來戰爭中，航空裝備之間的體系化協同作戰能力將不斷增強，單靠幾種先進的航空裝備將很難與緊密協同的航空裝備體系進行作戰。

智能化 隨著計算機技術、大數據技術和深度學習等技術的發展，人工智能技術正在從孕育期轉入爆發期。人工智能技術在航空領域中的應用越來越廣。目前，人工智能技術在飛機設計、制造、使用、維護的全過程以及氣動、結構、航空動力、飛控、航電、機電等專業領域已經得到初步應用，特別是在自適應發動機、變體飛機、能量優化飛機、飛機自主保障等方面受到人們的重視，展現出良好的應用前景。此外，人工智能技術在無人機自主編隊、自主起降、自主空中加油、自主后勤補給等方面的應用也在不斷拓展。2015年4月22日，美國諾斯羅普·格魯曼公司研制的X-47B無人機成功進行了自主空中加油試驗。2016年6月，美國辛辛那提大學官方網站宣布，由該校博士生領銜開發的“阿爾法”（ALPHA）超視距空戰系統通過了專家評估，并在空戰模擬器環境下擊敗了有著豐富經驗的美國空軍退役上校。

2016年4月，美海軍研究局與佐治亞理工學院聯合完成連續發射30架無人機并使之在空中自主編隊飛行的試驗。8月，在美海軍年度新技術演習中，航空環境公司和洛馬公司演示了潛射無人機發射后自主執行通信中繼任務。10月，美國防部戰略能力辦公室完成了3架F/A-18F戰斗機發射共計103架“灰山鶉”小型無人機的演示，發射后的小型無人機自主編成集群，在地面控制站的指揮下自主完成了一系列任務。2017年4月，洛馬公司驗證了可提升作戰效率和效能的有人/無人編隊技術，美海軍則在模擬空戰試驗中驗證了無人機“僚機”技術。這些進展表明，基于人工智能的集群作戰和協同作戰技術正在日趨成熟，并將對航空武器裝備的發展和作戰樣式產生深遠的影響。

隱身化 隱身技術可以大幅度削減敵方探測系統的感知能力，從而實現先敵發現，先敵開火。目前，F-22、F-35隱身戰斗機已經大量裝備部隊，B-21、PAK DA轟炸機也進入到工程研制階段，英國、法國、日本、印度也都有意發展新的隱身戰斗機和隱身無人機。未來，不但戰斗機和轟炸機等主戰裝備要實現隱身，運輸機、無人機、特種飛機等支援類裝備和機載武器也都將向隱身化的方向發展。

為了進一步提高隱身能力，航空裝備將從窄頻段隱身向寬頻段隱身、從單方位隱身向全方位隱身、從單一隱身措施向綜合隱身措施發展。除了繼續優化隱身外形之外，超材料和納米材料有望成為提高飛機隱身性能的主要技術手段。

高速化 隨著對抗的加劇，未來空中作戰的節奏和速度將越來越快。為了捕捉稍縱即逝的戰機、防范敵人先發制人的突襲，航空裝備的快速反應能力正變得越來越重要。2015年9月，美國空軍發布了《空軍未來作戰概念》，在這份文件中，將作戰敏捷性放到了非常高的重要位置，并且明確提出，美國空軍將利用其作戰敏捷性迅速適應任何情況或任何敵人。無論是指揮控制、情報偵察、全球打擊、兵力機動還是一體化聯合作戰，美國空軍都將提高敏捷性作為一個重要的發展方向。為了適應未來戰爭快節奏的需要，不但高超音速飛機、高速直升機、高速空空導彈、激光武器等將登上戰爭的舞臺，而且在高速通信、數據決策和人工智能等技術的支持下，發現目標、任務規劃、作戰指揮、效果評估等各個作戰環節的速度都會顯著提高。

遠程化 為了保障基地安全，交戰雙方通常需要把飛機部署在敵方飛機的作戰半徑之外。在這種情況下，飛機的作戰半徑越遠，飛機的部署和使用就越靈活，對敵方的威脅也就越大。為了謀取遠程作戰方面的不對稱優勢，世界航空強國紛紛研制航程遠、留空時間長的新型航空裝備。目前，美軍已經開始研究作戰半徑更大的第六代戰斗機、遠程空空彈和遠程反艦導彈。此外，在采購KC-46A加油機的同時，還打算研制無人加油機MQ-25，從而進一步增加其航空裝備的遠程作戰能力。endprint

隨著遠程作戰能力的不斷提高，未來飛機的留空時間也將不斷延長，從而實現對整個戰區的長時間不間斷監視和打擊。在這種情況下，失去制空權的一方將時刻面臨威脅，很難再組織起有效的反擊。

主要機種的發展方向分析

軍用飛機具有成本高、發展周期長的特點，為了滿足未來戰爭的需要，人們通常需要提前10年甚至20年開展下一代飛機的技術研究和方案論證。根據目前所掌握的資料，未來軍用飛機的發展方向如下：

戰斗機 目前，美國、俄羅斯、歐盟、日本等都在研究論證新一代戰斗機。2016年5月，美國空軍發布了《2030年空中優勢飛行規劃》，表示將依靠由多種裝備組成的體系來奪取制空權。在這個裝備體系中，穿透型制空（PCA）將處于重要地位，并計劃在2028年左右形成穿透型制空能力。2016年6月，空客公司防務部門在慕尼黑公布了“未來作戰航空系統”（FCAS）的概念方案。從已公布的信息看，FCAS是由多種平臺聯網組成的復雜大系統，至少包括有人戰斗機、大型無人作戰飛機、小型無人機這三種平臺。其中新研制的雙發隱身戰斗機將扮演FCAS核心的角色，這種有人戰斗機可以指揮多架無人機協同作戰。為了分擔飛機駕駛和指揮的工作負擔，FCAS的戰斗機擬采用雙座戰斗機。通過有人/無人協同作戰，FCAS既可充當執行空戰任務，還可以承擔情報偵察、電子戰和對地攻擊任務。

2016年3月，俄羅斯蘇霍伊公司向俄國防部提交了發展六代機的初步報告。6月初，俄聯合飛機制造公司軍機項目負責人表示，其六代機可于2025年左右首飛。2016年6月，日本防衛省發布F-2戰斗機后繼機信息征詢書。8月底，防衛省在《未來無人裝備研發愿景》中提出發展協同空戰無人機與新一代戰斗機協同作戰。

總的來看，未來戰斗機的主要任務仍將以制空為主，適當兼顧對地攻擊、空中偵察和電子戰。戰斗機的最大飛行速度預計在Ma3.0以內，并且仍將是有人駕駛的飛機。考慮到未來的作戰環境，第六代戰斗機將具有更高的隱身性能，更大的作戰半徑和更強的網絡化協同作戰能力，并且有可能配裝激光武器，用以干擾或攔截來襲的空空導彈。此外，由于未來空戰將以體系化作戰為主，所以飛機的網絡化協同作戰能力將予以優先考慮，飛機的機動性和近距格斗能力將放在次要的位置。預計第六代戰斗機將采用的新技術包括：全向寬頻隱身、自適應變循環發動機、能量綜合優化和有人/無人可選駕駛技術等。

轟炸機 目前，輕型和中型轟炸機已經基本上被戰斗機和攻擊機取代，未來轟炸機的發展重點是遠程戰略轟炸機。未來轟炸機不但要承擔遠程戰略打擊的任務，還將承擔戰場遮斷、近距空中支援和時敏目標打擊等任務。

2015年10月，美國空軍選定諾格公司作為主承包商，全面啟動B-21轟炸機的研制工作。目前，B-21的總體技術指標仍處于保密狀態，美國《航空周刊》估計，該機的最大起飛重量為68～80噸，內埋載彈量為5.5～9.1噸，不進行空中加油的作戰半徑為3900～4600千米。

俄羅斯PAK-DA（未來遠程航空兵系統）的研制進度與B-21大體相當。根據目前掌握的資料，該機將采用亞音速飛翼式布局和內埋彈倉，在結構中大量使用雷達吸收材料，從而減少雷達反射截面。PAK DA原計劃于2019年首飛，目前已經推遲到2025年。

總的來看，未來轟炸機將采用全向寬頻隱身、電子戰、有源/無源誘餌等多種技術手段，并可能配備空空導彈和激光武器以增強其戰場生存能力；為了能打擊各種不同的目標，未來轟炸機將可以攜帶空地導彈、巡航導彈、制導炸彈、子母彈、核彈、巨型炸彈、魚雷、反艦導彈、深水炸彈等武器，甚至可以攜帶小型無人機完成偵察、干擾、電子戰和攻擊等任務；為了提高轟炸機的經濟可承受能力，預計未來轟炸機的航程和起飛重量與現有戰略轟炸機基本相當或略小。此外，由于超音速飛行會導致很高的油耗，并且不利于紅外隱身，預計未來的轟炸機仍將以亞音速隱身突防為主，待到高超音速技術成熟后，有可能會出現高超音速轟炸機。

運輸機 隨著作戰節奏的不斷加快，運輸機在兵力機動和物資保障方面的重要性不斷提高。為了滿足未來作戰需要，美國和俄羅斯都在考慮研制新型運輸機。2016年9月，俄伊留申公司表示，將在2017年啟動PAK TA系列運輸機的研發工作，這種運輸機將擁有從中型到超重型的多種型別，其中部分飛機將專門設計用于運送在“阿瑪塔”平臺上改進的坦克和裝甲車輛。PAK TA的批生產預計最早在2024年開始，2027年服役。美國空軍則透露了KC-Y和KC-Z加油機的研發構想。其中，KC-Y是KC-46（即KC-X）的改型，將配裝先進通信中繼系統和自衛用激光武器等，2024年開始采辦；KC-Z將是全新加油機，具備隱身性和自主性，能伴隨F-35等作戰飛機突防，計劃2036年開始采辦。

隨著新技術的不斷成熟，預計未來運輸機將向以下幾個方向發展。一是進一步提高戰場適用性，從而更好、更快地把人員和物資運到任何需要的地方；二是提高戰場生存能力，降低空中和地面武器對飛機構成的威脅；三是進一步提高飛機的飛行效率，降低飛機使用維護成本。預計未來運輸機將采用的技術包括：隱身技術、自主保障技術、來襲導彈告警、激光武器及自衛技術、翼身融合體技術等。此外，通過適當的改裝，運輸機還具有承擔加油、特種作戰、空中發射航天器及發射和回收小型無人機等任務的能力。

預警機 隨著技術的不斷進步，現代預警機已經可以承擔偵察、監視、預警、指揮、通信中繼、電子戰等多種任務。隨著信息技術和航空技術的發展，未來預警機的偵察、預警和指揮控制能力將會更強，除了指揮協調有人機進行作戰之外，還將為無人機的偵察、攻擊和協同作戰提供有力的支撐，甚至成為無人機大機群作戰的空中中樞。

2016年2月，瑞典薩博公司推出“全球眼”多任務機載監視系統。該系統采用龐巴迪公司的“環球”6000公務機，搭載了全新的“愛立眼”雷達和任務系統，配裝采用氮化鎵集成電路的有源相控陣雷達，實現了僅采用一個平臺，同時對空中、陸地和海上目標進行遠程探測、跟蹤和監視警戒的能力，即使在雜波和干擾環境下，“全球眼”仍可跟蹤空中和海面的低可觀測目標，包括隱身飛機、巡航彈或潛艇潛望鏡等。2016年12月，美國空軍發布了E-8替換機的工程與制造發展（EMD）階段招標書，預計諾格、波音和洛馬公司將會參加這一項目的競爭。按計劃，E-8替換機將在2018財年授出EMD階段合同，2024財年第四季度形成初始作戰能力。endprint

隨著技術的發展，預計未來的預警機將重點提高以下三方面的性能，一是進一步提高偵察探測能力，特別是提高探測隱身目標、導彈、小型無人機和電磁信號的能力；二是進一步提高自身安全性，除了提高電子對抗和干擾誘餌技術水平，預警機將不斷增強與無人機的協同工作能力，利用無人機發現遠處、危險地區的目標；三是進一步提高飛機的經濟性，主要措施包括：選用噸位較小的通用航空平臺、采用開放式架構和商用貨架產品、提高機載設備和系統的通用性等。

無人機 隨著智能化程度的不斷提高，無人機的作戰能力越來越強，并且呈現出顛覆未來作戰樣式的發展潛力。目前，美國已經啟動了多個無人機研制項目，其中具有代表性的項目包括：（1）諾格公司的“戰術偵察節點”（TERN）無人機。該機具備長航時飛行能力，并可攜帶450千克任務載荷，在距艦船1700千米的范圍內執行偵察監視和打擊任務，其最重要的特點是不依賴航母，可在驅逐艦或護衛艦上起降，從而使美軍數百艘水面艦艇具備使用長航時無人機的能力，大幅提升美海軍作能力。（2）MQ-25艦載無人加油機。該機不但能執行空中加油任務，而且具有情報偵察和攻擊能力。（3）“小精靈”無人機。該機作戰半徑926千米，巡航時間3小時，載荷54.5千克，最大航速不小于0.8馬赫，可用運輸機或轟炸機發射和回收，并可攜帶多種偵察、攻擊、電子戰載荷實施集群作戰。（4）“可重構嵌入式航空系統”（ARES）。該項目旨在發展具備模塊化運輸和垂直起降能力的無人運輸機。這種無人機重1.8噸，可吊掛1.4噸的功能模塊，最大速度370千米/時，可執行多種任務，預計2017年秋季首飛。

總的來看，未來無人機將向以下幾個方向發展：一是型譜系列將更加完善，全面覆蓋有人飛機的空域、速域，并且在更小、更快、更持久等方面超越有人機；二是執行任務的能力不斷增強，將具備執行偵察、攻擊、電子戰、運輸補給、對空作戰等任務的能力；三是將形成一些新的作戰使用模式，例如：有人無人協同作戰、子母機、無人機集群作戰等。為了滿足這些無人機作戰的需要，可能會采用的新技術包括：新型氣動布局、新概念航空動力、自主控制、集群組網、智能航電等。

直升機 直升機不受機場的限制，使用靈活，但是飛行速度較慢，運載能力較低。為了更好地滿足未來需要，軍用直升機將向以下三個方向發展。一是直升機的產品系列將進一步完善，除了目前已經服役的輕型、中型和重型直升機之外，微型直升機、單兵直升機、超重型直升機都有希望得到發展。此外，無人直升機的機型也將更多。二是直升機的飛行速度將大幅提高。目前，美國、歐盟、俄羅斯都已經開始研制高速直升機，預計未來直升機的最大速度可以達到700千米/時以上，巡航速度達到400千米以上，遠遠高于現役的直升機。三是直升機的飛行效率將大幅提升。根據美國國防高級研究計劃局的VTOL-X研究計劃，未來直升機的巡航升阻比將從目前的5～6提高到10，這將使未來直升機的飛行效率和運載效率大幅高于現役直升機。

值得關注的航空關鍵技術

隨著新世紀的到來，技術發展的速度不斷加快，一批具有顛覆性潛力的航空關鍵技術已經初露端倪。這些技術一旦成熟，將會對未來航空裝備的發展產生重要影響。

高超音速技術 高超音速是指5馬赫以上的飛行速度。由于飛行速度快，高超音速飛機可以有效突破現有的防空系統，執行偵察、打擊和運輸任務。此外，借助于極高的飛行速度，高超聲速飛機還可以作為航天發射的第一級，執行航天發射任務。由于在動力、熱結構、氣動布局和飛控等方面技術難度極大，所以該技術發展比較緩慢。近年來，隨著相關技術的發展和投入力度的不斷增大，制約高超音速技術發展的技術難點正在逐步被攻克。根據美國空軍制定的高超音速技術發展路線圖，2020年高超音速武器能夠形成裝備，2030年的時候使用數量和頻次相對低的高超音速飛機可以交付使用，2040年可以長時間重復使用的高超音速飛機有望裝備部隊。高超音速飛機一旦取得成功，將使現有的防空系統基本失效，并將對航空偵察、運輸和作戰產生革命性的影響。

智能無人機技術 隨著信息技術和人工智能技術的發展，無人機的智能化程度不斷提高。通過X-47技術驗證機，美軍已經掌握了無人機自主起飛、自主著艦和自主空中加油技術。此外，美國還開展了目標自動識別技術、認知無線電技術和智能化電子對抗技術研究。2016年6月，美國辛辛那提大學開發的一種名為“阿爾法”的人工智能機器人在模擬空戰中擊敗了有豐富經驗的飛行員。美國前國防部長羅伯特·蓋茨認為，現在的無人機就像當初萊特兄弟發明的“飛行者”號飛機一樣，具有巨大的發展潛力。隨著智能化程度的不斷提升，無人機將在偵察、通信、電子戰、攻擊、運輸、空中加油和制空作戰中發揮越來越重要的作用，并將對未來的空中作戰產生顛覆性的影響。

變體飛機技術 變體飛機能根據飛行任務的不同改變飛機的形狀，從而提高飛行效率。其技術難點是如何實現快速、準確的結構變形。常用的壓電材料，響應速度快，但是變形量不夠；而記憶合金變形量較大，但是響應速度太慢。美國和歐盟都已經對變形飛機技術開展了多年的研究，目前已經取得突破性進展。2015年，美國柔性系統公司研制的分布式變形機翼在“灣流”Ⅲ飛機上完成了飛行實驗，達到了30?偏轉角的變形量。飛行試驗數據的估算結果表明，變形機翼可以使飛機的巡航阻力降低3%，燃油效率提高3%～12%，噪聲減小40%。隨著變形飛機技術的進一步成熟，未來飛機的功能和飛行效率有望取得大幅提升。

分布式電推進技術 分布式電推進系統是指利用燃氣渦輪發動機或電池為分布在機翼和機身上的多個電機提供電力，并由電機驅動風扇提供飛機所需的絕大部分或全部推力（燃氣渦輪發動機可部分提供或不提供推力）的一種新型推進系統方案。這種動力裝置能夠大幅提升飛機的氣動和推進效率，降低噪聲和能耗，但是對電機的效率和電池的儲能密度有比較高的要求。目前，美國和歐洲已經制定了多個分布式電推進技術的研究計劃。endprint

空客公司的“E-Airbus”100座級支線客機采用6臺電動風扇，其推進系統的等效涵道比預計將超過20。NASA則打算把意大利的Tecnam P2006T雙發輕型飛機改裝成X-57分布式電推進技術驗證機。該機重新設計了機翼和動力系統，采用了大展弦比機翼，并布置了14臺電動推進系統，其中12臺用于在起降時提供拉力，翼尖布置的2臺更大的推進槳，用于在巡航飛行時提供拉力。按計劃，首次飛行測試將在2018年春季開始。

機載激光武器 激光武器具有反應速度快、成本低的特點。人們對激光武器的研究已經持續多年，但是都沒有成功。上世紀90年代，美國空軍啟動了基于氧碘激光器的ABL機載激光武器研究計劃。2010年，由于試驗未達到預期目標，以及使用維護上的諸多困難，空軍停止了這項計劃。盡管如此，美國在目標搜索與跟蹤、激光大氣傳輸補償、抖動控制和高能激光束管理等方面取得了重要進展。目前，美國已經把激光武器的重點放在電激光器上，并且不斷取得進展。根據美國空軍機載激光武器的發展路線圖，2016年將完成機載激光武器殺傷效果驗證和激光武器系統模型驗證；2022年，將用F-15開展功率數十千瓦的激光武器演示驗證；2029年后，將為六代機研制功率在100千瓦級的機載激光武器。此外，美國導彈防御局還資助新型高能激光器的研究，并打算把它裝在無人機上，用于攔截助推段的彈道導彈。

自適應發動機技術 自適應發動機可根據不同的飛行任務特點，通過改變發動機工作點的熱力循環參數，滿足不同飛行任務的工作需要，達成增加推力、降低油耗、延長壽命、提高安全度和環境友好的效果和使用要求。與F-35戰斗機配裝的F135發動機相比，采用自適應發動機還可使飛機作戰半徑提高25%～30%，續航時間增加30%～40%。2016年6月30日，美空軍向通用電氣公司和普惠公司同時授予“自適應熱力循環發動機驗證項目”（AETP）合同，價值合計達20億美元，用于設計、研發和試驗自適應熱力循環發動機工程驗證機。項目為期5年，計劃到2021年完成整機試車。預計在2035年前后，美軍的下一代戰斗機和F-35、F-22的改進型飛機都將采用自適應發動機。

納米技術 該技術是指納米級（0.1～100nm）的材料、設計、制造、測量、控制和產品技術，主要包括：納米材料、納米元器件、納米機電技術等，這些技術對于提高航空器的強度、減輕重量、改善隱身性能、提高機載系統工作效率等方面具有廣泛的影響。美國防部把納米技術列入未來的顛覆性技術之一，并安排了多個研究項目。洛馬公司已經用碳納米管增強的熱固性環氧復合材料代替碳纖維復合材料用于生產F-35翼尖整流罩，并計劃用碳納米管增強復合材料取代F-35上其他由復合材料或金屬材料制作的約100個零件。波士頓大學對納米制造技術進行了研究，并采用精度達納米級的微機電系統，在小于400微米的硅基片上成功繪制圖案。納米技術的主要難點是高精度的加工和測量技術。隨著掃描隧道顯微鏡、原子顯微鏡、電子束光刻，以及各種納米加工和組裝技術的不斷完善，未來飛機的結構、航電、機電系統都將大量采用納米材料和納米器件，從而使飛機的性的得到巨大的提升。

超材料技術 通過人為設計微結構單元及其排列方式，超材料具有天然材料所不具備的某些超常物理性能，如：負折射、反多普勒效應、反常光壓等。利用超材料，可以對電磁波、光波、聲波的傳播方向進行控制。2012年，美國防部長辦公廳將超材料列為六大顛覆性基礎研究領域之一。國外研究超材料在隱身、雷達罩、寬頻天線、光學器件等領域的應用已取得了一些進展。美國納米聲學公司開展了E-2預警機大型雷達罩材料研究；杜克大學對聲隱身超材料進行了研究，研制出世界首個三維聲隱身斗篷原型，可以在任何角度讓聲波繞過；英國BAE系統公司研制出了可以匯聚電磁波的超材料平面天線，這種天線的形狀可以實現流線化、尺寸小、重量輕，可控制波的傳播方向，壓縮波束寬度，提高天線增益。此外，還可實現多頻操作，用一副天線替換多副天線。隨著超材料技術的不斷發展，預計未來飛機在隱身、探測、傳感器等方面都會大量使用超材料，從而使其性能邁上新的臺階。

（編輯/王路）endprint