美國空軍的武庫機概念與關鍵技術

趙群力

引言

武庫機（Arsenal Plane）是一種能攜帶大量武器，并由其他飛機提供目標指示或武器制導，從而對敵方目標實施大量殺傷的航空裝備。武庫機的概念最早出現在上世紀70年代，由于軍事需求和技術等原因，并沒有真正形成裝備。

近年來，隨著新技術的不斷發展，特別是“第三次抵消戰略”的提出，武庫機再次受到美軍的重視。美國空軍全球打擊司令部司令羅賓·蘭德稱，隨著潛在對手新型防空系統的不斷增多，美國空軍已有4個作戰司令部提出配備類似“武庫機”的請求。空戰司令部司令赫伯特·卡萊爾則稱，在未來戰爭中，美軍需要依靠“隱身接近攻擊”和“武庫機發射密集遠程導彈”這樣的組合來突入某個地域。2016年2月，美國防部長卡特表示，戰略能力辦公室（SCO）正在研究“武庫機”的作戰概念。美國媒體《國防內情》推測，國防部在2017年預算中為一個名為“替代打擊”（Alternative Strike）的項目申請了1.98億美元的先進組件研發經費，可能就是“武庫機”項目。該項申請在戰略能力辦公室框架下，將“驗證從已有飛機平臺發射現有武器的可行性和實用性”。

從目前的情況看，全球打擊司令部和空戰司令部對武庫機的需求并不一樣，戰略能力辦公室也沒有公布究竟打算在哪種飛機的基礎上發展武庫機。為了滿足人們對這種飛機的好奇和關注，我們對美軍武庫機的基本情況和關鍵技術進行了分析，并得出了幾點初步的結論，供參考。

基本情況

按照執行任務的不同，武庫機可以分為對地攻擊武庫機和制空型武庫機。這兩種武庫機的發展情況如下：

對地攻擊武庫機 這種武庫機的概念最早出現在上世紀70年代。1977年，美國卡特政府終止了B-1A轟炸機的研制計劃之后，美國空軍開展了“巡航導彈載機”（CMCA）的研究工作，以接替B-1A的戰略威懾任務。波音公司提出了基于波音747寬體客機的大型武庫機方案。該方案可在機身內裝載50～100枚遠程巡航導彈，航程遠，可以從防區外實施攻擊。波音公司航空航天分部的副總裁道格拉斯·格雷福斯認為，就作戰所需的巡航導彈數量、作戰半徑以及所需要的加油機而言，這種武庫機可提供最大的作戰靈活性。1982年，里根政府啟動了B-1B轟炸機的研制，所以武庫機的方案就被擱置了。

2006年，美國國防部發布了新版的《四年防務審查報告》。在這個報告中，明確把中國列為最重要的假想敵。并且提出，要發展一種能在2018年形成初始作戰能力的新型轟炸機。在這種情況下，美國國會預算辦公室（CBO）對8種遠程打擊裝備方案進行了研究，其中一種是以C-17為平臺的武庫機方案。在這個方案中，C-17運輸機可攜帶3倍音速的巡航導彈進行遠程打擊。導彈通過滑軌從飛機的后艙門發射，巡航導彈的射程可達500海里（926千米）。飛機不隱身，巡航速度Ma0.76，最大商載167000磅（76噸），其中20%的商載用于裝導彈的掛架和發射機構，80%的商載用于掛導彈。據美國國會預算辦公室測算，這種飛機的作戰半徑為1500海里（2778千米），再加上500海里（926千米）的導彈射程，使它可以攻擊2000海里（3704千米）遠的目標。在反應速度方面，飛機從機場飛到導彈發射位置可能需要幾個小時，但是導彈發射之后，只要20分鐘左右就能到達目標。但是，美國空軍認為亞音速轟炸機可以更好地滿足其作戰需要，于是決定研制B-21轟炸機，C-17武庫機沒有得到資金支持。

2015年，蘭德公司對武庫機也進行了研究，并發表了名為《在反介入/區域拒止威脅面前增強防區外轟炸能力》的研究報告。該報告不但對軍用運輸機（包括C-17、C-5、C-130）和民用運輸機（A380F、A330F、777F、747-8F、767-300F）改裝武庫機的方案進行了比較，還研究了轟炸機（B-52、B-1B）改裝成武庫機的方案。報告認為，在這些方案中，C-17改裝的效費比最高。其主要原因是這種飛機比較成熟，改裝所需的研發費少。此外，該機的運載能力強，可以兼顧軍事運輸和對地攻擊的雙重任務，從而進一步降低了使用成本。轟炸機由于內部彈倉較小，攜帶巡航導彈的能力有限，成本又高于運輸機，所以并不太適合用作對地攻擊的武庫機。

總的來看，對地攻擊武庫機主要具有以下特點：采用大型飛機做平臺，以滿足載彈量的要求；選用成熟飛機，以降低成本；由于飛機大、速度慢、隱身性差，這種飛機只適合在防區外作戰。

制空型武庫機 制空型武庫機的主要目的是協助戰斗機奪取制空權。近年來，隨著戰斗機性能的提高，其價格越來越貴，采購數量呈現逐漸減少的趨勢。在面對數量占優勢的敵人時，很可能出現彈藥不夠用的情況。在這種情況下，由制空型武庫機為戰斗機提供所需的火力是一種不錯的解決方案。

事實上，早在上世紀70年代，美國就曾經考慮在B-1戰略轟炸機上加裝對空雷達和大量AIM-54“不死鳥”空空導彈，執行防空攔截任務。但由于缺乏相應需求，方案最終沒有實現。2004年，《美國空軍》雜志和波音公司的內部刊物上，又一次提出了代號為B-1R的武庫機概念。與B-1B相比，升級后的B-1R將換裝諾斯羅普·格魯曼公司的AN/APG-83SABR（SABR是“可變敏捷波束”一詞的縮寫）有源相控陣雷達和普惠公司的F119渦扇發動機，不僅將具備較強的空對空探測能力，而且最大平飛速度將達2.2馬赫。B-1R可搭載100多枚AIM-120D空空導彈，該彈最大射程將超過200千米，配備有衛星雙向數據鏈+GPS衛星制導系統，具備他機制導能力。在與F-22、F-35等隱身飛機協同作戰時，由前出的隱身飛機探測目標，B-1R發射武器實施攻擊。由于當時美軍正在進行反恐戰爭，其主要作戰對象是伊拉克、阿富汗這樣的弱小國家，美軍不需要武庫機就可以輕松奪取制空權，所以B-1R沒有受到足夠的重視，被擱置起來。

隨著反恐戰爭的結束，美軍開始關注“反介入/區域拒止”環境下的高端戰爭。由于中國、俄羅斯這樣的潛在對手比反恐戰爭時的小國具有更強的防空系統和更多、更先進的飛機，為了以更加經濟、有效的方式奪取制空權，美軍開始將“武庫機”作為奪取制空權的重要選項之一進行研究。

2016年5月，美國空軍發布了《2030年空中優勢飛行規劃》，提出將利用防區外武庫機增強其制空作戰能力，并表示將和戰略能力辦公室合作研究武庫機的方案。到目前為止，美國空軍和戰略能力辦公室尚未公布制空型武庫機的具體方案。考慮到制空作戰對武庫機的突防能力和戰場生存能力有更高的要求，估計制空型武庫機將不會以運輸機為基礎平臺，而應以轟炸機或新型無人機為基礎平臺。

美國空軍負責“空中優勢2030”研究的亞歷克斯·格林科維奇上校認為，大型武庫機面對先進防空系統的生存力可能不那么好，因此將把它用作在某個目標區域外圍使用防區外武器的平臺；小型武庫機有可能采用防區內、進攻性防空作戰的應用模式，為F-22、F-35等其他戰斗機搭載額外的武器。美國空軍將在接下來的幾年中同時審視大型和小型武庫機概念，并與國防部戰略能力辦公室開展原型化和實驗工作。

考慮到美國國防部戰略能力辦公室開展的都

是基于現有系統的項目，因此，美國空軍所稱的、在防區內遂行“進攻性防空作戰”的武庫機，也應會是基于現有平臺。從已知的美國空軍飛機發展情況來看，似乎只有B-21隱身轟炸機較為適合用作防區內武庫機的平臺，但其噸位仍然偏大，不太適合靠前部署。據美國《空軍》雜志報道，美國空軍對隱身的防區內無人駕駛“武庫機”概念研究已經開展了10多年的時間。由此可以判斷，未來的制空型武庫機有可能是一種新研的無人機。

事實上，美軍已經對無人機僚機進行了多年研究，其中有些僚機很可能會充當為有人機提供火力的武庫機角色。2017年6月，美國克瑞托斯（Kratos）防務安全方案公司官網公布了其最新研制的XQ-222“女武神”（Valkyrie）無人機。該機翼展6.7米，長度約為9.14米，裝備WJ-33發動機，飛行速度0.85馬赫，航程3426千米，升限13700米（45000英尺），可以在機腹或兩翼部署武器，價格預估為100萬美元。該機是美國空軍賴特·帕特森空軍基地的低成本無人機技術項目，主要是作為下一代有人戰斗機的僚機而設計的，具有隱身、高機動性、價格便宜等特點，能夠以接近超音速的速度飛行，可攜帶武器和監視系統。該項目2016年7月啟動，計劃2018春首飛。如果發展順利，有可能會成為美軍防區內的武庫機備選方案之一。

關鍵技術

自從上世紀70年代提出武庫機的概念，至今已經有40多年，但是武庫機依然沒有形成裝備。除了軍事需求之外，最主要的原因是這種飛機的技術還不成熟，在作戰上存在很大的局限性。例如：用運輸機或轟炸機改裝的武庫機目標大、速度慢，很容易受到攻擊，不能執行縱深打擊任務；對地攻擊的武庫機完全依靠巡航導彈進行攻擊，成本高，對機動目標和深埋目標的打擊能力有限；空戰態勢瞬息萬變，空戰型武庫機與戰斗機、預警指揮機之間的信息傳遞存在滯后和失真，并且存在被壓制的可能，這將導致協同空戰的失敗。為了使武庫機能夠從概念轉化為裝備，個人認為，有四項關鍵技術需要突破。

通信技術 與現有飛機相比，武庫機最大的特點就是其目標探測或武器控制是由他機完成，而不是由本機獨立完成。因此，武庫機與偵察、指揮控制飛機之間快速、可靠的通信就成為實現這種作戰方式的關鍵。目前，美軍已經有一些衛星通信和戰術數據鏈系統，但是，在強對抗環境下，其速率、可靠性、互操作性等尚不能滿足武庫機的作戰需要。為了解決這一問題，從2016財年開始，美國防部設立了一個名為“具有一體化通信能力的未來自主式戰場射頻系統”（Future Autonomous Battlespace RF with Integrated Communications ，縮寫FABRIC）的研究項目，重點開發反介入/區域拒止環境下可靠的戰術通信網絡所需的硬件、軟件和算法。2016年，該項目完成了對武庫機使用場景的研究，確定了武庫機所需的通信能力和網絡屬性，對具有多個波束方向的網絡模型進行了高逼真度的仿真，測試了其性能，以便于確定這種網絡在作戰使用中的好處，并且對抗干擾路由分配和多波束天線的媒體存取控制協議進行了仿真。這項研究工作將持續到2018年，其主要目標是使網絡速度提高10～100倍，數據鏈的作用距離提高70%。如果這項技術能夠成功，不但能滿足武庫機的需要，還將使美軍的網絡化作戰能力大幅提高。

機載武器技術 對地攻擊武庫機主要使用現有的巡航導彈，技術基本成熟。而制空型武庫機的機載武器存在很大的技術挑戰。對于大型制空型武庫機而言，由于其戰場生存能力較弱，通常需要靠后部署，這就需要武器具有很大的射程；對于靠前部署的小型防區內武庫機而言，由于飛機較小，如何增加載彈量就成為一個迫切需要解決的問題。

為了增加導彈射程，美國空軍對AIM-120導彈的替換項目已經研究了很久。在今年1月《飛行國際》進行的采訪中，即將退役的美國空軍空戰司令部司令赫伯特·卡萊爾上將就提出，空軍需要一種兼具空空與空地打擊能力的生存力高的遠距導彈。并認為，這種導彈應在整個美國空軍的機隊中部署，從第四代戰斗機到未來的“穿透型制空”（PCA）平臺，甚至是B-21轟炸機都應配備這種導彈。卡萊爾說到，“如果你看到像（中國的）PL-15這種我們潛在對手的裝備，射程將成為一種重要因素”。卡萊爾上將還認為，AIM-120D導彈升級項目“進行得很好”，但它不是美軍需要的下一代導彈。為了跟上威脅的發展，新型空空導彈將必須有更大的射程和更好的電子戰環境適應性。

2017年5月23日，美空軍在其發布的2018財年預算要求文件中，設立了“空中主宰空對空武器”（Air Dominance Air-to-Air Weapon）項目，用于開展新型空空導彈概念研究、機彈綜合評估和技術風險降低等工作。如果這種武器考慮了卡萊爾上將的要求，其射程將比現役的AIM-120空空導彈有很大的提高。此外，美國空軍研究實驗室（AFRL）正在研究名為“小型先進能力導彈”（SACM）的新型空空導彈。這種導彈具有尺寸小、重量輕、超敏性高、射程大、可高密度掛載等特點，預計2030—2040年裝備作戰飛機。如果這些空空導彈能夠研制成功，除了在戰斗機上使用外，還將對武庫機的發展產生促進作用。

隱身技術 由于武庫機攜帶了大量的武器載荷，其機動性受到很大限制。如果隱身技術不過關，防區內武庫機就沒有多少戰場生存能力。為了提高隱身能力，一是要做好飛機的隱身外形設計，二是要使用更好的隱身材料。

在隱身外形方面，波音、洛馬、諾格等公司都已經開展了飛翼式隱身布局研究，并研制了X-45、X-47等技術驗證機。飛翼式布局可以大幅降低飛機的前向和側向雷達反射面積，提高全向隱身能力。在隱身材料方面，目前的研究熱點是超材料（Metamaterial）技術。超材料是通過人為設計微結構特征單元及其排列位置和方式，在宏觀上表現出某些超常性能的人工材料。利用超材料，可以對電磁波、光波、聲波的傳播方向進行控制，從而實現飛機隱身。早在2012年，美國國防部長辦公室就將超材料列為六大顛覆性基礎研究領域之一。美國陸、海、空三軍共支持了90多家企業進行超材料應用研究，取得了大量成果。目前，超材料技術在可見光隱身、紅外隱身、聲波隱身和電磁波隱身方面均取得重大進展。在光隱身方面，美國加利福尼亞大學利用銀和鎂的氟化物以及納米銀線復合交替堆疊制造出一種隱身“斗篷”，可使自然界中的可見光和近紅外光發生逆轉。在電磁波隱身方面，美國東北大學研制出了可在36～44GHz的電磁波頻段內實現可調負折射率的超材料。在聲隱身方面，美國杜克大學研制出世界首個三維聲學隱身斗篷，可以在任何角度讓聲波繞過。

目前，超材料技術正處于由基礎研究成果向器件應用開發過渡的關鍵時期。這種技術一旦成熟，將使航空裝備的隱身性能發生革命性的變化，并為武庫機的發展提供有力的技術支撐。

導彈發射技術 對于大型武庫機而言，攜帶的武器數量多，戰場生存力又比較弱，往往需要用盡可能快的速度完成武器發射并返航。不論是軍用運輸機還是民用客機，都沒有配備大型武器的發射裝置，而且，由于機身結構的限制，直接采用轟炸機的導彈發射裝置并不一定適合。因此，需要根據武庫機平臺的實際情況，以及對武庫機的作戰需求，發展適合武庫機的導彈發射技術。

目前，雷聲公司已經研制成功了一個名為“微型空射誘餌貨機發射系統”（MCALS）的發射裝置，它能夠使軍用運輸機在短時間內投放數百枚微型空射誘餌（MALD）。2011年，MCALS在C-130運輸機上進行了試驗，成功發射了2個微型空射誘餌。蘭德公司認為，如果把這套系統進行改進，使之具備發射大型巡航導彈的能力，就可以用于武庫機。

結論

根據上述情況，可以得出以下3點結論：

武庫機的概念目前仍處于發展之中 盡管武庫機的概念已經提出了幾十年，但是目前仍然處于發展之中。早期的武庫機主要以大型運輸機為平臺，用于執行遠程防區外打擊任務，后來提出了用B-1R轟炸機攜帶大量空空導彈，執行制空任務。由于生存能力有限，運輸機改裝的武庫機只能靠后部署，是“防區外”武庫機。除了運輸機和轟炸機平臺的武庫機之外，美國空軍已經開始研究基于無人機的小型防區內武庫機，這種武庫機的載彈能力雖然有所下降，但是其戰場生存力大幅提高，可用于靠前部署并執行制空任務。到目前為止，武庫機究竟以對空為主還是對地為主？用大飛機還是用小飛機？防區外作戰還是防區內作戰？在不同的作戰需求下仍然有不同的答案。為了更好地滿足作戰需要，武庫機的概念仍在研究和發展之中。隨著研究的不斷深入，武庫機的概念將會逐步變得清晰和具體。個人認為，雖然大型武庫機可能會首先投入使用，但是以小型無人機為平臺的防區內武庫機更加值得關注。

武庫機對于改變空中作戰的方式具有重要的促進作用 現代戰斗機和轟炸機都是集信息和火力于一體的多功能武器裝備，飛行員既要承擔發現目標的任務，也要承擔戰術決策和火力攻擊的任務。隨著武庫機的出現，發現目標、戰術決策和火力攻擊的功能將會分散到不同的飛機平臺上，可以用偵察型無人機發現和指示目標，用武庫機發射導彈，用電子戰無人機執行干擾和誘餌的任務，有人機只承擔戰術決策的任務。這將使空戰的方式發生很大變化。事實上，現代炮兵和戰艦在進行作戰時，發現目標和火力打擊的任務就是交由不同的作戰單元分別完成的。目前，英國和法國正在聯合研究“未來作戰航空系統”（Future Combat Air System ，FCAS）的概念方案。據報道，FCAS將至少包括三種平臺，即有人戰斗機平臺、大型無人作戰飛機、小型分布式無人機。這些飛機將通過協同作戰的方式來滿足奪取制空權的需要。美國空軍和日本防衛省對于這種有人無人協同作戰的方式也非常認同，分布式、網絡化、協同作戰將成為航空裝備未來的重要發展方向，在這種作戰方式的轉化過程中，武庫機具有不可替代的重要作用。

武庫機真正形成裝備預計還需要比較長的時間 雖然利用現有的技術，很快就可以將運輸機或轟炸機改裝成武庫機，但是對于這種大型防區外武庫機的軍事需求并不迫切。事實上，美國空軍幾年前論證遠程打擊系統時，就曾經研究過武庫機的方案，但是論證的結果是決定研制B-21轟炸機，而不是發展武庫機。對于將來有可能會大量應用的防區內武庫機而言，由于其技術要求高，目前不論是飛機平臺、作戰戰術還是關鍵技術都還處于研究發展階段，預計還需要比較長的時間，才能逐漸成熟并形成裝備。