2019年國外航空科技發展動態盤點

吳 蔚/文

2019 年，主要國家加強航空科技戰略謀劃，推進新型航空裝備平臺與技術的研發，探索新概念航空平臺與技術，推動航空科技的持續發展。

英國“暴風”概念模型

發布戰略規劃、促進航空科技發展

美空軍發布多份戰略文件，加強航空科技謀劃。美空軍4 月發布《2030 年科技戰略》，提出“發展并形成戰略轉型能力、改革領導和管理科技的方式、優化拓展科技研發機構的人才建設及對外合作機制”的目標以及相關舉措。7 月，美空軍發布“數字空軍”倡議白皮書，將通過三大舉措建設“數字空軍”：一是建設能響應現代作戰需求的信息技術基礎設施，支撐跨域、多域條件下數據及信息的組織、使用和共享；二是發展數據賦能的人工智能和機器學習能力，持續縮短決策周期；三是廣泛應用成熟、敏捷的商用解決方案，提升管理體系的效率和效果。9 月，美空軍發布人工智能戰略，描述了美空軍的人工智能定義、發展背景和目的，提出下述五大關注領域：降低技術準入門檻；將數據視為戰略資產；實現人工智能使用權限泛化；招募、發展、培訓和培養人工智能人才；增強與國際伙伴、政府部門、工業界和學術界的溝通和合作。

持續推動作戰飛機能力升級

多國推動下一代戰斗機研發。美欲采用新策略加速“六代機”研發。美空軍10 月初成立先進飛機項目執行辦公室（PEO），將利用模塊化開放系統架構、敏捷軟件開發和數字工程三大手段實現“螺旋上升式”研發，加快“下一代空中主宰”（NGAD）戰斗機的設計、研發、采辦和部署。

歐洲國家合作開展下一代戰斗機研發。西班牙2月加入法德“未來空戰系統”（FCAS）項目，該項目包含研制新一代戰斗機（NGF）和無人作戰飛機，達索和空客等公司已啟動兩年的聯合概念研究工作。瑞典、意大利分別于7 月和9 月與英國簽署協議，正式成為英國“暴風”戰斗機項目合作伙伴，將聯合開展新型戰斗機的開發與采辦。

日本即將啟動新戰斗機研制。8 月，日本宣布把F-2 戰斗機后繼機型F-3 的開發費用列入2020 財年防衛預算，該戰斗機的發動機、隱身設計、航電等多項關鍵技術研究已取得突破。

美下一代轟炸機研制持續推進。美B-21“空襲者”新型戰略轟炸機首架試驗機正在制造中，預計2021年12 月首飛。美國空軍10 月重新啟用第420 飛行試驗中隊，將負責B-21 在加州愛德華茲空軍基地的試驗工作。

美俄五代機開始進入服役。美F-35 戰斗機開始服役實戰。美海軍艦載型F-35C 2 月底達到初始作戰能力（IOC），此前短距起降型F-35B、常規起降型F-35A 分別于2015 年、2016 年達到IOC，這意味著美國所有F-35 型別均已進入服役。5 月，美空軍F-35A 戰斗機首次部署中東地區，并向伊拉克境內目標實施了空中打擊。以色列、意大利、英國、日本等國的F-35 戰斗機也相繼達到IOC。

俄蘇-57 戰斗機即將服役。該機2019 年已完成裝備第一階段發動機的試飛工作，為2019 年底交付俄空天軍做好準備。俄國防部6 月簽署76 架蘇-57戰斗機采購合同，交付時間將持續到2028 年。

發展無人機新技術能力

美英發展低成本無人作戰飛機。美空軍研究實驗室（AFRL）低成本可消耗飛機技術（LCAAT）項目的XQ-58A 技術驗證機3 月首飛，到10 月完成3次飛行，這標志著美軍在研究和驗證有限壽命／架次的低成本無人作戰飛機技術和裝備方面取得階段性進展。7 月，英國皇家空軍快速能力辦公室與國防科技實驗室啟動“輕型低成本作戰飛機”（LANCA）研發，該無人機可與F-35、“臺風”等有人戰機協同運用，為其提供更多信息和更強的防護力與生存力。

新型無人機研發取得進展。俄羅斯“獵人”重型無人機8 月首飛。該機由蘇霍伊公司于2012 年啟動研制，采用飛翼布局，配裝1 臺渦扇發動機，可裝雷達、光電、信號情報等傳感器，將填補俄空天軍裝備譜系中隱身察打一體無人機空缺。

美海軍MQ-25 艦載無人加油機原型機9 月首飛。該機主要用于先期研究和數據積累，以滿足美海軍加速采辦的目標。美海軍于2018 年8 月授予MQ-25 工程研制合同。

探索發展小型無人機集群作戰概念的美國防高級研究計劃局（DARPA）“小精靈”項目開展驗證階段工作。年初項目開展了空中對接系統、機載航電系統試飛，8 月美國空軍將“小精靈”無人機命名為X-61A，后續將開展無人機首飛。

探索實現無人機參與空戰的新技術。DARPA 5月啟動“空戰進化”（ACE）項目，旨在研究近距格斗空戰中的自主空戰決策和智能空戰算法，實現有人機-無人機協同作戰。AFRL 7 月透露正發展“天空博格人”（Skyborg）項目，聚焦實現人工智能驅動的自主無人機，該項目將與AFRL“自主能力編組3”（ACT3）、DARPA“空戰進化”等項目合作，探索發展無人機進行空戰格斗。

為高超聲速飛行器加速發展提供支持

美國加大高超聲速項目投資。3 月公布的美國國防部預算申請中，高超聲速飛行器項目2020 財年科研預算26 億美元、未來五年預算105 億美元，均較去年有大幅增長，將支持近期的遠程打擊武器研制和列裝、中期的防御高超聲速武器攔截器研制和遠期的高超有人駕駛飛機研發。

推進發展高超聲速試驗設施。美國更新多個高超聲速用試驗設施，美國阿諾德空軍基地超聲速/高超聲速D 風洞經更新改造后6 月重新服役，該基地9號高超風洞7 月完成從馬赫數14 擴展到馬赫數18 升級后的初步調試，美國猶他大學新升級的高超電弧加熱風洞重新投入運行。另外，美國空軍X-60A 高超聲速飛行試驗平臺3 月完成關鍵設計評審，進入制造階段，計劃1 年內首飛。9 月俄羅斯格羅莫夫飛行研究院展示一種高超聲速飛行試驗平臺，該平臺采用伊爾-76 飛機作為載機，空中投放高超聲速試驗飛行器。

加強航空關鍵技術研發

先進航空發動機技術研發取得進展。GE 公司2月完成美國空軍“自適應發動機轉化”（AETP）項目的XA100 自適應循環發動機詳細設計，XA100 是一種變循環發動機，可根據需要提供更高推力和節省燃油效率，滿足未來戰斗機的作戰需求。3 月英國高超飛行器用“佩刀”發動機驗證機的核心機完成初步設計評審，后續將開展關鍵設計評審，并在2020 年完成核心機的制造和試驗。8 月美空軍高超飛機用超燃沖壓發動機完成地面試驗，試驗中獲得5.9 噸推力，證明其有能力研制和交付大尺寸的高超聲速平臺。

研發先進機載武器。美海軍3 月授予AGM-88G“先進反輻射導彈”工程研制合同，該彈為空射型超聲速戰術導彈，主要用于摧毀敵方的防空系統。美空軍和海軍6 月表示正合作開發AIM-260 的新型遠距空空彈，該彈將取代AIM-120 先進中程空空彈，其射程更遠，具有先進雙向數據鏈路以發送和接收新信息從而更精確瞄準目標。歐洲MBDA 公司 6 月公布稱為“未來作戰航空系統”的空射武器概念，包括“靈巧滑翔者”和“靈巧巡航者”精確制導炸彈、新一代亞聲速和超聲速巡航導彈、可用于載機平臺自衛用的“硬殺傷”武器以及兩種不同重量級的軟殺傷武器，可裝備法德以及英國的新一代戰斗機。

發展提高空戰效率的先進機載管理技術。DARPA“機組人員駕駛艙工作自動化系統”（ALIAS）項目開發的自動駕駛系統5 月開始安裝到美空軍F-16 戰機，將開展飛行試驗，為最終應用打下基礎。ALIAS 自動駕駛系統具備改裝簡單、全時自動駕駛、飛行控制操作便捷、人機交互流暢等特點，可降低軍機飛行員駕駛負擔，使其更關注空中作戰操作。美空軍7 月宣布其F-35A 戰機已開始安裝對地自動防撞系統，比原計劃提前七年。該系統在飛機飛行控制系統中引入一項新的控制功能，避免飛機撞擊地面，美還在研發空中自動防撞系統和集成了空中及對地防撞功能的綜合自動防撞系統，可顯著提升戰斗機的飛行安全性。BAE 系統公司8 月獲得合同為英國皇家空軍開發“權杖”（Sceptre）數字化任務規劃系統，該系統能綜合處理多種數據、幫助飛行員制定合理的戰術計劃，將應用到“臺風”戰機。

研發創新性工業技術

新概念設計技術不斷提升飛機性能。積木式柔性結構展現變形機翼潛力。NASA 與麻省理工學院4 月合作開發并試驗了一種積木式柔性結構機翼。該機翼由桁架結構、柔性蒙皮、驅動系統三部分組成，桁架結構由高剛度碳纖維復合材料制成的八面體體積元通過微型螺栓連接而成，結構上覆蓋聚合物材料柔性蒙皮，在伺服電機和轉向管組成的驅動系統帶動下實現機翼連續光滑變形。這種結構重量輕、制造簡單，能有效提升飛機可操縱性。

空客公司5 月表示正在開展先進氣動設計概念研究。采用附面層抽吸技術的“鸚鵡螺”概念方案將發動機安裝在飛機尾部支桿上，實現對機身附面層低能氣流100%的抽吸，從而降低阻力和油耗；“信天翁”1號“半氣動彈性鉸鏈”機翼設計使翼尖根據陣風情況進行反應和彎曲，降低機翼載荷、實現減阻和抵御湍流和陣風的影響。

英美研發采用射流控制技術的飛機設計。射流控制技術通過改變發動機噴氣方向替代傳統飛行控制面控制飛機，可有效改善飛機性能。英國“巖漿”無人機5 月完成使用射流飛行控制的首飛。DARPA 8 月宣布“采用新型效用器的革命性飛行控制”（CRANE）計劃，尋求發展射流飛行控制技術和相關設計工具，實現飛機布局優化。

創新材料技術展現性能優勢。新型自修復復合材料實現結構修復。瑞士洛桑聯邦理工學院研究人員3 月開發出一種自修復復合材料，通過在復合材料中加入自修復劑，只需要利用便攜式熱空氣噴槍等裝備，對受損部位材料加熱，實現快速修復。該新技術可在發動機葉片、飛機零件等多種復合材料結構中應用，修復后材料性能基本不變，抗裂能力可提高到原有結構的1.3倍。

美公司發展新一代復合材料機身面板。斯普利特公司6 月展示了稱為“先進結構技術和革命性結構”（ASTRA）的飛機機身面板，該面板尺寸為18×12英尺（5.5×3.7 米），使用熱壓罐固化預浸料，其特點是采用整體集成桁條，與現有常用方法相比可節省30%的成本。

美公司研制出輕量化透明陶瓷裝甲。Surmet 公司8 月開發出一種氧氮化鋁（AlON）陶瓷粉末，經過高溫高壓制成透明裝甲材料，生產出8 平方英尺（約0.74 平方米）的AlON 視窗，此前最大的AlON 視窗尺寸為2.8 平方英尺（約0.26 平方米）。新AlON視窗具有優異的防彈性、抗沖擊性，且輕巧耐用，潛在應用范圍包括軍用直升機等。

先進制造技術提升生產效率。連續纖維3D 打印技術快速發展。該技術綜合利用工業機器人、3D 打印末端執行器、原位檢測、智能監測與機器學習等技術，實現連續纖維快速打印，并可支持碳纖維、凱夫拉、玻璃纖維甚至光纖和金屬絲等材料的同時打印，自動化程度和柔性更高，較現有技術生產速度可提高100 倍，既可用于大批量生產復合材料部件，也可以一次性打印形狀復雜的結構。到2019 年，美歐3D 打印技術開發商與機器人制造商已開發了一系列連續纖維3D 打印設備與制造工藝，并逐步試用到無人機等航空產品制造過程。

美國XQ- 58A 無人作戰飛機

空客公司開展“明日之翼”計劃。6 月空客開始組裝“明日之翼”計劃首個結構件，該計劃旨在開發下一代單通道飛機碳纖維復合機翼，集中在部件制造工藝改進、自動化程度更高的新裝配方法以及“更模塊化”的方式完成機翼集成。碳纖維結構將實現更長、更薄機翼進而提高氣動效率。

美公司提升復合材料自動生產效率。斯普利特公司7 月與Creare 公司合作，將后者的先進激光加熱器集成到自動纖維鋪放系統，將實現更快速的復合材料鋪放，以及比傳統制造中使用紅外加熱器更強的過程控制。

2019 年航空強國加強了下一代戰斗機、無人機、高超聲速飛行器等平臺技術研發，繼續推進先進發動機、機載武器技術的發展，同時開展新型設計、材料與制造技術探索，為下一代航空裝備發展奠定技術基礎。先進國家加強戰略謀劃、發展核心技術能力，不斷促進航空科技創新發展。