殊途同归

2016-10-24 20:17:02 航空世界 2016年9期

温杰

在第50届范堡罗航展上,BAE系统公司全方位地展示了多种现役装备、机载设备和尖端技术,凸显出核心业务仍然集中于防务和安全领域。值得注意的是,该公司在室内展区不仅首次展出了“雷神”技术验证机和未来空战系统(FCAS)的缩比模型,而且还首次对外介绍了与之相关的激光空速传感器技术。

在今年的范堡罗航展上,BAE系统公司表示,FCAS计划即将进入全尺寸原型机阶段,预计研制一种基本构型,可能根据两国空军的不同需求,分别交付两种不同的平台,以便于各国现役空中力量的协同作战。该公司负责FCAS计划的马丁·罗威科克斯在航展上强调,FCAS计划将着眼于有人/无人编队(MUM-T),因此需要研制各自的型号,目的是考虑到法国空军和英国空军分别装备的“阵风”和“台风”之间的差异,主要集中于通信系统和数据链。

联合研制全新平台

FCAS计划问世的背景是近年来英、法两国在防务领域不断加强合作,从初步论证到正式启动,前后经过了两年多时间。2014年1月31日,当时的卡梅伦首相与奥朗德总统在英国诺顿举办的首脑峰会上,共同签署了一份涵盖陆海空天的防务合作声明,并将为FCAS计划提供研制经费,用于为期两年的FCAS可行性研究。当时,FCAS计划获得了价值1.2亿英镑(约合1.95亿美元)的投资,力求尽快推进到原型机阶段。

从装备更新计划来看,两国空军面临着同样的迫切需求,即在2030年前后装备一种新型作战飞机。但是,两国政府对于设计一种有人驾驶战斗机还是研制一种无人驾驶平台尚不明确,仍然需要审慎地考虑和评估,这从FCAS的字面意思可以看出。为此,两国国防部花费了两年多时间论证了FCAS计划的作战需求,才决定正式启动可行性研究。

从军用飞机工业来看,FCAS计划对于法国和英国长期塑造和保持一个强大的、创新的和独立自主的作战飞机设计和研制基础是一个历史机遇。更为重要的是,FCAS计划还将为英国和法国提高军事行动的独立性奠定基础。经过一年多的分析和论证,英、法两国国防部就FCAS可能承担的任务达成一致意见。5项任务被视为最优先级别,包括压制和摧毁敌方防空系统(SEAD/DEAD)、攻击机场、打击战略目标、空中拦截和执行武装侦察任务,其他的低优先任务包括反舰打击、近距空中支援和防御空中进攻等。

FCAS概念建立在英国空军F-35和“台风”、法国空军“阵风”等有人驾驶战斗机与无人战斗机协同作战基础上。根据长远设想,飞行员在驾驶“台风”或“阵风”执行任务时,后座的武器系统操作员可以控制无人战斗机以自主模式实现“蜂群”飞行,就是将它们分为几个作战分队,可以像实时的计算机战略游戏一样,按照一种熟悉的样式控制每个分队的行动。

最值得注意的是,双方还强调,目前这是一项英、法合作计划,有利于快速和有效地完成研究工作,但并未排除其他国家在可行性研究阶段后参与其中。一旦FCAS计划超越了这个阶段,两国将需要更多的资金和更大的市场,到时就不仅仅是两个国家所能够提供的。因此,FCAS计划的未来预示着欧洲多国将联合生产和装备一种全新的系列作战平台。

全面突破关键技术

实际上,FCAS计划从总体设计来看并不需要从零起步,BAE系统公司和达索飞机公司已经通过发展多型技术验证机,掌握了UCAV所需的一系列关键技术,特别是通过“雷神”和“神经元”验证机的几轮飞行试验,证明了各自在隐身技术、气动布局和飞行控制等方面的设计已经日臻成熟。

从本届范堡罗航展来看,BAE系统公司首次公开展出了一种激光空速传感器(LASSI)技术,可以不再采用传统的空速管。该技术通过采用向前方发射紫外激光,基于多普勒效应,由探测器检测反射光的颜色变化。因此,LASSI具有检测到远距离目标空速的潜力,意味着一架飞机有可能预测到迎面而来的湍流,从而相应地改变自己的飞行路线。

目前,BAE系统公司已经在风洞内和地面车辆上成功地测试了LASSI技术,下一步将把LASSI设备小型化,以便集成到“雷神”验证机上,通过飞行测试来验证它的成熟性。这种技术一旦成熟,可以应用到FCAS设计中,将有助于进一步优化FCAS的气动性能和燃油效率。更重要的是,FCAS可以借助LASSI技术拥有空中自主感知能力,及时规避前方的飞机,增强自身的生存能力。

BAE系统公司从2007年11月开始着手“雷神”验证机计划,用于评估低可探测性纵深攻击平台所需要的各项关键技术。2013年8月10日,“雷神”验证机首次升空,到2015年11月底共完成了3个阶段的飞行测试,成功地验证了嵌入式推进系统的低可探测性和保形大气数据系统等几项减小雷达反射截面积的技术,凸显了在隐身设计优化方面的进展,同时还在飞行试验中检验了高度不稳定的电传飞控系统的操纵性能,完全验证了预期的任务能力。

自从联合研制“神经元”计划正式启动后,“神经元”验证机在2015年9月完成了全部飞行测试。在近3年时间里,这架验证机先后在法国、意大利和瑞典等国的空军基地完成了相关飞行测试项目,不仅在不同环境中展现出良好的飞行性能和隐身性能,同时还探索了将UCAV融入一个指挥、控制、通信、计算机和情报环境中实施网络中心战的能力,最后还专门实施了一次武器投放测试,均达到了预期设计性能。

值得一提的是,“神经元”验证机还在世界上首次实现了无人驾驶飞机与有人驾驶飞机的协同飞行。2014年3月20日,“神经元”验证机与“阵风”战斗机、“猎鹰”7X公务机通过预先规划,从不同地点起飞,飞行到地中海上空集结,在有限空域内保持或改变编队队形,完成了持续1小时50分的编队飞行,充分展示了达索飞机公司在军、民用航空技术领域的强大技术实力。

合作研究核心技术

根据两国签署的协议,FCAS可行性研究包括成熟关键技术、发展作战概念、增强仿真能力和估算研制成本,最后提出一个满足英国和法国作战需求的通用构型。按照协议,每个国家分别投入6000万英镑用于发展FCAS计划的几个核心研究领域。

首先是研究确定FCAS的总体气动构型。目前,FCAS平台是继续选用一种飞翼布局还是采用一种翼身融合体构型,仍然需要深入研究。根据BAE系统公司发布的概念图,FCAS平台在气动布局上与两国正在测试的验证机存在明显不同,已经公开的缩比模型采用了一种单独的前机身段,同时明显加大了机身和翼展的尺寸。

从逻辑上讲,该机在执行巡逻和武装侦察任务时,需要更大作战半径和更长续航时间,同时携带更多的武器可以打击更多的目标。当前,“神经元”验证机重量为7吨,续航时间为3小时,而FCAS的任务能力显然要求更长的续航时间,或许会达到9~12小时。因此,这项计划初步估计需要研制一种空重大约为“神经元”3倍的平台。

其次重点评估FCAS的动力装置方案。目前,罗罗公司与斯奈克玛公司正在论证是采用M88或EJ200发动机的衍生型、还是研制一种全新的高涵道比涡扇发动机,以适合于低可探测性进气道所要求的空气流量。就性能而言,双方更愿意为FCAS平台研制一种新型动力装置。

第三是研制发展FCAS的态势感知技术。塞莱克斯公司和泰雷兹公司研制和成熟了一些目标探测与跟踪技术,其中雷达研制项目是这项可行性研究中的标志性项目。这种多功能雷达不仅能用于传统的测绘和目标识别,还可以适应于为平台提供一种可靠的自我防御能力,如携带“流星”远距空空导弹。

可行性研究还论证了先进的传感器用于重新规划路径和目标跟踪,使得FCAS具备高级别的自主权,可以减少对于数据链的依赖,同时降低操作员的工作负荷。此外,电子战系统也在考虑之中,因此FCAS可以应对突然出现的威胁。研制人员还设想在FCAS内部携带多种空地弹药武器。

最后是全面升级现有的信息与通信系统。研制人员计划在系统研制过程中采用模拟手段,并确定如何来实施一个验证阶段,或者采用全尺寸或缩比FCAS验证机。此外,两国还在考虑发展UCAV空中加油技术,初步用于转场,随后将可以增加航程和续航时间。

初步提出设计方案

按照计划,FCAS可行性研究在今年10底结束。预计,FCAS计划将在2020年进行全面评估,作为2030年后发展未来空战能力的基础。因此,两国将在2017年初正式启动全尺寸原型机研制工作,预计花费4年时间制造出一架欧洲最先进的无人驾驶多用途作战平台。

针对FCAS的总体气动布局,两国的研制团队已经考虑了3个候选方案:类似“神经元”和“雷神”验证机的单后掠前缘,类似诺格公司X-47B验证机的双后掠前缘,类似波音公司X-45A验证机的机身/后掠翼构型。对于这些设计方案的详细分析涉及到雷达反射截面积、红外和其他电磁信号特征,同时还考虑到每种设计方案的性能、潜在全寿命成本及其研制风险。

早在2012年夏天,BAE系统公司在FCAS计划的验证计划准备阶段(DPPP)率先发布了一张UCAV概念图,其在气动布局上与两国各自测试的验证机存在明显不同,已经公开的缩比模型采用了一种单独的前机身段,同时明显加大了机身和翼展的尺寸,基本类似于X-45A验证机,

2014年11月5日,英、法两国国防部在达索飞机公司总部举行了FCAS计划可行性研究启动仪式。引人注目的是,一个FCAS缩比模型摆在了现场中心位置,在总体设计上非常类似X-47B验证机,但仔细观察,在局部设计上还是存在一些明显不同。

它的机身部分基本沿袭了“神经元”的构型,特别是进气道设计如出一辙,但对机身后缘和排气装置进行了优化。为了进一步提高续航能力,FCAS减小了外段机翼的后掠角,并相应延长了翼展。同时,翼尖处采用了扭转,以减小局部迎角,控制机翼展向升力分布,相应增大了失速迎角,改善机动性能。

目前,FCAS平台是继续选用一种飞翼布局还是采用一种翼身融合体构型还在进一步研究,尚未最终确定,但是来自两国国防部的消息透露,FCAS原型机的总体尺寸已经基本确定。从作战需求来看,燃油部分必须足够大,以提供一个长时间徘徊能力,再加上为内部武器和传感器提供的有效载荷空间,可能导致最终设计构型的长度接近“台风”,而翼展或许会增加到两倍。因此,如此之大的机身可能需要两台发动机。

作为FCAS推进系统的研制方,罗罗公司与斯奈克玛公司在2015年1月共同出资成立了一家名为罗罗-斯奈克玛的合资公司,并将研制和测试陶瓷基复合材料和3D编织复合材料作为重点。据该公司总经理菲力普·洛特表示,目前,没有适合于FCAS平台的现成发动机,因此,合资公司必须提出一种新型发动机的设计方案,或者大幅度改进现有EJ200或M88的发动机。英法两国的大多数专家都认为,FCAS计划必须研制一种新型发动机。

发展协同作战能力

当前,关于如何在战场上使用FCAS存在两种看法。最显而易见的想法是将其看作一种独立的平台,一架或两架UCAV自主执行任务,或者编队进入到敌对空域,不仅可以发现目标,为防区外武器标定目标的精确位置,也可利用机载武器直接攻击目标。目前,BAE系统公司已经通过“雷神”验证机测试了这种能力,该机借助于传感器自主地确定一个目标,然后通过模拟方式进行攻击。

另一方面,FCAS可能作为“台风”或F-35战斗机等有人驾驶战斗机的一个辅助平台,扩大有人驾驶战斗机的作战能力。2015年12月,BAE系统公司负责多项计划的团队管理主任奈杰尔·怀特黑德在英国皇家学会演讲时表示,这样一种平台可能充当一个携带更多武器的飞行弹舱,支持战斗机的打击行动。另外,它可以按照指令,先行进入有争议的空域,以增强目标识别效果,从而有利于战斗机从防区外发起攻击,以免遭受地空导弹的攻击。

在解决了相关技术问题后,FCAS计划的最大挑战是如何定义操纵使用这种系统的体系结构。目前,双方通过初步研究已经明确,FCAS将不会参与近距格斗,在未来很长一段时间内,这种空对空任务仍然需要有人驾驶战斗机来承担,但是FCAS可以在压制、摧毁敌方防空系统和突防、侦察等多种任务中扮演重要角色,特别是可以辅助战斗机更加有效地打击目标。

BAE系统公司负责FCAS计划的马丁·罗威科克斯在航展上指出,尽管FCAS计划的作战概念更倾向于保持人在回路中,以便在关键时刻做出重要决策,但该机在各种必要情况下,需要按照任务属性和在不断变化的环下内作战,应该具备独立实施作战行动的能力,如果无法完全独立地监督和控制它的任务剖面的某些部分。

目前,研制团队已经对有人系统与无人系统之间如何实现协同作战进行了研究。BAE系统公司对这一领域进行了广泛的分析和论证,建议UCAV将作为有人驾驶战斗机的僚机率先突防到战区前沿,为战斗机飞行员提供目标数据,或者作为一种携带大量攻击武器的“武库机”,支持大规模空中打击。对此,罗威科克斯指出,是在“台风”的后座上还是在E-3预警机内控制FCAS,或者依旧在地面站内控制这种系统,还需要进一步研究。