更使美军六代机具备高超声速飞行能力变得较为
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F-35C在航母上的起降。 

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  美国海军部长Ray Mabus说:“F-35C舰载隐身战斗机将是,并且几乎肯定是海军将要购买或使用的最后一型有人攻击战斗机。”

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  在国际上,诸如美国的F-22、F-35以及中国的歼-20被公认为第五代战机。那么显然,下一代战机,肯定就是第六代了。

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  而关于第六代到底是有人机还是无人机,争论一直都很大。

据国外新闻媒体报道,随着中国歼20和俄罗斯的苏57等第五代战斗机陆续投入服役,美军方认为这将对该国及其盟友的F-22,F35战斗机构成严重挑战。2018年,歼20总师杨伟在接受记者采访时也明确提到我国正在研制歼20改进型战机和下一代战斗机。也就是说,到2020年之后,面对更加强大的新型战机,F-22所取得的跨代优势将不再存在,而且F-22早已停产,数量也只有187架左右,而大量生产的F35系列战斗机则是一种低端五代机,其主要任务是执行对地打击,美国空军和海军的装备的五代机已不能压制俄罗斯和中国的最新战机,保证不了美国空军和海军空中力量的绝对优势。如果俄罗斯和中国的五代机大量装备部队,美国空,海军的空中力量甚至可能逐渐处于劣势。针对这一考虑,美军方决定加快研制六代机,继续确保未来的空中优势。

  如果我们这个世界从未出现无人机,那么六代机就没什么可争议的,它当然还是有人驾驶战机。

由于美军六代机的详细信息还处于高度保密阶段,因此其具体情况并不明朗,但是否具有高超音速巡航能力却是其中最具争议性的。高超声速 飞行能力能够使飞机快速到达战区,能有效提高攻击力和生存力,是实现即时全球打击的重要基础,一度被认为是六代机的重要指标之一。美国从20世纪60年代就开始高超声速技术的研究,研制时间从未间断,且多次刷新速度和升限的世界纪录。随着临近空间武器的快速发展,下一代战机作战空间将有可能进入临近空间,甚至具备航天功能,美国空军前首席科学家也认为,继隐身技术之后,高超声速技术将会开启作战新纪元。但要在20年内研制出一款能够用于战斗的高超声速飞机,突破组合循环发动机、超高温耐热和隔热材料的长时间使用和维护等诸多关键技术,还存在着很大挑战,美国航空工业界均对此表示怀疑。

  但现实是,无人作战飞机纷纷出现,人工智能技术又如火如荼,这让六代机在“到底该往哪走的问题”上,产生了严重的撕裂。

出于对装备数量的需求,美国政府硬性规定,其下一代战机造价不能超过3至4亿美元,更使美军六代机具备高超声速飞行能力变得较为渺茫。即使在可以提供无限研制经费的冷战高峰时期,以高超音速著称的美国SR-71黑鸟高空高速侦察机,也总共只生产了32架。针对波音公司的第六代舰载机:F/A-XX在高超声速巡航方式下,实现超过1600公里作战半径的概念设计,美国海军作战部长甚至认为,六代机的高空高速性能并不是必须,因为飞机再快也快不过导弹。并且六代机的高空高速严重破坏了飞机隐身性能,即使飞机的雷达隐身做的再好,由于飞行器高速飞过大气,那么就将会扰动空气分子,从而加热空气,再加上高超音速发动机的红外辐射,反而更容易被敌方的探测设备发现。

  无疑,这是一个巨大的岔路口,走左边还是右边,意义重大。

作为妥协,美国波音公司总裁认为,六代机发射远程高超音速动能弹药对敌人进行打击也许是合理选择之一。从美国空军发布的下一代战术飞机能力要求信息和美国海军发布的2030年舰载攻击战斗机的关键能力需求调研这两份下一代战斗机信息征询书可以得知,美国空军和海军的所需的六代机也不是类似高超音速空天飞机的战斗机。随着美国作战对象的改变,超远距作战航程反而变成六代机的硬性指标之一。由于苏-57和歼-20战机都继承了苏-27具有极大内油作战半径这一优势,美军要求其六代机应具有更强的到达能力,并减少对脆弱的、极易被对方隐形战斗机击落的美军空中加油机的依赖。因此六代机平台不加油作战半径必须能够达到2000公里左右。随着美国变循环自适应发动机的日渐成熟,也为其打下了坚实的物质基础。

  因为有时候,选择比努力更重要。

无论是超视距空战,还是面对先进地面防空系统的突击突防,都要求战斗机必须具备较强的隐身能力,隐身能力改变了现代空战的作战样式,使得F-22成为世界上最具威胁的空中优势战斗机之一。随着现代先进米波雷达等反隐身技术的飞跃发展,使得F-22目前在矛与盾对抗中的优势地位可能会被削弱,甚至会完全无用。因此,全频段隐身也是被广泛认同的六代机的主要特征之一。美军六代机力求在不牺牲其他性能的前提下,达到从P波段到Ka波段的超宽频段隐身性能,使飞机既具有全频谱雷达隐身性能,又具有较宽频段的红外和目视隐身,使任何探测设备都无法探测到。等离子体隐身技术、信号对消技术、微波传播指示技术、负折射材料、纳米隐身技术、LED蒙皮技术等新体制隐身手段的突破,也将使得六代机的隐身水平比F-22和F-35有质的飞跃。

  为时过早吗?

在气动布局方面,美国六代机与五代机一样,仍然是高亚音速升阻比最大,跨音速次之,超音速时最小,高度重视高亚音速和跨音速作战性能。各大航空公司的概念设计纷纷采用无尾布局,以期为进一步提高飞机的速度和敏捷性。随着人工智能的飞跃发展,下一代战机采用制空型无人机也被提上了议事日程。无人机由于不搭载人员,在执行任务中将不存在飞行员的生命安全问题;飞机的隐身性能的提高也变得更为容易;飞机的过载也可轻易突破飞行员通常能承受的9g限制;飞机造价和使用成本也会变得更为便宜 。虽然美国空军和海军的下一代战斗机信息征询书都是以有人飞机作为其研制基础,但有关官员称也不排除无人机的可能。最可能的场景就是有人驾驶的六代机具有高度的人工智能技术,实现飞机在无须人工介入的情况下对目标进行自主分析,完成对具有较大威胁的目标的攻击选择;并实现六代有人机与六代无人机的混合编队,最后,其采购单价将高达3亿美元一架。

  有人可能会认为,中国的歼-20,还有美国的F-35这才刚服役不久,现在就来讨论下一代战机,这是不是太操之过急且不切实际?

  绝非如此。

  以F-35战机为例,它主要是由美国洛克希德·马丁公司研制和制造的,难道美国国防部能这样说:“洛克希德公司,既然F-35刚服役,那么你们留下一小撮人员维护它就行了,而下一代战机目测也要2030年才服役,所以你们大可以让90%的研发人员去休10年的长假,为节约成本,你们甚至可以裁掉大部分人员,到时再招聘,重组队伍。”

  显然,美国国防部不会这么说。但问题来了,既然F-35已服役,那么空出的大量研发人员该干嘛?当然是投入到下一代战机的各种前期设计中。

  还有,早在2005年12月15日,F-22就已服役,难道,研制F-22的核心技术人员也是休长假至今?当然不是。

  实际上,在六代机的研制上,各大国早就进入赛道,开始竞争了。俄罗斯“航空港”杂志主编帕捷列耶夫认为,法国已放弃第五代战机,转向第六代无人战机的研发。

  法国的选择也许是明智的,因为等他们的五代机研发出来并服役时,别国的六代机也差不多出来了。一步慢,步步慢。

  看得见的诱惑

  之所以在六代机的选择上,会有大量无人机的呼声,这是因为,无人机有太多太多一眼就能看穿的好处。

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F-22(图片来自美国空军。)  

  上图的F-22,一眼看去,你会惊讶于它内部空间的使用率是如此之高,其前面是两个发动机进气道,尾部是发动机喷口,问题来了,它8.2吨的燃油藏在哪儿?武器又是挂在哪里?

  燃油和武器当然还是在机身某处,但这是不是可以说明,F-22的内部,根本不可能再有一丝一毫的无用空间?

  “当你为一架战斗机安排内部设备时,如果还剩下多余空间,就说明你的工作没做好。”

  这是美国某飞机设计师的话,其形象地说明了,战斗机的内部空间,真的是寸土寸金。

  再举个例子,假如你是某10万吨级航空母舰的总设计师,当你设计好以后,有一天上级却告诉你,未来需要增加女兵在航母上的数量,所以你得在合适的地方再增加5个女厕所……

  这很难办到吗?不难,因为这可是一艘10万吨级的航空母舰,在某个地方塞入5个厕所,完全不存在技术障碍。

  但对于战斗机来说,却根本不是这样。如果美国国防部找到F-22的总设计师,说F-22挺好的,不好的地方是它只有一个驾驶员,你把F-22改成双座战斗机吧。

  F-22总设计师惊掉大牙后,接着会怎么说?我猜他会这样说:F-22是最先进的第五代战斗机,如果再增加一个驾驶舱的空间和一个飞行员的重量,也不是不可以,只是,F-22会从第五代战机沦落到第四代,甚至第三代战机,这真是你想要的吗?

  好了,既然F-22增加一个飞行员就会让其变成落后一两代的战机,那么我们是不是可以说,如果我们想把F-22从五代机升级到六代机,那么,去掉其唯一的驾驶舱和飞行员,再重新设计一下,是不是就更容易实现?

  答案是肯定的。

  五代机的一个重要指标是:在不开加力的情况下可进行超音速巡航。

  而现在国际公认的六代机标准之一是:更好的超音速巡航。

  问题是,怎么实现?很难,这需要航空发动机百尺竿头更上一层楼,但在材料技术没有大幅进步的情况下,航空发动机似乎已经发展到了极限。

  假设F-22的超音速巡航速度为1.5马赫,你想要六代机的巡航速度超过它,比如达到1.7马赫,则,减去驾驶舱和各种生命保障系统的重量,再减去飞行员自身体重后,就会更加容易实现。

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战机上的逃生弹射座椅

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弹射座椅测试(图片来自俄罗斯空军。)

  

  更快的超音速巡航是六代机的标准之一,从这点来说,还在试飞中的美国X-47B亚音速无人机,以及未来的X-47C就不配称为是六代机。虽然其隐身能力可能更好。

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X-47B空中加油

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X-47B航母起降(图片来自Steve Helber。)

  更好的超机动性和隐身性

  当电梯加速上升时,我们会感觉自身体重增加了。这种现象可以用来理解航空上的“过载”。

  显然,从电梯加速上升体验到的“过载”远远无法跟战斗机上的相比。

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  正常状态下,人体能承受的最大极限为正9G过载,当过载很大时,血液会从头部向下流向腿部,这必然导致脑部血液大幅减少,从而缺氧。很多飞行事故都是因为飞行员承受了超过人体极限的过载引起的。

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在苏-37上首次完成的Kulbit机动(图片来自Henrickson。)

  然而,为追求战机超强的机动性,迫切需要飞行员能承受的过载越大越好,只可惜,臣妾做不到呀。

  可如果是无人战机,其自身飞出一个20G的过载是轻轻松松的。

  同样,六代机的标准之一是更好的隐身性,然而……

  有人战机的隐身性也是无法与无人机相比,因为战机上的座舱盖是透明的,虽然采取了镀膜处理,但其依然是雷达波较为容易射入的地方之一。

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F-22上的座舱。

  战机座舱是一个空腔结构,雷达波射入座舱后,会发生多次反射,形成腔体反射效应,这会在一定程度上减弱隐身性。

  但无人机却没有这样的弊端。

  六代机就一定是无人机?

  没有这么绝对,事物的发展总是有一个过程。

  就好比移动支付,当其刚兴起时,若我们就预言2020年全是移动支付,这是不对的。我们只能说,移动支付的份额会越来越大,但传统支付还会存在。

  最重要的是,现在的无人机,其人工智能程度依然很低,在很多方面其无法与有人战机相比,这是事实。

  举个例子,和平时期,俄美战机在某空域互相挑衅,俄战机突然打开火控雷达,但美战机飞行员知道,这只是更进一步的挑衅而已,并不代表对方就敢发射导弹或使用机炮扫射。但如果美战机是无人机,它该如何做?当它发现对方已打开火控雷达的瞬间,有可能,只要0.01秒的时间,它自己的空空导弹就先发射出去了。

  所以,更大的可能是,六代机将是一个有人与无人共存的状态。实际上,美国也是这么做的,他们的六代机方案不是只有一个,而是两个。这也是为什么,波音公司在提交自己的设计方案时,是一起上的。

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波音公司六代机F/A-XX 设计概念图,有人(上)无人(下)(图片来自波音。)

  美国2019年国防预算高达7160亿美元,相当于其后9国军费总和。所以,在六代机的研制上,土豪大可以有人无人一起研制,未来一起共存,这是最保险的方案。无论未来怎么走,他们都不会输在起跑线上。

  但对于国防经费有限的国家,比如法国、俄罗斯等,如果还是有人无人一起折腾,把有限的经费平均分成两半,那么研制出来的战机恐怕就会失去竞争力,一步慢,步步都慢。

更使美军六代机具备高超声速飞行能力变得较为渺茫,F-35C在航母上的起降。  有人还是无人,归根到底,这还是取决于各国对人工智能和其他相关技术的未来判断。若法国判断出,即使到2090年,人工智能也无法代替飞行员,有人战机一定能打败无人战机,则,恐怕他们不会在六代机上选择无人模式。

  反之,若俄罗斯判断出,2030年六代机服役,而那时人工智能将会很成熟,则俄罗斯估计会把更多经费放在无人模式上。

  这不是第一次,也不是最后一次,人工智能与军事相连。

  (本文中标明来源的图片均已获得授权)  

  出品:科普中国

  制作:寒木钓萌

  监制:中国科学院计算机网络信息中心  

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