何谓六代机
战斗机的划代似乎从来没有全世界统一的标准,航空时代的前50年的战斗机没有“代”的划分和概念。进入到喷气战斗机时代后,由于战机性能和作战效能的巨大差异逐渐产生划代的概念。但是关于“代”的划分各国尚存在一定的分歧,也没有统一的标准,于是就有了美国的旧四代、新五代说,俄罗斯的五代说和中国的四代说。目前越来越多人接受的是五代说,由此中国新型战斗机首飞,就冠以六代机的称谓了。六总比五大,听起来也更威武一点。
战斗机划代的依据是什么呢?无论俄罗斯五代说,美国的旧四代说、新五代说和中国的四代说都是在长期的战斗机研制工作的实践中逐渐形成的概念,每一代的战斗机都产生于现实作战需求与当时最先进技术的有机结合,跨代发展更是需求牵引和技术推动的共同结果,作战需求牵引着技术进步,技术进步作用于作战效能提升。因此,“代”的划分以能力和技术两大类要素为标志。总体上来说,下一代战斗机较上一代战斗机能够体现作战效能的跃升。中美俄及世界各主要空中战斗机大国均是大抵如此一个发展历程。
前四代或者说前五代战机的划分通常很容易理解:
第一代战斗机是 20 世纪四五十年代服役,采用涡轮喷气发动机的亚音速战斗机,即使能够超音速,也只能短时间超音速。其气动设计与末期活塞式战斗机差异不大,通常采用单发或双发布局。在武器装备方面,主要依靠光学瞄具进行瞄准,平直翼设计使其在飞行性能上十分有限。升限、加速性、爬升率都很低下,武器系统和机载电子设备也很简单。主要武器装备是机炮,近战格斗是家常便饭。典型机型有苏联的米格 15 战斗机,美国的 F -86 战斗机,瑞典萨博 29 战斗机等。
前五代机划分是以能力和技术作为标准,强调的是单机性能和作战效能的提升,但是这个标准套用到六代机上,似乎不太适用了。
20世纪80年代以来,“空中优势”思想一直是西方国家空中作战的理论基础。但是随着时间推移,美国的潜在对手凭借新型航空装备、武器及低可探测技术,已经构建起难以突破的一体化防空系统。第四代和第五代航空系统已无法为西方国家军队提供“空中优势”保障。为确保其航空装备领先地位,美国第六代军用航空系统的研发工作始于2010年代初。美国空军和海军担忧其战斗机的作战能力下降,希望2025-2030年获得可以替换F-15C和F-18E/F/G,以及补齐F-22和F-35C能力短板的新飞机。最初,第六代军用航空系统只是被视为F-22和F-35C的强化版随后,波音、诺.格、洛.马3家公司分别抛出了投石问路的“F-X”方案。期间,针对所谓第六代战斗机的特征展开了一系列讨论 :是高超声速的吗?隐身性能如何?能够搭载定向能武器吗?升限是多少?是有人驾驶的吗?最后,美国空军发现论证的结果并不如人意。因为单机性能的继续提升无法确保美国维持其空中优势地位。2016年,美国空军“空中优势2030”研究团队向高层建议:摒弃有关“第六代”战斗机特征的讨论,而将重点放在如何定义穿透性制空(PCA)的能力上来。甚至不刻意区分是B-轰炸机、A-攻击机、F-战斗机或MQ-无人机,并使用“能力簇”“系统簇”进行描述。同年5月美国空军参谋长批准了《空中优势2030飞行计划》 ,明确了美国2030+破解“反介入/区域拒止”(A2/AD)能力的建设目标,一是以系统簇为标志,体系化向任务级延伸,战斗机单一平台的发展模式面临终结。二是以分布式结构和集群化运用为标志,无人机已经摆脱了有人机“无人化”的发展模式,为战斗机发展增添了新的选择。特别是“忠诚僚机”、“空中航母”等一系列创新性装备概念和作战概念不断涌现,简单沿袭有人机使用模式的局面已经打破,空中战争的“革命性”变化呼之欲出。三是以“金帐汗国”项目为标志,机载武器集群使用与自主协同成为可能。2019年,美国空军启动了“金帐汗国”项目,意图就是探索并验证利用智能网络,改造现役制导弹药,实现弹药集群与协同作战的可能性。研究表明,通过协同,机载弹药的打击效能有望提高2-3倍。
2020年9月,美国空军成功试飞了全尺寸演示验证原型机,项目进入了技术验证阶段,2022年6月,美国空军宣布项目进入工程与制造开发阶段。项目的目标就是要在2030年代搞出一款比五代机还要先进的新型跨代战斗机,以应对不断变化的全球军事态势和潜在对手的挑战,维持其空中力量的领先地位。
时间到了2024年7月,由于NGAD计划面临的主要问题和矛盾十分突出,导致空军紧急叫停项目并重新对其进行审查评估。一是项目超支越来越严重,导致现阶段单价越来越攀升,这其实也和后面讲到的第三点有关——作战需求变来变去,导致单价水涨船高。二是技术风险挑战严峻。要达到那么高的性能指标,可不是那么容易的事儿,里面有好多技术难题。比如说新型自适应变循环发动机研发起来困难重重,全向全频谱隐身技术实现起来也很复杂,还要集成激光等定向能武器。这些技术难题要是解决不好,项目进度就得延迟,成本还得增加,甚至飞机的性能都得受影响。三是作战需求不确定。美国人认为潜在对手的能力一直在提升,作战环境也在不停地变化,特别是中俄等国家军事技术方面的进步,令美军对NGAD的作战需求也跟着变来变去。这项目刚启动的时候想的挺好,可后来威胁认知变了,作战概念也跟着改,这就导致飞机的设计、性能指标、武器装备这些方面都得不停地修改,进一步增加了项目的不确定性。当然还有其他因素的影响,比如俄乌战争带来的无人机技术迅猛发展。
在NGAD的研发过程中,美国空军提出了一系统新型制空理论与概念。2016年,美国空军提出了“穿透型制空”概念,以此为牵引,“系统簇”概念逐步清晰,包括穿透型制空战斗机、穿透型电子战飞机、穿透型轰炸机、武库机以及配套弹药等。“穿透性制空”作战概念以穿透强对抗防区进行纵深打击和肃清空域,从而夺取空中优势为主要目的,是美国针对中俄量身定制的新型作战概念。“穿透性制空”作战概念核心制胜机理是“隐身穿透、直击重心、以敏制钝、由内向外”。依托隐身、电子战等能力,穿透性制空作战编组通过穿透防御、直抵纵深大规模快速打击战略和战役重心目标,然后由内向外直接或引导攻击,在战争初期就快速压制或清除对手核心作战能力,为大规模介入和自由行动提供关键保证。其实就是美国空军在海湾战争中的“踹门”战术进一步升级版本。毕竟消灭敌方空军的最佳方法是将敌方的空军消灭在机场上。
马赛克战,为应对战争形态转变带来的挑战,美军的作战概念创新不断加速。2017年,美军提出“马赛克战”概念。“马赛克战”作为“决策中心战”的一种作战模式,其基本理念是以决策为中心,将各种作战功能要素打散,利用自组织网络将其构建成一张高度分散、灵活机动、动态组合、自主协同的“杀伤网”,进而取得体系对抗的优势。
分布式作战,2016年7月,美国空军大学何蒂斯.李梅条令开发与教育中心发布了分布式作战的概念 ,提出:分布式作战是指独立或相互依存的部队(可在联合作战区域之外)协同参与作战计划和/或作战决策实施过程,最终完成指挥官下达的作战任务及其目标。分布式作战理论的关键特征在于:作战单位的空间分布、作战单位的自主决策、协作完成上级任务等。
通过梳理以上美国空军NGAD的研制历程,我们其实不难发现美国空军的根本目的是为了保持其空中优势,当以前单一战斗机发展模式无法提供这种碾压式的代际优势后,美国空军企图利用最新的空战体系理论打造出未来新一代的制空体系,从而继续维持其空中优势地位。而六代机则是专门为适应未来新一代的制空体系而研发的未来战斗机,是属于这种全新的制空体系的一个关键性骨干平台。正如美国空军副参谋长斯利夫上将在NGAD喷气战斗机项目暂停后所言:“这样一来,您将获得两种不同的答案,如果这样表述问题:‘我们表现如何—— 冲突条件下如何获得空中优势?’这是提问的方式之一。也可以按其他方式提问:‘我们如何研制第六代有人战斗机平台?’空军部长助理亨特:“下一步我们的方法在于,把飞机作为武装力量总体的一部分,对吧?这样一来,空中优势将不是由某个单独的平台来保证。这涉及所有武装力量,我们清楚,在武装力量中有很多,将在近几十年一直保留。我们有F-35战斗机,F-15EX,F-22。因此,只需确定,为了补充上述我们经常存在的能力应该发挥什么作用,以确保完全发挥绝对安全所需的潜力”。斯利夫和亨特在发言中强调,空军计划应重视满足任务基本要求的方式,而不是满足上述需求的具体平台。这耐人寻味,即这两位说的已经不是飞机,而是遂行战斗任务的方式。引用他们的话:“我们倾向于使用首字母。你们清楚,我指的是,我们的飞机可以做什么,字母C开头的飞机运输物资。以字母B打头的飞机呢?投掷炸弹。因为所有以字母B开头的—— 是轰炸机。但你们知道吗,我们的空军从C-17的后部发射巡航导弹(在所谓‘快龙’计划框架内),从B-24的弹仓空投人员(二战时)等等,我甚至不清楚,这究竟是货机,轰炸机还是战斗机?”的确,六代机要解决的问题不在于,用什么,什么飞机,而在于—— 如何完成作战任务、作为什么用。如同哲学思考的人生三问一样,正常顺序是:我是谁?我从哪里来?我将去向何方?六代机研发的思维方式更改为:我将去向何方?我从哪里来?我是谁?
至此,我们已经大体了解何谓六代机,所谓的六代机其实就是以未来制空理论为指导所打造的新一代制空体系的有机组成部分,而不是作为一个单独的飞机平台存在,战斗机的研制模式已经彻底地告别以前的研发模式,同时也打破了以往战斗机的使用模式,六代机要真正发挥作用必须依赖于体系的存在,脱离了体系谈六代机就是耍流氓。六代机强调体系作战。比如它设计为主战机搭配无人僚机,注重整体体系的协同作战优势。专注于完成作战任务的能力。这个是与以往战斗机研制最大的不同。打个比方,如同移动通信领域一样,从1G时代模拟信号到2G数字调制再到3G引入了视频通话,移动互联,在线视频等,4G包括基于IP语言通话的VoIP,3D电视,视频会议,高清移动电视,游戏和云计算。5G智慧城市,大量传感器的应用,智能驾驶,远程医疗的应用。手机也从最初的模拟手机转变为数字手机,智能手机,卫星手机等等,而目前正在研发6G通讯,6G手机。六代机,其实我们可以理解为就是战斗机领域中“6G手机”。
美国在六代机研发过程中的问题和思考,其实对于中国空军也一样,如何打赢未来的高科技空中战争,难题与压力同样来到了中国有关方面。在前方没有任何参照和标准的前提,依靠70多年来积累的工业基础,厚积薄发,率先研制出第六代战斗机。
鉴于网络上关于沈飞六代机的视频和图片过于稀少,形态也模糊不清,这里主要聊聊成飞六代机,从中管窥六代机的几个特点。
成飞六代机给人第一个印象是“大”。从伴飞的歼-20S战斗机与成飞六代机的对比来看,首先外形轮廓要明显大一圈。具体大多少,目前没有准确数据可以引用,歼-20S战斗机已经是典型的重型五代机,六代机还要比它大上不少,这说明了什么?
一,事物的发展总是一个从简单到复杂,从低级到高级的一个过程,六代机为了装下越来越多的机载设备,其中包括航电系统、飞控系统、机电系统和任务系统。飞机机载系统功能越呈指数级增长,各种电子元器件和各种传感器数量也急剧增多,为了容纳越来越多越来越复杂的机载设备,机体必须往大里造。大有大的好处,例如能容纳更大尺寸的有源相控阵雷达等设备。
二,大机体的好处还有就是增加武器弹舱的尺寸。武器弹仓的尺寸和容积大小,直接决定挂载武器的数量、种类。机体挂载的武器决定了战斗机火力强大与否。一代机配一代导弹,在空战体系3.0时代,OODA闭环时间差的制胜准则依然发挥着主导作用。OODA闭环简单来说就是先敌发现,先敌开火,先敌击中,先敌脱离,由此可见,将来的空战强调的仍然是中远距交战,超视距交战,不给敌机有进入格斗机会。未来的空空,空地导弹有进一步大型化复杂化的趋势,过小的弹仓设计有可能无法容纳新一代导弹。而大弹仓设计甚至能容纳多架无人僚机。
三,大机体是实现远航久航的能力的必要条件。美国的NGAD计划要求的是一架具有太平洋射程的战斗机,中国空军有突破第二岛链封锁,前出关岛以及保卫南海的需求,中美不约而同对六代机有远航能力的要求。而以往美国战斗机航程需求是面向欧洲大陆。因此六代机都把8000Km以上航程,2500+Km作战半径作为设计指标之一。大航程和大作战半径必须装载足够的燃油才达到目标,而大机体成为必然的选择。足够的飞机燃油不但带来大航程和大作战半径,同时还会大大增加飞机在作战区域的滞空时间,有更多的时间来选择战术方式,判明敌情,发射武器。美国诺斯罗普公司曾有论文称要做到2000km作战半径,而且还要求2马赫速度的话,飞机的最大起飞重量要接近50吨。聊到这里,我们似乎得出一个有趣的结论:五代机无轻型,六代机无中型。现役五代机中,俄罗斯的苏57战斗机,中国的歼-20、歼-35A战斗机,美国的F-22、F-35系列战斗机,没有一款是轻型机,即便是目前俄罗斯在研的前途未卜的苏75战斗机也是属于中型机范畴,从FC-31到歼-35A的发展历程看,战斗机的外型尺寸和空重一直在增大。残酷的俄乌战争经验表明,即使是己方严密布防的前线的机场,依然是避免不了对方的远程火力覆盖和无人机的袭击,而天生“腿”短,必须靠近前沿部署的轻型战斗机越来越不适应战场环境。战斗机只有布署在纵深机场才能获得一定的安全性。远航久航能力成了空军的普遍要求。而在六代机身上,种种条件和因素制约下,连中型机也没有了存在空间。在可以预料的将来,六代机就算大小有区分,但是依然全部属于重型机的范畴,即使将来有中型机的出现,也大概率是作为六代机的僚机、功能机之类的角色出现。
成飞六代机给人的第二个印象是外形“科幻〞。双三角翼飞翼式布局,机体整体线条流畅,机身上没有太过突兀的线条破坏整体美感,飞行的时候犹如一片银杏叶飞翔在天空中。无论美国NGAD战斗机计划及成飞,沈飞六代机的气动外形选择上,不约而同地选择了无尾飞翼式布局。无尾飞翼式布局有许多优势。
一.极大的降低了机体部件间的干扰阻力,同时由于浸润面积的减小,摩擦阻力也被极大减少。基于翼型设计的翼身融合体可产生远超常规布局机翼的升力,由此整机升力系数较常规构型有较大优势。阻力的大幅减小和升力的提升造就了飞翼布局飞行器绝佳的升阻比优势,进而带来的是优秀的气动效率,这也就具备了大航程和续航时间长的优势。
二,通过翼身融合、无尾翼设计使得整机的结构重量大幅减小,同时由于机身承受的重力基本沿展向分布,与所受气动载荷基本一致,因而在机体刚度设计上具有先天的优势。由此飞翼布局也具备了优秀的载重比。
三,实现全向全频谱雷达隐形的优秀气动外形。隐形的意义是不言而喻的,同时也是在五代机中实践及作战使用得到验证的。面对远中近三层呈网格状分布的现代化防空系统面前,想突破和穿透日趋绵密的防空火力网,隐形设计成为最佳选择。俄乌战争的经验表明:即使乌克兰的绝大部分机场遭受攻击,作战飞机近乎团灭,俄罗斯在掌握了相对的制空权的情况下,俄罗斯使用以四代机,四代半机为主的空军,依然避免不了战场上的飞机损失。在复杂电磁环境下高强度高烈度的战争中,战斗机的隐形性能要求对于突防的意义极为关键。只有高度隐形的战斗机才能避免战争中遭遇过大的损失,从而适应未来高科技战争的需求。第五代战斗机中成飞的歼-20战斗机前向隐形性能不错,雷达截面积RCS达到0.01-0.001区间,由于受限当时中国的发动机水平,以及当时尚未突破二元推力矢量技术,飞机后部隐身性能存在比较大的缺憾。随着各国的反隐形技术进步,各种无源/多基地雷达、极低频雷达、超视距雷达的服役,五代机隐形性能不彻底的缺点将逐渐暴露。
因此,六代机必须追求更为全面的隐形性能。虽然拥有如此多的优势,但是飞翼式布局飞行器在世界航空史上在六代机诞生前却从未占据主流,这是因为飞翼式布局飞行器在设计上面临着超乎想象的困难。由于省去了几乎所有能省去操纵飞机舵面部分,再加上几乎所有的控制舵面都只能基于机翼后缘,因而飞翼式布局的飞行器往往有着显著的横侧向稳定性问题以及操纵耦合问题。在六代机身上,这些问题的解决需要采用全新的工艺和材料及复杂的数值计算,通过一体化的飞/发综合矢量设计才能加以解决。同时飞翼式部局的战斗机也揭示六代机战术特征:高升低阻,预示着能飞高空,具有宽域飞行能力。