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标题: 他山之石，可以攻玉（四） [打印本页]

作者: 晨枫 时间: 2020-2-21 12:29
标题: 他山之石，可以攻玉（四）
F-35可能揭示了新的战斗机技术革命的冰山一角。与以往不同的是，这一次关键技术挑战可能来自多方面，气动、动力和狭义的武器系统技术的传统主导作用被淡化。

NASA的X飞机计划在90-00年代再次达到高峰，重点在无人机，这是麦道X-36

不管是作为忠诚僚机，还是独当一面，无人机都将在未来的空中战场发挥关键作用

另一方面，网络化、信息化淡化了气动、动力和狭义武器系统的重要性

不管是作为忠诚僚机，还是独当一面，无人机都将在未来的空中战场上发挥关键作用。但无人机的关键在于“无人”，而不在于“机”。NASA的X飞机计划在战后到50年代达到高峰，大量研究各种气动问题。此后NASA的重点转向航天，进入21世纪后再次转向航空，重点在无人机技术，或许说明了无人机的真实技术门槛。

无人不仅是飞行员伤亡和生理极限问题，更是提供了前所未有的可能性。信息化、网络化、智能化提供了强大的“软战斗力”，但也与“机”没有太直接的关系。高度数字化的设计与制造、3D增材制造等先进制造技术根本改变了设计、原型和批量制造过程，更是不与“机”直接有关，而且使得规模经济不再是降低成本的最主要途径。这一切意味着新的战斗机革命可能“功夫在诗外”。

这是与战斗机发展的另一个大趋势相连的：战斗机正在从以平台为中心（platform centric）转向以载荷为中心（payload centric）。以平台为中心也就是以飞机性能为中心，这是传统路子，也是武器性能不足、只有以飞机占位后才能确保杀伤时代的必须。

以载荷为中心是武器技术发展后的必然结果。武器与飞机的性能拉开足够差距后，进攻飞机的占位不再重要，被攻击飞机靠性能甩掉武器也不再现实，所以飞机性能继续追求极致就不再必要。这是从海军战舰开始的，驱逐舰的速度从二战时代的40节降低到现在的30节，如果不需要考虑航母护航的话，还可以进一步降低到28节。从蒸汽锅炉到柴油机到燃气轮机到全电综合推进，舰载动力还在发展，但重点已经不再是速度和航程，而是体积、重量、油耗、综合电力保障、启动加速性、维修等综合性能。所以美国海军早已对战斗机的性能不再敏感，F-18的速度和航程就低于F-16，但武器和电子系统要先进得多，已经体现了以载荷为中心的思路了。

战斗机以载荷为中心后，基本性能还是需要的，就像现代驱逐舰航速依然不宜低于28节一样。同时，基本性能也会向发挥载荷作用倾斜。比如说，航程、留空时间可能比速度、机动性更加优先。可持续的存在是发挥载荷作用的先决条件。当然，什么属于必要的基本性能，什么属于过度的极端性能，就见仁见智了，也因为具体情况而异。比如说，在战争时代，不管图-160怎么开加力，是不可能跑过AIM-120的；但在和平时代，甩掉前来拦截识别的F-35则是很有用的。

网络化、信息化、人工智能这样的“软战斗力”属于广义的以载荷为中心，与平台的气动性能关系不大，不仅是新一代战斗机的核心战斗力，也为现有战斗机的升级延寿提供了巨大的空间，可能在不小程度上影响未来战斗机力量的建设和发展。

90年代中后期，麦道并入了波音，通用动力的战斗机分部并入了洛克希德，格鲁曼并入了诺思罗普。美国航空工业只剩下三大主要公司，其中只有洛克希德直接从事战斗机的研制，并且拥有现行的战斗机项目。波音在F-15E和F-18E生产结束后，就将不再有现行战斗机项目了。诺斯洛普已经多年没有战斗机业务了。

美国已经有人在担忧仅剩的飞机公司不足以形成有效的竞争，缺乏有效的互相激励，损害未来发展。在新技术竞标时，需要有独立评估。自己内部的评估肯定不独立，竞争对手来评估也有利益冲突问题，但要是缺乏有经验但又不是利益相关的第三方，要组织独立评估都难以做到，使得潜在技术风险往往要到很晚才能发现。现在的美国正是这种情况，欧洲则早就是这种情况了。

诺斯洛普现在全称诺斯洛普-格鲁曼。只算投产的战斗机的话，旗下最近的战斗机是F-14。算上只进入试飞但没有进入工程研发和投产的战斗机的话，则还有YF-17和YF-23。换句话说，已经20年没有碰过战斗机了，战斗机的设计和生产能力或许在理论上还保留着。但洛克希德的经验表明，只要掌握了当前的关键技术，一般战斗机技术的补缺是做得到的。

诺斯罗普RQ -180代表了高空远程侦察机的最高水平

在无人作战飞机方面，诺斯罗普X-47B是走得最远得。无人机是否能成为决定性关键技术，使得几十年没有造战斗机的诺斯罗普重回战斗机世界，还有待观察

但波音MQ-25才是第一代量产的准无人作战飞机，能否弯道超车是另一个未知数

诺斯洛普的无人机技术或许是走在最前沿的，无尾飞翼技术尤其领先。X-47B已经验证了航母起飞着陆、甲板上与有人机混合调度、自主空中加油等关键技术，只是因为美国海军对无人作战飞机的改弦易张而没有进入型号研发。RQ-180则已经作为美国空军的高空远程侦察机投入使用。诺斯洛普的无人机技术是否最终会成为下一代战斗机的关键技术，或者成为体系一员的忠诚僚机，还有待观察。

波音的战斗机部门来自麦道，F-15E和F-18E都已经进入尾声，如果没有新的战斗机项目，或许无法长期保存空转的战斗机设计和生产能力。T-7“红鹰”教练机花落波音还不够，F-15EX的生产也只能有限续命。但波音的无人机技术水平也通过MQ-25“黄貂鱼”得到体现。与小众的RQ-180不同的是，这是大批量生产的的主流舰载飞机，从设计到投产到使用的完整经验的价值不可低估。通过T-7“红鹰”体现出来的数字化设计与制造技术是波音的另一张王牌。

洛克希德通过F-35获得了最丰富的战斗机软件化经验，F-22和F-35作为美国仅有的现行战斗机项目的价值更是不用多说。

战后，美国航空工业进入黄金时代。但70年后，美国已经不是战后初期到50年代那个美国了。美国空军作战飞机总数从1956年近26000架的高峰跌落到现在的5300架，即使与里根时代（取1985财年）的9400架相比，跌幅也达44%。1985财年到2020财年内，空军现役人员从60.2万下降到33.3万，文职人员从26.4万下降到17.9万。但2020财年的空军预算为2050亿美元，计入通胀后1985财年为2100亿美元。换句话说，空军的实际预算大体不变，但人均预算和机均预算都大体加倍，军费的使用效率减半。预算控制已经成为美国空军天大的挑战了。

另一方面，战斗机的更新换代越来越慢，机队平均机龄越来越长，现有的212架F-15C的平均机龄达到34年，2018财年的妥善率只有71%，实际可用数量152架；现有218架F-15E的平均机龄也有26年，妥善率71%，实际可用数量155架；现有785架F-16C的平均机龄28年，妥善率70%，实际可用数量550架；现有186架F-22的平均机龄11年，妥善率52%，实际可用数量96架；现有148架F-35A的平均机龄3年，妥善率50%，实际可用数量73架。所有战斗机的平均机龄达到26.3年，妥善率只有67%。降低机队机龄、提高妥善率和可用数量是美国空军坚决要求加速采购F-35A的最重要原因之一。

如果说，麦克纳马拉革命的灵感来自美国汽车工业，当前的新思维就来自美国的电脑和通信（简称ICT）工业，关键在于小步快跑。美国战斗机的换代是大步跨越型的，代差大，代际重叠小，代内功能完整。但使得用户只有在换代时有选择权，换代后产品和供应商基本上就锁定了，使得飞机公司把钓鱼重点从竞标改到后期保障，达不到降低全寿命成本的目的。这也延长了更新周期，因为需要规模经济降低单位成本，而飞机公司也需要时间来收回投资和盈利。这样的传统做法造成死结：竞标时要求越高，成本控制越严格，后期保障挑战越大，全寿命成本越高。

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美国空军用“数字百系列”作为旗号，试图改革战斗机的发展模式。百系列是特殊时代的产物，技术迭代很快，但在战斗机技术上来说并不突出。但美国空军这个口彩到底讨得怎么样，只有时间才能证明

为了打破死结，美国空军部副部长威廉·罗帕尔提出交替迭代发展的“数字百系列”战斗机概念，具体来说：
1、不再强调经久耐用，只求在5-10年里保持足够先进
2、不再强调均衡的全面领先，只要关键技术到位，就着手换代
3、不再强调规模经济，可能每年订购24架，只持续3-5年，总数不超过几百架，但利用数字化设计与制造、3D增材制造降低成本

罗帕尔的灵感部分来自iPhone，频繁换代，小步快跑，不断改进，但不强调经久耐用、持久领先，也不强调全面跨代。与麦克纳马拉革命强调大步跨代但规模经济相比，罗帕尔革命依托：
1、敏捷研发，不求一步到位，容忍一定的不完美，不断改进，滚动发展，避免冗长的传统研发过程
2、开放架构，重要系统可以在不同厂商、不同代的战斗机之间即插即用
3、高度数字化贯彻于设计、制造、使用、保障、报废的全过程

现行方法是在项目开始时，对所有技术要求事无巨细地严格规定，但为了避免水多了加面、面多了加水的螺旋形攀升，要求一旦制定，就严格冻结，对供应侧和需求侧的新要求都置之不理，而是等到后续升级的时候再考虑。由于研发过程冗长，新战斗机有出生即过时的危险，需要一系列升级才能跟上时代要求。初始升级实际上是回头打补丁，把欠账补起来。一旦因为技术或者经济原因升级遇阻，新增要求回迅速堆积，加重后续升级的负担，而且由于环环相扣，不容许失败。F-35就是这个情况。

缩短研发周期对成本控制的作用显而易见，滚动发展也容许把上一代研发中已经意识到但来不及实施或者正在涌现的新技术付诸实施，也便于推倒重来，而不必拘泥于削足适履。后浪马上就要推过前浪也迫使飞机公司不断在技术研发方面不断投入，增强技术活力。

缩短研发周期和生产周期也促使飞机公司有条件着眼于接踵而至的下一代新设计，而不拘泥于当下的得失，减少落选公司患得患失的“竞争不公”官司和行业内耗。这还鼓励飞机公司融入开放架构，不仅大家有碗饭吃，而且可嫁接到下一代的滚动研发。

但敏捷研发取决于新技术的快捷开发和成熟，漫长的等待就抵消了敏捷研发的意义。敏捷研发还要求美国空军具有频繁换代的意愿和资金。频繁换代意味着频繁的重新训练，更意味着繁多的机型。新增一种机型就新增一套支援体系，这个固定开支与机队的大小关系不大，使得单位支援保障成本随机队缩小而急剧上升。据美国战略与国际研究中心（简称CSIS）估计，5种、每种72架、总数360架战斗机的混合机队的支援保障成本与1800架的单一机队的支援保障成本相当。这是与成本控制的初衷背道而驰的。

战斗机也不宜与iPhone简单类比。iPhone的成功故事来自巨大的产量和销量，这和战斗机是数量级的差别，也导致了橘生淮北为枳的问题。况且新一代iPhone的成本（至少是售价）也是一直在持续增高的，否则不足以补偿频繁换代的投资。

ICT的开放架构也与军用系统有本质不同。PC行业尽管产品种类繁多，但应用环境和技术标准相对单纯。手机行业也是这样。军用系统的复杂性和异质性要强得多。通用性是开放架构的初级阶段，F-35A/B/C是在同一张蓝图上设计出来的，要求达到70-90%的通用性，最后只达到20-25%。开放架构要求在异质、跨代机型之间即插即用，与F-35那样的通用性相比，难度是数量级的提高。

另一个问题是开放架构常常与项目期间的成本控制相悖。开放架构需要预留很多短期内用不到的接口和升级空间，有些可能因为种种原因而永远用不到。这意味着额外成本。在ICT行业里，这还可能被巨大的产量和销量所吸收，在产量和销量小得多的军工行业里，过多的“沉没成本”是可能直接导致沉没。

开放架构还有一个技术标准问题，军方不仅需要担负起技术标准的制定，还要担负起技术标准的合规认证。历史上有过1553总线这样的军标先例，但开放架构的复杂性和广域性是1553总线不可能比拟的。作为新一代战斗机的核心特征，这实际上要求军方对整个战斗机工业制定技术标准。技术标准不是海阔天空的空想，而是建立在技术前沿上的。军方毕竟是打仗的，这样的深度技术介入并非强项，既缺乏人力，也缺乏组织支援。但缺乏严格的标准管理的话，很容易在大体合规的标准体系内形成大量实际上不相容的分支，ICT行业里不乏这样的例子，各种Unix版本就经常最多只能做到有限相容，Visual Basic也是一样。

在制造方面，数字化具有极大潜力，这不仅体现在航空工业，也是工业4.0的重要成分。计算机辅助设计和计算机辅助制造的一体化已经发展到很高程度了，进一步的数字化包括把计算机模拟的虚拟使用环境整合到设计中，从制造到使用、维修和升级一并考虑。比如说，在设计时就考虑好制造和总装上的便利，预留部件更换和升级的物理空间和进出通道。用家居装修做比方，室内设计不仅考虑各种效果，还考虑如何把大家具搬进来落位，如何打扫，如何修理，以至于最终淘汰时如何搬出去。对于飞机来说，还要根据各部分的使用强度和系统寿命，科学计算备件体系，包括数量、分布和运输。这样的全寿命考虑极大地减少了经验性、盲目性。

罗帕尔革命也是对现有技术决策和项目管理的改革。现有架构是围绕着紧密控制战斗机-武器系统性能和项目开支而建立的，对进度控制则相对宽松。性能、投资和进度有点像“不可能三角”的关系，可以兼顾其中两个方面、牺牲第三个方面，但很难同时兼顾三个方面，但低估进度的重要性已经不可接受。

在航空技术和空军战斗力的层面上，50年代的“百系列”战斗机基本上在5年内走完从招标、设计到首飞、入役的过程，累计生产了约5000架战斗机，极大地推动了美国的航空技术和满足了美国空军对技术更新的渴求，也提供了大量先进的战斗机。美国空军急切重现这样的盛况，尽管数量上大大降低。

在国家战略层面上，战斗机研发和部署可以作为大国对抗的一部分。用现代决策常用的“观察-判断-决断-行动”理论（简称OODA），每一步的正确性固然重要，整个OODA循环的速度至少同样重要。只有在各个层面上用更快的OODA循环打乱对手的OODA循环，迫使对手不断重新开始新的OODA循环但永远不能完成，最终取得从战斗到战争的胜利。然而，在大多数方面，中国的迅速进步正是中国在经济和技术发展各方面具有更快OODA循环的确证。罗帕尔革命不仅是战斗机研发成本控制的企图，也对美国的大国竞争战略有启示意义。

回到更加具体的航空工业，洛克希德、波音、诺思罗普将继续主导美国的航空工业，但“iPhone化”、无人机和数字制造革命使得原来“边缘”的厂商也获得了机会。

无人机时代造就了一批新的飞机公司，通用原子就是通过MQ-１起家的

Kratos是造靶机出身的，现在也跻身研制忠诚僚机，这是XQ-58“女武神”

通用原子（General Atomics）公司原来确实是从事原子能研究的，但以色列飞机设计怪才亚伯拉罕·卡莱姆的公司破产后，被通用原子买下来，一起买过来的是MQ-1“捕食者”无人机的前身。如今通用原子成为美国最大的无人机公司。未来的战斗机会是有人与无人相结合的，这意味着很可能少不了通用原子的身影。

克莱托斯防御与保安系统公司（Kratos Defense & Security Solutions）的业务很杂，从网络到保安系统，无奇不有。克莱托斯也研制靶机，但现在为美国空军可消耗打击无人机技术示范（简称LCASD）项目推出XQ-58“女武神”，有望与通用原子一起，“荣升”为新一代的战术飞机公司。

美国航空技术从二战前的二流水平跃升到50年代以后的世界领先，此后保持领先，这中间的过程对中国有很大的启示。美国航空技术的大跃进的组织基础是二战期间形成的巨大生产科研体系，使美国航空工业摆脱了单兵作战，而进入了系统对抗的时代。在缴获的德国技术和自己的技术积累基础上，空前规模的实干是美国航空技术从赶到超的物质基础。

但实干不是暴力蛮干。在战后到70年代的高速发展期间里，美国以NASA为基础航空科技的核心，以DARPA为应用军事航空科技的牵头，以各飞机公司的产品和制造技术研究为骨骼和肌肉，美国建立起一个完整高效、合纵连横的研究开发体系，一系列X飞机项目对美国航空关键技术的迅速积累更是起了关键作用。众多团队的竞争一方面保持了活力和互相激励，另一方面也在技术方向出现偏差的时候容易迅速替补。

对中国来说，把教练机也计入广义战术飞机的话，成飞与沈飞属于“一线”战术飞机厂家，洪都和贵飞属于“二线”，如果计入重型歼轰的话，西飞也属于“二线”。虽然有厂所分立，但结合还是非常紧密的。这是很重要的战术飞机工业基础，应该着力保护。美国的经验凸显了多样性的重要。

另一方面，经验很重要，但不是永远靠得住。技术出现突变的时候，既是挑战，也是机会。新兴力量如果潜心积累，把握时机，果断突破，可以在洗牌中脱颖而出。成熟力量如果不能看清潮流，果断超过自己，则可能会落后于时代。关键是要掌握符合时代需要的关键技术。在一般性传统技术已经“灰化”、“白化”的时代，相关缺失是可以补上的。在有条件的时候，不必拘泥于重点扶持，可以鼓励后来居上，容许“越级发展”。

可持续发展是另一个问题。大呼隆的一拥而上能在短时间里造成百花齐放的盛况，但由于需求周期、国力兴衰等因素的综合互动，可能出现后继项目集中断流的问题，对军工的损害巨大，美国就是前车之鉴。军工可以引入市场经济元素，但永远不可能成为真正的市场经济。军工的投入巨大，但回报取决于单一用户，而出口总是受到诸多限制的，越是利润丰厚的高端装备，限制越大。军工的可持续发展是非常重要的课题，如何保证项目流的连续性和数量质量而不对国民经济造成不必要的负担是一门大学问。苏联因为过度倾向军工而使得国家破产，美国没有到这一步，但也承受了很重的内伤，而疗伤过程的痛苦现在正在显现。

尽管已经取得了以“20军团”为代表的一系列重大成就，中国航空技术依然在追赶世界先进水平中。但美国经验表明，赶是为了超，在适当的时机如果不能果断地走自己的路，实现超越，单是追赶，那是没有出路的。单纯追赶不仅被动，而且可能跟着别人误入歧途。但赶上后如何超越，这是另一个话题了。

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