【点兵六代机】日、欧六代机启动 科技树逐渐点亮

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第六代战机要符合什么样的条件?世界各国依据该国的需要以及技术的发展,定义有所不同。但是基本上,需要更先进的匿踪设计(战机尾翼更加倾斜甚至取消)、更强大的可变循环发动机(可以在不同飞行动作中,切换发动机运作模式)、更先进的AESA主动电子扫描阵列雷达(用GaN氮化镓材料的射频组件)、更强大的计算机智能以及无人机操控伴飞等条件,基本上都是各强国目前对于第六代战机的共同要求。

在中国大陆宣布将歼20B型改良战机进入大量投产之后,美国国防安全合作署(DCSA)立刻通过总值达美金231亿元的对日军售案,内容为105架F-35A/B型战机,其中可短场起降(S/TOVL)的F-35B型战机高达42架,将紧急配备在目前已经进入改良工程阶段的2艘出云级(Izumo Class)直升机护卫舰,整个案子震惊亚太地区,日本加上之前已经获购的F-35族系高达147架,数量将是全球除了美军之外,最高的操作国。而在同时,日本防卫省也宣布将在2031财政年度,正式量产第六代战机,并且提出详细的战机特色与诸元,以及相当精确的想象图,此种日本特色的第六代战机,将在2030年代迅速取代已经老化的F-2支援战机,以及部份已经无法服役的未升级款F-15J/EJ型战机。

日本是亚太地区,除了中国大陆之外,第二个清晰公布六代机研发与制造详情的国家,此前日本防卫省称呼此种六代机为“I3战机计划(I3 Fighter)”,所谓的“I3”指的是Informed(感知/状态意识situation awareness)、Intelligent(智能)和Instantaneous(瞬间击杀)等三种特性,这是日本所定义的第六代战机首要性能。而这些日本特色的六代机性能,多半着重在其电子能力,并非如美中俄各强权的六代机,在匿踪设计、发动机性能和长程武器方面平均取得优势,日本因为其国防预算研发的规模,故在电子作战上面要求较多。

日本防卫省在2020年中公布其三菱F-3第六代战机的构想图,据称已经相当接近日本未来将推出的战机构想,可注意其发动机进气口设计。(日本防卫省)

许多人都认为,日本的F-3战机是由“心神”ATD-X/X-2先进技术验证机改良而来,同样为三菱重工的作品。事实上,从日本防卫厅所公布的F-3战机想象图,其与心神的设计差异颇大,除了机身尺寸已经大了几号外,其进气道采取类似Su57设计的底部半埋式设计,主要是为了要隐藏发动机热讯号,达到较佳的匿踪效果。此外,垂直尾翼也成为类似美制YF-23实验机的半倾斜型设计,和“心神”的传统布局并不同,主要也是为了达到接近六代机的严苛匿踪设计要求。

日本防卫省主导开发的心神实验机(ADT-X)在2016年首度试飞时,世界各国都以为此为日本的下一代(第五代)战机设计。(日本防卫省)

而日本自制六代机最大的障碍之一,就是发动机的自力研发。日本此次“铁了心”的要求使用国产发动机,就是为了要摆脱受制于美国货的难局,即使由日本防卫省防卫装备厅(ATLA)和石川岛播磨重工(IHI)所联合研发的XF-9发动机,并未拥有美中俄等国六代机所具备的“变循环发动机”(Variable Cycle Engine, VCE)的功能,无法在涡扇(Turbofan Engine)、涡喷(Turbojet)和冲压(Ramjet)之间,由发动机内部结构的改变而改变模式,但是日本防卫省方面声称,XF-9发动机有几种优势,包括与美制通用电气(GE)的F-110发动机一样的15吨以上推力能力,但是体积却仅有XF-5小型发动机一样,此种所谓薄型发动机的推出,是日本研制发动机材料科学上的进步。而较小的发动机前口径,也可以大幅度提升匿踪性能。

预计将采用于三菱F-3战机的XF-9发动机,并不具备变循环发动机(VCE)性能 ,却可以因材料优势与进步,由较小体积发挥出美制F110发动机高达15吨以上 推力的性能,且缩小进气口设计,达到匿踪、省油等特点,大幅度增高三菱F-3 战机的作战半径和战场存活率。(日本防卫省防卫装备厅)

此外,XF-9发动机,也具备了日本撷取美国技术,所发展出来的XVN3-1的3维矢量喷嘴(TVC)技术。此种喷嘴的技术已经在“心神”实验机于2016年展开的试飞验证中获得使用数据以及经验,未来F-3将使用已经过验证的3维矢量喷嘴技术,实现其六代机的缠斗打击能力。

而日本F-3六代机的I3性能要求,事实上也映照着欧洲各国提出的2款第六代机的性能。在日本发表六代机之前,以英国为首的Tempest(暴风)战机概念,就已经面世。英国在2018年7月,宣布将独立开发由BAe英国航太公司所提出的暴风型第六代战机,就引起了全球瞩目,由于英国长年以来已经放弃自行研发战机,其战机工业久未有独创新品,上一代横扫世界的英国战机产品是1970年代推出的海鹰式短场起降滑跳战机(Harrier Jump Jet),除此之外,英国的航空工业基本上已经和欧洲公司融为一团,英军现役的2种主力战机,包括Tornado龙卷风战机和Typhoon台风型战机,都是和欧陆国家联合开发而成。

英国已经将近50多年未推出自力研发的战机,在2018年突然推出暴风战机概念,并且推出等比例模型,震惊世界。从图中可看出暴风战机和日本三菱F-3战机的设计概念,几乎一样,是为了提供高空高速短纵深环境的制空拦截战术优势。(BAe英国航天)

英国近年来除了海、空军皆向美国采购F-35B短场起降战机外,并无能力接续美国开发新的第五代机,且第五代机世界各强国已经发展成熟,美中俄都已经服役,可谓“未开发就已经落伍”,故英国采取欧陆各国一样的态度,在2020年代之前,提出第六代战机概念,全心投入下一代战机以及整体空战概念的革命。

暴风战机已经在2021年推出全机体比例概念模型,以及已经研发一半的机舱虚拟作业环境。英国对于六代机的概念,与日本相当相似,由于发动机科技不是美国的对手,故英国的暴风战机也强调其数位科技上的先进,即日本的I3概念,其战机匿踪设计也几乎与日本一样,采取倾斜尾翼方式来辅助飞行,而非类似美国的取消尾翼设计。但是,英国劳斯莱斯公司是否负担暴风战机的发动机设计?或者英国将采购美制的变循环发动机,直到目前为止都未定案。

英国与日本一样,在过渡期大量采购美制F-35A/B型战机,与将在2030年代陆续退役的Typhoon 台风战机一起担负防空重任。值得注意的是,英国皇家海、空军,都一样采购F-35B型战机,并未如日本一样,同时采购A/B型。(Facebook @ MOD)

英国与日本的防空需要相当类似,日本必须应付来自中国大陆、俄罗斯方面高空高速战斗机的拦截需求,故需要拥有双发动机、高空高速拦截的纯制空(Counter Air)战机。英国也类似,其空军需要应付来自北海的俄罗斯高空高速战机的挑战,故也长期需要双发动机的高空高速重型制空拦截机。

而美国由于是攻势战略国家,其战机的拦截需求较低,反而着重在匿踪型态的深入打击模式,故采用纯美制的战机,对英日二个防御纵身相当浅薄的岛国来说,并非是标准答案。故英、日虽然都采购了数量庞大的F-35A/B型战机,但是此种战机任务模式为深入攻击至上,空优拦截能力仅是刚好而已,故英、日二国才会想要自己开发符合自己防卫需求的制空拦截战机,而非单纯采购美制战机。

暴风战机采用的浸沉式虚拟现实座舱,将有利于第六代战机驾驶员,可以透过虚拟人机接口、轻易操控无人僚机、感知周遭状况和切换各种攻击模式。(BAe System)

英国的暴风战机,也吸引了欧陆国家的眼光,包括意大利飞机巨擘李奥纳多(Leonardo S.p.A.)公司也参与研发,而瑞典则是在2020年决定加入英国团队,但是该国的SAAB飞机公司是否会加入开发暴风战机?抑或是持续改良该公司JAS-39NG等4.5代战机的性能,以获取外销市场?目前都还尚未定论。

而由于英国已经和日本合作开发了号称“全球最先进空空导弹”的新联合空空导弹(Joint New Air-To-Air Missile, JNAAM),两国的战略利益、战术需求都类似且有合作经验,故英、日是否会合作开发六代机,也受到国际瞩目。由于英、日的六代机构型几乎一样,仅在机翼设计各有不同需要,未来可能因为开发经费高昂,各国无法独立负担,此二案整合的可能性,事实上相当高。

法德西合作的FCAS未来战斗空中系统,其外型与日、英不太相同,由于战略需求和战术环境较为多变,并不强调高空高速拦截制空任务,反而将重点放在深入打击、人工智能、优异匿踪设计等项目上,未来可能取消其倾斜尾翼设计。(Dasault/Airbus)

欧陆除了暴风战机之外,另外还有结合法国、德国航空精锐开发的未来战斗空中系统(Future Combat Air System),也在2018年揭露出其初期设计概念,并且展出等比例模型。这个结合法国战机巨擘达骚(Dasault)和德国空中巴士(Airbus)公司所开发的第六代战机案,目前曝光的信息相当有限,而且在尾翼设计方面,未来可能还有变动,甚至取消来进一步优化其匿踪设计的动作。法德合作的案子,也获得西班牙的青睐,故目前欧洲就是英义瑞的暴风,以及法德西的FCAS二大系统的竞争。但是,对于六代机最关键的发动机技术,欧陆二大方案都未提出清楚的走向,甚至变循环发动机的科技,目前都还不见成果。

环顾日本与欧陆的六代机计划,事实上并未能够称为严格的六代机,因为其技术突破的点相当少,且部份性能未能达到六代机的定义。尤其是发动机科技,目前少有能够与美国竞争者,美国通用电气GE公司,目前可说是全球变循环发动机的领头羊,日、欧是否在未来采用美制品或者授权生产等,还要视各该国的战略形式、预算和科技突破而定。

但是,日、欧的六代机共同点,就是极度强调“智能操控”。尤其是战机与无人机的搭配,已经是必备的条件,英国的暴风战机,其强调的驾驶舱浸沉式的虚拟环境控制设计,除了能够获得前所未见的知觉意识感(situation awareness)外,还能够灵活操控各种武器平台、以及无人机机群。而各国都在开发的能量武器(如雷射)等技术,日、欧也都是技术先进国,六代战机的发动机是否能够带动足够电能、可使能量武器发挥功效,也是其六代作战能力的关键。

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