一、發(fā)展背景
本文已發(fā)表于相關(guān)刊物。 2022年7月28日,美空軍空中靶標(biāo)項(xiàng)目辦公室發(fā)布信息征詢書,希望借助創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展兼顧高經(jīng)濟(jì)性與高性能的“下一代空中靶標(biāo)”(NGAT),要求其能超聲速飛行,可高逼真模擬中俄第五代戰(zhàn)斗機(jī)性能、特征與對(duì)抗手段。這是美空軍針對(duì)中俄隱身戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)展,在戰(zhàn)備訓(xùn)練設(shè)備研制方面的最新動(dòng)向。 一、發(fā)展背景
空中靶標(biāo)(即靶機(jī)或靶彈)用來模擬空中威脅目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特性、目標(biāo)特性及對(duì)抗特性,可為作戰(zhàn)人員提供逼真的實(shí)戰(zhàn)演練對(duì)象,更是檢驗(yàn)航空、防空裝備性能與可靠性的重要裝備。美國一直重視空中靶標(biāo)的發(fā)展,自20世紀(jì)30年代研制空中靶標(biāo)以來,已形成了完備的裝備譜系。針對(duì)五代機(jī)威脅,美陸軍于2011年啟動(dòng)能精確模擬五代機(jī)典型能力特征的“第五代空中靶標(biāo)”(5GAT)研發(fā)項(xiàng)目,但首架原型機(jī)在2020年的飛行試驗(yàn)中墜毀,使得美軍新一代空中靶標(biāo)發(fā)展遭到挫折。 2020年即將進(jìn)行首飛的“第五代空中靶標(biāo)”(5GAT)。5GAT長(zhǎng)約12.2米,翼展7.3米,能夠使用傳統(tǒng)跑道起飛和著陸,是一種全尺寸、低可探測(cè)飛行器,能夠比當(dāng)時(shí)其他任何可用飛機(jī)更準(zhǔn)確地代表了美國軍隊(duì)可能面臨的第五代戰(zhàn)斗機(jī)威脅。低成本的5GAT能夠進(jìn)行空空和地空平臺(tái)或武器的測(cè)試和評(píng)估、飛行員和地面部隊(duì)訓(xùn)練,以及開發(fā)針對(duì)第五代戰(zhàn)斗機(jī)的戰(zhàn)術(shù)、技巧和程序。5GAT于2011年正式立項(xiàng),第一架原型機(jī)于2020年10月首飛時(shí)墜毀(美國防部圖片) 在此背景下,美空軍認(rèn)為當(dāng)今世界隱身裝備不斷涌現(xiàn),加之備戰(zhàn)大國競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)略之下的國防預(yù)算緊張,全部使用QF-16“全尺寸空中靶標(biāo)”(FSAT)進(jìn)行演訓(xùn)的模式將難以為繼,需要充分利用設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的新進(jìn)展,開發(fā)具有高經(jīng)濟(jì)性且功能強(qiáng)大的空中靶標(biāo),從而加速構(gòu)建針對(duì)中俄五代機(jī)的作戰(zhàn)體系,有效應(yīng)對(duì)隱身戰(zhàn)斗機(jī)對(duì)美軍帶來的挑戰(zhàn)。由此,美空軍提出“下一代空中靶標(biāo)”設(shè)想,并向工業(yè)界尋求創(chuàng)新解決方案。 2013年9月19日,第82空中靶標(biāo)中隊(duì)的QF-16全尺寸空中靶標(biāo)在佛羅里達(dá)州廷德爾空軍基地進(jìn)行首次無人駕駛飛行。QF-16是一種有人/無人空中靶標(biāo),用于導(dǎo)彈/武器的開發(fā)、測(cè)試、驗(yàn)證和訓(xùn)練。從2015年開始,QF-16開始取代日益減少和過時(shí)的QF-4全尺寸空中靶標(biāo)(FSAT)。QF-16能夠有人駕駛或遙控操作。根據(jù)合同,波音在2021年4月之前分五個(gè)生產(chǎn)批次交付121架改裝機(jī)身。2022財(cái)年資金將根據(jù)后續(xù)的第六批合同采購12架改裝飛機(jī)。最新的升級(jí)包括電子攻擊吊艙和軟件現(xiàn)代化,以更準(zhǔn)確地復(fù)制對(duì)手的能力和戰(zhàn)術(shù)、地面控制現(xiàn)代化以及威脅變化/對(duì)抗措施的改進(jìn)(美空軍圖片) 美空軍上一代的全尺寸靶標(biāo)——QF-4。該機(jī)是一種一種可重復(fù)使用超聲速遙控空中靶標(biāo),可以模擬敵機(jī)的機(jī)動(dòng),由F-4“鬼怪”Ⅱ改裝而成。QF-4可以通過遙控或安全飛行員飛行以監(jiān)控其性能。QF-4在充當(dāng)武器靶標(biāo)時(shí),僅采用無人模式飛行,并且僅在授權(quán)無人飛行的特定水上空域飛行。當(dāng)無人駕駛飛行時(shí),QF-4中裝有自毀裝置,以便在飛機(jī)變得無法控制時(shí)摧毀飛機(jī)。QF-4配備有電子和紅外對(duì)抗措施,以全面評(píng)估對(duì)抗戰(zhàn)斗機(jī)和武器的效能。QF-4可完全由計(jì)算機(jī)飛行,也可以在起飛和降落期間使用位于跑道上的移動(dòng)控制站手動(dòng)控制。作為安全預(yù)防措施(美空軍圖片) 二、需求及運(yùn)用剖面
美空軍設(shè)想中的“下一代空中靶標(biāo)”具備靈活性和增量發(fā)展能力,能隨著未來技術(shù)的發(fā)展而升級(jí),有效模擬威脅及其未來演進(jìn)。 1. 總體需求 美空軍提出,“下一代空中靶標(biāo)”項(xiàng)目的目標(biāo)是發(fā)展一型能夠模擬殲20、蘇-57等中俄五代機(jī)的靶機(jī)。為逼真模擬這些飛機(jī)的性能、特征和對(duì)抗措施,既要發(fā)展高逼真度的靶機(jī)平臺(tái)外,又要在靶機(jī)上集成電子戰(zhàn)/電子攻擊設(shè)備、射頻發(fā)射機(jī)以及箔條和紅外干擾彈等各類主/被動(dòng)對(duì)抗載荷。本次發(fā)布信息征詢書的目的,就是尋求有能力設(shè)計(jì)、集成、建造、測(cè)試、制造和交付可逼真扮演威脅、經(jīng)濟(jì)上可承受的這類空中靶標(biāo)的企業(yè)。美空軍提出,為能在授予合同后的5年內(nèi)獲得2~5架經(jīng)過全面測(cè)試的可飛行原型機(jī),相關(guān)企業(yè)可采用全新設(shè)計(jì)、對(duì)已有方案進(jìn)行修改或兩者兼有的方式提供解決方案,但關(guān)注重點(diǎn)是以成熟技術(shù)最大限度地降低風(fēng)險(xiǎn)。 殲-20、蘇-57等第五代戰(zhàn)斗機(jī)是美空軍“下一代空中靶標(biāo)”的主要模擬對(duì)象(俄羅斯聯(lián)合飛機(jī)制造集團(tuán)圖片) 2. 能力需求 “下一代空中靶標(biāo)”的核心能力需求是能夠模擬殲20、蘇-57等中俄五代機(jī)的射頻和電子攻擊輻射,并在給定的測(cè)試場(chǎng)景下保持適當(dāng)?shù)睦走_(dá)和/或紅外隱身特征。此外,美空軍還從平臺(tái)與飛行能力、任務(wù)能力兩方面,提出了各企業(yè)的“下一代空中靶標(biāo)”方案需滿足的要求。 在平臺(tái)與飛行能力方面,應(yīng)滿足的主要要求包括:①可從2440米×45米的跑道滑跑起飛,或借助地面發(fā)射設(shè)施輔助起飛。②能在30~15240米高度范圍內(nèi)飛行。③在給定任務(wù)期間,能夠在9140米高度進(jìn)行兩次超聲速?zèng)_刺,飛行沖刺速度不低于馬赫數(shù)1.2,每次超聲速?zèng)_刺持續(xù)2~4分鐘。④馬赫數(shù)0.9時(shí)的穩(wěn)定盤旋角速度在高度4570米達(dá)到16.9度/秒,在高度9140米達(dá)到15度/秒。⑤續(xù)航時(shí)間達(dá)到2小時(shí)。⑥如靶機(jī)未被擊毀,則應(yīng)可回收或能夠著陸;降落條件包括在2440米×45米的跑道著陸,或通過降落傘降落在指定回收區(qū);回收方式應(yīng)有助于最大限度地減少任何由此產(chǎn)生的靶機(jī)損壞,以最大程度地減少恢復(fù)狀態(tài)所需的時(shí)間與工作量。⑦能夠從海水中回收,且不會(huì)出現(xiàn)明顯的滲漏問題;但如采用傳統(tǒng)起落架在跑道上著陸的方案,則不做此要求。 在任務(wù)能力方面,應(yīng)滿足的主要要求包括:①能集成AN/ALE-47干擾彈投放裝置。②內(nèi)埋載重不低于230千克,能控制至少5個(gè)獨(dú)立有效載荷。③載荷艙容積不少于1.4立方米,能根據(jù)任務(wù)需要進(jìn)行配置,并提供足夠的冷卻能力。④具備外掛能力,每側(cè)機(jī)翼最多可掛約200千克。⑤能為任務(wù)載荷提供16千瓦的電力,為內(nèi)外掛點(diǎn)提供至少250安、28伏直流電源,電流質(zhì)量應(yīng)達(dá)到或超過美軍標(biāo)704F要求。⑥可利用多個(gè)現(xiàn)有靶機(jī)控制系統(tǒng)控制。⑦要求天線孔徑及相應(yīng)設(shè)備在全機(jī)布置合理,以解決天線尺寸、頻率覆蓋、與多個(gè)機(jī)載系統(tǒng)集成及相互干擾問題。⑧無論單獨(dú)配置或與其他系統(tǒng)共享,電子攻擊系統(tǒng)有效載荷需有發(fā)射和接收天線。⑨機(jī)載電子攻擊有效載荷系統(tǒng)的架構(gòu)、控制和集成應(yīng)采用開放式設(shè)計(jì),以適應(yīng)政府提供的系統(tǒng)。 AN/ALE-47機(jī)載干擾彈投放系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用來自包括雷達(dá)警告接收器(RWR)和導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)(MWS)等的集成電子戰(zhàn)(EW)傳感器的信息,能夠在自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)或旁路模式下運(yùn)行,可為飛機(jī)提供紅外和雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈攻擊下的生存能力。AN/ALE-47機(jī)載干擾彈投放系統(tǒng)已在美國防部所屬所有軍種以及30多個(gè)國家的數(shù)十種飛機(jī)平臺(tái)上得到應(yīng)用(英國BAE系統(tǒng)公司圖片) 3. 運(yùn)用剖面 美空軍還在信息征詢書中給出了“下一代空中靶標(biāo)”的典型運(yùn)用剖面,共分為6段:①靶機(jī)接收到指令,自主起動(dòng)、滑行、起飛并爬升至指定巡航高度;②沿預(yù)先計(jì)劃或指令的航路點(diǎn)和空速進(jìn)行自主巡航,并抵達(dá)距出發(fā)點(diǎn)約45分鐘/460千米處的等待點(diǎn);③在預(yù)先計(jì)劃或指令的等待點(diǎn)以最大久航空速自主穩(wěn)定飛行10分鐘;④接收到指令后,自主從等待點(diǎn)出發(fā),以超聲速?zèng)_刺飛行2分鐘,抵達(dá)預(yù)先計(jì)劃或指令的測(cè)試區(qū);⑤接收到返回指令后,自主沿預(yù)先計(jì)劃或指令的航路點(diǎn)和空速巡航,返回回收區(qū);⑥按程序自主下降后回收/著陸。 “下一代空中靶標(biāo)”的典型運(yùn)用剖面(中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心制圖) 其中,針對(duì)第4段剖面,美空軍還提出了4小段詳細(xì)設(shè)計(jì):①靶機(jī)在接收到指令后激活選定的電子攻擊功能;②加速到最低馬赫數(shù)1.2,并保持該速度飛行至少2分鐘;③完成首次測(cè)試后以經(jīng)濟(jì)巡航速度返回等待點(diǎn),并自主穩(wěn)定飛行10分鐘;④接收到第二次測(cè)試指令后的靶機(jī)重復(fù)前述操作。 三、啟示建議
美空軍發(fā)布“下一代空中靶標(biāo)”信息征詢書,是美軍瞄準(zhǔn)在“同代對(duì)抗”的作戰(zhàn)環(huán)境中按需奪取制空權(quán),針對(duì)五代機(jī)發(fā)展新型專用靶標(biāo)的最新努力。信息征詢書中提出的一些要求,既體現(xiàn)了美空軍對(duì)空中靶標(biāo)的理解和對(duì)“下一代空中靶標(biāo)”的要求,同時(shí)也一定程度上反映出其對(duì)中俄五代機(jī)的一些認(rèn)知。結(jié)合我軍需求,美軍相關(guān)做法可為我們提供一些啟示: 一是空中靶標(biāo)仍是檢驗(yàn)裝備效能與戰(zhàn)法的重要手段,具有不可替代性。當(dāng)前,以“真實(shí)、虛擬和構(gòu)造”(LVC)仿真技術(shù)為代表的先進(jìn)訓(xùn)練技術(shù)和手段正不斷成熟完善,在武器系統(tǒng)試驗(yàn)鑒定中的應(yīng)用不斷拓展。但是,對(duì)抗環(huán)境下的實(shí)機(jī)/實(shí)彈飛行試驗(yàn)仍是檢驗(yàn)和評(píng)估武器系統(tǒng)制導(dǎo)性能、殺傷效果以及作戰(zhàn)運(yùn)用,特別是驗(yàn)證仿真所獲數(shù)據(jù)有效性的最終依據(jù)??罩邪袠?biāo)在制空與防空武器裝備的研制、訓(xùn)練、演習(xí)等活動(dòng)中仍不可或缺。因此,應(yīng)關(guān)注空中靶標(biāo)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,創(chuàng)新發(fā)展能高效費(fèi)比模擬主要對(duì)手航空作戰(zhàn)裝備的空中靶標(biāo),以確保研制、試驗(yàn)鑒定、訓(xùn)練演習(xí)等活動(dòng)能實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。 二是美軍正著眼高端戰(zhàn)爭(zhēng),進(jìn)一步增強(qiáng)空中靶標(biāo)模擬對(duì)抗的真實(shí)性。近十年來,美國聚焦大國競(jìng)爭(zhēng)、瞄準(zhǔn)高端戰(zhàn)爭(zhēng)備戰(zhàn)打仗,落實(shí)強(qiáng)度越來越高。為了更好、更逼真地模擬未來復(fù)雜的空中對(duì)抗環(huán)境,美軍正錨定中俄高端裝備研制發(fā)展新型靶標(biāo),目的是突出對(duì)抗的真實(shí)性。如對(duì)于“下一代空中靶標(biāo)”,美空軍要求在控制信號(hào)特征的同時(shí)具備主/被動(dòng)對(duì)抗能力,還要能進(jìn)行多次超聲速飛行、具備與戰(zhàn)斗機(jī)相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定盤旋角速度等。特別是突出了靶機(jī)對(duì)各類主/被動(dòng)對(duì)抗措施的模擬能力,如要求能集成AN/ALE-47干擾彈投放裝置、明確任務(wù)載荷數(shù)量、能源需求與質(zhì)量等。這意味著美軍認(rèn)為具備這種配置和參數(shù)的“下一代空中靶標(biāo)”能較好地模擬中俄五代機(jī)的高隱身、電子戰(zhàn)和飛行能力。 三是未來空中靶標(biāo)的設(shè)計(jì)還將突出模塊化特點(diǎn),強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)可承受性。美軍研究認(rèn)為,空中靶標(biāo)對(duì)威脅對(duì)象的模擬在平臺(tái)特征與運(yùn)動(dòng)特性方面相對(duì)比較容易實(shí)現(xiàn),但對(duì)平臺(tái)感知能力、電子戰(zhàn)能力、具體戰(zhàn)術(shù)等方面的模擬較難實(shí)現(xiàn),為此,采用模塊化設(shè)計(jì),就可在掌握了威脅對(duì)象新技術(shù)特性的情況下快速對(duì)空中靶標(biāo)進(jìn)行升級(jí);同時(shí),由于空中靶標(biāo)還需配裝模擬敵機(jī)的部分任務(wù)載荷,其復(fù)雜性提升,但又需要規(guī)?;瘧?yīng)用,故需重視經(jīng)濟(jì)可承受性。由此,美空軍要求“下一代空中靶標(biāo)”能同時(shí)攜帶多種有效載荷,模擬多種對(duì)抗手段;采用開放式設(shè)計(jì),為廣泛使用美軍方的各類機(jī)載設(shè)備提供接口;適用于多個(gè)現(xiàn)有靶機(jī)控制系統(tǒng),未來可在其他軍兵種得到應(yīng)用。美空軍提出的這些要求,可供我軍在發(fā)展模擬對(duì)手五代機(jī)的新型靶機(jī)時(shí)借鑒。 本篇供稿:科技戰(zhàn)略與系統(tǒng)工程研究所 |
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