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欧洲2040年代作战系统发展愿景_防务

发布时间:2020-03-30  来源:  作者:木木
  

欧洲2040

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“暴风”(Tempest)战斗机计划由英国主导,合作方目前包括意大利、瑞典、荷兰等。

该计划的主系统平台由BAE主导,其他承包商/供应商还包括罗罗公司、欧洲导弹集团(MBDA)和意大利莱昂纳多公司、SecureCloud +公司、英国Aeralis公司、泰雷兹公司、2Excel、英国Reaction Engines公司、Elettronica公司、Avio航空公司等。

该计划初期阶段到2025年计划投入20亿欧元。

动力技术正在由罗罗公司开发嵌入式电启动发电机(E2SG)技术。

拟采用虚拟座舱技术(可穿戴式驾驶舱技术),或称增强现实技术,以及眼部追踪等控制技术。

拟采用定向能武器来扰乱来袭导弹而提高飞机的生存力。

将采用人工智能技术,且应是“可扩展、有弹性、可信赖的自主”。

该项目也将配备“忠诚僚机”。

2018年7月,英国在范堡罗航展上通过“英国空战战略”正式公布“暴风”战斗机项目。起初,因英国脱欧问题,英国与法国之前的相关合作戛然而止,英国转而想继续独立发展“暴风”战斗机项目,保持英国的战斗机工业技能,并确保其在下一个主要的欧洲战斗机项目中占据一席之地。但因耗资巨大,其正在努力发展合作伙伴。英国对此项目的发展目标及进度想定与法德FCAS项目几乎无异,只是更多的想在2035-2040年左右用“暴风”战斗机替换“台风”战斗机,甚至出口。

一、项目的需求发展

计划投入:“英国空战战略”计划为该机的设计阶段(项目初期阶段)投入20亿英镑,持续到2025年。但实际项目需求可能更多。

项目开发目的:英国实施该项目的目的,是在脱欧背景下,保持英国的战斗机工业技能,并确保其在下一个主要的欧洲战斗机项目中占据一席之地。空战战略的实施和成果对于英国国防-航空航天领域的未来至关重要。“台风”的产量正在减少,而制造洛克希德·马丁公司F-35后机身会提供适当且持续的工作量,但它不能提供维持国家先进战斗设计能力所需的“高级”工作,包括低可观测技术、航空电子设备、传感器、推进系统和武器。如果没有充足的未来项目,英国的这种能力将迅速消失。即使以后有可能重建这样的能力,也会非常昂贵,并且可能无法满足“台风”后继机的2035-40时间表。

“暴风”战斗机特征、性能、功能想定:

2018年7月16日,英国防大臣加文·威廉姆森在范堡罗航展上推出英国空战战略,公布“暴风”战斗机计划。按照威廉姆森的表述,英国“暴风”战斗机将采用目前正在开发与已经部署的所有先进技术,如人工智能,机器学习,无人机集群技术与定向能武器等。“暴风”战斗机概念与当前的隐形战斗机有相似之处,采用了“曲柄风筝”(cranked kite)设计,同时更强调飞机的敏捷性和低可探测性,设计了倾斜垂尾来增加灵活性。同时,“暴风”备有可容纳飞行员的驾驶舱,可以选择是否搭载飞行员。虽然第六代战斗机可作为无人机飞行,但战斗飞行员仍可继续驾驶飞机。

“暴风”的各种概念图和展示模型都采用了倾斜双垂尾,这是目前最新一代战斗机的共同特征。采用垂尾表明其设计偏好战斗机那样的敏捷性,因为它们有助于在机动过程中提供水平稳定性,特别是在极端飞行状态下。但是,垂尾也限制了飞机雷达信号特征可以降低的程度,特别是对于低频“反隐身”雷达而言。概念设计还表明“暴风”具有比F-35更长、更宽的机身,这将改善其机内燃油携带量并为武器舱和其它内部传感器和/或战斗有效载荷提供更多空间,其中可能包括激光武器所需的电容器和冷却剂。双台发动机还采用无附面层隔道超声速进气道,与F-35的单发设计相比可以提高性能,特别是在高海拔地区。这些设计特征表明,相对于低成本和简单性等方面,“暴风”更优先考虑续航能力和无空中加油航程,以及拥有足够的内部空间和有效载重能力,从而允许在机内插入未来的模块化有效载荷。它们还表明,由于设计特征明显与短距起飞垂直着陆(STOVL)能力极为不符,因此英国无意制造能够在新的“伊丽莎白女王”级航空母舰上作战的新型战斗机。“暴风”的这些初步概念设计与歼-20的设计选择在设计思想上可能存在着令人惊讶的相似程度。两者都是大型双发战斗机,具有较小的倾斜双垂尾,并受到美国F-22的强大设计影响,特别是在机头和座舱周围尤为明显,这对减少信号特征至关重要。

据推测,“暴风”将采用有人驾驶,或者还能够作为无人机使用——这种安排在航空界被称为“可选有人驾驶”。然而,可选有人驾驶会失去在取消机组人员需求时获得的大多数设计优势。它仍然需要座舱、生命保障系统、飞行员物理控制和仪表/信息显示系统,所有这些都增加了重量和复杂性,减少了燃油、武器和传感器的可用空间,并且座舱盖限制了机身所能达到的隐身性。也许更重要的是“暴风”的飞行员训练问题,即和平时期将需要昂贵的飞行训练来保持飞行员的熟练程度。理论上,除了实际执行作战任务,作战无人机(UCAV)可以不升空,操作员只需使用模拟飞机进行训练,这是使用无人机替代快速喷气式飞机得以降低成本的一个潜在关键特征,但这样做很大程度上无法实现可选有人驾驶。另一方面,用无人机承担高风险任务可以降低飞行员的伤亡风险从理论上说是有用的,但开发能在复杂对抗环境中遂行任务的无人机时,要面对额外的电子设备复杂性和编程风险。

2019年7月,英国防部表示,“暴风”战斗机将配置灵活的有效载荷,并采用适应性机身、远程探测、激光武器、先进材料、智能维护、动态可重构架构、网络保护、MUM-T、可信的人工智能以及未来“可穿戴”驾驶舱等一系列先进技术,并正在探索未来配装的动力装置,其中包括英国皇家空军最近推出的高超声速(马赫数5+)技术概念以及为未来平台开发的发动机。除了战斗机本身,“暴风”还可与“忠诚僚机”无人机协作,这种无人机将按照轻型低成本新型作战飞机(LANCA)项目需求研制,并与其他飞行器一起构成“未来作战空中系统”(FCA)。

项目发展及进度目标:

该机定于2035年初或2040年形成初步作战能力,并发展为“台风”的后继机,同时也希望确保其出口潜力得到充分发展。英国希望在2018年底之前完成业务策划。在开发方面,英国将采取国际合作的方式。按计划,2019年夏季英国将就国际合作伙伴问题做出初步结论,2020年年底之前做出初步采办决策,并在2025年做出最终投资决定。

英国计划“暴风”下一代隐身战斗机项目2020年进入加速开发阶段。BAE系统、意大利里昂纳多公司英国分公司、欧洲导弹公司(MBDA)、罗罗公司等四家项目初始公司将于2020年12月前完成“暴风”战斗机性能分析。为此,四家公司计划在2021年前将参与该项目的英国员工人数增加一倍以上,由目前的1000人增加到2500人。

二、颠覆性技术应用

座舱设计

由BAE系统公司开发。

“暴风”战斗机采用了与众不同的座舱设计,采用了虚拟座舱概念--增强现实技术(可穿戴式驾驶舱,即头盔式屏显技术),它去掉了驾驶舱的许多物理部件,代之以通过头盔投射的虚拟显示。本质上,这是一个只有软件的驾驶舱,可以升级、适应不同机型并可以重新配置。在BAE展出的全尺寸战斗机概念模型上,座舱内没有通常所见的仪表和表盘,相反,只有一个完全空白的黑色屏幕。当飞行员戴上头盔后,屏显开始工作。这种座舱可以根据飞行员的偏好进行更改并轻松升级以反映新的功能。

该技术的优点是:比传统的座舱控制套件更轻,可使设计师降低设计重量,从而很大程度帮助克服飞行器设计中遇到的挑战。该系统还允许采用模块化功能,可拥有灵活且可升级的系统,以应对未来作战环境中存在着的一定程度的不确定性。系统所能做出的变更,可能是软件更改,或添加新武器时自定义显示器和控件位置,以及在平台上添加新的传感器,这样可以节省时间并确保业界更加灵活,并且可以根据作战环境的要求响应客户的变化。另外,每个飞行员都能够根据自己最好的方式定制布局。

功能:该座舱技术通过眼部追踪控制等技术,可使飞行员能够通过眨眼来控制战斗机操作,从而可使飞行员能够快速访问、评估和处理关键信息,这对应对未来作战至关重要。

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定向能武器以及人工智能

通过定向能技术来扰乱来袭导弹而提高飞机的生存力。有人认为,在2030年代左右,定向能技术将成为战场上的现实、战斗机上的现实。

人工智能应是“可扩展、有弹性、可信赖的自主”,本质上是“以人为本”。

动力技术

罗罗公司的嵌入式电启动发电机(E2SG,Embedded Electrical Starter Generator)已经被纳入到了“暴风”战斗机计划。

由于“暴风雨”战机携带的大量激光武器、先进传感器和航电设备,因此它对用电非常饥渴,将产生空前水平的电力需求和热负荷,这意味着传统的通过附件齿轮箱输出功率的老式方式已经无法胜任这个工作。罗罗公司的新型军用航空发动机的核心技术之一就是一个完全嵌入到燃气涡轮发动机核心机中的电启动发电机,这种新型设计方式可以让战机直接从航空发动机中提取大量电能。嵌入式电启动发电机将节省空间并提供未来战斗机所需的大量电力。现有的飞机发动机通过发动机下方的变速箱产生动力,从而驱动发电机。老的设计方法不仅增加了运动部件和复杂性外,在发动机外部用变速箱和发电机的空间还使机身更大,会降低飞机的隐身性。而新的设计通过使用一个综合电机同时替代电动机和发电机,通过安装在两个阀芯上的电机,通过组合作为电动机或发电机运行,并在两个阀芯之间进行电功率传递,这种双阀芯发电将提升发动机的可操作性,响应性和效率。

新型发动机还配备了新的储能系统,即智能的电力和发动机控制系统,其可通过算法对电力网络进行管理,这些算法可实时决定如何处理电力需求以及减少热负荷,从而延长部件寿命。此外,新型发动机还配备了完全集成的热量管理系统和效率更高的排气再热系统、以及由耐高温复合材料制成的更轻巧且在空气动力学方面经过优化的风扇。

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三、项目资助方、承包商及分工

“暴风”项目当前主要由英国、意大利、荷兰、瑞典等国资助,由英国发起和主导,即未来的初始用户国可能为英国、意大利、荷兰、瑞典等。

项目的主要参与企业包括:英国BAE系统公司,罗罗公司(又称劳斯莱斯公司),欧洲导弹公司(MBDA)和意大利莱昂纳多公司,SecureCloud +公司等。该项目由皇家空军快速能力办公室(RCO)以及BAE系统公司、劳斯莱斯公司、欧洲导弹公司(MBDA)、莱昂纳多公司、SecureCloud +公司中小型企业)等共同组建了一个全球合作团队“暴风团队”,BAE系统公司为项目主承包商。其他供应商还包括英国Aeralis公司已与泰雷兹联合开发地面训练和仿真系统。2Excel航空公司与莱昂纳多公司合作,提供一架大型机身试验机,其由一架波音757试验台改装而成,主要用于测试包括“暴风”战斗机在内的各种未来平台的系统和传感器。

四、项目的一些研制进展

“暴风”项目合作伙伴关系目前已基本形成,整个项目在按计划向前推进。

罗罗公司的多电技术提升项目:嵌入式电启动发电机(E2SG)计划于2014年启动,自2017年进入第二阶段,且第二阶段成果已经被整合到了“暴风”战机计划中。E2SG项目第一阶段为一个综合电力设施投入巨额资金,该设施是一个独特的试验室,可以让直流电网物理连接到燃气轮机发动机。罗罗公司表示,E2SG计划的第三阶段将集中在热管理和增加更多的电动发动机配件上,并将最终制造出一台全尺寸的发动机演示样机,不过样机的具体时间尚未公布。

2Excel航空公司改装的一架大型机身试验机,主要用于测试包括“暴风”战斗机在内的各种未来平台的系统和传感器,正处于“从内到外”开发阶段,预计在20世纪30年代初投入使用。

五、项目发展时间线

据2018年7月3日消息,英国防部授予BAE系统公司为期12个月的单一来源合同,继续开展“未来空战系统”(FCAS)的开发工作,其项目成果应达到技术成熟度三级。

2018年7月16日,英国防大臣加文·威廉姆森在范堡罗航展上推出英国空战战略,首次公布正在开发的名为“暴风”(Tempest)的第六代喷气式战斗机,并推出了全尺寸概念模型。

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2018年底前英国完成战斗空中战略编制。

2018年末期,西班牙国防部发的一份声明表明,西班牙确定将加入法德FCAS项目,而意大利和荷兰确定将加入英国的“暴风雨”六代机项目。

2019年初,“暴风团队”签署一份合同,开始下一代空中作战系统开发工作。中小企业SecureCloud +公司加入该团队。

2019年2月,意大利航空航天和国防工业协会(AIAD)主席圭多·克罗塞托批评称,法德FCAS计划将削弱欧盟,并伤害意大利国防工业。尽管英国即将退出欧盟,但意大利莱昂纳多公司在英国拥有工厂。因此,意大利将寻求与英国建立更紧密的联系,共同牵头“暴风”战斗机的研发工作。

2019年2月,英国防部表示考虑为“暴风”战斗机搭配“忠诚僚机”作为力量倍增器,构成未来的空战系统。英国防部认为,任何新的空战系统都要与“英国航母使能力量投射”(CEPP)计划实现互操作,“忠诚僚机”将搭载于“伊丽莎白女王”级航母上,而不是与“暴风”战斗机本身配套。

2019年2月28日,达索公司首席执行官埃里克·特拉皮尔在巴黎举行的年度业绩发布会上证实,英法联合的无人作战飞机(UCAV)验证机项目已经正式结束,该项目仅开展了方案设计工作。自法国和英国在2010年签署兰开斯特之家条约后,BAE系统公司和达索公司以及发动机合作伙伴罗尔斯·罗伊斯(罗罗)公司、赛峰集团以及机载系统公司莱昂纳多和泰泰雷兹一直致力于该项目的研发工作。在初步研究完成后,该项目原定于2017年启动下一阶段研制工作。

2019年3月,意大利莱昂纳多公司表示,希望加入英国“暴风”(Tempest)第六代战斗机项目。尽管该公司总部位于意大利罗马,但在英国拥有大量业务,且是欧洲“台风”战斗机项目的合作伙伴,生产了该型战斗机约20%的零部件,并为意大利空军和一些出口客户进行最终组装工作。莱昂纳多公司的主要目标是在“新欧洲防务概念”下,参与第六代战斗机的研发工作。

2019年3月,意大利著名智库IAI提议英国与法德的下一代战斗机项目合并。IAI认为,意大利应该尽快加入英国的“暴风”战斗机项目,然后推动该项目与法德的“未来空战系统”项目合并,从而有利于欧洲的防务和战略自主性。有意参与“暴风”项目的工业团队包括意大利的莱昂纳多公司,其他潜在的国际合作伙伴包括瑞典和荷兰。IAI认为,如果两个项目继续分开进行,则都不会获得足够的市场和出口。

2019年7月19日,英国与瑞典政府计划签署联合声明,后者将成为英国牵头的“暴风”第六代战斗机研发项目的首个国际合作伙伴。

2019年7月,英国Aeralis公司已与泰雷兹签署了一项谅解备忘录,共同开发“暴风”未来战斗机项目地面训练和仿真系统。

2019年7月,英国国防部表示正在围绕蜂群无人机(即10-20架或更多架小型无人机协同行动)项目开展工作。英国空军不久将组建第216中队,旨在将无人机作战能力迅速应用于前线战场,发挥无人机空中优势,提升协同作战力量。

2019年7月19日,英国防部在英国皇家国际航空展上宣布,莱昂纳多公司已与2Excel航空公司签订了合作协议,由后者通过改装一架波音757试验台,提供一架大型机身试验机,主要用于测试包括“暴风”战斗机在内的各种未来平台的系统和传感器。

据2019年7月31日消息,由罗罗公司牵头的研究团队将为英国防部开展为期两年的高超声速推进系统研究,围绕英国下一代“暴风”战斗机系统计划开展技术演示验证,进行高马赫数先进推进系统相关设计、研究、分析与试验。该项研究的技术合作伙伴包括BAE系统公司和英国Reaction Engines公司,经费支持数额为1000万英镑(约1220万美元)。

据2019年9月2日消息,英国在重点关注大型军用无人机作战系统的同时,还不断向小型无人机项目注入资金,大力支持开发,期望这些小型无人机也能在未来作战中发挥重要作用。英国防部2019年7月底宣布已通过英国皇家空军“快速能力办公室”向三家公司授予了合同,在一个名为“蚊子”的项目下开发新型无人机。蓝熊系统研究公司(BlueBearSystemsResearch)、波音公司和卡伦-棱兹(Callen-Lenz)公司组建的研发团队将承担配合有人快速战机的低成本无人作战飞机项目研发工作,利用12个月的时间来设计一款“远程航母”或“忠诚僚机”无人机,可以与英国的“台风”战斗机、F-35战斗机或FCAS/Tempest飞机并肩作战。英国国防科技实验室创新自主挑战负责人Peter Stockel表示,经过为期一年的开发阶段,将至少选出一家竞标公司来研制和验证其演示机,计划在2023年前达到飞行状态。

2019年9月,在第20届国际防务与安全装备展(DSEI)期间,英国和意大利政府举行正式的签约仪式,发表联合声明,宣布意大利正式加入英国主导的“暴风”战斗机项目,成为继瑞典之后第二个海外合作伙伴。

在2019年英国国际防务与安全装备展(DESI)上,英国与意大利工业界宣布开展“暴风”战斗机合作。BAE系统公司、莱昂纳多集团英国公司、罗尔斯罗伊斯公司以及欧洲导弹公司(MBDA)英国分部与莱昂纳多集团意大利公司、“电晶体”(Elettronica)公司、Avio航空(AvioAero)公司以及MBDA意大利分部共同宣布,将通过签署意向声明(SOI)的方式合作参与“暴风”(Tempest)战斗机计划。




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