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晨枫小苑

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晨枫  

西西河水浪打浪,一浪打到网易上。我本是喜欢纸上谈兵的一介草民,在西西河那边开了一个小铺子,这是海外华人的一个精神家园。我是一个一坐下来就不动窝的懒人,但架不住友人的邀请,到网易也开了一个茶摊。阿庆嫂是怎么说来着:来的都是客。希望您能喜欢我这小号。来来来,先握一个手! 当然,主有主规,客有客道。请勿随地吐痰,喧哗扰众,或者乱贴小广告。不欢迎指桑骂槐,更不准恶语伤人。

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B-21来了   

2016-03-10 14:02:23|  分类: 鹰击长空 |  标签: |举报 |字号 订阅

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2016年2月25日,美国空军部长德博拉?李?詹姆斯在美国空军年会上宣布,此前名为“远程打击轰炸机”(简称LRS-B)的下一代轰炸机正式命名为B-21,詹姆斯还发布了一张想象图,在外观上很像B-2轰炸机,也是无尾飞翼构形。


美国空军发布了B-21轰炸机的想象图

美国空军琢磨下一代轰炸机有日子了。B-52、B-1都大量生产,但到了B-2,因为成本太高,只生产了21架就停产了,单价高达20亿美元,难怪引起美国海军的质疑:还不如买航母。当然,航母早就不是20亿美元的单价了,航母和轰炸机的作用也互不代替,这纯碎是军中斗争的伎俩。B-2的批量如果达到计划中的132架,单价会有所下降,但计划总投资将增加到不可接受的程度,这正是B-2批量极大削减的基本原因。


现役的B-52、B-1和B-2不是过于老旧,就是数量不足,美国空军急需下一代轰炸机

尽管现代战术飞机的航程和载弹量已经接近二战时代的重轰炸机,轰炸机在美国军事力量构成具有特殊地位。这不光是三位一体核打击能力的一部分,也在常规战略打击中具有不可替代的作用。轰炸机不仅航程远,可以美国本土为基地直接打击大洋另一侧的遥远目标,还具有中途招回或者相机打击突发目标的能力,这是远程巡航导弹或者弹道导弹所不具备的。轰炸机还具有强大的电子战能力和强悍的生存力,隐身轰炸机更是具有隐蔽接敌、长时间待机、确认目标然后精确打击的特殊优点,这对于具有特殊敏感性的高价值目标特别重要。B-52轰炸机早已老旧,B-1轰炸机也不具备足够的隐身性能,B-2的数量太少,在美国战略重点向亚太转移的现在,特别需要具有大航程和隐身突防能力的新一代轰炸机。这就是B-21的大背景。

B-2的性能十分优秀,但成本如脱缰野马,最后数量被迫削减到惨不忍睹的地步,这个教训是惨痛的。成本控制已经成了美国空军的老大难问题。F-35吸取了F-22成本控制失败的教训,但F-35的成本控制也非常失败,甚至形成挤占其他军购的压力。B-21的成本控制只许成功,不许失败,否则大量挤占其他军购或者无法部署足够数量的负面影响都是不可接受的。美国经济增长和军费控制的双重不力带来巨大的预算压力,作为一个成本优先的大型武器研制项目,B-21规定目标单价为5.5亿美元,因此不能放手追求先进技术。F-35的成本优先原则在不小程度上决定了F-35的技术先进程度,比如说,从一开始就不考虑超巡和超机动正是出于降低风险和单价的考虑。B-21的成本优先原则最终将产生怎么样的轰炸机,现在还不清楚,但美国的军事需要、对战场的预测和未来军事战略决定了B-21的基本设计。

出于成本拉动原则,B-21在基本平台层面上不会采用革命性的先进技术,这是与B-52、B-1和B-2完全不同的。B-52在诞生的时候,喷气式洲际轰炸机是航空科技的绝对前沿。B-1采用变后掠翼,可以在高空达到M2以上的速度(这个要求后来放弃),也可以在超低空以高亚音速突防(这后来成为主要要求),在F-111那样的战术飞机刚做到变后掠翼的时候,这也是领先科技。B-2的无尾飞翼和隐身技术再次开创了航空科技的新境界,至今形形色色的无尾飞翼无人机依然在不同程度上可以看作缩小的B-2。但至少就公开的B-21想象图而言,B-21的气动设计似乎与B-2没有代差级的区别。

根据公开文献,美国对于下一代轰炸机的预研已经有一段时间了,基本上分为两大技术路线:高超音速和高度隐身。高超音速利用特别高的速度在大气层边缘飞行,不光可以尽快发动打击,缩短反应时间,速度和高度本身也是保护自己的有效手段。尽管反导弹导弹和反卫星导弹的速度和高度大大超过高超音速飞机,反导弹和反卫星的技术关键在于对目标弹道的精确计算和将导弹及时送到预设的拦截位置,真正的末端追踪的机动量较小。高超音速飞机则不然,这是机动飞行的,不仅拦截窗口大大缩小,而且不能按照弹道推算来拦截,必须靠导弹满世界追踪,极大地提高了拦截难度。另外,高超音速飞机也可以隐身的,由于高度大,斜距也大,距离本身就是降低雷达反射强度好办法。


高超音速是轰炸机发展的一个方向,但技术难度太大,这是美国的X-51高超音速研究机

但高超音速的技术难度非常大,尤其是推进系统。超燃冲压研发了几十年,到现在连续工作时间还是不超过分钟级,离实用很远。另一方面,隐身技术在过去几十年里从理论走入实践,从单纯依靠吸波涂层到以外形降低稳定、强烈的反射到新一代宽频隐身涂料,隐身设计的方法、技术手段都有了迅速提高。无尾飞翼除了俯视和仰视角度外,全向隐身达到最大化,而且整个机体结构都用于产生升力和承载,升阻比最高,因此非常适合于长航时、高隐身的飞机设计。B-2和历代无尾飞翼无人机已经解决机背进气口的设计问题,因此B-21与B-2相像不是偶然的。


B-2的无尾飞翼奠定了隐身飞机的基本构形,B-21将是这种基本构形的进一步优化


X-47B这样采用降低后掠角的外翼的无尾飞翼更加适合大展弦比、长航时飞行


空海一体战中的海上、空中常规力量的远程投射能力足以补充B-21载弹量不足的问题

B-2是与F-22相配套的,实际上在同一宏图中还有一种高隐身、长航时无人侦察机。在使用上,这种神秘的无人机将深入苏联内地,侦察、监视机动洲际导弹的踪迹,在战争爆发的第一时间,B-2与F-22同时发难,B-2的目标是打掉机动洲际导弹发射系统,F-22则是打掉空中的预警机,两者一起下手,像庖丁解牛一样打垮苏联的战略和战术能力,一举夺取全面主动。打击固定的指挥、通信中心的办法反而很多,不一定需要B-2。由于种种原因,这个体系中的战略无人侦察机下马了,至今没有解密,只有零星的传说。

B-2的隐身在突防中避免惊动敌人,在返航中确保生存,但B-2并没有在目标区长时间徘徊的要求。在新时代里,美国的不指明的头号敌人显然非中国莫属。中国奉行最低限度核力量的原则,因此不以大量的固定地下发射井为主要的陆基洲际导弹力量,而是比苏联还要重视机动发射的洲际导弹系统。另外,中国发展了独特的反舰弹道导弹,还另有常规弹头的战役弹道导弹适合打击远及关岛的美国在亚太的关键基地。这些准战略中远程弹道导弹高度机动,使用门槛大大低于核导弹,但对美国的战争体系的威胁巨大,将成为B-21的重要目标。由于这些目标的机动性和突发性,用高度隐身的无人侦察机深入侦察、招唤打击的模式已经不适合了,必须察打一体。考虑到目标的敏感性,无人作战飞机都不能胜任,高度隐身、具有长航时和精确打击能力的B-21才能担当。

另一方面,这样的高价值、高敏感目标并不需要大吨位的弹药投放,传统的炸弹卡车概念已经过时了。炸弹卡车的功能还是需要的,但现代陆基、海基和空基远程打击手段众多,成本也日益降低,并不一定需要由轰炸机来完成大吨位弹药投放任务。相反,轰炸机应该成为深入敌后的ISR核心,作为战争体系的眼睛和耳朵,以标定目标和招唤远程打击手段为主,只在必要的时候直接出手。这样,B-21只需要中程轰炸机的重量,可以大大降低成本。这也是B-21的5.5亿美元单价的基本保证。

但中型轰炸机通常意味着中等航程和续航时间。好在无尾飞翼的结构气动效率特别高。以B-52为例,B-52的最大起飞重量为220,翼展56.4米,航程为16232公里,载弹量为31.5吨。相比之下,B-2的最大起飞重量为170吨,翼展为52.4米,航程达到11100公里,载弹量达到23吨。B-21如果降低起飞重量,但大大增加翼展,提高展弦比,可以显著增加航程,有望用中型轰炸机的重量实现传统上只有重型轰炸机才能达到的航程和续航时间。在美国空军年会上公布的想象图中,B-21确实具有比B-2更加细长的机翼。问题是,如果机翼前缘与菱形机体前缘保持平直的话,增加翼展将使得翼尖位置比菱形机体后端还要靠后,这将造成靠后的升力中,而且将速度提高时还将进一步后移,远离靠前的重心,带来平衡和气动控制问题。如果像X-47B那样,菱形机体保持不变,但机翼后掠角大大减小,这样较大的翼展也不至于使得翼尖过度靠后,带来平衡和气动控制的问题。并非巧合的是X-47B和B-21都是诺斯罗普的。当然,这会与想象图有所不同,可谁规定最终飞机必须与想象图完全一样呢?

除了察打一体,B-21可能还是第一代采用定向能打击手段的轰炸机。一般认为,激光和微波武器已经到了实用化的门槛,一旦实用化,这意味着B-21只要还有足够的燃油,就拥有几乎无限的“弹药”,可以重复发射激光或微波武器。但即使定向能的实战化最终还是赶不上,进攻性信息和网络攻击是B-21的另一个用武之地。传统上,专用的电子战飞机才具有这样的能力,但本身具有强大ISR能力的B-21已经具有与专用电子战飞机相当的电子侦察和情报分析能力,进一步整合信息与网络攻击能力是自然的。具有宽大机内容积和充足电力供应的轰炸机本来就具有非常强大的电子战能力,B-1的设计要求之一就是要能够实时分析和压制一切已知和未知的战场防空雷达,最终因为技术困难和成本、进度问题而只做到实时分析而没有做到实时压制。B-21的电子战能力不是用来保障战术飞机的,而是用于直接执行进攻性电子战的,这可以看作战略电子战飞机,或者电子战轰炸机。

B-21的最大挑战在于成本控制,否则真会成了B-2加1。中型、长航时、超远程在气动上提供了良好的降低成本的基础,但复杂的ISR和电子攻击要求将极大地增加软件挑战。在这里,同样以成本控制为主要考虑的F-35是一个很好的参照点。F-35在气动上相当于简化、缩小的F-22,并无悬念,最可能造成问题的垂直-短距起落技术由DARPA的JAST计划对比试飞先行验证,即使现在事后诸葛亮,也看不出F-35的技术路线有什么明显的重大失误。F-35采用了众多看似接近现成的技术,这并不奇怪。在研发中带来的问题就单个系统来说都不是太了不起的大问题,但系统的高度复杂性和关联性使得众多研发偏差互相放大,最终成为研发过程中的千山万壑。在基本飞行系统之后,软件研发正在成为最大的技术问题,软件版本严重落后于进度要求弄得F-35连最终能在空中发射航炮都成了新闻。B-21的态势感知、电子战和ISR要求远远高于F-35,遇到成数量级增加的软件挑战将没有悬念,可能成为成本与进度的最大障碍。

美国军方在成本控制上可算是走过好几道弯路。合同定价有固定价格和固定利润两种基本方式。固定价格和通常购物差不多,最适合现货购买,也具有预算明晰的好处。但对于因为原料或者研发而具有浮动成本特点的产品,有时采用成本加固定利润的方式。卖方成本要对买方透明,买方对不必要成本有权力拒付,但保证卖方的基本利润。两种方式都可以在卖方成本控制成功的情况下加以奖励。美国军方两种方式都试过,但都是问题大大。F-14就是固定价格合同,但格鲁曼在报价的时候钓鱼,研制中途要求追加,美国海军拒绝后,格鲁曼威胁宣告破产,那样不仅美国海军的先期投资全要泡汤,下一代战斗机也将没了着落,最后只得追加。KC-46也是固定价格合同,这还不像F-14那样具有高度研发风险,结果波音还是超支了,这一次波音自己吃下去了,但有说法将在后续合同中通过提价“追回”损失。美国空军已经咬钩,现在再改主意已经晚了,而美国空军需要至少179架KC-46,现合同只包括18架。F-35是另一个固定价格合同,而且规定以成本主导,出现超支时,不惜降低性能以控制成本,最后也没有做到。B-21改用固定利润合同,希望反应研发风险和成本浮动的特点。参院军事委员会主席麦凯恩坚决反对,认为成本只有向上浮动的,而且会因为方便之门而大举上浮,威胁要否决B-21的拨款。但不开方便之门不是没有试过,前车之鉴很多,麦凯恩能怎么样呢?

B-21当然是以21世纪命名的,这也肯定能在21世纪形成战斗力,但到时候很可能就需要换个名字、换个气象了。美国海军的DDG-21级驱逐舰就改称DDG-1000级,也就是“朱姆瓦尔特”级。无独有偶,“朱姆瓦尔特”级本来准备替代“伯克”级,大批建造,也是因为成本控制失败,建造数量最后削减到3艘,如果不是因为3号舰已经开始前期工程准备,本来是可能削减到2艘的。
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