美国空军低成本可消耗无人战斗机系统发展分析

许 赟 （中国航空工业发展研究中心）

美国空军希望在保证一定性能的前提下，显著降低空中作战飞机的采办和使用成本，为此提出了低成本可消耗无人战斗机系统验证机概念方案。美国知名靶机制造商克瑞拓斯安全防卫解决方案公司正在开展XQ-58A验证机的详细设计与制造工作。

2017年4月，在美国国防部举办的实验室日展览中，美国空军研究实验室首次公开了其低成本可消耗飞机技术（LCAAT）项目中低成本可消耗无人战斗机系统验证机（LCASD）概念方案，表明美国空军正稳定发展低成本可消耗无人战斗机系统。LCASD旨在研究和验证具有有限寿命/架次的低成本无人战斗机技术和装备概念，建立缺乏前进基地的偏远/对抗区域远程、跨声速的空空、空地打击和情报/监视/侦察能力，为构建质量与数量并优的空中优势能力奠定基础。目前，美国知名靶机制造商克瑞拓斯(Kratos)安全防卫解决方案公司正开展验证机的详细设计与制造工作。

创新方案

美国空军认为当前空中战场的威胁日趋多变，然而国防预算压力却日益增大，同时高性能先进作战飞机的价格不断攀升。冷战结束以来，美国空军规模一直呈缩减态势，其人员数量减少了30%、飞机数量减少了37%，部分三代机服役年限已达30年以上。美国空军部长希瑟·威尔逊指出，现实情况是美国空军的数量规模太小，无法完成国家赋予的任务。在当前国防预算依然受限的背景下，美空军难于通过大规模更新换代来解决该问题，必须考虑创新装备解决方案，在保证可接受性能的前提下，显著降低采办和使用成本，重塑美国空军的数量优势。另一方面，现有航空武器装备严格的装备采购标准和研制规范，确保了武器装备的性能和质量，使之能够在长期的寿命周期中达到所要求的高可靠性，但是这同样导致了研制、鉴定和生产新型航空武器装备的成本及时间大幅增加，这就要求航空武器装备研究人员探索装备研制的新途径，降低装备采办成本、缩短研发和生产周期，灵活应对新兴威胁。

为此，美国空军希望利用无人机系统的独特优势，在保证一定性能的前提下，显著降低采办和使用成本。可执行打击、情报、监视、侦察任务的远程、高性能、低成本无人机将带来改变游戏规则的能力，在未来空中对抗中将使美军不仅具备数量与规模的优势，同时取得比竞争对手更为显著的低成本优势。

2017年4月，美国空军研究实验室在国防部实验室日公布的XQ-58A验证机概念图。

研究进展

2015年，美国空军研究实验室正式启动低成本可消耗飞机技术项目，确定先期以无人机为主要应用对象，率先开展低成本可消耗无人战斗机相关技术研究；同年9月，美国空军研究实验室航空航天系统分部发布了低成本可消耗无人战斗机演示验证项目跨部门公告，宣布将开展为期27个月的演示验证专项研究，开发满足特定任务能力需求的低成本无人战斗机系统概念，完成相关验证机的制造和试飞试验，验证低成本可消耗无人战斗机装备概念与制造技术的可行性，包括洛克希德·马丁公司、克瑞拓斯安全防卫解决方案公司在内的六家美国航空航天知名企业参与了该项目的竞标。

2017年6月，克瑞拓斯安全防卫解决方案公司在巴黎航展展出XQ-222最新设计方案。

2016年7月，美国空军研究实验室最终选定靶机制造商美国克瑞拓斯安全防卫解决方案公司作为低成本可消耗无人战斗机系统演示验证项目的承研单位，空军先期投资730万美元，公司投资3350万美元，用于研制和制造3架技术验证机，并开展相关的试飞试验工作。美国空军研究实验室还规划了近1亿美元的追加投资计划，将用于完善技术成熟和深化发展。

与早期概念图相比，最终的设计方案做出较大调整，整体布局更为扁平，更多地考虑了隐身性能需求，背负式进气道由早前的简单式调整为二元可调，并显著增大了进气道截面积，同时机翼展弦比明显加大，V形尾翼的面积不仅增加，同时采取了切角设计。

2017年4月，美国空军研究实验室在国防部实验室日期间首次公布验证机概念设想图；同年6月，克瑞拓斯安全防卫解决方案公司在巴黎航展展示了编号XQ-222“女武神”的验证机最新方案；7月，美国空军赋予该机XQ-58A的正式编号，首架机计划于2018年年初首飞；10月，在首届美国航空器技术研讨会上，美国空军研究实验室、克瑞拓斯安全防卫解决方案公司、波音公司、高地复合材料公司分别就低成本可消耗飞机技术项目、多学科分析和设计优化、XQ-58A验证机设计方案、机体结构的敏捷制造等问题进行专项研讨。

XQ－58A的概念方案与能力特征

隐身、远程的高性能低成本无人战斗机概念

XQ-58A采用中等后掠角中单翼、V形尾翼、背负式进气道隐身化布局，机长8.84m，机宽6.7m，最大飞行高度13716m，最小飞行高度15m，最大飞行速度Ma0.85，航程8700km，有效载荷重量不少于230kg。现配装单台威廉姆斯公司FJ33-5型涡扇发动机，起飞推力约7322.6N。设计有两个内埋式武器舱，可各挂载一枚AIM-120中程空空导弹或GBU-39型小直径炸弹，并具备翼下外挂能力。该机采用开放式任务系统架构，具备不依赖跑道起降能力，起降模式很可能采取克瑞拓斯安全防卫解决方案公司在靶机方面的经验，即采用导轨火箭助推发射／降落伞回收模式，可重复使用并具有有限的使用寿命/架次。

在美国华盛顿大学进行的XQ-58A全尺寸风洞模型吹风试验，该风洞模型显示的布局与克瑞拓斯安全防卫解决方案公司在航展的模型基本一致，表明XQ-58A的布局方案应已基本冻结。

XQ-58A全尺寸风洞模型。

任务使命和作战概念

高度隐身化设计的XQ-58A将作为有人/无人机编队中的“忠诚僚机”，计划与F-22、F-35等第四代战斗机协同作战，构成全隐身化制空作战编队，通过换装不同的任务系统与任务载荷，在强对抗、高烈度的反介入／区域拒止环境执行进攻／防御性制空作战、防空压制（SEAD）、防空摧毁（DEAD）、电子战（EW）和情报、监视、侦察（ISR）任务。

克瑞拓斯安全防卫解决方案公司在发展隐身化XQ-58A的同时，还推出了非隐身化的UTAP-22，两者均设想与有人战斗机构成协同作战编队，并在积极竞争美国空军的“忠诚僚机”项目。

依托美军已实施的各类有人/无人机编队技术研究成果，XQ-58A将与F-22或F-35等第四代战斗机构成先进隐身化有人/无人机协同作战编队，作为编队中有人机的“忠诚僚机”执行空空、空地作战任务，作为有人机的扩展“武器库”，依托有人战斗机和体系提供的战场态势感知和杀伤链攻击信息，遂行火力打击任务，解决隐身战斗机武器数量有限的问题，增加有人机单次出动的作战机会，大幅拓展现有第四代战斗机作战能力，实现四代机作战概念创新。当其与三代机构成隐身/非隐身混合编队时，可作为非隐身空战平台的前出耳目和尖兵，拓展有人机的战场态势感知范围，显著提升现有三代机空中对抗能力。必要时，更可作为可消耗空战平台，充当诱饵机，以牺牲自身的方式，防御对有人机的攻击。

XQ-58A作战想象图。

聚焦低成本的特色设计

美国空军对于XQ-58A最核心的要求是实现满足有限功能的低成本无人机系统概念，因此提出了相对苛刻的价格目标：采购数量为100架以内时，包含基本航电和推进系统的飞离单价不超过300万美元；采购数量超过（含）100架时，飞离单价不超过200万美元。为此，XQ-58A采取了聚焦低成本的特色设计，主要采取的方法与手段包括：

（1）采用可变构型方案，可通过快速换装不同的任务载荷和系统，满足多作战任务使用需求，有效降低单机复杂性和成本，洛克希德·马丁公司的低成本飞机技术项目的研究表明，与其他战术装备间的关系不仅意味着该型装备如何使用，同时也是降低成本的重要使能因素，因为不可能在潜在的对抗环境下配装所有需要的设备。

（2）以任务需求为核心的能力权衡和标准规范剪裁。按照作战概念与使用环境，剪裁使用与之相适应的设计准则与规范要求。如根据其有限寿命的特点，大幅放宽可靠性、安全性等标准规范要求；根据仅在限制空域内飞行的使用概念，不考虑配装空管相关设备。

（3）尽可能采取现货产品和低成本制造技术。美国空军研究实验室明确要求该机应尽可能应用商用货架产品（COTS）和军用常备件（MOST），还要求评估应用弹性制造技术、自动装配工艺等低成本制造技术的可行性，并需要研究在满足低成本前提下，实现平时按需生产、战时快速大量制造的可实现性。

未来展望

低成本可消耗无人战斗机如达到其设计性能和成本约束，意味着美国空军可以极低价格装备和使用高性能的空中优势作战平台，将大幅提升美空军空中对抗能力，同时其可大规模快速生产的潜能将使美空中作战能力在战时得到持续快速补充，从而解决当前美国空军高性能作战飞机规模缩减所可能产生的持续作战能力削弱的问题，在已形成质量优势的基础上，形成和强化对潜在作战对手的数量优势。

低成本可消耗无人战斗机技术项目将验证可能降低无人机成本的设计和制造技术，建立与作战使用需求相适应的可消耗无人机设计标准与规范体系（如可承受的安全性与可靠性标准），形成广泛应用现有成品设计模式，后续还将发展与之配套的低成本/有限寿命发动机、低成本任务载荷等相关系统，将对现有无人机设计理念和技术发展产生重要影响。

XQ-58A验证机项目的军方主管认为，如果国防预算受限和高性能作战飞机价格攀升的趋势不发生重大改变，同时低成本可消耗无人战斗机达到预期的性能和能力目标，那么未来美国空军机队很可能由比现在更少数量的高端作战飞机和大量的低成本可消耗无人战斗机构成。作为验证机的XQ-58A已经开始拓展其潜在应用，克瑞拓斯安全防卫解决方案公司已在游说美国空军基于XQ-58A开展“忠诚僚机”技术的更深层验证与试验，同时美国特种作战司令部也在考虑将XQ-58A作为一种远程无人机装备部队。XQ-58A一旦实现列装正式走入战场，那么必将对未来空中对抗环境产生深远影响。 ■