第五代战斗机机载武器发展设想及关键技术

张 雪

(中国空空导弹研究院， 河南 洛阳 471009)

第五代战斗机机载武器发展设想及关键技术

张 雪

(中国空空导弹研究院， 河南 洛阳 471009)

战斗机与其配套机载武器共同构成了空战武器系统的主体。 威胁环境和作战目标的发展、 机载平台的需求和约束、 科学技术的进步共同推动着机载武器的发展。 目前， 各军事强国正在进行第五代战斗机及其机载武器的探索和研究。 本文通过介绍国外第五代战斗机发展情况， 分析其对机载武器的发展需求， 提出第五代战斗机机载武器的发展构想， 并在此基础上总结出需重点突破的关键技术和颠覆性技术。

机载武器； 第五代战斗机； 关键技术

0 引 言

现代战争实践表明， 战斗机和机载武器成为决定空战胜负的重要力量， 甚至可以影响整个战争的进程。 2007年开始， 美国、 俄罗斯、 日本等陆续提出了发展第五代战斗机的构想。 虽然现在对第五代战斗机的明确概念尚未成形， 但必须未雨绸缪地论证其机载武器的发展， 前瞻性地研究制约其发展的关键技术， 才能在未来的强强对抗中立于不败之地。

1 第五代战斗机发展情况

目前， 世界上已有美国、 日本、 俄罗斯以及其他国家公开宣布开始下一代战机的研究计划。

2007年10月， 美国空军率先开始研究第五代战斗机的具体需求。 2009年， 美国空军协会的官方刊物《空军》杂志发表《第六代战斗机》(由于划代方法的不同， 美国称之为第六代)一文， 对新一代战斗机的需求进行了分析， 预测更低的信号特征、 可变形结构、 自适应变循环发动机、 定向能武器、 智能蒙皮、 更趋综合的航电系统、 可选有人驾驶为第五代战斗机潜在的技术特征。 2010年11月， 在美国空军装备司令部发布的《下一代战术飞机装备与技术概念研究》项目能力信息征询书中， 指出下一代战斗机的主要任务是对空作战， 即摧毁和削弱敌方制空能力； 次要任务是综合空中防御和导弹防御、 近距空中支援、 空中遮断、 空中电子攻击、 情报/监视与侦察。 2012年4月， 美国海军也发布了下一代战斗机信息征询书——《2030年舰载攻击战斗机的关键能力需求调研》， 要求新一代战斗机为空中优势提供在反介入/区域拒止作战环境下的多用途打击能力。 2012年3月， 美国国防部在30年军机计划(2013～2042财年)中指出， 在2017财年后将把研发工作的重点集中到第四代战斗机的升级和第五代战斗机能力的初步研发方面。

针对下一代战斗机信息征询书， 美国波音和洛克希德·马丁公司给出了所谓“六超”的第五代战斗机方案， 包括超扁平外形、 超音速巡航、 超常规机动、 超远程打击、 超维度物联、 超域界控制。

诺斯罗普·格鲁门公司的方案则强调隐身、 高智能指控、 定向能武器、 多目标交战等能力。

日本于2010年在《未来战斗机研究与发展趋势展望》文件中， 提出了“i3”的第五代战斗机设想， 确定了3大特点(信息化、 智能化、 敏捷性)、 4大能力(反隐身能力、 强大的态势感知能力和高智能、 光速武器瞬间杀伤目标能力、 外部传感器数据综合与融合能力)和7项关键技术(“云射击”及先进座舱技术、 先进综合火控系统——群控制技术、 定向能武器技术、 光传操控技术、 隐身材料技术、 大功率雷达与发动机技术)， 并于2016年12月公布了其下一代战斗机设计的定稿方案——26DMU， 即未来的F-3的原型。

俄罗斯于2001年提出无人作战飞机将成为第五代战斗机， 2016年3月2日宣布开始研发第五代战斗机， 同时给出了首批设计方案。

虽然各国对第五代战斗机的概念描述不尽相同， 对第五代战斗机的探索也会是一个不断变化的过程， 但还是可以看出第五代战斗机的一些基本能力：

(1) 多任务

主要使命是夺取制空权。 主要作战任务包括空对空作战、 导弹防御、 电子攻击、 情报/监视与侦察等， 作战空间可能会拓展到临近空间。

(2) 远航程

利用变循环/自适应兼顾超音速大推力与亚音速低耗油率实现更宽的飞行范围和更持久的续航能力。

(3) 全隐身

表现在传统波段上隐身能力更强， 力求实现红外和射频的全谱隐身性， 以确保高突防成功率。

(4) 高智能

借助智能蒙皮、 先进传感器、 隐蔽性组网等能力， 实现远超第四代战机的高智能、 多维度态势感知能力。 具备更强的人工智能能力， 可有人/无人驾驶， 无人驾驶时机动能力更强， 并具有自主空战能力。

(5) 强杀伤

实现新型火力打击、 电子攻击、 乃至赛博攻击等软硬手段的综合利用， 以确保精确交战的能力。 实现瞬时杀伤， 可能装备包括定向能武器等在内的超大机载能源。

(6) 超敏捷

未来隐身能力、 强电磁干扰都将可能使双方发现并锁定对手的距离在100 km以内。 在强对抗条件下， 双方可能均无法确保在超视距以外把对手彻底消灭干净， 因此敌我双方必定将抵近到缠斗范围以内， 此时敏捷性将是第五代战斗机需要具备的能力。

2 第五代战斗机对机载武器的能力需求

分析第五代战斗机对机载武器的能力需求， 需考虑到作为对抗性武器发展的特点， 即其发展要满足和适应攻击目标和战场威胁环境的需要， 同时还受到空战模式、 载机的需求牵引和制约。 此外， 还需充分认识到机载激光等颠覆性技术的影响， 因为这些颠覆性技术会影响和改变现有的机载武器发展谱系， 甚至会取代部分武器。

2.1 攻击目标对机载武器的要求

第五代战斗机的核心任务需求仍是夺取制空权， 面临的是2030年前后的威胁环境。 其机载武器首先要能够有效攻击第五代战斗机， 第五代战斗机可能具有的全谱隐身、 高机动、 人工智能对抗等特点会对机载武器在反隐身能力、 机动性、 末端博弈能力等方面提出新的要求。

其次， 临近空间将成为蓬勃发展的作战域， 可以预见， 大量的侦察、 打击、 电子对抗类的临近平台将出现， 因此第五代战斗机机载武器需拓展作战域到临近空间， 具有空天一体的特征。

例如，教学《营养要均衡》一课时，以学校中学生身体状况问卷为基础，分析描述大部分同学的胖瘦除了遗传因素以外，饮食是一个重要的因素。教师可要求学生对照均衡膳食“宝塔”并根据自身的实际情况制定相应的“生活作息表”或者“健康食谱”，选择食物均衡身体所需要的营养。并严格督促学生将自己所制定的健康目标运用到自身实践之中，这样不仅能培养学生良好的生活习惯，还能促使学生课外活动以及生活方式都朝着良性健康的方式转变。

再次， 无人机已经并将继续成为重要的作战平台， 随着分布式攻击、 云计算、 人工智能等技术的发展， 无人机甚至可能改变空战模式。 2030年前后， 人工智能技术的应用可能实现无人机自主空战， 具有各种“特异功能”的无人机大量应用， 将对第五代战斗机制空权的控制提出新的挑战。

最后， 弹道导弹精确制导化、 微钠卫星的发展， 使空天威胁更加严重， 第五代战斗机可能会需要和地基、 海基平台一起担负起空天防御的任务。

2.2 载机对机载武器的要求

虽然很难准确描述20年后的载机需求， 但从作战飞机的发展趋势可以看出， 态势感知、 隐身、 信息化网络以及远程武器将在飞机属性中占有越来越重要的地位。

首先， 远射程仍将是第五代战斗机对机载武器的主要要求之一。 “先视先射先毁”仍将是空战制胜的重要原则， 追求在敌方传感器探测距离和武器攻击距离之外完成武器发射依然是机载武器对抗的主要目标。

其次， 增加作战使用灵活性、 实现空战全面自由将是第五代战斗机对机载武器的主要要求， 要求机载武器的智能化和自主化能力更强， 攻击方式更加灵活。 采用“作战云”的作战概念打破飞机平台、 传感器和武器之间的硬连接， 以松耦合方式建立“探测-跟踪-决策-打击-评估”的“云杀伤链”。 武器和平台、 传感器之间通过战场资源的高效管控、 数据的实时处理和分发共享， 在云端完成目标指示、 火力分配、 武器制导和毁伤评估。 平台无需依赖自身传感器数据进行目标引导， 武器无需利用某一传感器数据进行制导， 降低了武器对末制导的部分能力要求。 机载武器制导方式将更加多样， 可能实现“云制导”， 可以实现与海、 空、 天、 网络层数据的跨域数据融合和武器协同。

再次， 由于大航程、 大武器载荷、 定向能武器的高能量供应等要求， 第五代战斗机可能在体积上更大， 但高隐身的要求使得其武器仍以内埋方式为主， 平台对大挂载数量的要求和武器高性能的矛盾依然存在， 特别是由于航程的增大， 要求武器在实现远射程的同时体积更小、 重量更轻。

2.3 空战模式和作战环境对机载武器的要求

过去20多年发生的空战证明了态势感知能力的重要性， 而优势态势感知的构成要素——信息获取和信息隐蔽， 与传感器、 隐身和作战网络日益相关。 超视距交战的比例逐渐增大， 预警机、 机载雷达、 数据链路和空空导弹的发展使得空战交战距离逐渐变大。 展望未来， 空战的主要模式将向着远距乃至超远距方向发展， 远距攻击将成为空战的主要模式， 中近距空战将成为次要模式， 近距缠斗空战的战场环境越来越难以形成， 即使出现也会变成两败俱伤的厮杀。 制信息权将越来越重要， 占据了信息主动权的一方会使得战场态势感知单边透明， 甚至实现“杀敌于无形”。 信息化网络技术的发展可以实现战场各种信息的高度共享， 机载武器将是战场的一个信息化的攻击节点， 限制机载武器实战攻击距离的将仅仅是能量投送。 此外， 分布式杀伤、 蜂群式攻击等攻击模式将不断涌现， 要求机载武器在远距攻击过程中攻击协同、 对抗智能， 达到体系效能最优。

战场环境方面， 干扰环境越来越剧烈， 电子对抗成为空战的常态， 而且在干扰和抗干扰的博弈中， 抗干扰由于技术难度的差异将始终处在下风。 要求机载武器要持续提高适应复杂战场环境的能力， 减小对单一平台、 单一信息源的依赖， 在信息不全情况下依然能够有高概率杀伤能力。

2.4 颠覆性技术对机载武器的影响

颠覆性技术是具有革命性意义、 可“改变游戏规则”的重大技术。 该技术的发展会催生新的武器装备， 最终改变作战模式。 研究第五代战斗机机载武器的发展， 必须对颠覆性技术在2030年前后的发展情况及可能实现的武器装备能力进行预判。

从现在的发展情况看， 最可能改变空战模式的颠覆性技术就是机载激光武器技术。 据报道， 美国空军计划2021年开始机载激光器的上机试验， 提高激光器的威力、 准确度和瞄准速度， 将功率从10 kW提高到100 kW， 此后将陆续装备到F-35等战斗机上。 同时， 洛克希德·马丁公司在2016年也高调宣布， 机载激光武器研制取得进展， 并预计2023年后会有大规模激光武器进入现役。 可以预见， 机载激光器将在2030年前后实现在战斗机上的装备， 执行自卫防御任务， 对来袭的导弹进行拦截。

表1是美国兰德公司研究报告《空对空作战趋势及对未来空中优势的影响》提出的新出现的作战飞机属性， 而且是越来越重要的属性。

表1 新出现的作战飞机属性

3 第五代战斗机机载武器设想

第五代战斗机以夺取制空权/制天权为主要任务， 其配置的制空/制天武器可能包括以下三大类：

(1) 空空导弹

未来空空导弹的发展重点将转向多目标超视距攻击。 应具备打击先进有人战机、 无人战机、 巡航导弹、 防空雷达等多种目标的能力， 执行不同的作战任务， 具有高效能、 低采购成本(一种通用导弹型号至少可代替两种旧导弹型号)的优势。 在配合第五代战斗机高隐身要求进一步小型化的同时， 其作战能力继续向远程化发展， 达到400 km以上。

此外， 未来的空空导弹还具备跨域化和自主化能力， 能应对和打击空天飞行器、 高超声速飞行器等空天目标以及网电域作战能力， 还可在极短的时间内进行数据融合、 处理和分析， 并智能地完成目标选择， 实现打击任务， 满足战时的及时性、 准确性和实效性需求。

(2) 激光武器

预计到2030年后， 机载激光武器将可在系统重量约束为1 000 kg的情况下实现150 kW以上的功率， 使得激光武器可集成到战斗机上， 主要负责完成近距防御任务， 在10 km范围内对战斗机、 无人机、 巡航导弹乃至来袭导弹进行硬杀伤， 同时还可以具备一定的弹道导弹防御能力。

(3) 空天导弹

传统航空领域与航天领域之间的界限日趋模糊， 空天一体化作战必将成为未来空中战场的基本特征。 第五代战斗机需携带空天导弹和地面防空系统一同履行空天防御任务。 一方面， 需要发挥第五代战斗机航程航时长、 机动部署灵活的特点， 携带机载反导导弹对弹道导弹进行拦截； 另一方面， 临近空间飞行器尤其是高超声速飞行器将大量出现， 需要第五代战斗机携带机载反临近空间高速飞行器导弹对X-51等临近空间高超声速目标进行拦截。

4 第五代战斗机机载武器关键技术分析

未来新型战斗机将由原来的单独作战装备变为整体作战体系中的一个节点， 是一个成长于空天一体新使命空间、 能适应复杂对抗环境、 具有空天地信息融合能力的多任务能力系统。 因此， 第五代战斗机机载武器的能力需要在一系列关键技术上取得突破， 同时一些颠覆性技术可能会对武器装备的结构和能力带来革命性变化。

4.1 关键技术

(1) 多模导引技术——与单模导引头相比， 多模导引头可以获取更为丰富的目标和作战环境信息， 如红外辐射信息、 不同频段的雷达反射信息和辐射信息， 通过对这些信息的融合处理可大幅提高导引头的探测能力和抗干扰能力， 这在未来的反隐身对抗和强电磁干扰环境下尤其重要。

(2) 可变气动外形技术——随着作战任务的复杂化， 对机载武器的气动外形要求越来越高， 可变外形技术是通过改变机载武器的结构和气动外形以适应载机挂装要求和作战任务要求的技术。

(3) 多源信息网络化制导技术——网络化制导中， 机载武器可以接收战区内多种己方目标提供的中制导信息， 比如其他作战飞机、 预警机、 卫星等， 也可以利用弹间网络信息实现多弹信息的共享、 融合及协同打击。

(4) 极端射频频谱条件的可靠数据通信技术——以射频、 天线、 数字处理等多种基础技术为支撑， 根据实际使用环境， 自适应优化出最优的系统参数， 以达到在有限的资源占用下最大限度的提高作战武器信息感知能力的目的， 实现数据链远距离、 宽覆盖范围通信和强抗干扰能力。

(5) 快速响应控制技术——第五代战斗机机载武器需要攻击高空高速目标以及高敏捷性目标， 要求能够实现对目标的不占位攻击。 因此需要武器控制系统采用反作用射流控制等技术， 以具备更大空域条件下的快速响应能力。

(6) 先进的发动机技术——有效解决远射程和小型化的矛盾是机载武器发展的不懈追求， 要求发动机具备更高的能量重量比。 同时第五代战斗机机载武器的多任务要求还需要发动机具备更大空域和更高效、 更灵活的能量管理能力。 可控推力的冲压发动机、 空气涡轮冲压发动机、 亚燃/超燃组合冲压发动机、 脉冲爆震发动机将是重要的发展方向。

4.2 颠覆性技术

(1) 机载高能激光技术——高能激光武器能在很短的时间内发出高能激光束， 具有速度快、 命中精度高、 威力大、 不易受电磁干扰、 费效比低等优点。 高能激光作为机载武器使用的难点， 满足灵活的空中作战和高效毁伤要求， 满足实战要求， 涉及机载高功率激光器技术、 能源管理技术、 热管理技术、 精密跟踪瞄准技术等关键技术。

(2) 导弹人工智能技术——智能化导弹可具有类似于人的思维博弈能力， 可以自主感知态势及变化， 自主采取包括机动、 抗干扰、 诱骗等各种措施攻击目标。 智能模式识别、 智能化容错控制、 智能化协同制导、 智能化形变、 智能化认知抗干扰、 战场数据挖掘和智能决策、 智能毁伤是主要的研究重点。

(3) 微系统技术——微系统的大量应用将会对机载武器的小型化、 智能化和低成本化产生颠覆性的影响， 通过将传统的传感器、 处理器和伺服控制等系统一体化融合， 不仅能大幅降低机载武器的体积、 尺寸、 成本和功耗， 还能促进机载武器的智能化、 加速机载武器性能和作战能力的全面提升。

(4) 太赫兹探测技术——太赫兹波介于毫米波与长波红外波段之间(0.1～10 THz), 能以很少的衰减穿透如陶瓷等物质， 还可无损穿透墙壁、 烟雾， 具有很高的时域频谱信噪比， 可大大降低恶劣天气状况和各种伪装的影响。 太赫兹频段带宽宽、 传输速率高， 可极大拓宽无线电通信网络带宽， 实现大容量高速通信。 太赫兹雷达能够获取比微波雷达更清晰的目标外形特征， 从而提高目标图像的分辨率。 在反隐身方面， 太赫兹避开了传统的隐身材料吸波频段， 通过对隐身飞机散射中心反射的回波进行逆向合成孔径处理后， 能得到目标真实图像， 对通过外形设计或是隐身材料实现隐身的目标均能实现有效反隐身。

5 结 束 语

第五代战斗机的全新作战概念和全新能力特征必将牵引带动机载武器的创新发展。机载武器的发展依赖需求和技术的双轮驱动，传统技术的渐进性式发展和颠覆性技术的跳跃式发展将支撑并促进着第五代战斗机机载武器的创新发展，必须未雨绸缪地提前布局，前瞻性分析未来作战需求，系统性研究支撑发展的关键技术，才能在未来强强对抗中立于不败之地。

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DevelopmentAssumptionsandKeyTechnologiesofAirborneWeaponsfortheFifthGenerationFighters

ZhangXue

(ChinaAirborneMissileAcademy，Luoyang471009，China)

The main part of air combat weapon system is comprised by fighters and airborne weapons. The development of threat environment and operational targets, requirements and constraints of airborne platforms, as well as the progress of science and technology are promoting factors of airborne weapons. At present, the military powers are exploring and studying the fifth generation fighters and their airborne weapons. Based on the developmont situation of the fifth generation foreign fighters, the requirements of new airborne weapons are analyzed, then its development assumptions are proposed. The key technologies and disruptive technologies that need to be broken through are summarized.

airborne weapons; the fifth generation fighter; key technology

航空兵器征稿简则的补充通知为提高稿件及编校质量,使本刊的编排进一步规范化,从即日起,作者投稿时需提供完整真实的稿件题名、作者姓名及单位、文章摘要、关键词、文章图表、参考文献等中英文对照信息。《航空兵器》编辑部2016年12月31日

10.19297/j.cnki.41-1228/tj.2017.04.002

2017-06-04

张雪(1984-)， 女， 河北承德人， 博士研究生， 研究方向为飞行器设计。

张雪. 第五代战斗机机载武器发展设想及关键技术[ J]. 航空兵器， 2017( 4)： 8-13. Zhang Xue. Development Assumptions and Key Technologies of Airborne Weapons for the Fifth Generation Fighters[ J]. Aero Weaponry, 2017( 4): 8-13. ( in Chinese)

TJ760； V271.4

： A

： 1673-5048(2017)04-0008-06