美国空军的武库机概念与关键技术

赵群力

引言

武库机（Arsenal Plane）是一种能携带大量武器，并由其他飞机提供目标指示或武器制导，从而对敌方目标实施大量杀伤的航空装备。武库机的概念最早出现在上世纪70年代，由于军事需求和技术等原因，并没有真正形成装备。

近年来，随着新技术的不断发展，特别是“第三次抵消战略”的提出，武库机再次受到美军的重视。美国空军全球打击司令部司令罗宾·兰德称，随着潜在对手新型防空系统的不断增多，美国空军已有4个作战司令部提出配备类似“武库机”的请求。空战司令部司令赫伯特·卡莱尔则称，在未来战争中，美军需要依靠“隐身接近攻击”和“武库机发射密集远程导弹”这样的组合来突入某个地域。2016年2月，美国防部长卡特表示，战略能力办公室（SCO）正在研究“武库机”的作战概念。美国媒体《国防内情》推测，国防部在2017年预算中为一个名为“替代打击”（Alternative Strike）的项目申请了1.98亿美元的先进组件研发经费，可能就是“武库机”项目。该项申请在战略能力办公室框架下，将“验证从已有飞机平台发射现有武器的可行性和实用性”。

从目前的情况看，全球打击司令部和空战司令部对武库机的需求并不一样，战略能力办公室也没有公布究竟打算在哪种飞机的基础上发展武库机。为了满足人们对这种飞机的好奇和关注，我们对美军武库机的基本情况和关键技术进行了分析，并得出了几点初步的结论，供参考。

基本情况

按照执行任务的不同，武库机可以分为对地攻击武库机和制空型武库机。这两种武库机的发展情况如下：

对地攻击武库机 这种武库机的概念最早出现在上世纪70年代。1977年，美国卡特政府终止了B-1A轰炸机的研制计划之后，美国空军开展了“巡航导弹载机”（CMCA）的研究工作，以接替B-1A的战略威慑任务。波音公司提出了基于波音747宽体客机的大型武库机方案。该方案可在机身内装载50～100枚远程巡航导弹，航程远，可以从防区外实施攻击。波音公司航空航天分部的副总裁道格拉斯·格雷福斯认为，就作战所需的巡航导弹数量、作战半径以及所需要的加油机而言，这种武库机可提供最大的作战灵活性。1982年，里根政府启动了B-1B轰炸机的研制，所以武库机的方案就被搁置了。

2006年，美国国防部發布了新版的《四年防务审查报告》。在这个报告中，明确把中国列为最重要的假想敌。并且提出，要发展一种能在2018年形成初始作战能力的新型轰炸机。在这种情况下，美国国会预算办公室（CBO）对8种远程打击装备方案进行了研究，其中一种是以C-17为平台的武库机方案。在这个方案中，C-17运输机可携带3倍音速的巡航导弹进行远程打击。导弹通过滑轨从飞机的后舱门发射，巡航导弹的射程可达500海里（926千米）。飞机不隐身，巡航速度Ma0.76，最大商载167000磅（76吨），其中20%的商载用于装导弹的挂架和发射机构，80%的商载用于挂导弹。据美国国会预算办公室测算，这种飞机的作战半径为1500海里（2778千米），再加上500海里（926千米）的导弹射程，使它可以攻击2000海里（3704千米）远的目标。在反应速度方面，飞机从机场飞到导弹发射位置可能需要几个小时，但是导弹发射之后，只要20分钟左右就能到达目标。但是，美国空军认为亚音速轰炸机可以更好地满足其作战需要，于是决定研制B-21轰炸机，C-17武库机没有得到资金支持。

2015年，兰德公司对武库机也进行了研究，并发表了名为《在反介入/区域拒止威胁面前增强防区外轰炸能力》的研究报告。该报告不但对军用运输机（包括C-17、C-5、C-130）和民用运输机（A380F、A330F、777F、747-8F、767-300F）改装武库机的方案进行了比较，还研究了轰炸机（B-52、B-1B）改装成武库机的方案。报告认为，在这些方案中，C-17改装的效费比最高。其主要原因是这种飞机比较成熟，改装所需的研发费少。此外，该机的运载能力强，可以兼顾军事运输和对地攻击的双重任务，从而进一步降低了使用成本。轰炸机由于内部弹仓较小，携带巡航导弹的能力有限，成本又高于运输机，所以并不太适合用作对地攻击的武库机。

总的来看，对地攻击武库机主要具有以下特点：采用大型飞机做平台，以满足载弹量的要求；选用成熟飞机，以降低成本；由于飞机大、速度慢、隐身性差，这种飞机只适合在防区外作战。

制空型武库机 制空型武库机的主要目的是协助战斗机夺取制空权。近年来，随着战斗机性能的提高，其价格越来越贵，采购数量呈现逐渐减少的趋势。在面对数量占优势的敌人时，很可能出现弹药不够用的情况。在这种情况下，由制空型武库机为战斗机提供所需的火力是一种不错的解决方案。

事实上，早在上世纪70年代，美国就曾经考虑在B-1战略轰炸机上加装对空雷达和大量AIM-54“不死鸟”空空导弹，执行防空拦截任务。但由于缺乏相应需求，方案最终没有实现。2004年，《美国空军》杂志和波音公司的内部刊物上，又一次提出了代号为B-1R的武库机概念。与B-1B相比，升级后的B-1R将换装诺斯罗普·格鲁曼公司的AN/APG-83SABR（SABR是“可变敏捷波束”一词的缩写）有源相控阵雷达和普惠公司的F119涡扇发动机，不仅将具备较强的空对空探测能力，而且最大平飞速度将达2.2马赫。B-1R可搭载100多枚AIM-120D空空导弹，该弹最大射程将超过200千米，配备有卫星双向数据链+GPS卫星制导系统，具备他机制导能力。在与F-22、F-35等隐身飞机协同作战时，由前出的隐身飞机探测目标，B-1R发射武器实施攻击。由于当时美军正在进行反恐战争，其主要作战对象是伊拉克、阿富汗这样的弱小国家，美军不需要武库机就可以轻松夺取制空权，所以B-1R没有受到足够的重视，被搁置起来。

随着反恐战争的结束，美军开始关注“反介入/区域拒止”环境下的高端战争。由于中国、俄罗斯这样的潜在对手比反恐战争时的小国具有更强的防空系统和更多、更先进的飞机，为了以更加经济、有效的方式夺取制空权，美军开始将“武库机”作为夺取制空权的重要选项之一进行研究。

2016年5月，美国空军发布了《2030年空中优势飞行规划》，提出将利用防区外武库机增强其制空作战能力，并表示将和战略能力办公室合作研究武库机的方案。到目前为止，美国空军和战略能力办公室尚未公布制空型武库机的具体方案。考虑到制空作战对武库机的突防能力和战场生存能力有更高的要求，估计制空型武库机将不会以运输机为基础平台，而应以轰炸机或新型无人机为基础平台。

美国空军负责“空中优势2030”研究的亚历克斯·格林科维奇上校认为，大型武库机面对先进防空系统的生存力可能不那么好，因此将把它用作在某个目标区域外围使用防区外武器的平台；小型武库机有可能采用防区内、进攻性防空作战的应用模式，为F-22、F-35等其他战斗机搭载额外的武器。美国空军将在接下来的几年中同时审视大型和小型武库机概念，并与国防部战略能力办公室开展原型化和实验工作。

考虑到美国国防部战略能力办公室开展的都

是基于现有系统的项目，因此，美国空军所称的、在防区内遂行“进攻性防空作战”的武库机，也应会是基于现有平台。从已知的美国空军飞机发展情况来看，似乎只有B-21隐身轰炸机较为适合用作防区内武库机的平台，但其吨位仍然偏大，不太适合靠前部署。据美国《空军》杂志报道，美国空军对隐身的防区内无人驾驶“武库机”概念研究已经开展了10多年的时间。由此可以判断，未来的制空型武库机有可能是一种新研的无人机。

事实上，美军已经对无人机僚机进行了多年研究，其中有些僚机很可能会充当为有人机提供火力的武库机角色。2017年6月，美国克瑞托斯（Kratos）防务安全方案公司官网公布了其最新研制的XQ-222“女武神”（Valkyrie）无人机。该机翼展6.7米，长度约为9.14米，装备WJ-33发动机，飞行速度0.85马赫，航程3426千米，升限13700米（45000英尺），可以在机腹或两翼部署武器，价格预估为100万美元。该机是美国空军赖特·帕特森空军基地的低成本无人机技术项目，主要是作为下一代有人战斗机的僚机而设计的，具有隐身、高机动性、价格便宜等特点，能够以接近超音速的速度飞行，可携带武器和监视系统。该项目2016年7月启动，计划2018春首飞。如果发展顺利，有可能会成为美军防区内的武库机备选方案之一。

关键技术

自从上世纪70年代提出武库机的概念，至今已经有40多年，但是武库机依然没有形成装备。除了军事需求之外，最主要的原因是这种飞机的技术还不成熟，在作战上存在很大的局限性。例如：用运输机或轰炸机改装的武库机目标大、速度慢，很容易受到攻击，不能执行纵深打击任务；对地攻击的武库机完全依靠巡航导弹进行攻击，成本高，对机动目标和深埋目标的打击能力有限；空战态势瞬息万变，空战型武库机与战斗机、预警指挥机之间的信息传递存在滞后和失真，并且存在被压制的可能，这将导致协同空战的失败。为了使武库机能够从概念转化为装备，个人认为，有四项关键技术需要突破。

通信技术 与现有飞机相比，武库机最大的特点就是其目标探测或武器控制是由他机完成，而不是由本机独立完成。因此，武库机与侦察、指挥控制飞机之间快速、可靠的通信就成为实现这种作战方式的关键。目前，美军已经有一些卫星通信和战术数据链系统，但是，在强对抗环境下，其速率、可靠性、互操作性等尚不能满足武库机的作战需要。为了解决这一问题，从2016财年开始，美国防部设立了一个名为“具有一体化通信能力的未来自主式战场射频系统”（Future Autonomous Battlespace RF with Integrated Communications ，缩写FABRIC）的研究项目，重点开发反介入/区域拒止环境下可靠的战术通信网络所需的硬件、软件和算法。2016年，该项目完成了对武库机使用场景的研究，确定了武库机所需的通信能力和网络属性，對具有多个波束方向的网络模型进行了高逼真度的仿真，测试了其性能，以便于确定这种网络在作战使用中的好处，并且对抗干扰路由分配和多波束天线的媒体存取控制协议进行了仿真。这项研究工作将持续到2018年，其主要目标是使网络速度提高10～100倍，数据链的作用距离提高70%。如果这项技术能够成功，不但能满足武库机的需要，还将使美军的网络化作战能力大幅提高。

机载武器技术 对地攻击武库机主要使用现有的巡航导弹，技术基本成熟。而制空型武库机的机载武器存在很大的技术挑战。对于大型制空型武库机而言，由于其战场生存能力较弱，通常需要靠后部署，这就需要武器具有很大的射程；对于靠前部署的小型防区内武库机而言，由于飞机较小，如何增加载弹量就成为一个迫切需要解决的问题。

为了增加导弹射程，美国空军对AIM-120导弹的替换项目已经研究了很久。在今年1月《飞行国际》进行的采访中，即将退役的美国空军空战司令部司令赫伯特·卡莱尔上将就提出，空军需要一种兼具空空与空地打击能力的生存力高的远距导弹。并认为，这种导弹应在整个美国空军的机队中部署，从第四代战斗机到未来的“穿透型制空”（PCA）平台，甚至是B-21轰炸机都应配备这种导弹。卡莱尔说到，“如果你看到像（中国的）PL-15这种我们潜在对手的装备，射程将成为一种重要因素”。卡莱尔上将还认为，AIM-120D导弹升级项目“进行得很好”，但它不是美军需要的下一代导弹。为了跟上威胁的发展，新型空空导弹将必须有更大的射程和更好的电子战环境适应性。

2017年5月23日，美空军在其发布的2018财年预算要求文件中，设立了“空中主宰空对空武器”（Air Dominance Air-to-Air Weapon）项目，用于开展新型空空导弹概念研究、机弹综合评估和技术风险降低等工作。如果这种武器考虑了卡莱尔上将的要求，其射程将比现役的AIM-120空空导弹有很大的提高。此外，美国空军研究实验室（AFRL）正在研究名为“小型先进能力导弹”（SACM）的新型空空导弹。这种导弹具有尺寸小、重量轻、超敏性高、射程大、可高密度挂载等特点，预计2030—2040年装备作战飞机。如果这些空空导弹能够研制成功，除了在战斗机上使用外，还将对武库机的发展产生促进作用。

隐身技术 由于武库机携带了大量的武器载荷，其机动性受到很大限制。如果隐身技术不过关，防区内武库机就没有多少战场生存能力。为了提高隐身能力，一是要做好飞机的隐身外形设计，二是要使用更好的隐身材料。

在隐身外形方面，波音、洛马、诺格等公司都已经开展了飞翼式隐身布局研究，并研制了X-45、X-47等技术验证机。飞翼式布局可以大幅降低飞机的前向和侧向雷达反射面积，提高全向隐身能力。在隐身材料方面，目前的研究热点是超材料（Metamaterial）技术。超材料是通过人为设计微结构特征单元及其排列位置和方式，在宏观上表现出某些超常性能的人工材料。利用超材料，可以对电磁波、光波、声波的传播方向进行控制，从而实现飞机隐身。早在2012年，美国国防部长办公室就将超材料列为六大颠覆性基础研究领域之一。美国陆、海、空三军共支持了90多家企业进行超材料应用研究，取得了大量成果。目前，超材料技术在可见光隐身、红外隐身、声波隐身和电磁波隐身方面均取得重大进展。在光隐身方面，美国加利福尼亚大学利用银和镁的氟化物以及纳米银线复合交替堆叠制造出一种隐身“斗篷”，可使自然界中的可见光和近红外光发生逆转。在电磁波隐身方面，美国东北大学研制出了可在36～44GHz的电磁波频段内实现可调负折射率的超材料。在声隐身方面，美国杜克大学研制出世界首个三维声学隐身斗篷，可以在任何角度让声波绕过。

目前，超材料技术正处于由基础研究成果向器件应用开发过渡的关键时期。这种技术一旦成熟，将使航空装备的隐身性能发生革命性的变化，并为武库机的发展提供有力的技术支撑。

导弹发射技术 对于大型武库机而言，携带的武器数量多，战场生存力又比较弱，往往需要用尽可能快的速度完成武器发射并返航。不论是军用运输机还是民用客机，都没有配备大型武器的发射装置，而且，由于机身结构的限制，直接采用轰炸机的导弹发射装置并不一定适合。因此，需要根据武库机平台的实际情况，以及对武库机的作战需求，发展适合武库机的导弹发射技术。

目前，雷声公司已经研制成功了一个名为“微型空射诱饵货机发射系统”（MCALS）的发射装置，它能够使军用运输机在短时间内投放数百枚微型空射诱饵（MALD）。2011年，MCALS在C-130运输机上进行了试验，成功发射了2个微型空射诱饵。兰德公司认为，如果把这套系统进行改进，使之具备发射大型巡航导弹的能力，就可以用于武库机。

结论

根据上述情况，可以得出以下3点结论：

武库机的概念目前仍处于发展之中 尽管武库机的概念已经提出了几十年，但是目前仍然处于发展之中。早期的武库机主要以大型运输机为平台，用于执行远程防区外打击任务，后来提出了用B-1R轰炸机携带大量空空导弹，执行制空任务。由于生存能力有限，运输机改装的武库机只能靠后部署，是“防区外”武库机。除了运输机和轰炸机平台的武库机之外，美国空军已经开始研究基于无人机的小型防区内武库机，这种武库机的载弹能力虽然有所下降，但是其战场生存力大幅提高，可用于靠前部署并执行制空任务。到目前为止，武库机究竟以对空为主还是对地为主？用大飞机还是用小飞机？防区外作战还是防区内作战？在不同的作战需求下仍然有不同的答案。为了更好地满足作战需要，武库机的概念仍在研究和发展之中。随着研究的不断深入，武库机的概念将会逐步变得清晰和具体。个人认为，虽然大型武库机可能会首先投入使用，但是以小型无人机为平台的防区内武库机更加值得关注。

武库机对于改变空中作战的方式具有重要的促进作用 现代战斗机和轰炸机都是集信息和火力于一体的多功能武器装备，飞行员既要承担发现目标的任务，也要承担战术决策和火力攻击的任务。随着武库机的出现，发现目标、战术决策和火力攻击的功能将会分散到不同的飞机平臺上，可以用侦察型无人机发现和指示目标，用武库机发射导弹，用电子战无人机执行干扰和诱饵的任务，有人机只承担战术决策的任务。这将使空战的方式发生很大变化。事实上，现代炮兵和战舰在进行作战时，发现目标和火力打击的任务就是交由不同的作战单元分别完成的。目前，英国和法国正在联合研究“未来作战航空系统”（Future Combat Air System ，FCAS）的概念方案。据报道，FCAS将至少包括三种平台，即有人战斗机平台、大型无人作战飞机、小型分布式无人机。这些飞机将通过协同作战的方式来满足夺取制空权的需要。美国空军和日本防卫省对于这种有人无人协同作战的方式也非常认同，分布式、网络化、协同作战将成为航空装备未来的重要发展方向，在这种作战方式的转化过程中，武库机具有不可替代的重要作用。

武库机真正形成装备预计还需要比较长的时间 虽然利用现有的技术，很快就可以将运输机或轰炸机改装成武库机，但是对于这种大型防区外武库机的军事需求并不迫切。事实上，美国空军几年前论证远程打击系统时，就曾经研究过武库机的方案，但是论证的结果是决定研制B-21轰炸机，而不是发展武库机。对于将来有可能会大量应用的防区内武库机而言，由于其技术要求高，目前不论是飞机平台、作战战术还是关键技术都还处于研究发展阶段，预计还需要比较长的时间，才能逐渐成熟并形成装备。