美空軍稱下一代戰斗機將“完全解耦”飛控軟件與任務系統軟件
2022年4月12日,美空軍參謀長查爾斯·布朗上將在一次圓桌會上透露,“下一代空中主宰”(NGAD)項目將具備“滿足(穿透‘一體化防空系統’打擊目標)所需要的航程”,其中的有人戰斗機將實現飛行控制軟件與任務系統軟件的完全解耦,便于后續更快速地實施技術插入和升級。這在該軍種的戰斗機研發歷史中尚屬首次。
美國洛馬公司的“下一代空中主宰”有人駕駛戰斗機方案想象圖(美國洛馬公司圖片)
布朗稱,將飛行控制軟件與任務系統軟件解耦后,可以按需插入特定功能的復雜電子系統,而不會影響正常的飛行控制。作為對比,F-16戰斗機的飛行控制軟件與任務系統軟件緊密耦合,因此在需要升級任務能力時,該機必須暫時停飛,并在升級完成后進行一系列試驗,確保飛行安全。
F-16戰斗機已經采用不了NGAD這種解耦設計了,但是美空軍在該型機的升級改造過程中,仍注意采用新的方法。2020年4月28日,美空軍裝備司令部宣布已發布F-16戰斗機M7.2+版作戰飛行程序(OFP),用于升級600多架第40/42/50/52批次F-16戰斗機,為它們提供多種新的能力。該升級計劃投資4.55億美元,是對F-16戰斗機的重大能力升級,內容包括換裝AN/APG-83(V)有源相控陣雷達(這是美國北方司令部提出的第1優先級聯合緊急作戰需求)和1套集成通信套件、綜合AGM-158B“增程型聯合空地防區外導彈”(JASSM-ER)和最新型AIM-120“先進中距空空導彈”(AMRAAM),以及其他42項現代化增強。該升級計劃共進行了4200多架次、4600多小時的飛行,其中包括參加2019年“北方利刃”演習。這些升級降低了飛行員的工作負擔、提高了近距空中支援武器準確性、增強了殺傷力,并提高了預計的任務效能和效率。M7.2+版作戰飛行程序開發也是F-16飛機作戰飛行程序開發最后一次使用傳統的“瀑布式”軟件開發方法,此后,該型機的作戰飛行程序和軟件升級轉向“開發、安全和運維一體化”(DevSecOps),采用開源、敏捷途徑,實現每13周交付新軟件進行飛行試驗(此前需要18周),每兩年交付一套新版作戰飛行程序(此前需要3~4年)(美空軍圖片)
自2020年9月披露NGAD全尺寸演示驗證機完成首飛以來,美空軍高層對于該項目一直保持低調,僅宣稱將以系統簇形式在2030年左右開始逐步替代F-22戰斗機。該軍種至今未公開參與NGAD平臺或任務系統競標的企業,也未透露其中有人戰斗機的性能需求,該機及其相關系統的采辦細節也高度保密。
目前已知雷神技術公司參與了“下一代空中主宰”全尺寸演示驗證機的任務系統開發,并進行了裝機試飛。該公司特別關注、積極推進基于數字工程的數字轉型。那么,機載任務系統與飛控系統解耦,與第四代、第四代半、第五代戰斗機采用的綜合火力/飛行/推力控制之間是何種繼承升級關系?系列化、模塊化、通用化、標準化組合配置,以及跨平臺資源組合調用,與第五代、第四代半戰斗機采用的綜合式航電系統之間又是何種繼承升級關系?(美國雷神技術公司圖片)
雖然NGAD被列為“特別準入計劃”(SAP,B-21隱身轟炸機也被列為此類計劃,其保密措施可以剪裁,部分低于絕密級,部分高于絕密級;整體保密級別可認為高于機密級)是其公開信息極為有限的重要原因,但從布朗的上述言論中可以大膽推測,即使了解該項目部分內幕的人士也難以推斷該機最終可能部署哪些新技術。布朗本人也指出,飛控軟件與任務系統軟件的解耦將使美空軍更具彈性地為NGAD增加正在研發中的新興技術。只要其滿足功能、重量、功率和制冷需求,均有可能被該項目吸收和應用。同時,此舉有利于鼓勵更多企業參與良性競爭,美空軍不但能夠獲得更好的終端產品,還有望實現降低成本的理想目標。
要想實現系列化、模塊化、通用化的跨平臺節點快速移植,“即插即用、即插即戰”,就要“解耦”復雜軟硬件系統。例如美軍“通用武器接口”(UAI)和在此基礎上發展的“北約組織通用武器接口”(NUAI),就通過“解耦”提供快速、低成本的武器綜合能力。該接口標準旨在為平臺、精確打擊武器和任務規劃提供標準化的軟件接口,允許軟件復用,改進各種新武器與軍機的綜合過程,使這一過程與軍機的作戰飛行程序軟件升級循環“解耦”。美空軍從2009財年開始為F-15E多功能戰斗機、AGM-158A導彈和“杰達姆”制導炸彈采用UAI。2011年,F-15E通過“通用武器接口”綜合了激光制導型“杰達姆”制導炸彈,其應用效果如下:整個綜合工作在3個月內完成,如果不采用“通用武器接口”而采用以往方法,需耗費3~5年,采用“通用武器接口”將綜合時間縮短了91.7%~95%;整個綜合工作花費250萬美元,如果不采用“通用武器接口”而采用以往方法,需花費2000萬~2500萬美元(一說需3000萬~8000萬美元),采用“通用武器接口”將綜合費用至少降低了87.5%~90%(按以往方法需要2000萬~2500萬美元計算)。目前該接口標準已在美軍B-2A隱身轟炸機和F-35系列、F-15E戰斗機、MQ-9“死神”察打一體無人機,以及美空軍及北約組織M6以上配置的F-16戰斗機等多種機型推廣應用,還用于美空軍“制導彈藥規劃軟件”(PGMPS);也已向美海軍和陸軍機隊推廣(美空軍圖片)
NGAD項目的研發預算近年來持續增長。美空軍在2023財年預算申請文件中要求為該項目劃撥16.5億美元,較2022財年的13.3億美元增加24%。美空軍部負責預算事務的助理部長詹姆斯·佩齊亞少將解釋稱,經費上漲的主要原因是研制先進傳感器和強韌通信裝備。布朗此前曾表示,該類任務系統將在NGAD的研發過程中“持續進化”。
種種技術上的“解耦”,如果加以充分利用,可以實現科研生產關系上的“解耦”,最大化技術上“解耦”可能帶來的效益。譬如,在采用模塊化開放式任務系統架構和其他標準化、通用化、模塊化、系列化標準、架構或途徑之后,在美國防部指導下,洛馬公司為F-35A的重要任務系統在壽命周期內重開競爭,2023年將更換新供應商的處理機和光電分布式孔徑系統,大幅提高性能、降低成本;美國防部正在考慮未來采用競爭方式實施該型機的升級改造和維護保障。美軍用“運行數據集成網絡”(ODIN)逐漸取代“自主式保障信息系統”(ALIS)后,該系統的升級可能也會采用分塊擇優方式。早在2015年,B-21隱身轟炸機還未選定工程研制單位(當年10月選中諾格公司),美國防部就確定該型機的升級改造將采用競爭方式。圖為美空軍F-35A戰斗機。那么,僅僅在技術上的“解耦”,而沒有在科研生產關系上做適應性變革,最大化先進技術可能帶來的效益,這樣會不會導致戰斗力生成上逐漸產生明顯差距呢?(美空軍圖片)
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