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美国空军B-21“空袭者”轰炸机发展分析

2022-12-05 10:30 国际航空 国际航空 专栏

2022年12月2日,在美国空军和诺斯罗普-格鲁门公司的主持下,首架B-21“空袭者”轰炸机原型机在诺格位于美国加利福尼亚州帕姆代尔的工厂首次公开亮相。

B-21“空袭者”(Raider)隐身轰炸机是美国自冷战结束以来研制的首型轰炸机,将在2025年或之后列装,与经过重大升级后的B-52H远程轰炸机一起,共同组成美军直至2050年前后的空基核常兼备远程打击力量。

图中红圈内是美国加利福尼亚州帕姆代尔的美国空军第42号工厂的诺格公司使用厂房区,2022年12月2日举行了B-21原型机的首次公开展示仪式。

研制情况

B-21轰炸机项目于2004年启动,2015年进入工程研制,目前正在制造6架原型机,并已启动批生产准备。该项目曾经历一次重大调整,在工程研制阶段虽出现首飞推迟等情况,但整体进展较顺利。

(一)采办计划经历一次重大调整

美国空军在2004年启动“下一代轰炸机”项目,发展一型隐身重型远程轰炸机。2009年时任美国防部长罗伯特·盖茨指令美国空军中止该项目,重新确定需求,重点是避免聚焦单一平台提出过多要求。2010年美国空军提出远程打击“系统簇”解决方案,并设立“远程打击轰炸机”项目,发展该“系统簇”中的核心装备隐身远程轰炸机。该方案于2011年2月获得盖茨部长批准。2013年2月美国空军空中作战司令部和全球打击司令部联合编制完成“远程打击轰炸机”的作战需求文件。至此,美国空军完全确定了对下一代隐身远程轰炸机的需求,为发布工程和制造发展招标书铺平了道路。

(二)工程和制造发展整体进展较顺利

2015年10月美国空军授予诺斯罗普-格鲁门公司工程和制造发展阶段合同,但因落选的波音/洛克希德-马丁公司团队向美国国会政府问责署提出抗议而暂停合同执行。2016年2月政府问责署裁定美国空军授予诺格公司合同合规合理,研制工作得以继续;随后美国空军宣布远程打击轰炸机编号为B-21,并发布首张外形示意图(见图1)。2016年3月美国空军公布了普惠公司、BAE系统公司、罗克韦尔-柯林斯公司(今美国雷声技术公司的一部分)等7家主要参研厂商;7月建立B-21项目一体化办公室,便利军方与参研厂商沟通联系;9月宣布命名为“空袭者”(Raider,美国防部2018年《核态势审议报告》的中文简版称之为“袭击者”)。该项目于2017年第一季度完成初步设计评审,2018年第一季度开始原型机制造,11月完成关键设计评审。

图1 美国空军发布的B-21轰炸机想象图

2020年8月美国空军宣布B-21的首飞时间将不早于2022年,较此前确定的2021年年底推迟。从2021年1月时任美国空军采办、技术与后勤助理部长罗珀透露的情况判断,B-21项目为充分应用美国防部从2018年开始大力推进的数字工程而适当调整了进度计划,建立了整机及主要部件和子系统数字模型,进而完善和优化了相关设计,以确保在原型机上充分考虑制造创新、维护性和保障性,使其完善度与生产型飞机基本相当。2021年2月诺格也透露在研制过程中实施了数字工程创新,从设计上确保该型机可生产、可持续、可维护。

2022年3月美国空军透露首架B-21原型机已从帕姆代尔工厂转入一座新建的载荷校准设施中,且该机已完成大部分总装工作,很可能成为在建6架原型机中率先升空的一架。在完成载荷校准工作后,该机将进行系统供电、发动机起动、液压系统等测试,以及低速和高速滑跑试验。5月,美国空军和诺格宣布该机完成首次载荷校准试验,结果与基于数字模型的预测相符,但首飞时间又推迟至2023年春末夏初。

美国空军将B-21项目列为最优先采办项目之一,美国国会也全力支持,保障了该项目的研发经费投入。自2004年至2022年10月,美国空军累计投入的公开研发经费约170亿美元;在2022年4月发布的2023财年预算中还首次安排了采购预算。美国空军已于2022年4月授予诺格一份总金额1亿多美元的合同,用于采购制造首批生产型B-21所需的长周期物项,表明该项目已开始进行批生产准备。

B-21揭幕式现场画面

B-21正式出场

主要特点

美国空军将“远程打击轰炸机”/B-21项目设定为严格保密的“特殊准入项目”,严控信息发布。综合迄今可掌握的情报资料分析,B-21采用飞翼布局,将具备6个主要技术特点:一是兼备强的网络化协同作战和独立作战能力;二是生存能力很高,可在强对抗环境中作战;三是作战半径适中,满足对主要对手的覆盖要求;四是内埋载弹量适中,武器配置灵活多样;五是临空/防区外打击能力兼顾,突出临空打击能力;六是强调经济可承受性,便利未来升级改造。

(一)兼备强的网络化协同作战和独立作战能力

一方面,美国空军为B-21设定了“网络就绪度”关键性能参数(NR-KPP),用来衡量该型机的网络中心能力指标。该型机按远程打击“系统簇”的核心组成设计,能与穿透侦察机(诺格的RQ-180或其改型)、穿透电子战飞机等远程打击“系统簇”中其他装备编组组网协同,组成“尖刀”远程打击力量,在美国国家层级情报、侦察和通信等资源支持下,在战争之初实施纵深穿透作战。另一方面,为在电子战环境中作战,B-21将配装先进的雷达、光电、电子侦察、导航定位设备,能在强对抗或拒止作战环境中独立导航、定位、探测和攻击。由此,B-21及其编组可在支援远程打击的信息和后勤装备遭到攻击的条件下,在强对抗或拒止空域中作战,并更好地打击大量移动目标或加固/深埋的目标。

(二)生存能力很高,可在强对抗环境中作战

根据美国空军在2015年9月透露的信息,得益于采用先进材料等因素,B-21的隐身能力“比B-2A好很多”(根据诺格在10月透露的信息,B-2A的信号特征已通过使用新材料得到很大改善;在当时每架B-2A飞机每9年进行一次基地级维护,每次为期12个月)。该型机还将配装一体化电子侦察与对抗系统,并与穿透侦察机、穿透电子战飞机编组作战,既可增强对抗能力,在强对抗环境中穿透先进防空系统;也可降低自身主动发射电磁波进行雷达探测、电子干扰的需求,降低暴露概率。另外, B-21可能为配装拦截来袭导弹的自卫激光武器预留了空间、重量和功率,以进一步提高生存力。目前美国空军计划在2025年演示可由F-15战斗机搭载的吊舱式自卫激光武器,其功率大于10千瓦,可挫败来袭导弹。从技术成熟度和时间节点看,B-21可能在服役后不久的升级改造中选择集成自卫激光武器。

(三)作战半径适中,满足对主要对手的覆盖要求

B-21无空中加油作战半径为3900~4600千米,已能满足对主要对手的覆盖要求。美国空军认为,对手的“反介入/区域拒止”手段将拒止加油机接近到防护区930千米以内,而全球大多数的战略目标都位于内陆2800~3700千米距离范围。因此,如作战半径达到3900~4600千米,已可满足美军“将全球范围内的各种目标置于险境”的要求,并适应对手国家具有较大面积和纵深、美军的战区基地面临多种打击威胁、美军航母可能被迫远离对手海岸线等作战场景。具有这样作战半径的B-21,如在距我海岸线930千米处进行空中加油,将可确保在对手全境任何地区上空待机1小时以上,满足巡飞猎杀机动式弹道导弹/巡航导弹发射车等时间敏感目标的需要。

(四)内埋载弹量适中,武器配置灵活多样

B-21将“配备一个大型且灵活的有效载荷舱,能搭载当前和未来的各种机载武器”。该型机的核打击武器将包括AGM-181A“远程防区外”巡航导弹和B61-12制导核航弹。主要常规打击武器包括AGM-158B系列轻型空射巡航导弹,GBU-28或更轻小的钻地制导炸弹(如“高速穿透武器”),“杰达姆”和“小直径炸弹”系列制导炸弹等,并可混合挂载,能够打击战场上大量的移动目标或加固/深埋的目标。另外,从该型机“能搭载当前和未来的各种机载武器”研判,B-21实际作战时的内埋载弹量可能达到14~15吨,以便挂装1枚重达13.6吨左右的GBU-57重型钻地弹。即使挂装GBU-57时或其他重型弹时需适当减少载油量,美国空军也可通过强大的空中加油能力,使该型机重载起飞后空中加油(通过分析美国空军现役B-2A隐身轰炸机的技术参数,该型机内埋挂装2枚GBU-57时,也需采用这种方式)。

(五)临空/防区外打击能力兼顾,突出临空打击

B-21兼备临空打击和防区外打击能力,但将突出临空打击能力。主要原因有两点:一是从作战博弈上看,如仅依靠防区外导弹进行打击,对手会考虑美军有限的导弹数量,形成承受、熬过远程打击的企图和信心,降低美军远程打击的慑战效果;二是从成本上看,美国兰德公司在2011-2012年开展的成本对比研究显示,如隐身轰炸机在30年的服役寿命内的总参战时间超过约20天,那么实施临空打击的成本将低于巡航导弹实施防区外打击的成本。对于有数十万目标/瞄准点需要打击的大国对手,美国空军不仅需装备足够数量的B-21,更需B-21每架次携带成本更低、数量更多的弹药进行临空打击。预计该型机内埋载弹量约为B-2A的一半,可挂装8枚1吨级的导弹或制导炸弹,或约40枚250千克级“杰达姆”GBU-38制导炸弹。

(六)强调经济可承受性,并便利未来升级改造

美军把B-21的经济可承受性放在突出位置,将采购单价作为一项关键性能参数,把100架生产型机的采购单价上限设定为5.5亿美元(2010财年美元值,未摊入研发费用)。为实现该目标,美国空军在确保满足作战要求的前提下,为该型机选择适当指标,并采用成熟度较高的技术。此外,美国空军还采取多种便利未来升级改造、同时又降低寿命周期成本的举措:一是采用开放式任务系统。这为未来实施持续快速的竞争性升级改造提供了条件,可显著降低升级成本。美国防部已在2015年4月决定未来通过竞争升级B-21,美国空军2018年9月透露该型机的传感器、通信、电磁信号特征和自防御能力可随威胁变化和技术发展快速升级。二是采用敏捷软件开发。美国空军2019年9月透露该型机将采用“开发、安全和运维一体化”的敏捷软件开发方法,按月快速持续更新机上软件,既便捷又降低成本。三是采用人工智能技术。如采用可在飞行过程中自主学习的软件,实现自更新;采用预测性维护技术和基于数字孪生的逐机精准动态“画像”,实现敏捷、精准的维护保障等,有利于升级、战备完好性和降低成本。

未来计划

从2023年到2027年,B-21将先后完成首飞、研制和作战试验鉴定、列装,先后形成常规及核打击能力,此后将逐步成为美国空军轰炸机机队的主力装备。

(一)完成研制、投入批生产并形成作战能力

按目前计划,B-21将在2023年首飞,此后将很可能按后续进度计划完成试验试飞,在2025年或之后形成初始作战能力,可执行常规打击任务;2027年前后形成核打击作战能力。首个B-21作战中队将部署到美国南达科他州埃尔斯沃斯基地,接着在密苏里州怀特曼基地和得克萨斯州戴斯空军基地部署。

美国空军和诺格认为,B-21项目后续可按进度实现上述节点。一是原型机成熟度高,并依托试验台进一步降低了风险。美国空军在2022年5月明确表示,B-21的原型机已使用与未来批生产型机相同的生产和制造工艺,“像制造生产型机一样制造原型机,目的是为了更早实现作战能力”。此外,诺格和美国空军还在开展航电试验台试飞,该试验台装有B-21的所有航电硬件和软件。二是美国空军为后续研制和采购编列了高额预算。在2023财年预算材料中,美国空军规划在2023-2027年为B-21项目再投入100多亿美元的研发经费,以及190多亿美元的采购经费。如按低速初始生产阶段的B-21单价为6.39亿美元(按2010年美元值,不超过5.5亿美元)计算,采购经费总额可采购20~30架B-21。

(二)可能显著扩大最终列装规模

美国空军在B-21项目进入工程和制造发展阶段之前,一直宣布计划采购“80~100架”生产型;进入该阶段后,改口为采购“至少100架”。按此规模,投产后预计每年生产7架或8架,2035年前后即可完成交付。

但实际上,在进入工程和制造发展阶段后不久,美国空军、国会重要议员和智库又多次提出应增购该型机。例如,美国战略与预算评估中心2019年3月发布《一支大国竞争时代的空军力量》报告,建议2035年美国空军远程轰炸机规模应达到383架,其中B-21为288架。美国空军全球打击司令部在2020年5月透露已制定将轰炸机机队规模扩大到220架的计划,其中B-21为145架,此后美国空军官员强调“145架(B-21)才能满足最低规模要求”。美国国会在2020年12月通过《2021财年国防授权法案》,要求美国空军至少保持225架轰炸机,略高于美国空军全球打击司令部的计划。这意味着B-21未来的机队规模很可能会比先前计划的100架有大幅扩充,至少达到145架以上。

结束语

B-21是美军将我军作为头号假想敌开展研制的首型主战装备,并被美军视为慑止和战胜我军的关键非对称作战装备。B-21列装后,美国空军轰炸机将实现冷战后的首次更新换代,实现高度隐身化和信息化,作战响应、生存和杀伤等能力将大幅提升。美国空军B-21的研制,体现出美军对核常兼备远程打击核心装备发展的高度重视,以及聚焦强对抗环境下的实战需求、质量规模并重、重视数字工程等科研生产工具、充分预筹未来升级等发展思路,值得关注、分析和借鉴。(中国航空工业发展研究中心 张洋 赵群力)

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