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為應對中國空軍,美空軍又要更新加油機

作者:晨楓老苑

2023年1月31日,美國空軍釋出資訊征詢書(RFI),要求工業界提供新一代加油機(NGAS)設計方案,計劃要求在2032年前後首飛,在2040年前後投入使用。RFI要求提供空中加油的技術細節,能在小機場和簡易機場運作,具有良好的高威脅戰場條件下的生存力,具有空中受油(用于接力加油)和空中加油能力。

這将是美國空軍的KC-Z計劃,現在正在批量制造的KC-46屬于KC-X計劃,KC-Y是KC-46之後的“過渡加油機”,用于填補KC-46的數量不足,有可能在KC-46和空客A330MRTT之間再開戰火,但數量不會太大。KC-Z才是真正的下一代加油機。

為應對中國空軍,美空軍又要更新加油機

美國空軍擁有世界上最大數量的加油機,最豐富的加油機使用經驗,也對加油機具有最強的依賴。美國空軍加油機的全新思考值得關注。

加油機屬于作戰飛機序列,但可能是作戰飛機中最不起眼的,而又是不可或缺的。在空中戰争中,航程非常重要。在二戰中,德國Me-109具有出色的機動性和火力,但航程和留白時間連跨過英吉利海峽作戰都費勁,不能在英倫三島上空維持有用的空戰時間使得“不列颠之戰”中大量德國轟炸機得不到有效掩護。另一方面,美國P-51不僅火力和機動性優秀,還有足夠的航程從英倫三島到羅馬尼亞往返飛行,德國本土更是不在話下,有效地掩護了B-17的戰略轟炸。

在現代,太平洋是出名的“惡魔在于距離的存在”,使得美國空海軍飛機望而生畏。現有KC-135、KC-10加油機老舊不說,隻能從沖繩的嘉手納和關島的安德森空軍基地運作,在戰時很難保證可靠出動。

為應對中國空軍,美空軍又要更新加油機

在理論上,任何可以起降大型民航客機的機場都可以運作正常加油機,但加油機基地不是能起降就行的,需要足夠的燃油儲存和适用的加油設施。用民航機場的加油管給加油機加油,就像用街坊加油站的加油管給油罐車加油一樣,加油速率太低,嚴重影響出動率。從民航客機改裝的加油機還對跑道品質很考究,慢說坑坑窪窪,臨時補坑的品質不達标都影響運作,這也影響戰時出動率。加油機還有指揮控制、警衛等問題。

亞太的美國空軍加油機隻有從嘉手納和安德森出動,隻有這裡具有足夠的燃油、加油、損管、指揮控制和警衛能力。嘉手納在現在已經屬于“白送”,安德森的戰時生存力也靠不住了。

KC-46解決了老舊問題,但依然解決不了出動基地問題。

更大的問題在于戰場生存力。這些以民航客機為基礎的加油機具有良好的經濟性和航程,但毫無隐身能力,也缺乏自衛能力,面對遠端空空飛彈,隻能退得遠遠的。一般認為,美國加油機至少需要遠離中國海岸線1200公裡才能安全運作,但嘉手納離江浙沿海隻有500多公裡。也就是說,美國加油機從嘉手納起飛後,需要向太平洋深處狂奔700公裡,才能開始足夠安全的加油作業。這顯然是荒唐的。

為應對中國空軍,美空軍又要更新加油機

美國海軍正在測試新一代的MQ-25“黃貂魚”艦載加油機,這将大大降低對F-18E/F的夥伴加油壓力。據報道,現有艦載機聯隊的運作時間中,F-18E/F有1/3的飛行小時都用在夥伴加油上,這是很低效的,也實質性地擠占了F-18E/F的作戰使用。

美國空軍也研究隐身加油機很長時間了,洛克希德甚至提出過無尾飛翼加油機的設計方案。但KC-Z的要求顯示了美國空軍對加油機的新構想。

不說二戰前的“史前空中加油狂想”,最早的實用空中加油是波音為B-47轟炸機配套的KC-97。B-47是第一代噴氣式轟炸機,速度快,但油耗驚人。KC-97從B-29轟炸機改裝而來,速度、航程、載油量都還勉強能滿足需要。但B-52出現時,波音新研制了KC-135,不僅速度跟得上B-52,還将硬式加油完善化,便于大流量空中輸油。最後一架KC-135在1965年下線,機隊正在由KC-46替換,但進展較慢,KC-135至今依然是美國加油機的主力。KC-135後來也演化成波音707,造就波音的民航王座,這是另外一段故事了。

為應對中國空軍,美空軍又要更新加油機

從一開始,美國空軍加油機就是為轟炸機服務的,需要轉移燃油量大、轉移速率高,是以從一開始就鎖定大型飛機。空軍戰鬥機的空中加油是後來的事,但因為路徑依賴,也采用硬式加油。

以後各國加油機有從民航客機改裝和從軍用運輸機改裝兩條技術路線,一般來說,美歐為前者,中俄為後者,但美國海軍陸戰隊的KC-130和空客A400M也是從軍用運輸機改裝的。前者經濟性好,機載燃油占起飛重量的比重大;後者具有野戰機場運作能力,容易加裝軍标裝置(如通信、自衛電子戰等),各有優點。但兩條路線都從大型飛機開始。

美國海軍的艦載加油機不可能用大型飛機,但對艦載飛機來說,也是重型了。另一個不同點是:艦載飛機采用軟式加油,裝置簡單、輕巧,但燃油轉移速率相對受限。

多少年來,美國空軍戰鬥機出動的典型方式是:戰鬥機彈藥滿載,燃油減載,以保證總重不至超重,造成起飛困難。但起飛後,馬上在空中加油,滿油後再前往戰場。在戰場邊緣,另有加油機巡回等待。在實際戰鬥中,由于尋機、待命,燃油消耗遠遠快于彈藥消耗。作戰中的戰鬥機在燃油不足時,退出戰鬥、與加油機彙合,加滿油後傳回戰鬥。這樣大大節約了往返時間,增加了戰場上戰鬥機的有效數量。

戰時怎麼打,平時怎麼練。由于對加油機的高度依賴,KC-135數量和良好率不足一度迫使美國空軍推遲和取消“紅旗”演習。

但這個模式對中國這樣的對手不管用了。加油機必須遠離中國海岸線1200公裡的話,重載的美國戰鬥機到中國海岸線“點到為止”都吃力,深遠内陸免談,有效的留白時間也免談。這是沒法作戰的。

即使在1200公裡距離上,殲-20帶上PL-15,使得加油機成為待獵的火雞,具有有限自衛電子戰能力的KC-46都生存力堪虞。在不同的戰争模拟中,美國加油機被擊落的後果都很嚴重,常常導緻好幾架戰場上的美國戰鬥機因為燃油耗盡而墜海。這對美國空海軍是不可接受的。

加油機隐身化是一個思路,但大型隐身飛機的造價高得離譜,B-21比B-2更小,不隻是因為技術進步,更是為了控制成本。電子系統可以小型化,但載彈量、航程是沒法小型化的。B-21隻有在這些“硬名額”方面要求縮水,以降低重量、控制成本。

另一個思路就是分散化,用較小的加油機在前沿分布式部署,接力加油。在低危的後方用大型加油機對前沿加油機加油,保持更高的效率,在高危的前方用小型加油機接力加油,保持更高的生存力。由于目标較小,也相對容易做到隐身,戰場生存力大大提高,可以靠前部署,增加美國戰鬥機的有效留白時間。KC-Z的空中受油要求就是由此而來的。

還有一個思路當然是無人化。無人機的長航時技術已經很成熟,無人加油機可以在前沿長時間巡邏,大大超過有人加油機可以持續的時間,這對接力加油、持續存在是關鍵的。無人機加油技術已經通過MQ-25示範過了,達到足夠高的技術成熟度。加油機可能是對無人機長航時特性的最優應用之一。

較小的加油機也意味着隻有有限的可轉移燃油量。這對戰鬥機或許還是夠用,但對轟炸機就不夠用了。這可以通過沿途多次接力加油解決,而不是一次加滿。這當然增加了加油作業的次數,但在自動控制和人工智能的幫助下,空中加油作業已經從早年的高危作業變為現在的正常作業,更可能成為未來的低難度作業。

換句話說,新加油機與傳統加油機或許是充電樁和加油站的差别。加油站建造在戰略位置,過往車輛停靠加油,一次加滿,但加油站的數量相對較少,分布較大。充電樁則遍布各地,但隻能一次充一輛車,還需要較長時間。然而,要是一路開,一路充,不充滿也問題不大,隻要前面又有充電樁可以接着充。

較小的加油機意味着可以使用小機場和野戰機場,美國空軍終于意識到加油機基地的脆弱性問題了。這與分兵集火的總思路是一緻的。

最新的RFI沒有規定氣動構型,各廠家可根據要求自由選擇。無尾飛翼肯定會是候選之一,但未必是最有利的候選。轟炸機采用無尾飛翼,是因為這具有最高的氣動效率,所有機體結構都用于産生升力,無效結構重量降低到最低。無尾飛翼也具有最優全向隐身能力,有利于突防和安全返航。但無尾飛翼在氣動設計和結構制造上要求更高,成本很高。

波音MQ-25“黃貂魚”的氣動構型對隐身有很多考慮,但還是避開了無尾飛翼。細長的機翼有利于較高的升阻比,淺V形尾翼減少了無尾飛翼偏航控制的難題,寬扁的中央體不僅提供了很大的機内容積,還有利于借鑒成熟的筒體-機翼構型的設計和制造技術。“跌入”式進氣口是最大的技術風險,但對于不強調機動性的加油機來說,風險還是可控的。

即使新一代加油機有隐身要求,這與轟炸機的突防或者戰鬥機的制空作戰還是有本質差别。再靠前部署,加油機依然不需要逼近到短兵相接的距離。距離永遠是隐身最大的戰友。轟炸機、戰鬥機不能選擇戰鬥在哪裡進行,但加油機是可以選擇加油作業在哪裡進行的,是以隻要适度隐身就夠用了。

另外,戰鬥機最強調的是前向隐身。到了長時間暴露側面和後面的時候,就是加速脫離戰鬥的時候了。轟炸機更加強調全向隐身,但前向依然是最重要的。加油機則不然,在很多時間,側向或許是暴露最多、最穩定的方向。機體的側面雷達反射特征很重要,但機翼的前向反射特征反而不那麼重要。

細長、小後掠的機翼在前向很小角度範圍裡形成強烈、穩定的反射,但根據戰場電磁威脅方向的适當航迹規劃,這樣的高反射狀态可以做到轉瞬即過,在很高的戰場電磁環境噪聲中“大隐隐于市”,破壞對方雷達的探測和鎖定。無尾飛翼也有較長的平直邊緣,隻是不面對前進方向而已。

中國空軍也在大力發展加油機力量。轟油-6是過渡的,運油-20是中國空軍第一代真正的大型加油機,但中國空軍也有新一代加油機的需求。

中國作戰飛機需要穿過第一島鍊、進入西太平洋,不僅要面對第一島鍊敵對空中力量的攔截,還需要穿越第一島鍊的中國加油機的支援。KC-Z那樣隐身、小型化、無人的新一代加油機對中國空軍同樣重要,KC-Z從飛機構型、基地到空中運作的全新思考有很強的借鑒意義。

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