“钓魚”之野望
2019-09-28王宏亮
王宏亮
日本在F-35项目的参与度非常高,不仅在亚洲地区率先装备了F-35,还可以自行组装生产。
在近年来亚太各国对五代机的追逐浪潮中,日本是比较特殊的。它的军用航空工业也许不具备像美国、俄罗斯和中国那样的独立研发能力,却也并不甘心扮演印度、韩国或澳大利亚式的“提款机”角色。与第二类“选手”不同,日本航空工业辉煌过—在活塞时代,日本曾经研制出“零战”、“疾风”等世界一流战斗机;当喷气时代初现曙光时,日本也不甘落后的赶制出“橘花”与“火龙”喷气战斗机。
但一切就此打住,作为一个没有战争权的战败国,1945年后的日本被剥夺了独立发展军工的权利。整个冷战时期,原本基础雄厚的日本航空工业只研制出F-1这一款不算先进的战斗轰炸机。近半个世纪的技术断层让日本与美苏差距越来越大,当1984年在经济上重新崛起的日本试图独立研制FS-X下一代战斗机时,其最终结果却只是一个被戏谑为“山寨F-16”,且价高质次的F-2。不过从该机被命名为“平成零战”来看,日本军用航空工业渴望重现二战辉煌的野心却不曾泯灭。
在F-2之后,日本军用航空工业进一步明晰了未来两大战略方向:一是通过引进与自研相结合的方式,试图在最前沿的第五代隐身战斗机领域取得突破,从而重建世界一流水平的战术飞机研发能力,并带动整个航空工业产业链升级,其核心项目就是F-35J(F-35A日本版)和“心神”技术验证机;二是启动准战略级“大飞机”研制,为将来打造一支战略级“空军”奠定基础,其核心项目为P-1反潜机与C-2运输机。
在上述项目的具体实施过程中,日本排名前二的军工巨头三菱重工和川崎重工将承担相关项目的整机开发与制造工作;而作为航空工业核心配套产业的发动机研发,则由石川岛播磨重工负责,后者不仅是日本目前唯一具备大推力涡扇发动机研制能力的企业,同时还是重要的海军舰艇研制承包商。
然而,尽管三菱重工和石川岛播磨都是世界闻名的工业企业,尽管日本政府为相关项目投入了重金,但至少截至目前,日方的上述两大目标的实际完成度均不算理想。事实上当30多年前F-2战斗机最初立项时,也曾经被日本航空工业寄予了赶超世界的重大期望,而最终结果已无需多言。其深层次原因恐怕亦非航空工业本身,这点留在文末再做探讨。
在此之前,我们不妨先看看日本航空工业在F-35J、“心神”、P-1等核心项目执行过程中的表现,同时这些项目实际达到的技术与性能水准也基本可以反映出日本军用航空工业目前的能力。
日本川崎重工C-2运输机。该机最大载重37.6吨,与空客的A400M属同一级别。
40%“闪电2”
外界通常认为,日本的第五代战斗机计划是受到时有波动的中日关系,以及中国从俄罗斯引进苏-35并自研歼20的压迫使然。其实,即便中日关系走势稳定良好,即便中国没有自己的五代机计划,日本早已陈旧不堪的F-15J机群也已到了服役生涯末期。在此情况下,航空自卫队考虑下一代战斗机的选型并不值得过度解读。“不差钱儿”并渴望借机“偷师”的日本先是将目标锁定为F-22,被美国拒绝后,只得于2011年不情愿地将目光投向其他机型。
2011年4月13日,日本的F-X未来战斗机竞标正式启动。应标者包括美国的F/A-18E和F-35A,以及欧洲的“台风”。防卫省对参与F-X竞标的机型实行百分制评估,50分为性能,22.5分为价格,22.5分为日本工业份额,5分为售后服务。最终F-35A毫无意外的胜出,当年12月20日,日本政府宣布计划购买42架F-35A战斗机,用于替代已服役近40年的F-4EJ。
按照计划,日本将参与F-35的300个主要部件中40%的制造。目前日本已经放宽了军品出口限制,这样日本航空工业参与制造的部件可以整合到F-35的全球生产链中,也就是说在其他国家装备的F-35上也很可能有日本基因。洛马建议日本参加机翼和尾翼的制造,并建议三菱重工在爱知县建立一座总装厂。但其实这些并不算什么,相比之下,另外两个竞标者更加慷慨。EADS愿意向日本提供“台风”战斗机95%的技术,波音也愿意提供“超級大黄蜂”80%的技术。
值得注意的是,从F-86F、F-4EJ到F-15J,战后日本虽然没有独立研发出一款战斗机,却一直保持了按技术转让许可从基本原材料开始制造整机的能力,但仅满足于制造“闪电”Ⅱ40%的零部件显然跟制造整机相去甚远。由此看来,选择F-35而不是未来国产化率更高的其他机型,至少从一个侧面表明日本政府其实对未来拥有独立战斗机研发能力的愿望并不像公开宣称的那么强烈,或者就是把宝押在了“心神”等独立研发项目上。
当然,尽管如此,与韩国在引进战机时所受到的技术转让待遇相比,技术实力更强的日本显然在谈判中拥有更多争取权益的筹码,其接收F-35的时间也比韩国早得多。
押宝“心神”?
如果我们相信日本仅满足于40%的F-35国产化率是押宝国产战斗机,那么问题的关键就在于日本航空工业能不能拿出这样的产品。
2014年7月12日,当时几乎已被遗忘许久的日本国产五代技术验证机ATD-X“心神”突然出现在公众面前,并于两年后完成首飞。又过了一年,三菱重工甚至还透漏了一个更加惊人的计划——外形酷似YF-23的F-3战斗机……
ATD-X意为“先进技术验证机项目X”,研发单位是日本防卫省技术研究本部,项目主承包商为三菱重工。该项目始于2000年,此后一直处于秘密研发状态。2005年11月,在东京的一个航空技术研究会上,人们首次看到了1比32的ATD-X模型。第二年春天,一个1比5大小的ATD-X模型进行了首次飞行试验。2006年5月,日本防卫厅(当年11月升格为省)公开了ATD-X全尺寸雷达反射截面积(RCS)测试模型照片,随后宣布将于2010年以此为基础研制先进技术验证机“心神”。
2007年8月,日本一家媒体首次公开了拥有机体、发动机、推力矢量装置的ATD-X缩比模型,该模型总共制造了4架,其飞行试验在北海道大树町多目的航空公园进行。从当年9月至11月,ATD-X模型机共进行了40架次飞行试验,以确认高机动条件下的飞控系统性能。试验结束后,防卫省要求将此前分散进行的各项先进技术研究统一在该验证机名目下。
2007年8月10日,防卫省提出到2013年实现ATD-X首飞的计划书,并向国会要求157亿日元开发预算。同年12月5日开发计划通过,开发时间从2008年开始,包含飞行试验预定6年,此阶段预算总额466亿日元。
然而,随着日本在五代机选型与采购问题上的一再摇摆,ATD-X的后续研发工作明显滞后。直到2012年3月27日,三菱重工才开始在名古屋航空航天系统制造所的爱知县飞岛工厂组装第一架ATD-X全尺寸验证机。整个工程项目由三家国防承包商分享,牵头的三菱重工负责机体制造和全机组装,富士重工生产机翼,川崎重工制造驾驶舱。生产和组装工作持续了约一年,在2013年的组装完成仪式上,三菱重工发言人表示,该机将在今后10年逐步取代其生产的F-2和F-15J战斗机,与从美国订购的F-35战斗机搭档使用。
2014年4月15日,时任防卫大臣小野寺五典表示,计划2014年实现ATD-X首飞。然而,就在7月份的亮相吸引全球目光之后仅一个月,日本方面又决定把试飞推至2015年1月,这个节点同样没保住,直到2016年4月“心神”才终于完成首飞,此前日本防卫装备厅还将该战机的项目名称由ATD-X改为X-2。
日本“心神”验证机采用了隐身设计和矢量喷口。
2007年,日本川崎重工下线了首架 P-1巡逻机。
只比飞虫略大
从公开的视频画面看,“心神”验证机与歼20、F-22等其他国家的五代机有明显不同,“心神”似乎没有弹舱,机腹空间非常狭小,机头尺寸也不大,看来的确只是一款技术验证机,不具备未来列装服役的可能。
公开亮相的“心神”验证机全长约14米,翼展9米。该机的高机动性研究工作由日本防卫厅技术研究本部第三技术开发室完成,此项研究于2000年启动,2008年末结束;而隐身技术研究则由三菱重工自己承担。按照防卫省技术研究本部的说法,作为一款超声速飞机,“心神”的隐身性能测试结果“非常令人满意”,其雷达信号“与一只中等大小的鸟类相当,比一只飞虫略大而已”。上述谢去目前无法证实,不过由于该机进气道外唇口没有前掠,因此至少“心神”的进气道绝无采用DSI隐身结构的可能。
该机的梯形机翼、外倾双垂尾、机身两侧斜切的菱形进气道均与F-22类似。阶梯式升起的座舱似乎借鉴了苏-27,相对靠前的双垂尾和机翼与F-35“雷同”,后机身两侧的边条和平尾安装方式则继承自F-2。与近30年前的FS-X一样,由于缺乏独立的技术积累,日本战斗机设计依然处在“综合借鉴”阶段,证明其的确缺乏独创精神和相关技术基础。
“心神”气动外形与F-22的最大区别是类似F-16的气动侧板,这一将主翼和平尾有机结合成一体的装置有效提高了飞机控制效率,同时后端与平尾相接,使得控制效率进一步提高。该气动侧板与进气口外侧伸展出的边条相连接,保证了飞机机身对面积律的要求,结合其进气口设计,说明“心神”非常强调跨声速及超声速性能。
“心神”设计上的另外一个特点是在主翼前缘襟翼内侧有一个闭合锯齿,肉眼平视一般很难注意到这个结构。该设计类似于米格-23主翼前缘的锯齿,可起到类似翼刀的作用,用于控制失速气流的扩展,提高飞机的可控迎角范围。此设计的最大缺点就是凹口会大幅增加飞机迎风面的雷达反射。为此,“心神”的锯齿前端向内收拢与机身相接,形成了一个闭合锯齿结构,挡住了前向雷达波直接进入锯齿内,这也算得上是“心神”为数不多的创新之一。
由于只是一款技术验证机,因此“心神”的雷达等机载设备选择目前还不清楚。在日方的宣传中,该机使用的光纤飞控系统与智能蒙皮被一再强调。与一般的电传飞控相比,光纤飞控的数据传输速度更快,之前在川崎重工的P-1固定翼反潜机上已经有所运用。三菱重工于2011年研制成功的“智能蒙皮”则是由一种新型复合材料制造,可以直接覆盖瓦片式相控阵雷达天线,从而大幅扩展雷达的探测视场。
“心神”的心不神
一款五代机是否能够达标,发动机至关重要,这在F-22、F-35、T-50和歼20身上已经体现得非常明显。日本的民用汽车发动机研制能力很强,但航空发动机却是另一回事。“心神”技术验证机装备的两台日本国产XF5-1涡扇发动机单台推力49千牛,还不到F-119的156千牛的零头。当然,“心神”还只是一款技術验证机,起飞重量约为8吨,XF5-1发动机的净重也只有644公斤,这么轻的机体并不需要大推力发动机,实际上该机的起飞推重比高达1.25,算是相当不错了。
在XF5-1的技术基础上,日本已研制出其第一款国产高涵道比涡扇发动机F-7-10。后者于2000年开始研制,共花费了200亿日元研制经费,目前在P-1反潜机上服役。其单台推力约59千牛,涵道比为8,具有油耗低、噪声小的特点。但战斗机需要的是一款推力更大的低涵道比涡扇发动机,石川岛播磨重工正在开发具有150千牛推力的第五代发动机,其原型机计划于2020年制造完成,共需花费约400亿日元研制费用。
本来日本如果要从美国或者欧洲购买成熟的大推力涡扇发动机应该不难,但为了能够在航空动力系统这一国家级战略项目上实现自主,日本不惜投入巨资,并且从开始就定下了很高的技术标准,这必然也面临极大的研制风险,P-1反潜机服役后不断出现的动力系统故障已经证明了这一点。
“心神”的发动机推力矢量技术也极具“验证”色彩。三菱重工为其提供的综合飞行/推进控制技术简称为IFPC,其推力矢量喷管区别于俄式和美式喷管,而是类似于美德合作的X-31验证机上的三片折流板推力矢量装置,比较特别的是“心神”的矢量折流板带有锯齿,应该是专为隐身性能设计的。“心神”发动机的尾喷管被3块导流叶片在对称位置包围,每块导流叶片的受高温区都包敷着碳化硅面层,且均由单独的作动装置驱动。通过偏转导流叶片来提供俯仰和偏航所需的控制力。其最大偏转角为35度,折流板矢量喷管不能包覆住整个喷流,因而一般情况下只能将气流方向改变15度。
这种推力矢量控制方式的缺点相当明显:首先,导流叶片在同时偏转一定角度时可能发生碰撞,必须在控制软件中做适当优化;其次,折流板内偏5度仅仅10秒后就必须外转10度冷却15秒才能再次使用;最后,导流叶片的偏转角度超过10度时推力将有明显损失。因此,很难相信日本会在未来的国产五代机上真的采用这种推力矢量技术。
但如果不用该技术,日本又能用什么?其在推力矢量领域就只有10年左右的技术积累,目前所能达到的最高水平则是美国早在近30年前就验证过的。
山寨“黑寡妇”
显然,防卫省并没有谦虚,“心神”的确只是一款彻头彻尾的技术验证机,且与YF-22或者米格1.42这样划时代的验证机不同,“心神”目前所验证的技术还完全够不上五代标准,无论是气动设计、隐身设计,还是发动机、雷达,“心神”几乎没有一项技术能够达到五代标准,如果在这样的技术验证机基础上研发可装备机型,其最终成果恐怕连四代半都够不上,更遑论与歼20或者T-50这样的重型空优五代机相抗衡。
可就是在这种情况下,日本却已经公开了未来F-3战斗机的设计草图,该型机的设计可能参考了诺斯罗普YF-23“黑寡妇”,如集平尾和垂尾功能于一身的V型尾翼、S型进气道、槽沟形尾喷管等,不过F-3的尺寸稍小一些。日本将其自欺欺人的定义为所谓“第六代战斗机”。日本为“六代机”定下的性能标准为31,即“信息化、智能化、快速反应”。这不禁让人想起了日本军工另外一项“超越全球一代”的奇葩——10式轻型坦克。
由此可见,在军用航空工业的“明珠”——战斗机的研制开发上,日本至今仍处于一种进退维谷、犹豫不决的状态,F-35具备前沿竞争力的核心技术日本很可能拿不到;而自研的F-2和F-3也从未摆脱过“技术验证”的标签。换言之,日本想通过五代机项目来达到“重建世界一流水平的战术飞机研发能力,并带动整个航空工业产业链升级”这一目标大概率是要落空了。
那么我们再来看看其另一大目标,日本航空工业是否能支撑起自卫队打造“战略空军“的雄心壮志呢?
反潜机“大跃进”
目前世界各国使用的固定翼反潜巡逻机大都是由运输机或客机改进而来。日本则不然,P-1反潜机与C-2运输机计划并行发展,机体平台由川崎重工集团专门研制,可以说是世界上第一种真正的“專业反潜机”。为了节省成本,P-1与C-2在机体结构与平台技术上有一定通用性,即便如此,P-1反潜机的单机造价仍然超过2亿美元,绝对是世界上最昂贵的反潜机。
P-1反潜机的研制自2001年开始,2007年完成首架原型机制造。从2007年至2013年初,川崎重工对P-1反潜机进行了长达6年的地面与空中测试。直到2013年3月26日,第一架生产型P-1反潜巡逻机才交付给海上自卫队。
按照最初计划,自卫队对P-1的总采购数量将超过70架。海自希望该机能够完全替代P-3C,不但要遏制中国和俄罗斯海军潜艇部队的自由行动,还要对钓鱼岛、独岛(日称竹岛)、南千岛群岛(日称北方四岛)等争议海域形成24小时不问断监视。然而,就是这样一款被寄予厚望的准战略机型,却从研制到服役至今一直是个“问题飞机”。
日本三菱重工的F-2战斗机被认为是美国F-16的日本版,不过该机的单价却远远高于F-16。
2013年5月13日,P-1刚一服役就在爱知县近海上空遭遇惊魂一刻,其4台发动机居然罕见地全部停车,飞机从10000米高空直坠到8000米。多亏飞行员紧急手动重启发动机,才避免了机毁人亡的惨剧。该事故导致所有P-1停飞,并让该型机的装备、部署及海上巡逻计划全部推迟。而这已不是P-1第一次发生类似事故,2012年10月,该机也曾出现过试飞过程中1台发动机停车的故障。
P-1反潜机是作为日本独立大飞机工业的一部分立项的,由于之前没有任何研制经验,同时却又要求具有世界领先的技术性能。因此该项目从诞生伊始就伴随着一定的冒进成分。该型机的机体与发动机均为全新研制,并且完全由日本独立开发。与P-3C使用涡桨发动机不同,P-1装备4台低噪声的F-7-10涡扇发动机,巡航速度、续航能力和飞行高度均远超P-3C,能够在短时间内赶赴水下威胁海域。
不过,大飞机和现代航空发动机毕竟属高投入、高风险产业。日本人在野心膨胀的同时,各种麻烦也接踵而至。在P-1的研发试飞过程中曾出现过3次较大技术故障,第一次是在地面对机体进行压力测试时,其主翼翼根、燃料箱附近及尾翼处出现了15至20厘米长的裂纹。第二次和第三次则都是发动机空中停车。
如果说2013年及之前的一系列事故还能用新机服役、有待暴露问题解决问题的理由去解释,那么P-1在服役数年后仍然麻烦不断就的确让自卫队很是窝火了。2017年6月,为了参加巴黎航展,2架P-1从本土出发奔赴欧洲。该行程本来是准备在全世界的聚光灯下给日本航空工业做广告的,然而其中一架P-1刚飞到非洲吉布提就突遇故障,因来不及从日本国内运来零备件,该机只能放弃了法兰西之旅。
而就在最近的2019年2月,日本媒体又爆出消息,称海上自卫队反潜机部队一名退役军官曾私下向媒体表示,目前在役的20架P-1在整个2018年的妥善率仅为10%,随时可供调遣的该型机仅2架。日媒据此又吐槽称该机是“浪费税金的缺陷机”。
面对这样一款“缺陷机”,日本海自在最初的33架订单后就一直没有再续订,反而向防卫省提出为其54架美制P-3C延寿的事宜。由此我们完全有理由相信,日本海自对于这样—款号称比美国P-8“海神”还要强大的国产反潜机并不满意。
2016年4月22日,“心神”首飛。但作为技术验证飞机,其机体结构寿命有限,只试飞几次便退役。
堕落的雄心
战后70多年来,日本航空自卫队没有任何实战经验,日本航空工业也没有日积月累的独立设计和制造经验,即便有再先进的设计理念也只是无源之水。这在最能体现军用航空工业实力的战斗机研发上表现的尤为突出:隐身、超声速巡航和超机动是第五代战斗机的特征,但落实到具体技术要求,却绝非拍拍脑袋或者对着公开资料照猫画虎就可以实现的。
就拿“心神”来说,其设计不可避免地需要大量风洞数据,但日本却没有系统的风洞群,只能到别的国家去吹风——如美国和法国。日美和日法关系的确不错,如“心神”全尺寸模型的RCS测试就是在法国完成的,日本去做一般的研究性吹风没问题,但涉及国家机密的具体设计也依靠外国的风洞就成问题了。首先,日本不会希望外国太清楚日本最新战斗机的能力和关键设计技术;其次,外国也不希望共用风洞导致本国机密技术外泄,所以使用外国风洞必定对双方有很多限制,更何况外国自己也有自己的研究项目需要吹风,到时候谁等谁一目了然。
从这一点来看,日本三心二意的的五代机雄心很可能只是一种策略。如果日本真想通过“心神”带动本国航空工业的技术升级,应该大力兴建航空基础研究设施,建立风洞群、高空试验台、电磁波测试室等,就像中国在过去几十年里做的那样。但日本却什么也没做,只是组装出一架空有隐身外形的验证机,并对全世界高调宣传,这就不得不让人怀疑其动机。
在五代机问题上,日本最优先的目标肯定是F-22,F-35的水分日本很清楚,后者在装备自卫队后不久就直接坠海肯定会进一步加深日本的疑虑。且F-35可以在美国与F-22形成高低搭配,日本却不具备此条件。然而,美国却因技术保密理由禁售F-22,并全力向日本兜售已经陷入预算黑洞的F-35。在美国压力下,日本不得不退而求其次。
不甘心的日本此时再提“心神”和F-3计划,其真实目的恐怕也并非要独立研制一款五代机,如果美国出于维持日本军火市场和日美关系的考虑愿意解禁F-22最好——当然这种可能性极低一但即便不愿意,也可以为波音、洛马或者诺格这些航空巨头开绿灯,以协助设计和技术转让的形式帮日本研制出可与歼20和T-50抗衡的重型五代机——比如日本版的YF-23。而在2017年9月5日,特朗普也的确在推特上表示美国以后愿意向日本和韩国出售更尖端的武器。
这其实就是当年F-2曾经走过的路,只不过FS-X最初的确想独立研发,而“心神”和F-3很可能从一开始就是个“钓鱼工程”,如此恐怕也从一个侧面反映出近30年来日本整个国家从巅峰滑落的尴尬与不自信。
责任编辑:王鑫邦