前世
越南戰爭中,美空軍與北越空軍開展了二戰以後人類歷史上最大規模的空戰,但多次交手的結果,美空軍卻僅有可憐的空戰交換比(2:1)領先優勢,與其世界頭號空軍地位極不相符。戰後,美空軍仔細分析了歷次戰例以發現問題發生在何處,經統計分析結果顯示,絕大部分被擊落的飛行員都發生在他們的前10次作戰任務中。換而言之,如果一名飛行員熬過了他的頭10次空戰,他就是一名不那麼容易再被擊落的「老鳥」了。隨後,美空軍設計了著名的「紅旗」軍演,主要目的就是用軍演來為飛行員提供寶貴的頭10次「空戰」任務。而扮演陪練的部隊稱為假想敵,一般以「紅軍」命名,空軍作戰部隊扮演「藍軍」輪番上陣,與假想敵在各類場景下開展空中作戰。
美空軍曾擁有三支假想敵部隊(「侵略者」中隊),分別是第64、65中隊和第18中隊。
第65中隊成立於2005年,使用雙發重型F-15C/D戰鬥機,模擬蘇-27、蘇-30等同等雙發重型對手,歷史上該中隊取得了良好的陪練效果,與內利斯空軍基地和其他基地的其他單位合作,幫助開發了新的戰術,在諸如「紅旗」之類的演習中讓藍軍飽嘗教訓。後由於國防預算緊縮,該中隊於2014年解散以削減整個美空軍的運營成本。
目前所餘兩個「侵略者」中隊均裝備F-16C輕型戰鬥機,第64中隊位於內華達州內利斯空軍基地,第18中隊位於阿拉斯加埃爾森空軍基地。
假想敵飛行員幾乎是全美國空軍的頂尖高手。每名假想敵飛行員都要針對某一型假想敵飛機進行模仿,他們必須花上一年多時間學習該型飛機的所有細節。在此過程中會得到很多情報機構的協助(如國家安全局——NSA),以了解敵人的戰術、飛機的操作特性。甚至假想敵飛行員出任務之前,經常需要合唱蘇聯國歌,以便找到那種感覺。
現狀
前蘇聯解體以來,國防開支大幅下降,美空軍縮減了專用的假想敵規模。但是近年來美軍重返亞太,目標由恐怖組織轉向中俄等高端對手,戰略轉型讓美空軍將陪練服務越來越多的轉移給私人承包商來承擔。使用承包商可以使美軍有更大的靈活性來安排演習,能讓作戰部隊更合理的安排訓練計劃和部署前的訓練需求,減少了自編自導自演侵略者的無意義工作量。
儘管如此,美國空軍COMBAT AIRFORCE(CAF)的空對空訓練仍缺乏有效的空中對手模型。在內利斯空軍基地(AFB)駐紮的第64中隊)配備的飛機是空戰司令部(ACC)中最老的F-16C,缺乏有效模擬中國和俄羅斯等同行對手先進戰鬥機武器系統的能力。此外,在整個美國空軍中只有兩個「空中侵略者」中隊,此數量也不能充分滿足高級空對空訓練所要求的必備能力。
簡言之,侵略者中隊的飛機目前必須進行現代化改進,以提高其4代戰鬥機模擬能力,應對數量的不足,並最終發展為滿足當前和將來的先進敵方武器系統的模擬要求。
為解決敵對航空(ADAIR)能力不足,ACC於2019年10月向7家商業企業授予了64億美元的ADAIR合同。但滿足合同要求的飛機僅有3 和4代戰鬥機,不具備必要的有效模擬同行對手戰鬥機特性或武器系統能力。儘管美國空軍計劃在內利斯空軍基地(AFB)建立F-35A攻擊中隊,以提供急需的 5代機模擬能力,但該計劃只有11架專用F-35A,侵略者中隊仍將缺乏必要的能力來構建常規和強大的先進空對空訓練環境。這些問題突出需要一種創新方法來在USAF內獲得可負擔的,空軍內部可解決的先進模擬能力。
通過採購新一代空戰無人機系統(UAS)不僅可以解決當前的能力不足,而且還可以使USAF侵略者中隊適應未來敵對模擬要求。
對手和當前攻擊者的能力
美空軍認為,過去20年來,中國人民解放軍空軍(PLAAF)和俄羅斯航空航天部隊(VKF)的現代化,極大地提高了戰鬥機武器系統能力。由於技術和能力的飛速發展,在過去十年中,典型的F-16C能力不及Su-35S,J-10C,J- 16和J-20。而美國空軍武器學校(USAFWS)探索了學術解決方案,而運營測試部門則針對新出現的威脅,研究制定並驗證了戰術學術,將新策略納入CAF部隊的戰備訓練的過程可能需要花費數年的時間。此外,隨著對手能力達到或超過CAF的能力,模擬對手的能力變得越來越困難。
美空軍提出,針對對手進行的實戰訓練依賴於武器系統和平臺特徵的精確模擬。與戰鬥機有關的模擬主要有火控雷達(FCR),紅外搜索跟蹤系統(IRSTS),數據鏈,頭盔顯示器(HMD),雷達反射面積(RCS),電子攻擊(EA)和可操作性。有效的模擬要求飛機在每個相應的模擬類型方面都能達到與敵機相當的能力或更好的性能。
圖1.攻擊者和對手戰鬥機特性的開源比較(老美自己搞的,看看就好)
圖1描繪了基於開源數據的先進敵方戰鬥機特性對比,以及它們與侵略中隊的 F-16C能力的比較。這些敵對能力推動了以下模擬基準的建立:主動電掃描陣列火控雷達(AESA),紅外搜索跟蹤系統IRSTS,數據鏈,綜合頭顯HMD,集成式電子戰系統EA,最大RCS為.5m 2,升限50,000ft ,最大速度2.0馬赫,最大過載9.0 G。
無法達到模擬基準將導致CAF操作員失去培訓機會,並降低了實時飛行培訓的效率。更為重要的是,在對敵目標模擬不足條件下進行訓練,可能會積累錯誤的經驗,並扭曲操作評估的有效性。與這樣的侵略者中隊開展對抗訓練的部隊,如美國空軍武器學校,紅旗軍演和其他大型部隊演習(LFE)的參與者,以及作戰和科研試驗部隊,都極有可能對訓練、試驗等產生負面影響。
假想敵的進階之道
方式一:升級
傳統上,美國空軍的侵略者中隊曾經熟練地為模擬訓練開發了對抗戰術和模擬方法。但由於基本條件所限,侵略者中隊已經達到了F-16C機體在當前配置條件下可模擬的極限。內利斯空軍基地的第64侵略者中隊目前運營F-16C飛機,並且如前所述,它們是ACC中最老的F-16。因此它們在幾個類別中均未能達到需要模擬的基本條件。幸運的是,F-16C可以進行現代化改進,這將大大提高侵略者有效模擬現代敵方戰鬥機的能力,並在多個類別中達標。不幸的是,美國空軍沒有為大多數可用的現代化撥款。
安裝在侵略者中隊 F-16C上的火控雷達是APG-68,這是一種機械掃描雷達,與無源電掃描陣列(PESA)或有源電掃描相控陣火控雷達(AESA)相比,處理能力有限。APG-83是一種高度集成的有源電掃描相控陣火控雷達,估計每部雷達的成本為320萬美元,並已成功安裝在全球的F-16C上。空軍國民警衛隊已開始在其72架F-16C上安裝有源電掃描相控陣火控雷達。此外,與絕大多數CAF和現代敵方戰鬥機不同,美國空軍侵略者中隊缺乏頭盔顯示系統。雖然傳統的APG-68確實包含幾種用於視距內(WVR)操縱的雷達模式,但是缺少頭盔顯示系統會降低飛行員目視獲得目標並有效提示武器打擊目標的能力。
侵略者中隊F-16C缺少的另一個配置是紅外搜索跟蹤系統(IRSTS)。沒有IRSTS,侵略者飛行員將無法有效地模擬目標的紅外(IR)檢測,使用紅外製導武器的能力也會下降。這是一個顯著的缺陷。儘管外掛紅外吊艙的是一種解決方案,但目前能夠配掛紅外吊艙的美國空軍戰鬥機只有F-15C。此外,在64架侵略者中隊的F-16C中,只有一半配備了數據鏈功能。數據鏈有助於在空對空作戰中識別目標,使用武器並提高態勢感知能力。隨著對抗策略和敵空軍技術的不斷發展,數據鏈的模擬功能對確保基本的飛行技巧和安全性至關重要。總體而言,與敵方戰鬥機的目標獲取系統相比,侵略者F-16C缺乏現代化的火控雷達、紅外搜索跟蹤系統、頭盔顯示系統和全面的數據鏈,能力缺陷明顯。
關於電子戰系統(EA),侵略者飛機配備了CAF中一些最先進的幹擾功能。目前,這64架F-16C能夠攜帶theAngry Kitten,ACaP和ALQ-188幹擾艙。這些吊艙具有通過雷達幹擾(噪聲)和飽和雷達欺騙信號能力。雖然侵略者中隊的吊艙已經取得了進步,但與飛機航空電子設備的有限集成限制了電子戰功能的最大化。最後,如圖1所示,F-16C的標稱RCS約為5m 2。當模擬先進4 th和5th代戰鬥機,侵略者F-16C接觸距離的不切實際增加會導致CAF操作員的訓練質量下降。不幸的是,在這兩個類別中,提升F-16C相關模擬能力十分有限。
由於有效模擬先進敵方戰鬥機的能力不足,因此必須對侵略者F-16C進行現代化改造,以達到四個類別的基準。美國空軍為侵略者F-16C機隊提供的特定系統現代化應按優先級排序:AESA雷達,數據鏈路,IRSTS吊艙和綜合頭顯HMD。
儘管「侵略者」目前獲得了用於增量硬體和軟體升級的資金,但在所列的現代化項目中,這64架AGRS F-16C僅能獲得數據連結功能。值得注意的是,零散的現代化方法雖然比現狀更好,但不應視為模擬能力的線性提高。在缺乏針對侵略者現代化的全面方法的情況下,美國空軍正在尋求替代方法來提高CAF的戰備性。
方式二:配裝F-35
2019年5月,美國空軍宣布為內利斯空軍基地的侵略者中隊配備11架低速初始生產批(LRIP)F-35A飛機。空軍空軍部長希瑟·威爾遜(HeatherWilson)表示:「此舉將使我們能夠重新調整早期生產的F-35的用途,以幫助訓練空軍人員參加高端戰鬥。」 該飛機計劃於2022年初抵達內利斯空軍基地,一旦抵達,這些飛機將能夠彌合現有的技術差距,並向CAF運營商提供逼近對手能力的訓練。除了最高速度外,F-35A還在每個類別中均達到既定的模擬基準,滿足高級敵方戰鬥機訓練要求。通過這一舉動,分配給內利斯空軍基地的F-35A部隊目前可以增加對抗訓練的需求,他們將能夠將精力集中在他們的主要任務上。
但在交付侵略者F-35A飛機之前,美國空軍還得有高水平的陪練,且儘管F-35A的模擬能力足夠,但11架飛機的數量十分有限。考慮到2020年中期,中國最終將生產100至200架最先進的隱身戰鬥機J-20,另還有數百架4代改進型戰鬥機如J-10C和J-16。僅這11架F-35A將無法有效地針對這些預計數量的先進敵方戰鬥機開展模擬訓練。
這種潛在的訓練所需數量缺口為創新方法提供了機會,既可以完成國會授權,以使美國空軍的有機「侵略者」機隊現代化,又可以解決「侵略者」的能力和能力不足的問題。
方式三:分布式無人機
儘管在目前的F-16C攻擊機機隊中增加低速生產批F-35A,但仍必須尋求一種創新方法來發展USAF模擬能力,並向CAF提供有效的威脅模擬空戰訓練。美空軍認為,除了目前在俄羅斯和中國生產的 5 代機外,兩國也都在進行基於5 代機有關的無人作戰飛機研發。這些努力正在挑戰以美國為首的聯合部隊在對抗對手方面所擁有的競爭優勢,並最終將推動對CAF空對空訓練的其他高級模擬要求。為了應對來自敵對國家的技術升級,並保持模擬近鄰對手當前和未來作戰能力,美國空軍需要為其「侵略者」機隊發展無人作戰飛機類似的能力。
思路一換天地寬,美空軍在戰術無人機領域的底蘊十分深厚,不僅有MQ系列從1到9的無人機,且空軍授權波音公司正在與澳大利亞合作開發空中力量聯隊系統(ATS)如「忠誠僚機」,旨在增強和擴大現有空中力量,並為盟軍提供比對手明顯的優勢。「忠誠僚機」可作為發展5代無人機侵略侵略者平臺的基礎。
具體來說,ATS將利用現有的無人機基礎,以及在多域戰、馬賽克戰等研究階段性成果,再加以第二代雲計算容器技術、谷歌K8S作業系統,實現機間傳感器互操作、負載均衡、秒級遷移的功能 ,在無人機上集成傳感器套件,以支持情報,監視和偵察,戰術預警任務等。
除此以外,可以應用於「侵略者」 無人機的概念還包括其利用人工智慧(AI)獨立飛行或支持有人駕駛飛機的能力,以及集成可共享收集的信息的機載傳感器的能力,通過數據連結功能。此外,ATS提出了將不同組件或傳感器「即插即用」到機體中的功能,從而為跨多個任務集的應用提供了最大的靈活性。
加利福尼亞州的Kratos無人機系統公司正在開發兩個戰術UAS計劃。UTAP-22 Mako是一個小規模、可負擔的平臺,具備在敵對環境中飛行能力,並能為載人武器系統進入創造條件。UTAP-22 Mako配置有無線電,數據鏈路,電子戰系統和防禦性對策功能。此外,它具有靈活的內部和外部設計配置,允許針對不同任務場景配置不同的有效載荷。Kratos公司還為美國空軍的低成本耐損耗飛機(LCAA)計劃開發了XQ-58A Valkyrie。Kratos公司斷言「 XQ-58A綜合有遠程,高速和機動性的能力,並具有從其內部炸彈艙和側翼站運送多種致命武器的能力。」 作為預計經費約為300萬$的無人機,LCAA比約為1億$的5代有人戰鬥機更為實惠。雖然「女武神」是亞音速無人機,但它的機動性,電子戰能力與防禦性對策能力相結合,可以滿足「侵略者中隊」無人機的要求。
無論是美國空軍投資購買現有的UAS功能,還是選擇為侵略者中隊的UAS的開發制定單獨的開發計劃,將侵略者中隊UAS與有人機編隊集成使用,將會對侵略者中隊產生革命性的影響。它不僅可以滿足當前的近距離對手戰鬥機訓練要求,而且還可以滿足未來的模擬需求。
侵略者UAS將包括圖2所示的UAS平臺,相關的有效載荷,聯網的地面站,健壯的通信鏈路以及支持功能,例如維護和任務計劃功能。侵略者中隊 UAS計劃將專注於最大程度地模擬超視距功能。
圖2.侵略者UAS概念的表述
為最大程度地節省成本和增加靈活性,侵略者中隊UAS計劃不會尋求將所有傳感器和武器系統要求整合到單個平臺中。就像波音公司的ATS概念一樣,每個平臺都將包含一個模塊化的機頭部分,提供即插即用的功能,以在任務之間切換不同的有效載荷。侵略者無人機系統能夠以一架有人戰鬥機的價格購買多個無人平臺,因此可以利用增加的平臺數量,並利用F-35A的先進數據鏈MADL融合傳感器數據以最大化模擬能力。這項工作不僅會降低成本並增加數量,還將增加靈活性以更好地滿足培訓要求。
侵略者的UAS有效載荷將根據任務要求分配給每個平臺,並且初始飛行概況和參數將與任務配對。
每個UAS平臺的控制都將在地面站進行,在該地面站,一個控制器或一組控制器將通過既定的配置文件,通過直觀的控制界面將這些平臺編組來引導每個平臺,或者通過各個站臺上的類似座艙的控制來進行引導。通過UHF,VHF,Have-Quick或SATCOM與方案管理,靶場訓練官,對手控制(Baron)和其他侵略者資產建立連接。侵略者UAS既可以獨立於有人駕駛的侵略者平臺運行,也可以對其進行擴充以最大程度地發揮侵略者能力的作用。圖3描繪了一個UAS分組概念,在四架侵略者UAS無人機和一架傳統侵略者F-16C之間進行了演示。結合現代化提升的F-16C和低速生產批 F-35A,無人機可有效實現模擬敵先進空中平臺的功能。
圖3.攻擊者UAS團隊概念
可以用一個簡短的任務的場景來描繪如何將侵略者UAS實施在內華達試驗和訓練場(NTTR):
首先是基於位於Creech空軍基地或託諾帕試驗場機場的侵略者UAS。這兩個位置中的任何一個都能將可用的上站時間最大化,同時減少對內利斯空軍基地的空域的影響以及空中交通擁堵和對拉斯維加斯山谷的環境影響。任務計劃將通過遠程完成,並與64th行動相協調來保障每個訓練場景效果,使模擬效果最大化。當位於內利斯空軍基地的受訓飛機出發前往內華達試驗和訓練場時,「侵略者」 UAS平臺將從其基地起飛,並在其預先協調的空域和高度區就位形成隊形。與其他NTS任務中的UAS參與者一樣,侵略者UAS平臺將遵循所有預先建立的航程程序和特定於任務的交戰規則。在需要模擬強大而數量眾多的對手攻擊防空能力的情況下,無人化、分布式、即插即用、根據任務組合配置的侵略者中隊是最佳選擇方案。