日本空自列裝的以空優作戰為主的F-15J/DJ型戰機，已服役多年面臨老舊，並且隨著周邊空中力量的提升，讓F-15J/DJ的空戰性能也開始落後。但是這不代表F-15就沒有升級的潛力。從戰機數量上來看，日本原有的200多架F-15的最早批次約有100多架，這些機型生產時間太早已經被判定為沒有升級的必要。整體架構太過陳舊，升級成本太大。但另100多架後期生產的則可以進行升級。
一百多架F-35A/B戰機，看起來數量不少。可實際上，這些F-35戰機是分別替換40多架老舊F-4EJ與那100多架老版F-15J/DJ戰機的。也就是說實際上日本空自的戰機數量並沒有因為這145架F-35戰機的到來而增加。反而是與之前幾乎一樣。還有日本自行發展的下一代戰機F-3項目也是用來替換現有的F-2A/B機隊的。並且該項目還需要很長時間才會有成果。這樣的情況下，後生產的100多架F-15J就不可能退役，為其升級就成了必須進行的重點項目。
升級主要體現要點：制空戰力大幅強化。F-15JSI型戰機將換裝先進的電戰系統、武器裝備，以及全新的座艙系統、全球最先進的任務計算機，使飛行員擁有更好的態勢覺知能力（SA）。機上還換裝有雷神公司的APG-82(V)1型有源相控陣（AESA）雷達，配備BAE系統公司的ALQ-239數字電子戰系統（DEWS）、ARC-210型無線電系統等，並增加發射AGM-158B增程型聯合空對面距視外飛彈（JASSM-ER）或AGM-158C型完程反艦飛彈（LRASM）的能力。
其中的APG-82(V)1型空用雷達，原本是針對美國空軍F-15E型戰機「雷達現代化計劃」（RMP）所開發的，具備新一代的空對空、空對面作戰能力，其探測距離加長，並提升了多目標追蹤、精確打擊能力，可同時偵測、識別、追蹤一定距離外的多個空中及平面目標，最大搜索距離為180公裡，並且系統的可靠度也有明顯提高。
ALQ-239型數字電子戰系統則具備全頻譜／寬帶的雷達警告、發射源定位、RF/IR反制、反應管理等功能，可提供雷達警告、狀況覺知、攻勢標定支持、自衛。ALQ-239型採用開放架構、模塊化設計，並且進行電子幹擾的同時不會影響機上雷達及雷達警告接收裝置的正常使用。
大家應該都對美國海軍曾經出臺的「武庫艦」計劃有印象，而未來空自的F-15JSI型戰機像是空中版的「武庫機」或「炸彈卡車」。預計，新版F-15JSI空對空版本，可掛載日本自製04式（AAM-5型）短程空對空飛彈4枚，以及美制AIM-120C型先進中程空對空飛彈8枚，包含機腹兩側的4枚AIM-120C，以及機翼下多重掛架的04式、AIM-120C型各4枚。三菱重工生產的04式空空飛彈，全長3.11米，重95公斤，射程35公裡，採用中途慣性導引搭配終端的紅外線影像尋的器，其彈尾也配置推力向量噴嘴，具備類似美制AIM-9X型飛彈的性能。
至於空對地／艦版本，則可掛載日本自行開發的99式（AAM-4型）中程空對空飛彈、04式飛彈各4枚，以及美制AGM-158型聯合空對面距視外飛彈（JASSM）3枚，包含機腹兩側的4枚99式、機腹中線的AGM-158型1枚，以及機翼下多重掛架的AGM-158型2枚、04式4枚。由三菱電機生產的99式飛彈，全長3.67米，重220公斤，射程約10公裡，採用中途慣性導引搭配終端主動雷達導引。
未來航空自衛隊的F-15JSI型戰機將配合F-35及F-2/3戰機繼續擔負日本的空防主力，目前來看至少要服役至2040年代。
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