圖片來源：Northrop Grumman NGAD概念圖
近日，美國空軍高級採購官員證實，美國空軍秘密設計、製造並試飛了至少一架神秘的下一代戰鬥機原型機。據推測，這是五角大樓繼第五代F-22和F-35戰機之後，首次嘗試建造「第六代」戰鬥機。
這一進展絕對夠勁爆，畢竟上一次看到了一架實驗戰鬥機的首飛，還是在20年前的聯合打擊戰鬥機。「我們已經在現實世界中建造並試飛了一架全尺寸飛行演示機，我們打破了記錄。」威爾·羅珀在美國空軍協會的空中、空間和網絡會議召開前接受Defense News獨家採訪時表示。「我們準備以前所未有的方式建造下一代戰鬥機。」
由於下一代空中優勢計劃（Next Generation Air Dominance）的劃分，幾乎飛機本身的每一個細節都將是一個謎。在該計劃下，美國空軍正在努力部署一系列的空中作戰系統，包括戰鬥機、無人機和其它太空或網絡領域的網絡平臺。
羅珀拒絕透露已經試飛了多少架原型機，也不願透露是哪個國防承包商製造了這些原型機，第一次飛行是在何時何地進行的也沒有透露。一句話來說，他拒絕透露飛機設計的任何方面——它的任務，是無人駕駛還是可選擇的有人駕駛，是否能以高超音速飛行，或者它是否具有隱身特性。
羅珀說，這些屬性都不是重點！
羅珀說，重要的是，在完成了對替代方案的分析僅僅一年之後，空軍已經證明，它可以利用尖端的先進位造技術來建造和測試下一代戰鬥機的虛擬版本，然後建造一個全尺寸的原型機並搭載任務系統進行飛行。
羅珀說，「這不僅僅是你可以應用到簡單系統上的東西」，比如波音T-7紅鷹教練機，這是第一架使用數字工程、敏捷軟體開發和開放架構『三合一』的空軍飛機。
「我們的目標是建造有史以來最複雜的系統，並在所有方面都採用這種數位技術。事實上，(我們)不僅僅是點睛之筆，(我們)展示了一些真正神奇的東西。」
現在，下一代空中優勢計劃(簡稱NGAD)正處於一個決定性的時刻。羅珀拒絕透露美國空軍多快將下一代戰鬥機投入生產，只是說「非常快」。但是在決定開始生產新一代戰鬥機之前，它必須決定購買多少架飛機以及什麼時候開始購買——所有的選擇都會影響到2022年的財政預算。
該計劃本身就有可能從根本上改變國防工業。如果空軍在短期內為NGAD買單，它將給F-35和F-15EX項目增加一個挑戰者，潛在地將這些項目置於危險之中。
而且，由於製造NGAD的關鍵先進位造技術是由商業部門開創的，該項目可能會為飛機新主承包商的出現打開大門——也許還會給SpaceX創始人埃隆·馬斯克一個機會，為F-35設計一個競爭對手。馬斯克曾多次炮轟F-35過時落伍，不是無人機的對手。
美國企業研究所的國防預算分析師Mackenzie Eaglen認為，全面披露飛行戰鬥機原型可能會在一個關鍵時刻，正是空軍需要從國會獲得更多財政支持時，NGAD面臨預算限制，需要獲得發展勢頭。
美國空軍向國會提交的2021財政年度預算提案中包括為該項目申請超過10億美元，並計劃在下一財政年度到2025年期間申請超過60億美元。
她表示:「如果你能迅速達成某種目標，並通過產品展示出進展，這只會改變國會的整個動態。」「(羅珀)遇到了如此多的阻力，這似乎是展示他的想法在概念上成功的一條可能途徑。」
也有人認為，基於NGAD項目的性質，該飛機最有可能是一種技術演示，將用於降低風險，並有助於證明支撐NGAD項目的主要概念。而巧合的是，最近在美國西南部的飛行測試活動有了顯著的上升，這可能至少部分地表明NGAD相關的測試。
羅珀提到的「打破記錄」可能會讓人聯想到有人駕駛的X 飛機正在挑戰極限的畫面，但它同樣也可能指的是飛機在設計和發展道路上取得的進步，即利用空軍新「e系列」中推崇的數字工程技術。
在過去的50年裡，美國的工業基礎已經從有能力製造先進戰鬥機的10家製造商縮小到只有3家國防公司：洛克希德·馬丁公司、波音公司和諾斯羅普·格魯曼公司。空軍將一架新戰鬥機從研發到全速生產的時間從幾年延長到幾十年。而隨著新戰鬥機的出現，用於製造新飛機的數字設計技術可能會增加競爭，增加美國軍用飛機製造商的數量。
美國空軍今年7月透露，他們收到了18份關於一種新型無人機的投標，這種無人機可以與有人駕駛戰鬥機編隊飛行。在波音、諾斯羅普·格魯曼公司和通用原子公司贏得合同的同時，一直被猜測為收購對象的規模小得多的Kratos公司也獲得了一份合同。
虛擬工具創建新戰鬥機原型
美國空軍最新披露的戰鬥機原型機採用浸入式模擬和其它新的數字工具設計，預示著美國軍事武器的創造和生產將進入一個新時代。
軍方官員沒有透露關於下一代空中優勢計劃(簡稱NGAD)的細節，目前已知的是，空軍及其承包商利用數據和新技術虛擬設計了這架飛機，這使得空軍可以在短時間內建造和測試它，而F-35花了十多年的時間才建造完成。
「有了eplane，我們可以更快地設計，更快地組裝，更快地進行測試，並能夠獲得我們確定模型所需的數據。」羅珀周二告訴記者，「所以這些貫穿整個程序生命周期的數字線索，似乎加速了一切。加速發展帶來的意外之財是，所有東西都能聚焦於真正重要的東西，因為數字模式允許你傳達你已經知道的東西。」
虛擬化本身並不新鮮。與以往不同的是，它的計算能力和數據的可用性使真實物體的數字版本在一個新的規模上變得可信和有用。這種數字孿生的做法可以追溯到工程師麥可·格裡夫斯（Michael Grieves）在2002年的一次演講，他當時在密西根大學的產品生命周期管理中心工作。按照最初的設想，「數字孿生」是一個真實物體的數字版本，不是通過簡單的計算機輔助設計技術，而是由真實物體上的傳感器產生的數據創造出來的。
「驅動這一模式的前提,每個系統包括兩個系統,一直存在的物理系統和一個新的虛擬系統,包含所有的信息物理系統。」格裡夫斯在2016年的一篇論文中寫道:「這意味著有一個鏡像或孿生系統存在於現實空間和虛擬空間之間,反之亦然。」
他補充說，美國國防部正在探索下一代戰鬥機設計的概念。
對於NGAD，空軍使用來自F-35聯合打擊戰鬥機和T-7教練機的數據來開發一個虛擬原型，然後是一架實際的飛行飛機。
羅珀說:「這次發布的消息並不是說我們剛剛建造了一架『eplane』，並在我們的虛擬世界中試飛了很多次，我們已經做到了，而是說我們已經建造了一架全尺寸的飛行演示機，並在現實世界中試飛。」
此外，它表明空軍有足夠的數據來快速開發各種各樣的電子飛機，或者調整現有的設計，或者從零開始建造新的飛機。例如，羅珀說，如果他不得不建立另一個T-7後續教練機，它將需要少得多的測試。
數字孿生並非空軍獨有。蘋果為iPhone開發了這種技術，而特斯拉則為它生產的每一輛汽車都開發了一款數字孿生汽車。汽車上的傳感器會提醒特斯拉汽車出現問題，並判斷它是需要技工修復還是需要遠程軟體升級。所有這些傳感器數據也會根據汽車在現實世界中的體驗，進入新的更好的設計中。
美國防部也在向太空進軍。2018年4月，當時負責研究和工程的國防副部長麥可·格裡芬(Michael Griffin)告訴議員們，在建造武器、網絡和設備的過程中引入虛擬化和模擬的必要性。
「我們正在開發一個能力驗證服務和威脅模型，集成到一個聯合仿真環境,這樣我們才能進行高保真評估在任務情況下的潛在能力,部門可以更好地了解這些功能如何工作。」格裡芬說。同年晚些時候，他繼續推動學院採用新的數字工程策略。
去年，五角大樓與一家名為Uptake的公司籤訂了合同，以建立一個虛擬的布拉德利戰車的孿生兄弟，以更好地預測維修問題。羅珀表示，未來這項技術將幫助開發從衛星到洲際彈道飛彈的一切東西。
這一概念的創始人格裡夫斯最近在一次採訪中表示，數字孿生的應用可以延伸到航空母艦或任何軍方建造的東西上。
「在房間裡放一個觀察者，同時展示虛擬產品和實體產品的圖像。」他說。「今天，幾乎沒有人能看出其中的區別。」
前瞻高端裝備研究組
原文來源：
https://www.defenseone.com/technology/2020/09/virtual-tools-built-air-forces-new-fighter-prototype/168505/
https://www.defensenews.com/breaking-news/2020/09/15/the-us-air-force-has-built-and-flown-a-mysterious-full-scale-prototype-of-its-future-fighter-jet/
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