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刚年轻就老了,F
发布时间:2017-10-09  来源:未知  作者:艾希

原题目:刚年青就老了,F-35的软件升级问题

  人生有很多悲哀,但刚年轻就老了,肯定是最大的悲哀之一。才从懵懂人事、情窦初开走入青春年华,突然就被告诉:你已经老了,退居二线吧。人生还能比这更加悲催吗?可怜的是,F-35正是遇到这样的问题。问题出在软件升级。


F-35刚刚IOC即将,先期交付的就可能不再升级,直接退居二线,用作训练用飞机了

  F-35是高度软件化的战斗机。也就是说,依照设计要求,在基本研发和测试完成之后,只需要软件升级就可以“解锁”新的功能。前一段时间沸沸扬扬的F-35居然还不能用航炮射击的事,实际上也是软件限制的缘故。对于F-35A来说,航炮已经装上了,F-35 B和C挂上航炮吊舱也不是问题,搂扳机打响老是做得到的。问题是在这样先进和飞火推高度集成的战斗机上,光可能搂扳机打响没有意义,只有与飞行、推进和火控整合到一起,确保击中目标,这样的开炮才有意义。那时软件只有Block 2B标准,而航炮要到Block 3F才能实现。这就是为什么当时已经到达初始作战状态(简称IOC)的F-35连航炮都开不了的原因。这其实不是大不了的问题,只是时候未到。

  F-35的方案确切拖沓得厉害,Block 3F版原来应该在2012年就交付应用的,现在要到2017年年底,但一般估量实际上要到2018年。现在的主流版本为Block 2B,新交付的为3I,但2B和3I的差异主要在于硬件,3I可以直接升级到3F,但2B要硬件升级后才干升级到3F。2B/3I实在是第一个能发射武器的版本,Block 1A、1B、2A都只能飞行,不能发射任何武器。这也是Block 2B称为“具备初始作战能力”的原因。


F-35的软件升级计划


原筹划2012年Block 3F就应该交付,现在要到2018年


最终要求能携带许多种类的武器,但这要很屡次升级后才能完全实现


在此期间,低速生产一直在继续,已经累计生产了230多架飞机

  在Block 2B版软件的控制下,F-35具有简单的空中火力支援、纵深遮断攻击和初始空战能力。具体来说,能发射AIM-120C5/7中程空空导弹,能投放500磅的GBU-12激光制导炸弹、1000磅的GBU-32(F-35B)和2000磅的GBU-31(F-35A/C )JDAM GPS制导炸弹。这就是全部的武器发射能力了,所以说初始作战能力确实没错。这肯定比端着扁担冲上阵地的炊事班强,但离武装到牙齿的影武士还差得远。

  Block 3F是定型版,要求达到完整的设计作战能力。具体来说,要求能发射25毫米航炮(A 为机内,B和C为吊舱)、机内武器舱里的AIM-132 ASRAAM近程空空导弹(英国F-35B)、500磅“铺路IV”GPS/激光制导炸弹(英国F-35B)、AGM-154 JSOW GPS/成像红外滑翔炸弹(F-35C),另外还有一大堆翼下挂载的空空导弹(如AIM-9X)、空地导弹(“磺石”、“风暴之影”、JASSM)、制导和非制导炸弹、副油箱等。与F-15E、F-18E等现役主力相比,种类依然少了一点,但究竟没有显著短板了。

  Block 3F对应的是根本生产型的定型状态。但作为软件化的战斗机,硬件定型后,软件还可以持续升级,增加更多的能力。比方说,已经开始研发的Block 4要求能发射SDB II小直径炸弹、JSOW Block 3旷地导弹、AIM-9X Block 2空空导弹,还需要可以在空地之间视频串流和用红外光束指引目标,与Link 16数据链联通。规划中的Block 5除了增加新的武器发射能力外,要求增加逆合成孔径雷达模式以适合海上使用,更要整合红外搜寻和跟踪(IRST)、直接红外抗衡、协作式电子战、先进威胁响应、任务计划等功能。更加遥远的Block 6则有电磁袭击、友军跟踪定位(防止误伤)、全向被动告警等。

  从上述软件版本的描写也可以看到,软件升级实际上也与硬件有关。而且不光是总线、处理器级,所有软件“涉及”的系统都要跟上。对于高度数字化、软件化的F-35来说,这差不多就是所有系统了,包括传感器、动力、武器、系统自检和纠错等。只有在所有相关硬件都到位、而且与软件功能相容时,才谈得上软件升级。但这说起来容易,做到并不容易。对F-35边设计、边生产、边测试、边修改的情况来说,计划跟不上变化的事情太多。尤其是在测试中发现问题后,修改的结果牵一发动全身,或者使得平行研发而本来希望会合的两条线真的成了两股道上跑的车。F-35的软件错综复杂,高度整合,实际上两条线可能分叉成四条线、八条线。

  F-35的软件是飞火推高度集成的,所以飞行性能的“解锁”也是软件功能的一部分。Block 2B的升限为40000英尺,3F为50000英尺;2B的空速限制为700节/550节/550节(F-35A/B/C),3F为700节/630节/700节;2B的马赫数限制为M1.6/M1.2/M1.2,3F全体为M1.6;2B的过载限制为7g/5.5g/7.5g,3F为9g/7g/7.5g。


F-35在巴黎航展上的卖命表演没有消除人们对灵活性的质疑,反而在大众眼前裸露了一些未必想暴露的问题

  显然,要到3F才能把全部飞行性能解锁到设计水平。2017年6月巴黎航展上洛克希德试飞员卖力的飞行表演使得很多人扫兴,是否达到最终程度众说纷纭,辩解者通常首先指出的就是2B的飞行性能限制。当然,也有猜想洛克希德为了表演效果而特地关闭有关限制,表演已经超能力施展了。不论实情如何,对于一般的空军飞行员来说,任意封闭软件限制是不可能的,软件版本对飞行性能的限制是实打实的。就为这,也需要从2B升级到3F。

  但是,在9月18日的美国空军年会上,F-35结合项目办公室(简称JPO)主任麦特?温特海军中将指出,部分现有F-35需要多达150-160处改动,才可能把软件升级到3F。温特没有具体解释需要什么样的改动,一般认为至少包括数据处理器,但这怎么算也不可能算出150-160处修改。

  温特提议把未来投资集中在接下来的扩展生产上,而不是返工、升级现有F-35。当前的生产顶峰波及900多架F-35,这些飞机将直接按照3F要求制造,作为一线作战使用的战斗机交付。但“不适宜”升级的早期F-35索性不升级了,用作训练。JPO预计,从2018年开始,洛克希德的F-35年产量将达到130架,以后还将继续增加。洛克希德实际上也可能缺少足够的气力,对大批早期F-35进行返工、升级。


保存部分飞机不升级倒是有先例的,F-22就有20%不升级,但F-22的Block 20软件是全功能的,对应于F-35的Block 4,都不是Block 3F


而2B状态的F-35连飞行性能都没有完全解锁,武器功能更是有很大的局限,除非迫在眉睫了、逼上梁山了,缺乏实际投入作战的价值

  这样的做法倒不是没有先例的。F-22也在软件升级中,但36架将保留在Block 20状态,其他149架升级到Block 30/35状态。前者留作训练,后者作为战备值班主力。也就是说,“训练规格”的F-22约占总数20%,“作战规格”约占80%。对于F-35,准确地说,不是所有已经生产的F-35都不适合升级,而是其中一部分。到2017年3月为止,洛克希德已经累计交付了231架F-35,其中136架F-35A,64架F-35B,31架F-35C。JPO没有具体阐明倡议放弃升级、留作训练的F-35的数目和A/B/C型号的散布。

  但JPO打了一个马虎眼,F-22的Block 20软件与F-35的Block 2B是完全不同的两个概念。Block 20已经是Block 10的升级,而Block 10是最初的完成状态,对应于F-35的Block 3F。而F-35的Block 2B在一开始就是过渡阶段的半成品,3F才是完成状态。

  具体来说,F-22的Block 10不仅解锁全部飞行性能(对于F-22,就是至关重要的超巡和超机动),而且具备基线空战能力,包括AIM-120C(机内和翼下)、AIM-9M、航炮、副油箱。Block 20更新了数据处理器,增加了发射JDAM(一说还包括SDB)的能力,具备一定的对地攻击能力。Block 30和35增加了发射AIM-120D和AIM-9X的能力,另外就是电子系统,增加合成孔径、为JDAM自主瞄准制导、自动近地避撞、地面动目标指示等。计划中的Block 40将整合F-35的头盔显示系统。传说中的侧视主动电扫雷达阵面、双向MIDS/Link 16、卫星通信等随着军费大势时而被包括,时而被消除,谁也说不清楚了。

  显然,Block 20状态的F-22和Block 2F状态的F-35是完全不同的两回事。F-22从Block 20升级到30/35是精益求精,不升级依然拥有完整的作战才能,只是达不到美国空军所留恋的压倒优势水平。假如有作战需要,这36架F-22是相对能够拉上去打的。但F-35从Block 2F升级到3F是把锦织完,基本谈不上添花。除非敌人已经打到家门口了,2B状态的F-35实际上不具备应有的实战价值。

  就训练而言,2B状态的F-35也是有问题的。作为熟悉性训练,这当然足够了,但这也太大才小用了。作为一般性训练,更是没有必要用F-35。实际上,即使作为熟悉性训练,2B状态也未必适合,太多的武器没法使用,极限飞行性能无法实现,与3F的差距难以无视。要是烹饪学校里教做宫保鸡丁的时候,没有酱油,不让用辣子,连热油炝锅都不行,这教出来的门徒算是怎么一回事?

  昂贵而且最新的战斗机达不到作战状态,这是严重的政治不正确。要是训练价值也有限,那就是可忍孰不可忍了。2B在中国网文里有不雅含意,如果“2B F-35满天飞”的段子传出去,JPO就是为了不被看笑话,可能也铁定要升级了,至少要改个名,叫2.1版也比2B好听点。

  当然,中国网民可能是JPO最顾不上担忧的问题,而且只要砸足够的钱,所有F-35都是可以升级到3F的。现有F-35中,有一些是盟国的。估计这些最终都会升级到3F。盟国的家当小,F-35本来就不多,还要留出一些专做训练之用,这太勉为其难了。反正已经上钩了,多出一点血也只好认了。

  但对JPO来说,问题就复杂了,全面升级需要时间和钱。F-35计划一路上问题多多,时间一直不够用,但缺钱素来不是其中之一。长期以来,JPO的两大重点之一是尽快达到3F,因为这代表了试飞阶段完全结束,真正冻结、定型了;之二就是尽快转入大批量生产,降低单价。但这两个重点是相互摩擦的。在定型之前就大批量生产,首先有预算关,国会不愿意在没有定型、可能有大面积返工的危险的情况下批准大批采购。国会的担心一再被证明是正确的,现有的低速生产已经在增加返工需求,2B升级到3F的150-160个改进就是最好的例子。


但JPO的当务之急是尽快转入全速生产,不让2B拖后腿非常重要

  现在3F完成在即,定型问题立刻就要过去了。JPO的当务之急是尽快转入大量生产,迅速降低单价,把整个打算拉回正轨。再错过这个关口,要翻身就难了。现有F-35的返工、升级成为非常不便利的现实,这正是JPO提议的道理所在。国会是不是买帐,就是另外的问题了。

  参议院批准了特朗普的国防预算,还增加了拨款,总额达到7000亿美元,其中包括增加F-35洽购的条文。但这实际上不是批准预算,而是“可以斟酌”。最后的国防预算是与整个政府预算一起同意的。由于连年预算失控,白宫与国会顶牛,预算每每不能如期批准,造成政府停摆,政府(包括军方)好几年需要过渡性拨款维持运作。过渡性拨款只能用于日常和必须的运作,包括已有合同的继续执行,但新的长期项目则陷于停摆。

  2011年,奥巴马与国会达成《预算控制法案》(简称BCA),规定今后若干年的预算上限,各部门预算加起来超过上限的话,除非国会特别批准,只有一刀切,均匀削减,俗称“剃头”。剃头的结果使得所有部门都处于贫血状态,但谁也没有满血复活而不导致预算再度失控的方法。国会、白宫都有废止BCA的想法,但简单废除BCA只能导致预算极度失控,这是政治自杀。选择性增加和削减拨款又因为两党政治底线而无法达成妥协,所以弄到最后,还是回到一刀切的BCA。特朗普号称要废除BCA,但他连医保改革都推不动,BCA这样动所有人奶酪的事情很丢脸好。在这种情况下,JPO为了在军种政治里生存,没有选择,只有加速投产,造成既成事实,保住自己的蛋糕不被别人切走。

  F-35的问题大多来自边设计、边生产、边测试、边修改的“平行进程”。暗斗停止后,美国力求节制军备研发超时超支的常态,特殊强调采取成熟技术和缩短研发时间。F-35在正式研发前,洛克希德X-35和波音X-32的对照试飞已经解决了主要技术问题,被以为不存在重大技术危险了。因此,测试主要是验证设计盘算,修改只是部分的和细节的。历史经验表明,研发到投产拖的时间越长,改主意的情况越多,随之而来的成本攀升越严重。所以只要可能,越早冻结越好,越早投产越好。在这样的情形下,生产准备及早开端,而不是等所有测试和修改都完成,可以大大勤俭时间,终极下降成本。这就是“平行过程”。

  但后来的历史证明,美国军方和洛克希德都对美国航空科技过于自信了。F-35的测试不断发现问题,有的还很严重,迫使已经在生产线上的飞机不断修改,已经交付的飞机要返工修改,甚至重复返工修改。

  更大的问题是,不光洛克希德犯了适度自信的错误,波音也不能免俗。波音正在研发下一代加油机KC-46,这是从波音767改装的。不算波音KC-135和KC-10的经验,此前KC-767已经交付意大利和日本空军,所以KC-46应该是又一个低风险项目。事实上,直到2014年,美国总审计署(简称GAO)还认为,KC-46项目开支将低于预算。但波音也失足了。

  波音在第一轮竞标中输给空客,靠钻条文空子,迫使美国空军重开竞标,在第二轮里赢了。但波音吸取了第一轮的教训,静静地把KC-46从KC-767为基本,改为实际上重起炉灶,以增加起飞重量、增加机载自卫电子装备,并研制了全新的电传操纵的硬式加油杆和软式加油吊舱。只管如此,人们依然认为,波音具有世界上最丰盛的加油机经验,KC-46怎么看都是老马熟路,阴沟里翻不了船。

  GAO报告出来没多久,就传出KC-46涌现布线问题的消息。波音767像很多民航飞机一样,有大量的机内走线,其中一部分是电力电线,更多的是信号电线。民航飞机有很严格的保险要求,但军用有另外的要求,尤其是抗战损要求。美国空军规定,有些系统的电线需要双重甚至三重冗余。不仅如斯,还要求电线之间有足够的物理间距,确保不至于因为战损而一损俱损。另外,军机对于屏蔽有较高要求。这是双向的,屏蔽不仅确保本机电子系统相容性,也是对电磁攻打(包含核大战条件)的基本防护。这是民航飞机没有的要求。

  波音按说对民航和军航的差别很熟习了。且不说从麦道那里吸收过来的C-17运输机,波音研发的KC-767就是按照军标研制的。但出于尚不清晰的原因,波音犯了很低级的过错,全然没有意识到电线间距的要求,至少有5-10%的电线间距不相符美国空军的要求,或者是屏蔽达不到要求。布线不是多么高大上的技术问题,但机体内空间有限,不是什么处所都可以走线的,也不是什么地方都可以提供有效屏蔽,如何在平安、牢靠而又有足够间隔的前提下走线、供给屏蔽,并不简略。KC-46内有至少120英里(约194公里)的布线,在死活赶工之后,总算赶在年底之前首飞。

  2015年7月,波音发现综合燃油系统的调配总管在受压持久性测试中呈现裂纹和泄漏,要重新设计。虽说不影响短期使用,但寿命大大低于设计寿命,这再次需要赶工,以免延误节点。不过在最后测试的时候,又用了不规范代用品。还好这只是耽误时间、丢面子的错误,不是设计或者制造错误。


KC-767早就投入使用了,波音对加油机是老经验了,KC-46怎么看都应该是低风险项目


但KC-46在空中加油实验中,发现对C-17这一类的大飞机加油时,加油杆容易受力过大,加油管脱落


对战斗机加油时,也有加油杆敲击受油机表面的问题


这对隐身飞机是要命的,所以KC-46的各种演示、测试和摆拍中,从不对隐身飞机实际加油


从前的空中加油是加油操作员直接坐在机尾,目视操控,依靠人眼的距离感判定对接


这个仰角可以看到加油操作员的工作位置,显然,这个位置很不舒畅,就像二战时代轰炸机机腹炮塔一样!


KC-46改用电视监控,工作条件大大改良,但视角和距离感的问题使得加油操作很难掌握分寸

  更严重的问题也在2015年,在对C-17空中加油的对接中,可伸缩加油杆受力过大,在加油机和受油机的拉扯中轻易发生油管脱落现象。这不光是挥霍燃油的问题,燃油糊到受油机的座舱风挡,有可能影响飞行安全。当然,在硬件和把持软件修改后,问题最后也解决了。

  2017年9月,又有新问题的报道:加油杆容易触碰受油机的表面,有时只是划伤破相,但对隐身飞机来说,就可能损坏隐身涂层,影响作战。KC-46的加油杆操作员位置不再在机尾直接目视,而是用摄像头,把持也是电传。现用摄像头是2012年最先进技术,但据说有视界遮挡问题。波音正在换新摄像头。

  另外的问题一是加油突然中断时,加油杆的探头会自行舒展,触碰受油口,这个问题不是太大,解决也比较容易。还有一个问题比较好奇。机上高频通讯用机翼作为天线,加油功课时,为了预防火花,高频通信结束工作。但这是设计的时候就知道的事情,不明白为什么会现在忽然成了问题。波音也在解决。

  3年前GAO预计波音有望研发开销低于预算,现在已经逆转了,至少超支20亿美元。好在协议规定,波音必需吃下超时超支的代价。这只是协议的纸面划定,羊毛出在羊身上,美国空军最后仍是要出血的。KC-46项目为了掌握进度微风险,有意在定型前解冻技巧要求,所有改良统统参加以后的升级,即便在现在只是举手之劳的东西,好比动员机工况的遥测和主动视情检验提示。现在订购的KC-46也远远不够接替KC-135的需要,还需要追加订购。进级和追加订购的定价最后要反应波音的“真实本钱”,美国空军躲得过初一,躲不外十五。

  对于这样“成熟技术的低风险组合”项目,为什么老资格如洛克希德和波音依然错误缠身,众说纷纭。有一个可能的原因是深层的技术实力流失。

  美国航空工业依然是世界上最先进的,但这是相对于其余国家而言。相对于美国本人曾经达到的巅峰状态,现状是退步了。从60年代肯尼迪启动空间比赛到80年代里根重整军备,美国航空工业(以及军工行业)不仅集合了一支有干劲、有才华、有经验的技术队伍,还得益于接连不断的项目。这十分重要。工程研发的胜利不仅取决于基本技术,还取决于经验。工程研发当然要靠科学技术,这是成文的东西,有案可查。但这就像法律一样,光有成文法是不够的,对法律的说明和对法律缺乏明白规定的应用界线还是需要有经验的人来处置。工程研发也是一样。很多东西在研发手册上确定有,大道理也都知道,但详细做起来,还是容易百密一疏,或者在各部门协调之间“从指缝里漏过去”,这就是经验起作用的地方了。美国航空工业作为整体,研发经验无人可比;但详细到团队和个人,就不一定了。经验不是不可捉摸的巫术,经验是干出来的。另一方面,经验如逆水行舟,不进则退。即使有经验的人,一段时间不干之后,也会手生。近年来美国军事航空工业项目少,间隔大,面临不可避免的经验流失问题,成果是在本该低风险的项目上也出洋相。

  更大的深层问题在于人力资源。老一代技术队伍不仅见过猪跑,更吃过猪肉,但现在已经大批退休。这也是在科学技术还是“很酷”的年代成长的一代。时至今日,美国土生土长的有才干、有闯劲的年轻人依然大有人在,但大批转入财经、法律、医生行业。这些行业不仅位置显赫,收入高,而且MBA是进入治理层的入场券,法律则是进入政界的敲门砖。即使从事科技,也往往集中在IT领域。这是高度动态和强调创意的范畴,由于技术的高速发展而不断洗牌,在客观上时常产生技术清零,不断创造新的机遇,适合年轻一代动态、求变的心态。

  相对来说,传统工程技术领域更加稳定,强调数理化硬工夫,强调构造化的渐进发展,就显得干燥乏味了。这在美国理工科院校本科和研究生比例中也容易看出来,美国本土学生越来越少,外国和新移民学生越来越多。这固然在很大程度上弥补了美国本土工程技术人才断层的问题,也成为民用IT等高科技行业新鲜血液和活气的重要起源,但由于军工科技的安全审查门槛,对于军工公司并无助益。波音、洛克希德、雷西恩等美国军工巨头频繁呐喊放松限制,但美国官方至今犹豫不决,在人才断层和安全隐患之间,真实太难下决心了。

  但这些不是JPO关怀的问题,JPO的困难是如何确保那些患有轻度智障的早期F-35不碍事,煽动国会“向前看”。说到底,这些早期F-35是可以升级的,只是时间和钱的问题。JPO现在既没有足够的时间,也没有过剩的钱。那就留给后人解决吧。刚年轻,就老了,是个人都会悲哀的。好在F-35没有情绪,不会悲哀。至于美国征税人,可悲哀的事件多了,说不定顾不上为F-35悲痛呢?

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