打造轰20,需要什么样的航空工业?

“Sorry,有隐轰真的可以为所欲为”

新年伊始,中国人民解放军空军2021年度招飞宣传片“出圈了”,这部四分钟的短片由空军在线微博账号发布后,获得了高达62万次转发,如此惊人的现象级传播效果,除了因为参演的易烊千玺、吴京等巨星流量加持,还与片尾的“彩蛋”有密不可分的关系:易烊千玺饰演的年轻一代飞行员向未来,见证了一架新型大飞机隆重登场,在幕布的覆盖下,酷似美国B-2隐形轰炸机的飞翼状轮廓清晰可见。

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(空军招飞宣传片末尾的“彩蛋”)

所谓空穴来风,事必有因,这个空军官方宣传片中的彩蛋,立刻被认为是坊间议论多年的“轰-20”隐形轰炸机已经迈过研发里程碑、即将亮相的信号,受到这种热情的带动,轰-20可能的研制单位之一—中航西飞股价也创出了近年新高。

为什么国内公众对于“轰-20”有如此之高的热情?因为在一整代中国人的集体记忆里,隐形轰炸机是国家实力乃至国运的代表性符号,寄托着渴盼与屈辱的复杂情绪。

1999年3月24日,北约联军绕开联合国,正式开始武力干预南斯拉夫内部局势,对于北约大规模空袭,外界预期起初均十分谨慎,张召忠老师甚至留下了著名语录:“我从空袭第三天就开始预测,地面战不可避免”,然而隐身作战飞机与GPS精确制导武器的集中使用,却产生了令人震撼的效果,短短78天的空袭,就使南斯拉夫丧失抵抗能力,不得不接受对科索沃的国际接管。

在空袭中,美国空军调动6架B-2隐形轰炸机,执行了40多架次作战任务,每次都是从北美大陆腹地的怀特曼基地起飞,横跨大西洋、地中海,在南斯拉夫上空投弹后直接返回本土基地,往返不间断飞行30小时。

B-2这四十多次出击,在北约联军总计7000多架次对地攻击中占比不到1%,然而B-2所摧毁的地面目标,却占到空袭中前期战果的三分之一,其中很多还是普通军用飞机难以解决的深远后方严密设防目标,堪称起到了攻坚的决定性作用。

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(美国空军简报中透露的震撼性打击效果)

B-2履险如夷的表现,借用一句名台词来形容,树立起了“Sorry,有隐形轰炸机就是可以为所欲为”的标志性形象。

也正是在南斯拉夫“为所欲为”的B-2,制造了刻在几代中国人集体记忆中的“五八炸馆”事件,事后美国官方一声轻描淡写的“Sorry”,深深刺痛了国人的民族情感。

落后就要挨打,能战方能止战,在科索沃战争中,中国人形成了这样的共识性认知,中国国防现代化的新浪潮就此展开并延续至今,隐形轰炸机俨然成为这个前仆后继的追赶进程某种终极衡量标尺。

皇冠上的明珠

大型远程轰炸机,也被叫做战略轰炸机,既然冠以“战略”二字,足见其贵重,当然不是等闲国家就可以使用或能拥有的,而类似B-2这样的隐形轰炸机,更是战略轰炸机类别中皇冠上的明珠,即便强如美国,B-2也不过才生产了21架,连同研制阶段的投入,摊到每架飞机上的成本高达20亿美元以上,按照同期金价测算,成本甚至超过了与飞机同等重量的纯金。

为什么隐形轰炸机如此昂贵?顾名思义,隐形的意思是让敌方雷达“看不见”,从而在以雷达为主要探测手段的防空体系中能够实现“来去自由”,如同人眼“看见”物体依靠的是光线的反射,雷达探测目标靠的则是微波的反射,因此飞机要隐形,就需要尽可能减少雷达回波,以B-2为例,衡量其隐形能力的指标—雷达横截面积(RCS)约为0.1平方米,仅与一只大雁相当,要实现这样的指标,在飞机外形、蒙皮材料、制造工艺乃至日常维护等方面都有着特殊要求,成本也随之达到了惊人水平。

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(重达上百吨,翼展五十多米的B-2战略轰炸机,RCS仅相当于一只飞鸟)

况且隐形轰炸机还不是一掷千金就能“砸”得出来,非常规的飞机气动外形需要特殊的飞行控制律和飞控硬件配套,考验着空气动力学和微电子产业基础,飞机表面的蒙皮材质和安装都有特殊要求,背后体现的则是材料科学和精密制造能力,这些关键领域的产业基础如同箍木桶的板条,稍有欠缺,最终成品性能就有云泥之别。

在这方面,前苏联就是最好的反例,苏联物理学家彼得·乌菲姆采夫(Pyotr Ufimtsev)率先建立了电磁波在物体表面反射的数学分析方法,上世纪七十年代,乌菲姆采夫的论文被翻译成英文,极大启发了还在经验方法和吸波材料中打转的美国空军,气动外形的隐身设计方法一下子取得突破,然而在美国隐形飞机快速实用化的同时,乌菲姆采夫的祖国苏联在这一领域则迟迟无法突破,即便到今天,其后继者俄罗斯举国之力研制的T-50新一代战斗机,也普遍被认为是五代机中隐身指标垫底的一员。

甚至就连美国自己,隐形轰炸机在B-2之后想要百尺竿头再进一步也遇到了明显瓶颈,正在研制的美国新一代隐形轰炸机B-21,先后经历了十余年论证预研,其间不乏各种犹如科幻电影设定的酷炫高隐身超音速方案,但随着在产业能力和军费财力限制下的不断妥协,最终外形俨然是B-2的缩水微调版。

大飞机的中国梦

传说中的轰-20当下还仅仅是传说,但在战略轰炸机这一领域,中国人其实早早已经入场。

早在1970年代,在苏联的巨大军事压力下,中国空军就已经提出了发展远程轰炸机的需求,最早的方案是对现成的轰-6进行改造,翼根的原发动机位置和机翼下,合计安装四台英国引进的斯贝涡扇发动机,这一改装方案可以明显改善轰-6航程,但如果要从中国西部地区起飞,对乌拉尔和莫斯科工业带进行战略轰炸,飞机航程至少要达到10000公里以上,超出了轰-6改装潜力,必须重起炉灶。

在空军下达“远程战略轰炸机”任务后,研制单位提出的新机方案机体部分基本是轰-6的放大,取消了翼根发动机舱,而是在机翼下吊挂四台涡扇-6甲(910甲)发动机,或是6台波音707客机同款JT-3,在性能上,载弹7吨的情况下设计航程可以达到11000公里,虽然与美国的B-52尚有差距,但已经足以覆盖苏联核心政治经济区域。

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(航空史专家远林绘制的远轰设想)

尽管远轰很快下马,并未进入详细设计阶段,但仍然与战略运输机(老运9),大客(运10)三位一体,形成了中国人“大飞机”的第一次求索热潮。

随着改革开放的时代到来,在世界经济潮流中逐浪的中国必须轻装上阵,而当时的名义军费开支和国防科工领域国家投资,占GDP比重甚至超过了一向号称“穷兵黩武”的美帝国主义,削减项目势在必行,“大飞机”的尝试就此沉寂。

直到1999年5月8日,B-2向贝尔格莱德中国使馆投下的那五枚炸弹,改变了中国国防科技工业的发展轨迹,使相关科研生产能力快速拉近了与世界先进水平的差距,而经过此前二十年“军转民”战略的实施,国防科技工业再也不是与民生经济缺少交集的“平行世界”,而是成为中国高科技产业的有机组成部分,因而军品市场的牵引带动,也成为新世纪以来中国高科技产业发展的有力引擎。

产业基础取得长足发展后,2007年,沉寂多年的国产“大飞机”再度上马,国务院直接决策,明确了“军民两立”,上海西安两地布局的战略框架,产业基础结合战略决心、体制创新,使得中国人“大飞机”的第二次求索成果斐然,2013年1月,2017年5月,战略运输机运-20和干线客机C-919相继实现首飞,进度更快的运-20已经批量交付空军,在今年以来支援国内外疫情等活动中,已经发挥了巨大作用,频频出现在国内外新闻中,展示了中国空军初步成型的战略空运能力,已经积累了上千架订单的C-919,目前局方取证试飞和批量生产进展也较为顺利,预计在今年就有望向东航交付首架客机投入商业运营。

隐轰,中国能不能造?

在大运、大客量产后,“大飞机”三位一体中最后的悬念,战略轰炸机,自然也吸引了越来越多的讨论和关注,没有人会认为中国人有兴趣抄陈年作业,战略轰炸机如果存在,那么必然会对标世界最高水平,也就是战略轰炸机中最高端的隐形轰炸机。

中国人做得到么?

正如上文中提到的,能不能造出隐轰这一最终产品,取决于气动、动力、材料、电子等科工关键领域的能力积淀,它们如同箍木桶的板条,任何一片短板,都会让隐轰这一人造航空器的“王者”可望而不可即。

气动外形上,在B-2完成了亚音速隐形轰炸机“产品定义”后,理想型的电磁反射菱形机体,加上兼顾飞行性能的两片机翼不同后掠角和展弦比变化,都难以脱离回旋镖形状的“飞翼”式布局框架,对于这一“异形”气动布局及其隐身特性数值计算,中国航空科研院所已经进行了多年研究,并且在高端无人作战飞机上已经实现了应用,这个领域,中国人,行的。

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(去年10月拍摄的中国测试设施中两个“奇怪”的飞翼模型)

航空动力领域,被念叨了多年,乃至普通中国人都耳熟能详的发动机“心脏病”,随着数十年科研和用户部门百折不挠屡败屡战的坚持,以及近年来“两机专项”的大手笔投入,已经呈现出技术“过关了”的良好态势,据信,换装国产大推力涡扇发动机的运-20“完全版”已经实现了首飞,而为国产大客机配套的长江-1000发动机,目前进度也较为顺利,正是由于国产发动机“撑腰”的底气,在去年美国威胁对C-919发动机“禁运”的关头,中方的反应相当淡定。

在吸波材料和制造工艺方面,中国航空产业的能力,已经在歼-20上得到了充分展现,更重要的是,可能实现隐身能力新的革命的智能蒙皮技术,中国目前已经走在了世界最前沿,以超表面材料为例,已经跳出了被动吸收电磁波的范畴,而是能够主动调制回波的频率和指向,在5G、6G通信中也将有很广阔的应用前景。

而在可能是最不为外界注意,最没有酷炫“科技感”,却也可能是决定大型工程生死成败最重要的项目管理能力上,中国航空工业也已经开启了意义深远的创新和变革。

事实上,作为中国“大飞机”的破冰项目,运-20的意义不仅在于交出了这么一个硬件,更是中国航空工业传统项目研制流程的一次“变法”。

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(典型的传统总师制组织架构)

在空前复杂度的“大运”研制中,从顶层项目管理上市场化机制的引入,到设计、试制、均衡生产全流程的并行工程实践,再到每个具体阶段如设计环节的数字发图、快速试制、在线关联等工具和组织革新,极大革除了国内航空科研传统上行政指挥方式积累的许多如运动式996会战、各分系统单位乃至同一厂所不同职能部门各自为战,成本控制目标形同虚设动辄“拖降涨”等弊病,使运-20成为中国航空工业历史上可能是项目进度最流畅,生产使用“毛病”最少的优质工程。

通过运-20工程牵引所开启的这场深远变革,在传承发扬航空报国志气的同时,也将国际航空工业界许多优秀做法拿来为我所用,在超级工程管理和组织的软科学层面,也已为所谓的轰-20研制奠定了坚实的基础。

隐轰,中国会不会造?

通过对一些关键要素的梳理,不难得出这样的结论,中国航空工业有能力造出一架隐形轰炸机,但是,中国真的会这么做么?

要回答这个问题,我们不妨先举一个日常生活中的例子,家里地板脏了,该如何打扫?有人会选择买一个扫地机器人,有人会选择直接用扫帚扫掉,也有人会选择网上预约一次上门保洁,类似的,隐形轰炸机只是一种工具,需不需要这个工具,取决于需要用工具去做到什么事情,以及做到这件事情还有哪些可行的工具。

在美国新一代隐形轰炸机B-21漫长的前期论证中,就按照这样的思路,聚焦于战略打击这个最终目的,去审视什么样的工具最具优势,从而完全跳出了隐形轰炸机,乃至轰炸机这个思维框架,除了各种空天飞机、高速导弹,甚至还出现过用类似猎鹰-1的小型火箭,开发重复使用垂直发射轨道轰炸机的脑洞,最终发展方向重新收敛到隐形轰炸机,除了美国空军这一用户部门的内部派系惯性,更重要的原因是,在其他更“科幻”的技术方向上,反复的失败、固化的利益、紧张的预算,已经让美国人对不确定性很大的新兴技术攻关有了一丝力不从心之感。

对于中国人而言,轰-20这样的隐形轰炸机会不会成真,也取决于战略需求和不同实现工具的权衡比较。

从需求上看,中国的基本地理和地缘条件,决定了隐形轰炸机其实处于比较尴尬的境地,在没有海外基地部署全球空中加油网络的情况下,隐轰航程可能的覆盖范围与现有的中程常规导弹没有实质差别,要真正实现战略轰炸机的“战略”价值,比如对北美大陆的有效威慑,航程要求基本已经超出了人类现有航空器技术能力边界。

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(一篇国内文献中对空射小型高超音速导弹打击能力的测算)

从工具的选项看,美国在下一代远程打击能力规划中想做而没做到的,也就是临近空间高超音速技术的发展,在中国则进展迅速,如果有一步到位“跨代”的高速甚至高超音速航空器,数个小时就能往返太平洋执行任务,那么似乎也没有必要再在一个更低的技术台阶上浪费资源和时间。

当然,无论隐轰会否成真,“轰-20”在舆论场上的热闹,都体现了中国航空工业的长足进步,令公众对战略轰炸机这一“国之重器”的实现,有了充足信心和期待,这种对自己国家科学与工程能力的公众热情,在近代以来英美苏等大国的国势上升期屡见不鲜,中国航空工业乃至更广义的中国科工力量,一定将会与黄金时代的那些大国同行类似,创造出一些令全人类都感到光荣的非凡事业。

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