0 引 言 

F-35 联合攻击机是美国洛马公司联合英国等 8个国家研制的一款隐身超音速多用途战斗机。该型飞机从 2006 年 AA-1 试验机首飞至今的十数年间,包括武器分离试验、武器精准投放试验、任务效能试验和多机对抗先进威胁试验等等在内的各类科研试验活动一直伴随其研制工作不断开展,其成体系、大规模的试验活动具有参考和借鉴价值。本文在阅读公开资料 F-35 联合攻击机近期鉴定试验情况的基础上,立足国内军用航空武器试验鉴定工作进行思考和研究,总结得出了航空装备试验鉴定工作在技术状态管控、装备缺陷管理、配套试验基础设施以及应当关注的其他专业领域等方面的若干启示。 

1 F-35 飞机近期主要试验情况 

F-35 联合攻击机于 2018 年 4 月之后全面转入初始作战使用试验与鉴定( IOT&E)。其近年来的试验活动可以从以下几个方面进行描述。

1.1外场试验全面完成

2019 年底,据美军作战试验鉴定局宣称,F-35联合攻击机初始作战使用外场试验已完成 91%,试验小组将在随后继续开展剩余的试验评估工作。2020-2021 年,F-35 完成的初始作战使用外场试验主要包括:1)隐身能力持久性试验;2)AIM-120导弹和宝石路 IV 激光制导炸弹在 GPS 拒止条件下的性能试验;3)压制和摧毁敌方防御力量的电子攻击试验;4)任务软件缺陷修正后的 AIM-120 导弹试验;5) F-35A 型机投放B61-12 核弹惰性弹飞行试验;6)对空进攻、对空防御、巡航导弹防御、压制/ 摧毁敌空中防御、电子攻击、近距空中支援、协同打击等多种不同任务使命下的威胁环境对抗试验。图 1是美国海军 F-35C 型机正在进行 AIM-120 导弹投放飞行试验。

截止 2021 年 7 月,F-35 联合攻击机初始作战使用外场试验已全面完成。

1.2 内场仿真测试进展缓慢

F-35 联合攻击机内场仿真测试用到的试验环境称为联合仿真环境(JSE),这是一种可扩展、高保真、通用化的仿真手段,能够模拟外场试验难以实现的高密度威胁场景。联合仿真环境被美国国防部认为是唯一的可以用来充分鉴定 F-35 综合能力的试验形式,F-35 联合攻击机任务系统大量的威胁作战条件测试和验证工作都需要在联合仿真环境中完成。

然而,联合仿真环境的开发需要对 F-35 飞机众多软件和硬件进行数字化建模与集成,这是一项非常复杂艰巨的任务,因此该项工作自 2015 年以来就一直迟滞。

2020 年,洛-马公司与美国海军航空系统司令部合作,持续开展 F-35 联合攻击机的数字模型集成工作。驾驶舱、视觉设备和建筑等物理设施以及地形、威胁、目标等合成环境的数字模型已经建设完备,建成的 F-35 联合攻击机全任务模拟器如图 2 所示。而其他各类威胁和武器模型的全面集成和联调尚未完成,多个模型之间交互的问题仍然存在。另外由于受到新冠疫情影响,项目软件集成调试进展缓慢,不足以支持开展 F-35 联合攻击机内场仿真测试工作。

2021 年,联合仿真环境开发团队在仿真技术优化和系统整体稳定性提升方面持续着力,但如需完成必要的验证,未来仍有大量工作需要开展。由约翰霍普金斯应用物理实验室、卡耐基梅隆大学和乔治亚理工学院联合完成的一份技术评估报告认为,必须为联合仿真环境追加足够的财政和人力投入,才能更好地支持 F-35 联合攻击机内场仿真测试工作。 

1.3实弹试验注重易损性、毁伤性评估 

实弹射击与评估(LFT&E)是 F-35 联合攻击机非常重要的试验大类。近年来,美军方在 F-35 项目中除了完成各类武器分离、精准投放试验之外,更加关注对易损性、毁伤性的试验评估。

2018 年 4 月,洛-马公司就发布了 F-35 易损性评估和实弹射击综合评价报告,描述了其在动态威胁条件下的易损性试验工作。2020 年,美军主要开展了 F-35B 型机电磁脉冲威胁耐受性系统级试验、第二三代头显对生化和放射性元素的防护能力试验,旨在全面评估 F-35 在非常规威胁条件下的易损性。

毁伤性试验评估方面,2020 年,美国空军向国防部作战试验鉴定局提交的两份报告详细记录了F-35 航炮毁伤性地面试验和空对地试验情况,而海军仍在对空对 F-35 对地打击时航炮的毁伤能力进行持续分析评价。后续美国防部作战试验鉴定局将出具一份独立的 F-35 航炮毁伤性评估报告,为该型飞机全速生产决策提供支撑依据。

1.4 作战数据完整性网络测试推进艰难 

F-35 联合攻击机特有的自主后勤信息系统(ALIS)是其操作支持、任务规划、供应链管理等多元功能的复杂集成,堪称“系统之系统”。洛-马公司宣称,借助该系统, F-35 飞机的维护成本相比F-22 可以降低 80%。然而,由于自主后勤信息系统实在过于复杂,其开发过程一直步履维艰。2020年,开发团队陆续发布了自主后勤信息系统 V3. 5的多个子版本,但大多数改进并没有消除长期存在的数据质量和完整性问题。由于自主后勤信息系统项目推进不力,2020 年初,美国国防部宣布将使用更加轻量和高效的作战数据完整性网络(ODIN)代替自主后勤信息系统,称之为“A2O(ALIS to ODIN)战略”,并计划在 2022 年底之前在所有的 F-35 飞行部队全面投入运行。 

2020 年,作战数据完整性网络继续开展相关开发和试验工作。9 月份美国海军陆战队某飞行中队完成 F-35B 型飞机作战数据完整性网络硬件加装,随后进行了数架次飞行试验活动。 

2021 年,面临资金限制和自主后勤信息系统软硬件老化等挑战,项目团队重新制订了从 ALIS 分阶段过渡到 ODIN 的计划,取代之前的快速过渡方案。2021 年的相关的开发工作主要集中在 ODIN 基础硬件换装、网络安全改进、软件稳定性提升和处理时间可用性优化等方面,此外还进行了任务规划支持环境的网络安全测试。后续还将开展严格的数据完整性测试。 

然而截止 2021 年初,作战数据完整性网络项目包括总体试验方案在内的关键战略文件尚未提供给美国国防部,因此作战试验鉴定局将无法对整个系统的发展和运行适用性开展充分鉴定评估,这为后续该系统部署的时间进程带来了一定风险。 

1.5 网络安全性试验仍是薄弱环节 

网络安全性试验的目的是评估武器装备在作战环境中识别网络漏洞、检查攻击路径、修复网络防御从而正常支持作战任务的能力。根据美国国防部政策要求,F-35 联合攻击机试验小组于 2015 年 2 月制定了网络安全性试验策略,经作战试验鉴定局批准后据此开展相关试验工作。

2020—2021 年,试验小组继续与美国国防部的各利益相关方合作,开展 F-35 联合攻击机网络安全试验,主要包括:1) 在马里兰州帕图克森特河微波暗室进行可变信息格式网络安全测试;2)在马里兰州帕图克森特河微波暗室进行导航系统的网络安全测试;3)在德克萨斯州沃思堡洛-马公司任务系统集成实验室进行武器接口网络安全测试;4)在德克萨斯州沃思堡和加利福尼亚州爱德华兹空军基地进行自主后勤信息系统合作脆弱性和渗透评估;5)在亚利桑那州尤马海军陆战队航空站进行任务规划支持环境(MPSE)合作脆弱性和渗透评估;6)在佛罗里达州埃格林空军基地对任务规划支持环境进行对抗评估。 

经过近几次相对成功的试验,一些与网络安全有关的系统问题得以暴露,但还未得到彻底解决。迄今为止,一方面对 F-35 联合攻击机供应链的网络安全试验还不够充分,另一方面飞机技术状态频繁迭代升级也可能会进一步增加软件开发环境的网络安全测试难度,因此试验小组必须继续制定合适的试验策略,以支持 F-35 联合攻击机后续持续开展网络安全测试。 

2 F-35 试验鉴定里程碑事件回顾 

美军规定的试验与鉴定工作分为研制与演示验证试验(SDD) 和初始作战使用试验( IOT&E) 两个阶段:研制与演示验证试验类似国内定义的性能试验,这类试验有较为完备的理论方法支撑和错综复杂的结构化组织,通过获取关键数据来评定飞机装备各项技术能力以及适航性、限制条件和安全性等;初始作战使用试验则类似国内定义的作战试验,强调把试验点带入到使用环境,以评估更为复杂和苛刻的任务场景下的装备能力。

对于 F-35 联合攻击机而言,研制与演示验证试验和初始作战使用试验虽说分属两个不同的试验鉴定阶段,但实际上时间框架存在一定交叠。图 3 回顾展示的是 F-35 联合攻击机研制与试验的重要里程碑时间节点。

3 对国内装备试鉴工作的启示 

在前文介绍 F-35 联合攻击机近期试验工作和回顾试验鉴定关键里程碑节点的基础上,本节我们着眼装备技术状态管控和缺陷管理、基础试验资源建设、虚拟仿真试验的应用和应当关注的其他试验领域等几个方面开展中美双方对比分析,期望能够对国内航空装备试验鉴定工作带来启示。

3. 1 技术状态管控 

F-35 联合攻击机项目自从 Block 3F 以来就广泛采取了所谓“持续能力开发和交付( C2D2)” 模式。相比于传统的瀑布式采办,C2D2 模式要求每 6个月更新一轮软件版本,更加迅速敏捷,也更加适应现代战争对武器装备能力渐进式提升的客观要求。然而,美国国防部也意识到这种能力提升形式存在风险:半年一轮的软件版本升级对开发者来说很难按计划交付新的能力增量;软件修正工作又常常会引入系统稳定性问题或者影响飞机其他交联功能;频繁的软件更新使得留给新代码的测试时间很短,进一步增大了软件错误的可能;缺乏仿真环境、实验室、试验机、模拟器等足够的试验基础设施来满足饱满的系统升级验证需求。 

与之相类似,国内目前各类新武器型号飞速发展,研制周期不断缩短、逐步释放装备能力成为常态。武器装备渐进式能力提升要求试验鉴定工作必须加强被试装备技术状态的管控能力,具体的措施例如:针对装备技术频繁变更的问题,提前规划布局仿真环境和它机平台等试验手段,发挥仿真试验和它机试飞的领先作用;拉通型号能力状态规划和年度升级计划,推行系统状态监管制度,严把升级关口;提高试验机构型管控水平,打包集中处理故障和其他及临时问题;提前谋划状态变更后的阶段性验证工作,减少计划外的频繁迭代验证。 

3. 2 装备缺陷管理 

一直以来,F-35 联合攻击机的缺陷问题备受瞩目,回顾历年的美国国防部试验鉴定局年度报告可知:2018 年 5 月完成 SDD 试验时,F-35 飞机 I 类缺陷多达 64 项,2020 年底初 IOT&E 外场部分即将结束时 I 类缺陷尚有 10 项。由于试验过程仍在不断暴露新问题,各类缺陷一直没有彻底根除。

实际上,美国试验鉴定工作的规范性、细致性和完备性使得缺陷问题的发现和纠正有一套成熟完善的体系。F-35 项目办公室认为,现有缺陷在当前的作战环境下可能会对作战任务产生影响,但仍然可以接受;美智库战略与预算评估中心表示,缺陷问题是 F-35 战斗机在复杂的现代化升级过程中必然面临的,美军也正在持续采取措施解决这些问题;美军现役飞行员也表示,F-35 仍然属于新装备,缺陷不可避免。 

国内近年来关于装备的缺陷问题的认知不断深化,并且新的试验鉴定工作要求越来越强化对装备缺陷问题的评价。在后续的工作中,试验鉴定部门应当更加关注装备缺陷管理能力:一方面从思想上提高认识,正视武器装备缺陷存在的客观规律,营造试验鉴定特有的“以发现装备缺陷、找到战斗力增长点为荣”文化氛围;另一方面在业务水平和管理能力上下功夫,按照安全性、适用性和效能的影响程度等方面明确缺陷认定、细化缺陷等级,建立装备全寿命周期、全试验流程、分阶段、分级别的动态管控科学模式。 

3. 3 基础试验资源 

美军认为,试验鉴定的质量在很大程度上取决于可用的试验工具和基础设施,通过这些工具和设施营造能够反映装备在作战中遭遇到的环境和场景,才能有效地检验被试装备战术性能。2019 年—2020 年,依托内华达州试验训练靶场和穆古角靶场16 部可编程开环式雷达辐射模拟器营造的敌方雷达和综合防空系统辐射信号试验环境,F-35 开展了近 20 次各类电磁对抗科目飞行试验,为验证电子攻击能力起到了至关重要的作用;此外,美军还特别呼吁各类内场测试实验室和露天靶场尽快升级,以满足为 F-35 各类试验训练任务开展的需要。由此可见,即便美军现有的装备试验设施和技术实力在全球范围内首屈一指,但其一直没有放缓相关的资源和资金投入,以保持对潜在对手的装备领先优势。 

国内方面,全新作战概念和新型装备涌现,推动着试验鉴定体系架构不断革新,相关科研机构近年来积极致力于装备试验能力的开拓提升工作。随着物联网、LVC 等新质技术发展应用,装备未来开展跨域联合多地的试验鉴定工作成为趋势。在此种局势下,更应当加大试验基础资源设施建设投入,例如打造专用的航空武器复杂环境和体系对抗性能试验靶场,以此扩充完善现有试验条件的物理域,进而实现向电磁域、信息域乃至认知域的纵深跨越提升。 

3. 4 仿真模拟试验 

美军极为重视仿真模拟试验在 F-35 研制中发挥的作用。F-35 联合攻击机试验与鉴定计划规定,约 43%的系统能力需要通过拥有全套飞行硬件、高保真模拟器和大型综合战术环境模型的仿真环境进行测试。从历年美国国防部试验鉴定局发布的年度报告可以看出,美军先后多次部署建模仿真方面的相关项目,用于测试 F-35 飞机高度复杂的软硬件系统。仿真模拟试验为 F-35 试验鉴定任务提供了必要的技术保障,大大提高工作的效率的同时还能有效控制成本。

国内装备试验鉴定领域对虚拟仿真技术的研究起步较晚,目前应用于航空装备的仿真模拟试验还存在很大局限性,特别是对于航电任务系统,仿真模拟试验还没有发挥出应有的价值。后续要加强仿真建模试验的项目布局和资金投入;更加注重虚实结合的试验手段和基于“预测-试验-比较”的试验鉴定模式;由军方、装备研制单位、试验鉴定机构等共同配合努力,联合建立被试对象数字样机模型,利用各类实装试验数据不断对模型进行修正校验,形成模型和仿真环境的构建规范,提高模型精度和仿真结果的可信度;利用仿真工具推演试验进程,优化试验方案,预测试验结果,特别是利用已有的试验数据推导补充边界状态和极限条件的装备效能;借助仿真模拟试验提高装备试验安全性,降低试验鉴定成本,提高试验鉴定效率。 

3. 5 其他试验领域 

从 F-35 联合攻击机开展各类试验的情况来看,美军装备试验鉴定工作中还关注很多不被国内熟知和掌握的领域,这些领域一定程度也为我军装备未来的试验鉴定工作指出了关注和发展的方向。

(1)网络安全性试验 

网络已经成为构成现代化武器装备的重要组成部分,随着武器装备中软件代码数量大幅增长,系统的复杂性和网络安全薄弱性正在不断提高。美国国防部陆续颁布了一系列有关网络安全试验鉴定的顶层指导文件,规范试验鉴定内容、程序和步骤。近年来,借助丰富的网络安全靶场条件,F-35 联合攻击机网络安全试验一直在持续深入开展。在网络安全试验领域,虽说近年来国内也有一些科研机构正在开展相关的研究,但距离在装备上开展的工程应用仍有很长的路要走。 

(2)互操作性试验

随着现代武器装备网络规模不断发展庞大,互操作性试验变得越来越重要。美军认为,军事信息装备互操作性是联合作战中夺取制信息权的关键,美国国防部明确要求必须对包括 F-35 联合攻击机在内的所有重大防务采办项目进行全生命周期的互操作性测试评估。美国国防部研制试验鉴定办公室编写了互操作性试验的相关指南,对互操作性试验的相关要求进行了明确。

(3)易损性试验 

从 F-35 联合攻击机试验鉴定的有关资料来看,广义的易损性试验其实是一个很大的范畴,包括火力、微波、激光、电磁等物理武器,生物武器,化学武器,放射性武器在内的多种攻击或威胁方式对被试装备的损坏程度,都可以通过易损性试验进行评估。国内方面技术积累还较为薄弱,更多还是关注物理武器致使的装备毁伤,对美军定义的生物、化学、放射性等“非常规威胁”易损性试验的相关研究工作开展甚少。 

4 结 语 

本文在回顾总结近年来 F-35 联合攻击机试验情况的基础上,站在航空装备试验鉴定的立场开展思考研究,提出了一些思路和后续发展方向,期望对今后更好地开展国内装备试验鉴定工作有所启发。未来,系统为用户提供了信息监视、预警、决策等平台,在态势可视化设计过程中应当充分遵循用户认知特性和习惯,从信息数量、关系、维度、主次等多层面出发,综合运用分层分级、关联聚合、时空多维、焦点推送等设计策略,有效解决态势显示问题,降低用户认知负荷,不断提升态势显示友好性与人机工效。