來源:科工力量

打造轟20,需要什麼樣的航空工業?

“Sorry,有隱轟真的可以爲所欲爲”

新年伊始,中國人民解放軍空軍2021年度招飛宣傳片“出圈了”,這部四分鐘的短片由空軍在線微博賬號發佈後,獲得了高達62萬次轉發,如此驚人的現象級傳播效果,除了因爲參演的易烊千璽、吳京等巨星流量加持,還與片尾的“彩蛋”有密不可分的關係:易烊千璽飾演的年輕一代飛行員向未來,見證了一架新型大飛機隆重登場,在幕布的覆蓋下,酷似美國B-2隱形轟炸機的飛翼狀輪廓清晰可見。

 (空軍招飛宣傳片末尾的“彩蛋”)

所謂空穴來風,事必有因,這個空軍官方宣傳片中的彩蛋,立刻被認爲是坊間議論多年的“轟-20”隱形轟炸機已經邁過研發里程碑、即將亮相的信號,受到這種熱情的帶動,轟-20可能的研製單位之一—中航西飛股價也創出了近年新高。

爲什麼國內公衆對於“轟-20”有如此之高的熱情?因爲在一整代中國人的集體記憶裏,隱形轟炸機是國家實力乃至國運的代表性符號,寄託着渴盼與屈辱的複雜情緒。

1999年3月24日,北約聯軍繞開聯合國,正式開始武力干預南斯拉夫內部局勢,對於北約大規模空襲,外界預期起初均十分謹慎,張召忠老師甚至留下了著名語錄:“我從空襲第三天就開始預測,地面戰不可避免”,然而隱身作戰飛機與GPS精確制導武器的集中使用,卻產生了令人震撼的效果,短短78天的空襲,就使南斯拉夫喪失抵抗能力,不得不接受對科索沃的國際接管。

在空襲中,美國空軍調動6架B-2隱形轟炸機,執行了40多架次作戰任務,每次都是從北美大陸腹地的懷特曼基地起飛,橫跨大西洋、地中海,在南斯拉夫上空投彈後直接返回本土基地,往返不間斷飛行30小時。

B-2這四十多次出擊,在北約聯軍總計7000多架次對地攻擊中佔比不到1%,然而B-2所摧毀的地面目標,卻佔到空襲中前期戰果的三分之一,其中很多還是普通軍用飛機難以解決的深遠後方嚴密設防目標,堪稱起到了攻堅的決定性作用。

(美國空軍簡報中透露的震撼性打擊效果)

B-2履險如夷的表現,借用一句名臺詞來形容,樹立起了“Sorry,有隱形轟炸機就是可以爲所欲爲”的標誌性形象。

也正是在南斯拉夫“爲所欲爲”的B-2,製造了刻在幾代中國人集體記憶中的“五八炸館”事件,事後美國官方一聲輕描淡寫的“Sorry”,深深刺痛了國人的民族情感。

落後就要捱打,能戰方能止戰,在科索沃戰爭中,中國人形成了這樣的共識性認知,中國國防現代化的新浪潮就此展開並延續至今,隱形轟炸機儼然成爲這個前仆後繼的追趕進程某種終極衡量標尺。

皇冠上的明珠

大型遠程轟炸機,也被叫做戰略轟炸機,既然冠以“戰略”二字,足見其貴重,當然不是等閒國家就可以使用或能擁有的,而類似B-2這樣的隱形轟炸機,更是戰略轟炸機類別中皇冠上的明珠,即便強如美國,B-2也不過才生產了21架,連同研製階段的投入,攤到每架飛機上的成本高達20億美元以上,按照同期金價測算,成本甚至超過了與飛機同等重量的純金。

爲什麼隱形轟炸機如此昂貴?顧名思義,隱形的意思是讓敵方雷達“看不見”,從而在以雷達爲主要探測手段的防空體系中能夠實現“來去自由”,如同人眼“看見”物體依靠的是光線的反射,雷達探測目標靠的則是微波的反射,因此飛機要隱形,就需要儘可能減少雷達回波,以B-2爲例,衡量其隱形能力的指標—雷達橫截面積(RCS)約爲0.1平方米,僅與一隻大雁相當,要實現這樣的指標,在飛機外形、蒙皮材料、製造工藝乃至日常維護等方面都有着特殊要求,成本也隨之達到了驚人水平。

(重達上百噸,翼展五十多米的B-2戰略轟炸機,RCS僅相當於一隻飛鳥)

況且隱形轟炸機還不是一擲千金就能“砸”得出來,非常規的飛機氣動外形需要特殊的飛行控制律和飛控硬件配套,考驗着空氣動力學和微電子產業基礎,飛機表面的蒙皮材質和安裝都有特殊要求,背後體現的則是材料科學和精密製造能力,這些關鍵領域的產業基礎如同箍木桶的板條,稍有欠缺,最終成品性能就有云泥之別。

在這方面,前蘇聯就是最好的反例,蘇聯物理學家彼得·烏菲姆採夫(Pyotr Ufimtsev)率先建立了電磁波在物體表面反射的數學分析方法,上世紀七十年代,烏菲姆採夫的論文被翻譯成英文,極大啓發了還在經驗方法和吸波材料中打轉的美國空軍,氣動外形的隱身設計方法一下子取得突破,然而在美國隱形飛機快速實用化的同時,烏菲姆採夫的祖國蘇聯在這一領域則遲遲無法突破,即便到今天,其後繼者俄羅斯舉國之力研製的T-50新一代戰鬥機,也普遍被認爲是五代機中隱身指標墊底的一員。

甚至就連美國自己,隱形轟炸機在B-2之後想要百尺竿頭再進一步也遇到了明顯瓶頸,正在研製的美國新一代隱形轟炸機B-21,先後經歷了十餘年論證預研,其間不乏各種猶如科幻電影設定的酷炫高隱身超音速方案,但隨着在產業能力和軍費財力限制下的不斷妥協,最終外形儼然是B-2的縮水微調版。

大飛機的中國夢

傳說中的轟-20當下還僅僅是傳說,但在戰略轟炸機這一領域,中國人其實早早已經入場。

早在1970年代,在蘇聯的巨大軍事壓力下,中國空軍就已經提出了發展遠程轟炸機的需求,最早的方案是對現成的轟-6進行改造,翼根的原發動機位置和機翼下,合計安裝四臺英國引進的斯貝渦扇發動機,這一改裝方案可以明顯改善轟-6航程,但如果要從中國西部地區起飛,對烏拉爾和莫斯科工業帶進行戰略轟炸,飛機航程至少要達到10000公里以上,超出了轟-6改裝潛力,必須重起爐竈。

在空軍下達“遠程戰略轟炸機”任務後,研製單位提出的新機方案機體部分基本是轟-6的放大,取消了翼根發動機艙,而是在機翼下吊掛四臺渦扇-6甲(910甲)發動機,或是6臺波音707客機同款JT-3,在性能上,載彈7噸的情況下設計航程可以達到11000公里,雖然與美國的B-52尚有差距,但已經足以覆蓋蘇聯核心政治經濟區域。

(航空史專家遠林繪製的遠轟設想)

儘管遠轟很快下馬,並未進入詳細設計階段,但仍然與戰略運輸機(老運9),大客(運10)三位一體,形成了中國人“大飛機”的第一次求索熱潮。

隨着改革開放的時代到來,在世界經濟潮流中逐浪的中國必須輕裝上陣,而當時的名義軍費開支和國防科工領域國家投資,佔GDP比重甚至超過了一向號稱“窮兵黷武”的美帝國主義,削減項目勢在必行,“大飛機”的嘗試就此沉寂。

直到1999年5月8日,B-2向貝爾格萊德中國使館投下的那五枚炸彈,改變了中國國防科技工業的發展軌跡,使相關科研生產能力快速拉近了與世界先進水平的差距,而經過此前二十年“軍轉民”戰略的實施,國防科技工業再也不是與民生經濟缺少交集的“平行世界”,而是成爲中國高科技產業的有機組成部分,因而軍品市場的牽引帶動,也成爲新世紀以來中國高科技產業發展的有力引擎。

產業基礎取得長足發展後,2007年,沉寂多年的國產“大飛機”再度上馬,國務院直接決策,明確了“軍民兩立”,上海西安兩地佈局的戰略框架,產業基礎結合戰略決心、體制創新,使得中國人“大飛機”的第二次求索成果斐然,2013年1月,2017年5月,戰略運輸機運-20和幹線客機C-919相繼實現首飛,進度更快的運-20已經批量交付空軍,在今年以來支援國內外疫情等活動中,已經發揮了巨大作用,頻頻出現在國內外新聞中,展示了中國空軍初步成型的戰略空運能力,已經積累了上千架訂單的C-919,目前局方取證試飛和批量生產進展也較爲順利,預計在今年就有望向東航交付首架客機投入商業運營。

隱轟,中國能不能造?

在大運、大客量產後,“大飛機”三位一體中最後的懸念,戰略轟炸機,自然也吸引了越來越多的討論和關注,沒有人會認爲中國人有興趣抄陳年作業,戰略轟炸機如果存在,那麼必然會對標世界最高水平,也就是戰略轟炸機中最高端的隱形轟炸機。

中國人做得到麼?

正如上文中提到的,能不能造出隱轟這一最終產品,取決於氣動、動力、材料、電子等科工關鍵領域的能力積澱,它們如同箍木桶的板條,任何一片短板,都會讓隱轟這一人造航空器的“王者”可望而不可即。

氣動外形上,在B-2完成了亞音速隱形轟炸機“產品定義”後,理想型的電磁反射菱形機體,加上兼顧飛行性能的兩片機翼不同後掠角和展弦比變化,都難以脫離迴旋鏢形狀的“飛翼”式佈局框架,對於這一“異形”氣動佈局及其隱身特性數值計算,中國航空科研院所已經進行了多年研究,並且在高端無人作戰飛機上已經實現了應用,這個領域,中國人,行的。

 

 去年10月拍攝的中國測試設施中兩個“奇怪”的飛翼模型

 航空動力領域,被唸叨了多年,乃至普通中國人都耳熟能詳的發動機“心臟病”,隨着數十年科研和用戶部門百折不撓屢敗屢戰的堅持,以及近年來“兩機專項”的大手筆投入,已經呈現出技術“過關了”的良好態勢,據信,換裝國產大推力渦扇發動機的運-20“完全版”已經實現了首飛,而爲國產大客機配套的長江-1000發動機,目前進度也較爲順利,正是由於國產發動機“撐腰”的底氣,在去年美國威脅對C-919發動機“禁運”的關頭,中方的反應相當淡定。

在吸波材料和製造工藝方面,中國航空產業的能力,已經在殲-20上得到了充分展現,更重要的是,可能實現隱身能力新的革命的智能蒙皮技術,中國目前已經走在了世界最前沿,以超表面材料爲例,已經跳出了被動吸收電磁波的範疇,而是能夠主動調製回波的頻率和指向,在5G、6G通信中也將有很廣闊的應用前景。

而在可能是最不爲外界注意,最沒有酷炫“科技感”,卻也可能是決定大型工程生死成敗最重要的項目管理能力上,中國航空工業也已經開啓了意義深遠的創新和變革。

事實上,作爲中國“大飛機”的破冰項目,運-20的意義不僅在於交出了這麼一個硬件,更是中國航空工業傳統項目研製流程的一次“變法”。

 (典型的傳統總師制組織架構)

在空前複雜度的“大運”研製中,從頂層項目管理上市場化機制的引入,到設計、試製、均衡生產全流程的並行工程實踐,再到每個具體階段如設計環節的數字發圖、快速試製、在線關聯等工具和組織革新,極大革除了國內航空科研傳統上行政指揮方式積累的許多如運動式996會戰、各分系統單位乃至同一廠所不同職能部門各自爲戰,成本控制目標形同虛設動輒“拖降漲”等弊病,使運-20成爲中國航空工業歷史上可能是項目進度最流暢,生產使用“毛病”最少的優質工程。

通過運-20工程牽引所開啓的這場深遠變革,在傳承發揚航空報國志氣的同時,也將國際航空工業界許多優秀做法拿來爲我所用,在超級工程管理和組織的軟科學層面,也已爲所謂的轟-20研製奠定了堅實的基礎。

隱轟,中國會不會造?

通過對一些關鍵要素的梳理,不難得出這樣的結論,中國航空工業有能力造出一架隱形轟炸機,但是,中國真的會這麼做麼?

要回答這個問題,我們不妨先舉一個日常生活中的例子,家裏地板髒了,該如何打掃?有人會選擇買一個掃地機器人,有人會選擇直接用掃帚掃掉,也有人會選擇網上預約一次上門保潔,類似的,隱形轟炸機只是一種工具,需不需要這個工具,取決於需要用工具去做到什麼事情,以及做到這件事情還有哪些可行的工具。

在美國新一代隱形轟炸機B-21漫長的前期論證中,就按照這樣的思路,聚焦於戰略打擊這個最終目的,去審視什麼樣的工具最具優勢,從而完全跳出了隱形轟炸機,乃至轟炸機這個思維框架,除了各種空天飛機、高速導彈,甚至還出現過用類似獵鷹-1的小型火箭,開發重複使用垂直髮射軌道轟炸機的腦洞,最終發展方向重新收斂到隱形轟炸機,除了美國空軍這一用戶部門的內部派系慣性,更重要的原因是,在其他更“科幻”的技術方向上,反覆的失敗、固化的利益、緊張的預算,已經讓美國人對不確定性很大的新興技術攻關有了一絲力不從心之感。

對於中國人而言,轟-20這樣的隱形轟炸機會不會成真,也取決於戰略需求和不同實現工具的權衡比較。

從需求上看,中國的基本地理和地緣條件,決定了隱形轟炸機其實處於比較尷尬的境地,在沒有海外基地部署全球空中加油網絡的情況下,隱轟航程可能的覆蓋範圍與現有的中程常規導彈沒有實質差別,要真正實現戰略轟炸機的“戰略”價值,比如對北美大陸的有效威懾,航程要求基本已經超出了人類現有航空器技術能力邊界。

(一篇國內文獻中對空射小型高超音速導彈打擊能力的測算)

從工具的選項看,美國在下一代遠程打擊能力規劃中想做而沒做到的,也就是臨近空間高超音速技術的發展,在中國則進展迅速,如果有一步到位“跨代”的高速甚至高超音速航空器,數個小時就能往返太平洋執行任務,那麼似乎也沒有必要再在一個更低的技術臺階上浪費資源和時間。

當然,無論隱轟會否成真,“轟-20”在輿論場上的熱鬧,都體現了中國航空工業的長足進步,令公衆對戰略轟炸機這一“國之重器”的實現,有了充足信心和期待,這種對自己國家科學與工程能力的公衆熱情,在近代以來英美蘇等大國的國勢上升期屢見不鮮,中國航空工業乃至更廣義的中國科工力量,一定將會與黃金時代的那些大國同行類似,創造出一些令全人類都感到光榮的非凡事業。

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