原创 发展中心 姜廷昀 2025-04-19 07:03 北京
《欧洲安全与防务》期刊在2024年4月发表《运输机未来发展趋势综述》，讨论了未来运输机的翼身融合体设计、地面效应飞机、垂直起降运输机、无人/有人驾驶、替代/可再生能源推进系统、亚轨道运输机等问题，分析了军事空运未来发展。
波音BWB隐身设计的俯视图清晰显示内置发动机和上部排气系统（美国波音公司图片）波音在2023年1月推出了自己的BWB战术运输机概念。该公司专门将其模型设计为隐身飞机。除BWB构型的标准优势外，波音模型还具备多项低可探测性的设计，包括遮蔽式发动机进气道、棱线边缘、相对尖锐的喙状机鼻和展开式尾翼。内置发动机和朝上的相对扁平的发动机喷气口进一步降低雷达和热信号特征。该公司强调该设计仍处于早期概念阶段，存在较大改进空间；2023年初，波音推测其可在未来10至15年内发展为实用运输机。三、地面效应飞机美国防部国防高级研究计划局（DARPA）通过“自由升降机”（Liberty Lifter）计划和“速度与不依赖跑道技术”（SPRINT）计划研究多项非常规概念。与翼身融合不同，这些概念不依赖降低信号特征，而是采用其他方法实现最低可探测性和高生存力。两种概念均完全脱离跑道或着陆上基础设施。“自由升降机”是地面效应飞机概念。美空军于2023年1月向极光飞行科学公司和通用原子航空系统公司（GA-ASI）授予竞争性原型设计合同。该计划第二阶段将于2024年中期启动，将筛选出一个承包商进行高级设计工作，最终建造并试飞全尺寸验证机（译者注：2024年5月，极光飞行科学公司的“自由升降机”水上飞机项目的原型机设计已经被美国军方采纳，签署了价值830万美元的研发合同，用于推进该项目研发）。DARPA表示验证机首飞计划在2027年底或2028年初。该机构的要求包括：具备地面效应长距离贴海飞行能力，以及最高3100米高度的常规飞行能力；具备在4级海况条件下海面起降能力，并能在5级海况持续作业；货运能力需达到或超过C-17。通用原子的“自由升降机”概念采用三段翼段连接的双船体设计（DARPA图片）极光飞行科学公司的“自由升降机”更接近传统的水上飞机，采用单机身、上单翼、梯形尾翼，8台螺旋桨发动机悬吊在机翼下方（DARPA图片）该飞机将用于滨海区域或岛屿间的运输，以超越现有海运平台的速度投送人员、大型装备或大宗物资。鉴于这些特征，其设计明显倾向满足印太战区需求。DARPA在2023年2月1日的新闻稿提到最终将与国防部和国际伙伴合作开发实用飞机。不过，考虑到正在评估的更廉价方案（例如为C-130运输机加装可拆卸浮筒以实现海面起降），该概念能否超越X验证机阶段仍存疑。四、垂直起降运输机垂直起降系统也在考虑之列，旨在为缺乏临时跑道（如公路或平整场地）的前沿作战单位提供补给。直升机和V-22倾转旋翼机具备此能力，但未来垂直起降飞机必须在速度、航程和生存能力方面超越现有装备。在此背景下，米尼汉将军特别提及DARPA的“速度和不依赖跑道技术”（SPRINT）计划。该计划旨在开发巡航速度741-833千米/小时（400–450节，比V-22快278-370千米/小时）的喷气飞机，并能在需要时转换为垂直模式，在无合适跑道的简陋场地着陆。据DARPA称，SPRINT的垂直起降X验证机只进行技术验证，没有未来实际开发和采办计划。DARPA表示飞行测试计划旨在验证不同尺寸军机的赋能技术和集成概念。极光飞行科学公司、贝尔德事隆、诺斯罗普·格鲁曼和皮亚塞茨基飞机公司四家公司已获得初始概念设计合同。DARPA在有效载荷能力或有人/无人操作等因素上给予企业较大自由度。初始设计评审定于2024年5月，随后将淘汰部分竞争者（译者注：DARPA在2024年5月已选定极光飞行科学公司和贝尔德事隆公司在SPRINT计划下继续推进X验证机的设计）。2025年夏末计划进行再次筛选，2027年初开始验证机飞行测试。贝尔公司2021年宣布正在开发三型高速垂直起降（HSVTOL）飞机家族，涵盖1800千克无人机至45500千克级（接近C-130尺寸）有人驾驶平台。每型都将采用倾转旋翼垂直起飞和喷气动力水平飞行的双推进系统，预计巡航速度超741千米/小时（400节）。信号特征抑制技术及电子/红外对抗措施将提升生存能力。具备此类能力特征的运输机最适合向高度争议区域投送人员物资。截至2024年初，相关技术评估已在新墨西哥州霍洛曼空军基地展开。贝尔的大、中、轻型高速垂直起降（HSVTOL）概念，背景中的C-130和V-22提供尺寸参照（美国贝尔德事隆公司图片）除DARPA的SPRINT计划外，其他垂直起降货运项目也在推进中，包括正投入使用的民用货运无人机。旧金山埃尔罗伊航空公司已获得500架“丛林”无人机订单，该机可载重136千克、航程500千米、巡航速度232千米／时（125节），并能在5平方米区域内着陆。混合电推系统由8个垂直升力风扇和4个水平飞行电动螺旋桨组成，机载燃气涡轮发电机可在飞行中为电池充电，从而提升航时和航程。有效载荷通过外挂吊舱运输，可实现自主投放或回收。埃尔罗伊航空公司的“丛林”无人机正接受美空军测试（埃尔罗伊航空公司图片）尽管“丛林”主要面向民用货运市场，但埃尔罗伊航空公司也获得了美空军的研发资金。此类构型飞机将填补小型无人机与有人机之间的空白，适合为分散的排连级单位提供补给。“丛林”本身可通过战术运输机或12米集装箱运入战区。该系统计划2024年完成试飞并开始交付，后续年份启动商业客户全面交付（译者注：还没有关于该型无人机的交付报道，2024年底还为海军和海军陆战队进行了演示验证）。这种相对低成本且可大规模采购的飞机适合高风险争议区域使用，并可在更先进下一代装备应用前提供过渡解决方案。五、无人／可选有人驾驶目前几乎所有飞机类别都在测试无人平台适用性，运输机亦不例外。中国腾盾科技2022年10月宣布其"天蝎"D货运无人机首飞。该双用途飞机具备1.5吨或5立方米有效载荷能力，似乎适合短距或简陋场地起降。西方企业正从小型到大型飞机全谱系发展类似能力。伦敦Droneliner公司提出DL200和DL350两种概念设计，有效载荷分别为182吨和318吨。凭借预计的12038千米（6500海里）无加油航程和空中加油能力，这些设计有望实现次日全球货运。DL200和DL350配备全自动滚装卸货系统，货舱分别能容纳最多40个或80个标准6米ISO集装箱。据该公司称，快速装卸时间和4:1的载重燃油比（通过使用高燃油效率发动机实现），有望降低70%空运成本。
DL200无人运输机采用电推进设计，可搭载35～40个国际标准集装箱（多尼尔公司图片）尽管Droneliner主要瞄准民用货运市场，但其设计包含遥控空投选项。除该能力外，宽体无人运输机可快速将装备物资从北美或欧洲运至战区的安全物流枢纽，再转接战术运输机。这将减轻人员机组压力，腾出飞行员主要执行战区补给任务。当前多国招募和保留飞行人员的困难，节省飞行员尤为重要。开发全自主运输机需人工智能技术的进步。中短期内，军方是否会将重要战备物资委托给全自主飞机尚存疑，而用无人运输机运送部队则更不可能。增强自动化可减少驾驶舱人力需求，比如允许单飞行员操作，美空军已在考虑为KC-46加油机采用此类方案。六、替代/可再生能源推进系统新型推进方案是另一个受关注领域。尽管主要是工业界希望在民机市场推广，但国防领域也对提升燃油效率，降低对进口石油依赖和减排感兴趣。研发工作通常分为两类：替代燃料（亦称可持续燃料）和电力推进。氢能目前看来是替代碳氢燃料的最优选项。氢推进存在三种不同概念：第一，氢燃料，简单用液态氢取代碳氢燃料，需修改发动机燃料室，但整体推进过程基本不变；第二，使用氢燃料电池驱动电动机，这种电推进系统将彻底改变现有体系；第三，将氢燃料燃气轮机与氢燃料电池结合形成混合推进系统。多家企业正在研究这些技术，主要集中于小型机体。空客通过ZEROe计划同时开发三型氢动力概念机，成为该技术应用于大型飞机的全球领导者。这包括前述BWB概念、两款采用混合氢电系统的传统构型飞机（一款涡扇，一款涡桨），以及一型氢燃料电池驱动的电动螺旋桨概念。该公司希望2035年前推出全球首款全氢动力商用飞机。作为过渡步骤，空客计划2026年开展A380客机改装验证机试飞，该机将结合氢燃料涡轮和氢燃料电池实现混合推进。空客为多种运输机构型（从传统管状机身到BWB设计）研发零排放氢推进系统飞机（空客公司图片）然而挑战依然存在。值得注意的是，空客对其第一代ZEROe概念的载客量和航程预期显著低于同类碳氢动力空客运输机。按重量计，液态氢能值远高于碳氢燃料，但其密度显著较低抵消了这一优势，导致需要更多燃料装载空间，还需专用（通常较重）存储容器。添加燃料电池进一步增加重量负担。随着时间推移，这些挑战或将找到解决方案。不过行业分析认为，即便氢动力飞机在2035年左右开始服役，也要接近2050年才能完全成熟。军事空运不太可能成为替代燃料的先驱，革命性推进系统更可能出现在"下下一代"军用运输机。七、亚轨道运输最具革命性的概念是通过亚轨道飞行实施物资投送。原则上该概念超出运输机范畴，其设想使用火箭运载货舱。要实现亚轨道飞行，运载器需到达距地表100千米的卡门线，再入大气层并着陆。尽管这种构想类似科幻，美空军多年来一直在积极研究亚轨道运输。"在太空领域的创造性思维方面，我认为没有什么是禁区，"时任空军负责采办、技术与后勤的助理部长威尔·罗珀在2020年11月表示，"当你能用太空舱发射一个简陋空军基地时，这简直太棒了！只需让它在半个地球外降落，携带维护和操作小型机队所需的一切：加油、重新武装并重返战斗。"罗珀在五角大楼简报会上的发言呼应了时任美国运输司令部司令史蒂芬·莱昂斯将军一个月前的声明："设想将80吨（相当于C-17载荷）在一小时内投送至全球任意地点。我们应该挑战自我，以不同方式思考未来力量投送，以及火箭货运如何参与其中。"2021年，美空军将"火箭货运"计划提升为高优先级项目。星舰可复用飞船概念（美国SpaceX公司图片）为实现该目标，美空军研究实验室（AFRL）已与五家企业签署合作研发协议（CRADA），研究亚轨道"点对点"投送潜力。SpaceX正在开发的"星舰"运载火箭受到特别关注。星舰上面级由六台发动机驱动，其中三台可在再入阶段调整着陆姿态后实施受控"软着陆"。此外，有效载荷可在飞行中抛投。据SpaceX称，火箭货舱具备100-150吨容量。2022年启动的持续研究计划分析星舰商业发射和着陆数据，评估其货舱与美军集装箱系统的兼容性，最终实施载货星舰发射和着陆演示。据火箭货运计划首席科学家格雷格·斯潘杰斯称，此类飞行测试最早可能在2026年进行。然而成功测试不意味着该概念接近实用成熟。诸多挑战依然存在，包括开发标准化货柜以保护设备和物资免受发射和再入影响，同时保持与传统军用地面/空中载具的兼容性。另一高成本难题是需要在美国本土和海外建设多个专用航天发射场。从偏远孤立着陆点回收可复用上面级也存疑，特别是在战时条件下。多数专家认为实现该构想仍需数十年时间。考虑到对手可能将补给任务误判为核攻击并发动反击的风险，十年时间充分验证或许是件好事。八、最可能成功的路径下一代及远期运输机最重要的考量因素将是：敏捷性、生存力、对基础设施依赖最小化、为分散地点的补给能力，以及相对较低的运营成本。现有或正在研发的轻质高强度复合材料将允许建造更具气动效率和更低RCS的新构型（如BWB）。除降低信号特征外，这些材料还将降低机体重量，从而提升燃油效率、航程和速度。开放架构将允许飞机最大限度适应新作战环境条件，或在主要任务外承担额外任务。2024年2月，米尼汉将军进一步详述了美空军对未来机动平台（无论是加油机还是运输机）的愿景。提到的选项包括充当通信节点或增加指挥控制/作战管理能力。他在科罗拉多州空天军协会作战研讨会上表示："我们在这些飞机上拥有巨大的空间来实现互联互通，可以为更伟大的事业服务……且不会让空军破产"。美国的情况必然也适用于其他国家军用运输机机队。生存能力提升（至少对威胁环境中的运输机而言）可能还包括防御性（也可包括进攻性）电子战套件，以及控制武装无人护航机的能力。添加电子支援措施将允许运输机在例行运输任务中收集电子情报。2022年11月9日挪威安岛太空防御靶场的“快速龙”演示。虽然该概念设想使用巡航导弹，但也可包含诱饵和无人机等其他空射武器（美空军国民警卫队图片）运输机与具备货运能力的加油机也将作为辅助武器发射平台使用。美空军于2021年开始测试“快速龙”概念，从C-130和C-17运输机发射托盘化巡航导弹。美国盟友迅速表现出兴趣，促成2022年北约演习期间的概念演示。2024年2月，米尼汉将军宣布计划在2024年7月或8月测试从机动运输机发射100架无人机（译者注：截止2025年4月，没有公开报道美空军实施了该项测试）。这些概念对所有拥有中大型运输机的国家都具有可行性，使缺乏轰炸机编队的部队也能投射大量远程武器或智能弹药。技术越复杂，飞机成本越高。未来空运机队最可能形成分层式运输接力链。部分机型将配备尖端生存手段（包括低可观测涂层和垂直起降能力），适用于高对抗环境的前线任务。它们可能与有人／无人护航编队协同部署，甚至自身实现无人化。对于远离前线的战区内行动，配备防御性电子对抗装置，或配备动能/定向能武器的大型有人运输机将承担向枢纽基地输送物资兵员的任务。翼身融合设计等技术使这类飞机能从短距或简陋场地起降。在低威胁环境中，大容量高燃油效率运输机将继续依托完善军民机场实施战区投送。***************姜廷昀先生此前已为《空天防务观察》提供16篇专栏文章，如下所列：第1篇，日本正式列装自行研制的C-2大型运输机，2017年12月8日；
第3篇，日本航空自卫队公布F-35A战斗机坠毁的最终调查结果，2019年8月14日；
第4篇，外军军用运输机用上机上WI-FI，2019年8月19日；
第5篇，“祸”不单行？波音公司KC-46A加油机交付半年，问题不断，2019年8月28日；
第6篇，日本2020财年国防预算中的航空装备发展安排，2019年9月9日；
第7篇，美军在阿富汗、伊拉克和叙利亚的空中作战统计情况一瞥，2020年2月16日；
第8篇，无人垂直起降航空器将使空运无处不在，2020年5月11日；
第9篇，明人摸“象”！俄罗斯重型运输机方案“大象”离飞起来还差几步？，2020年5月26日；
第10篇，空客将继续开发无人自主空中加油（A4R）系统，2022年8月17日；
第11篇，超高效新赛道上的新势力！美国捷零公司研制翼身融合体原型机进展，2024年3月19日；
第12篇，锦上添花！美军利用商业空中加油服务情况分析，2024年8月28日；
第13篇，欧洲进击！欧洲启动重型空运装备方案论证，2024年9月19日；第14篇，国外军用运输机民用情况浅析，2025年3月17日；第15篇，强大的事业要有鲜活的组织！美空运／加油机协会（A/TA）及其最近的大会简介，2025年3月30日；第16篇，治理科学化、专业化！美空军航空安全管理概况和主要措施，2025年3月31日。有兴趣的读者，可点击上列文章（链接），阅读原文。（中国航空工业发展研究中心姜廷昀）