NF-16D / F-16 VISTA/MATV / X-62A：變穩(wěn)定性、推力矢量與“忠誠(chéng)僚機(jī)”

繼 F-16 AFTI 之后，NF-16D 接過(guò)了飛行實(shí)驗(yàn)的接力棒。它既被稱為 VISTA，也被稱為 MATV，后來(lái)還被命名為 X-62A。

1988年，美國(guó)空軍與通用動(dòng)力公司（General Dynamics）簽訂合同，研制并建造名為 VISTA（Variable stability In-flight Simulator Test Aircraft，空中模擬飛行變穩(wěn)定性測(cè)試機(jī)）的飛行實(shí)驗(yàn)室。該機(jī)旨在研究飛機(jī)在不同穩(wěn)定性余度下的操縱性，即具有可變穩(wěn)定性余度的飛機(jī)。其中，控制系統(tǒng)由 Calspan 公司負(fù)責(zé)，整個(gè) VISTA 項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)工作由賴特-帕特森空軍基地的空軍實(shí)驗(yàn)室（Air Force Laboratory）執(zhí)行，NASA 和海軍航空兵也參與了相關(guān)工作。

這架飛行實(shí)驗(yàn)室是由一架 Block 30 批次的雙座型 F-16D 改裝而來(lái)的。該雙座機(jī)在結(jié)構(gòu)上與為以色列空軍制造的 F-16D 相似，其垂尾根部配有減速傘艙。改裝后的飛機(jī)被賦予代號(hào) NF-16D。前綴“N”表示該機(jī)無(wú)法恢復(fù)到原始狀態(tài)；但在實(shí)際使用中，更常使用的是其非正式名稱 F-16D VISTA。

NF-16D VISTA 與 MATV 項(xiàng)目：技術(shù)細(xì)節(jié)與突破

NF-16D 獲得了獨(dú)特的控制機(jī)構(gòu)——在兩個(gè)座艙內(nèi)，除了側(cè)桿外，還額外安裝了中央操縱桿（РУС）。側(cè)桿和中央操縱桿的控制信號(hào)既可以基于力梯度（如普通 F-16），也可以基于操縱桿偏離中立位的位移（如所有常規(guī)飛機(jī)）。穩(wěn)定裕度的改變由 VSS（Variable Stability System，可變穩(wěn)定性系統(tǒng)） 提供保障。除前緣襟翼和減速板外，所有控制面均由 VSS 系統(tǒng)控制。穩(wěn)定裕度的改變是通過(guò)各控制面在不同組合下的同步偏轉(zhuǎn)以及改變發(fā)動(dòng)機(jī)推力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。機(jī)上安裝了大量的監(jiān)控記錄設(shè)備（КЗА）。這些額外的設(shè)備（VSS 和 КЗА）被安置在加大的**背鰭（гаргрот）**內(nèi)，這使得 NF-16D 的外觀與 F-16 AFTI 非常相似。

NF-16D 根據(jù) VISTA 計(jì)劃進(jìn)行的測(cè)試于 1988 年至 1992 年間在愛(ài)德華茲空軍基地進(jìn)行。該機(jī)展示了在高達(dá) 86° 攻角下執(zhí)行穩(wěn)定飛行的能力；而量產(chǎn)型 F-16 的電傳操縱系統(tǒng)（ЭДСУ）不允許攻角超過(guò) 25°。

從總體上看，MATV（Multi-Axis Thrust-Vectoring，多軸推力矢量） 研究計(jì)劃具有很強(qiáng)的應(yīng)用性質(zhì)——即確定配備推力矢量發(fā)動(dòng)機(jī)在空戰(zhàn)中的優(yōu)缺點(diǎn)。MATV 計(jì)劃與 VISTA 計(jì)劃并無(wú)直接關(guān)系。相關(guān)工作始于 1991 年，由以色列和美國(guó)合作開(kāi)展。以色列于 1992 年退出該計(jì)劃，但美國(guó)人繼續(xù)了研究。工作計(jì)劃預(yù)想在能夠進(jìn)行空戰(zhàn)的飛行實(shí)驗(yàn)室上，對(duì)配備全向偏轉(zhuǎn)噴管的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行飛行測(cè)試。作為飛行實(shí)驗(yàn)室（ЛЛ），計(jì)劃使用一架配備數(shù)字電傳操縱系統(tǒng)且內(nèi)部空間足以容納監(jiān)控記錄設(shè)備（КЗ?。┑碾p座戰(zhàn)斗機(jī)。當(dāng)時(shí)處于閑置狀態(tài)且已完成改裝的 NF-16D 非常適合用作 MATV 的飛行實(shí)驗(yàn)室。

NF-16D 的現(xiàn)代化改裝于 1993 年初完成。這種結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的噴管可在任何方向提供高達(dá) 18° 的推力矢量偏轉(zhuǎn)角，并被安裝在量產(chǎn)型 F110-GE-100 渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上。配備新噴管的 F110 發(fā)動(dòng)機(jī)和 VEC（Vector Electronic Control，矢量電子控制） 數(shù)字發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)被安裝在 NF-16D 上，取代了原有的 F100。由于較重的噴管和帶有反旋松降落傘艙的支架導(dǎo)致重心大幅后移，為了使重心保持在可接受的范圍內(nèi)，在 5R 和 5L 掛架上掛載了總重為 300 kg 的配重。

改裝后的 F-16D MATV 于 1993 年 7 月 2 日在沃斯堡完成了首飛（改裝后的檢驗(yàn)飛行），隨后飛機(jī)被移交給愛(ài)德華茲空軍基地。1993 年 7 月 30 日，推力矢量技術(shù)在飛行中首次進(jìn)行了測(cè)試。

F-16 MATV 飛行試驗(yàn)計(jì)劃及結(jié)論

F-16 MATV 的飛行試驗(yàn)計(jì)劃原定持續(xù)六個(gè)月。試驗(yàn)的核心目標(biāo)是評(píng)估推力矢量控制（OVT）在近距機(jī)動(dòng)空戰(zhàn)中的實(shí)際優(yōu)勢(shì)。

在研究性空戰(zhàn)模擬中，與 F-16 MATV 對(duì)壘的是 F-16C Block 32；參與試飛的飛行員輪流來(lái)自第 422 試驗(yàn)中隊(duì)，且均具備作戰(zhàn)應(yīng)用教官資質(zhì)。空戰(zhàn)形式包括“一對(duì)一”以及“一對(duì)二”（F-16 MATV 對(duì)抗雙機(jī)編隊(duì)），涵蓋了全部武器使用距離——從使用 AIM-120 導(dǎo)彈的遠(yuǎn)距離交戰(zhàn)到僅能依靠航炮的近距格斗。試驗(yàn)期間總計(jì)進(jìn)行了約 260 次 空戰(zhàn)。*

* F16.net網(wǎng)站關(guān)于 F-16 VISTA/MATV 的數(shù)據(jù)遺憾地僅在序列號(hào)和職業(yè)生涯節(jié)點(diǎn)上是準(zhǔn)確的，其余信息有多愛(ài)好者是質(zhì)疑的。該網(wǎng)站聲稱 MATV 計(jì)劃中噴管在飛行中僅偏轉(zhuǎn)了 5 次——是 5 次，而不是在 5 架次飛行中！但 90 年代初的美國(guó)科學(xué)雜志曾發(fā)表過(guò)幾篇實(shí)時(shí)評(píng)估這些空戰(zhàn)的文章?？諔?zhàn)的次數(shù)或許有爭(zhēng)議，但這些戰(zhàn)斗 100% 發(fā)生過(guò)，且噴管偏轉(zhuǎn)次數(shù)絕非 5 次或 55 次。這些內(nèi)容應(yīng)該處于保密狀態(tài)。

正如預(yù)期，F-16 MATV 在近距格斗中表現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗苓_(dá)到遠(yuǎn)超 F-16C 的攻角（空戰(zhàn)中達(dá)到的最大穩(wěn)定攻角為 43°，動(dòng)態(tài)攻角達(dá) 125°）。飛行員們得出的結(jié)論是：推力矢量控制確實(shí)顯著提升了空戰(zhàn)效能，但它并非“萬(wàn)能藥”，也不會(huì)從根本上改變現(xiàn)有的戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作。F-16 MATV 飛行員僅在戰(zhàn)斗的最后階段（即當(dāng)飛機(jī)失去大部分能量?jī)?chǔ)備時(shí)，再次印證了伯伊德的 E-M 理論）才會(huì)獲得明顯優(yōu)勢(shì)。

至于通過(guò)達(dá)到 100 度及以上攻角實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)減速（即**“普加喬夫眼鏡蛇”機(jī)動(dòng)），被認(rèn)為在實(shí)際空戰(zhàn)中毫無(wú)用處**。F-16 MATV 的主要優(yōu)點(diǎn)在于擴(kuò)大了可用攻角范圍，但擴(kuò)大該范圍并不一定要依靠推力矢量，這一點(diǎn)在 VISTA 計(jì)劃的飛行中已得到證實(shí)。

F-16 MATV 的試驗(yàn)并未就戰(zhàn)斗機(jī)是否有必要安裝全向矢量噴管給出唯一答案。然而，考慮到增重和高昂的改裝成本，將現(xiàn)有的 F-16 改裝為推力矢量戰(zhàn)斗機(jī)被認(rèn)為是不切實(shí)際的。

同一時(shí)期，NASA 也在進(jìn)行推力矢量控制的飛行研究，參與機(jī)型包括 X-31 和 F/A-18 HARV。

1995年初，F(xiàn)-16 MATV 被移交給沃斯堡，隨后又轉(zhuǎn)場(chǎng)至賴特-帕特森空軍基地。在那里，Calspan 公司的員工將其恢復(fù)為 VISTA 狀態(tài)。根據(jù)多方資料顯示，1996年 F-16 VISTA 曾被用于測(cè)試 F-22 戰(zhàn)斗機(jī)的電傳操縱系統(tǒng)（ЭДСУ）。

世紀(jì)之交，該機(jī)經(jīng)歷了又一次現(xiàn)代化改裝——它再次被轉(zhuǎn)變?yōu)轱w行實(shí)驗(yàn)室，用于測(cè)試帶有推力矢量控制（OVT）的發(fā)動(dòng)機(jī)，并演練新的空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)（多向推力矢量計(jì)劃，Multi-directional thrust-vectoring program）。這一次，配備矢量噴管的是 F100 渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。

MATV 計(jì)劃最初是美以合作項(xiàng)目，而在這項(xiàng)關(guān)于推力矢量的全新計(jì)劃中，也同樣出現(xiàn)了以色列的影子。執(zhí)行 F-16 OVT-II 首飛任務(wù)的是 Calspan 公司的飛行部門負(fù)責(zé)人杰弗里·皮爾（Jeffrey Peer），這是一位生平極具傳奇色彩的人物。他于1943年出生于俄亥俄州哥倫布市，1960年放棄美國(guó)國(guó)籍，移民以色列并更名為伊薩克（Isaac）。伊薩克·皮爾在以色列空軍中建立了輝煌的功勛——從普通飛行員起步，歷任首個(gè)裝備“鬼怪”的第201中隊(duì)副中隊(duì)長(zhǎng)、“幼獅”（Kfir）和**“獅”**（Lavi）戰(zhàn)斗機(jī)的主力試飛員，以及以色列空軍飛行測(cè)試中心主任。1970年夏天，皮爾在埃及領(lǐng)土上空被擊落并被俘；他的美國(guó)背景引發(fā)了一場(chǎng)涉及美、以、埃、蘇四國(guó)的外交丑聞。最終，皮爾在蘇聯(lián)駐埃及大使 A.F. 多勃雷寧的直接參與下被釋放。皮爾本人在空戰(zhàn)中擊落過(guò)5架阿拉伯戰(zhàn)機(jī)。

1983年，伊薩克·皮爾退役，1984年他改回原名杰弗里，不久后恢復(fù)了美國(guó)國(guó)籍。自1984年起，杰弗里·皮爾擔(dān)任位于加利福尼亞州莫哈韋的美國(guó)國(guó)家試飛員學(xué)校（民辦）校長(zhǎng)，1990年加入 "卡爾斯潘"(Calspan)公司。皮爾于2008年告別了職業(yè)飛行生涯，在48年間，他的飛行時(shí)長(zhǎng)超過(guò) 9900小時(shí)，駕駛過(guò)30多種機(jī)型，其中一半是戰(zhàn)斗機(jī)：從“超超級(jí)神秘”到 JAS-39。這位功勛卓著的退休老人在隨后的幾年里，還出于個(gè)人愛(ài)好駕駛 Pitts S-2B 和 Extra 300L 等特技飛機(jī)進(jìn)行飛行。他“玩”得如何？這兩款飛機(jī)都是專業(yè)的特技飛機(jī)，皮爾常在各種航展上亮相，表演低空單機(jī)特技飛行。不得不說(shuō)，杰弗里-伊薩克·皮爾先生的故事，確實(shí)比 NF-16D 飛機(jī)的歷史還要精彩。

杰弗里·皮爾

NF-16D 配備新型推力矢量控制（OVT）系統(tǒng)的測(cè)試于 1997 年至 1998 年間進(jìn)行。直到 1998 年，普拉特·惠特尼公司（Pratt & Whitney）仍未停止對(duì)配備全向矢量噴管的 F100 發(fā)動(dòng)機(jī)方案的研究工作。

1999 年，這架 NF-16D 恢復(fù)了 VISTA 狀態(tài)，并被移交給位于愛(ài)德華茲空軍基地的美國(guó)空軍試飛員學(xué)校。不過(guò)，該機(jī)的技術(shù)維護(hù)工作仍由"卡爾斯潘"(Calspan)公司公司負(fù)責(zé)。

自 2010 年代中期以來(lái)，NF-16D 作為飛行實(shí)驗(yàn)室的需求量極巨，主要用于測(cè)試和調(diào)試各類無(wú)人機(jī)硬件及軟件方案，即廣為人知的**“忠誠(chéng)僚機(jī)”**（Loyal Wingman）。

“忠誠(chéng)僚機(jī)”這一術(shù)語(yǔ)起源于美國(guó)，并已在全球范圍內(nèi)流傳，在俄羅斯也同樣深入人心，盡管該術(shù)語(yǔ)并未完全反映事物的本質(zhì)。英語(yǔ)專家認(rèn)為，“忠誠(chéng)僚機(jī)”與普通無(wú)人機(jī)的區(qū)別在于擁有人工智能（AI），以及能夠與第六代戰(zhàn)斗機(jī)、B-21 轟炸機(jī)等先進(jìn)載人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)的能力。在敵方防空系統(tǒng)和航空兵的對(duì)抗環(huán)境下，“忠誠(chéng)僚機(jī)”能夠以高度自主甚至完全自主的狀態(tài)執(zhí)行任務(wù)。

“忠誠(chéng)僚機(jī)”概念的出現(xiàn)主要?dú)w結(jié)于兩個(gè)因素：防空武器效能的提升以及載人航空集群成本的飆升。在烏克蘭開(kāi)展的特別軍事行動(dòng)生動(dòng)地展示了防空系統(tǒng)的有效性：盡管俄羅斯空天軍擁有絕對(duì)空中優(yōu)勢(shì)，但由于對(duì)方防空系統(tǒng)（且并非最先進(jìn)型號(hào)）的阻擊，其優(yōu)勢(shì)無(wú)法得到充分發(fā)揮。載人戰(zhàn)斗機(jī)的造價(jià)已攀升至“大規(guī)模”一詞完全無(wú)法適用的程度——即便最簡(jiǎn)單的 F-35A 型，單價(jià)也高達(dá)約 8000 萬(wàn)美元。在敵方防空環(huán)境下行動(dòng)，載人機(jī)的損失不可避免，而要補(bǔ)充這些昂貴、復(fù)雜且耗時(shí)耗力的戰(zhàn)機(jī)極其困難。

“忠誠(chéng)僚機(jī)”概念有助于節(jié)省飛行員培訓(xùn)成本，至少能挽救部分戰(zhàn)斗機(jī)飛行員的生命，并顯著增加戰(zhàn)術(shù)航空兵的數(shù)量規(guī)模。

2015 年，NF-16D 進(jìn)行了代號(hào)為 “Have Raider I” 的首次 AI 計(jì)劃試驗(yàn)。2017 年春，在愛(ài)德華茲空軍基地開(kāi)展了為期兩周的 “Have Raider II” 評(píng)估演示飛行，NF-16D 和一架普通的 F-16D 參與其中。NF-16D 上安裝了由洛克希德·馬丁公司“臭鼬工廠”（Skunk Works）開(kāi)發(fā)的硬件和軟件。飛行分為兩個(gè)階段：

在第一階段，NF-16D 在執(zhí)行打擊地面目標(biāo)的作戰(zhàn)任務(wù)中扮演“忠誠(chéng)僚機(jī)”。NF-16D 的 AI 負(fù)責(zé)識(shí)別防空導(dǎo)彈陣地，計(jì)算規(guī)避危險(xiǎn)區(qū)域的最優(yōu)航線，并將信息傳達(dá)給 F-16D 的機(jī)組人員，后者根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)建立攻擊航線。試驗(yàn)在模擬隨機(jī)事件的背景下測(cè)試了 AI 駕駛的飛機(jī)與人類駕駛的飛機(jī)之間的交互，例如：載人機(jī)與僚機(jī)之間的通信中斷、出現(xiàn)新威脅等。NF-16D 上的機(jī)組人員全程未干預(yù) AI 的行動(dòng)。

在第二階段，除了 NF-16D 的 AI 不運(yùn)行外，其余任務(wù)設(shè)置與第一階段完全相同。隨后對(duì)兩個(gè)階段的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。雖然對(duì)比的具體結(jié)果未公開(kāi)，但“臭鼬工廠”的代表強(qiáng)調(diào)，“Have Raider”計(jì)劃具有純粹的實(shí)驗(yàn)性質(zhì)。

NF-16D 與 F-16D，“Have Raider I”計(jì)劃，2015 年

美國(guó)空軍在裝備帶有 AI 的無(wú)人機(jī)進(jìn)程中，下一步行動(dòng)是 “空中博格” (Skyborg) 計(jì)劃，該工作始于 2019 年?？死兴?(Kratos) 公司的 XQ-58A、通用原子公司的 MQ-20“復(fù)仇者” 以及波音公司的 MQ-28A“幽靈蝙蝠” 無(wú)人機(jī)均與“空中博格”計(jì)劃掛鉤。2021 年，“空中博格”計(jì)劃的保密等級(jí)有所提高，此后關(guān)于真實(shí)飛行的 AI 無(wú)人機(jī)的公開(kāi)報(bào)道銳減。2021 年夏天，MQ-20 無(wú)人機(jī)首次參加了在愛(ài)德華茲空軍基地舉行的“橙旗 21-2” (Orange Flag 21-2) 演習(xí)。演習(xí)中，該無(wú)人機(jī)在自主模式下成功擊中了地面目標(biāo)。截至 2023 年初，據(jù)推測(cè)克拉托斯公司已制造了 12 架 XQ-58A“瓦爾基里”無(wú)人機(jī)。澳大利亞國(guó)防部于 2022 年訂購(gòu)了 10 架量產(chǎn)配置的 MQ-28A 無(wú)人機(jī)，計(jì)劃于 2024-2025 年交付。

這三款無(wú)人機(jī)（XQ-58A、MQ-20、MQ-28）的所有硬件和**“大腦”**，均在 NF-16D 上進(jìn)行了測(cè)試與磨合。

MQ-20

XQ-28F 與 F-16C

MQ-28A

“空中博格”（Skyborg）計(jì)劃的目標(biāo)是驗(yàn)證無(wú)人機(jī)作為“忠誠(chéng)僚機(jī)”的作戰(zhàn)概念，并完善結(jié)構(gòu)技術(shù)方案、控制算法及決策邏輯。該計(jì)劃本身并不預(yù)設(shè)產(chǎn)出量產(chǎn)型的“硬件”結(jié)果，這一目標(biāo)將由 CCA（Collaborative Combat Aircraft，協(xié)同作戰(zhàn)飛機(jī)） 計(jì)劃來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)兩者的預(yù)算對(duì)比，可以直觀地看出這兩項(xiàng)計(jì)劃在原則上的差異：如果說(shuō)“空中博格”框架下的三個(gè)項(xiàng)目計(jì)劃耗資不足 1 億美元，那么到 2028 年，CCA 計(jì)劃的支出可能達(dá)到 60 億美元。

關(guān)于 CCA 計(jì)劃的存在于 2023 年 3 月被公眾知曉，當(dāng)時(shí)美國(guó)空軍司令部公布了采購(gòu)多達(dá) 1000 架能夠與有人駕駛飛機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)的無(wú)人機(jī)（即“忠誠(chéng)僚機(jī)”）的計(jì)劃。

CCA 計(jì)劃是更廣泛、更具野心的 NGAD（Next-Generation Air Dominance，次世代空中優(yōu)勢(shì)） 計(jì)劃的組成部分。人們常將 NGAD 計(jì)劃簡(jiǎn)結(jié)為研制第六代戰(zhàn)斗機(jī)的工作，這從根本上說(shuō)是錯(cuò)誤的。該計(jì)劃的保密等級(jí)極高——甚至超過(guò)了 B-21 戰(zhàn)略轟炸機(jī)的研制計(jì)劃。目前關(guān)于 NGAD 計(jì)劃的技術(shù)細(xì)節(jié)信息完全缺失，但美國(guó)空軍和國(guó)防部的高級(jí)代表曾多次（盡管頻率很低）就該計(jì)劃的概念發(fā)表聲明。他們用清晰的英語(yǔ)表示：NGAD 計(jì)劃預(yù)想的是研制并裝備一整個(gè)系列的有人和無(wú)人駕駛飛行器。而 CCA 飛行器 正是 NGAD 計(jì)劃中的無(wú)人組成部分。

針對(duì) CCA 無(wú)人機(jī)的人工智能（AI）開(kāi)發(fā)工作正在 “毒液”（Venom） 計(jì)劃下進(jìn)行，所使用的飛行實(shí)驗(yàn)室正是通用動(dòng)力的 X-62A。為了完善 CCA 無(wú)人機(jī)的 AI 系統(tǒng)，還計(jì)劃將另外 6 架 F-16 戰(zhàn)斗機(jī)改裝為飛行實(shí)驗(yàn)室。

自 2021 年 6 月起，依然隸屬于美國(guó)空軍試飛員學(xué)校的 NF-16D 飛機(jī)正式啟用了 X-62A 這一編號(hào)。