【特邀专栏】军机"黎"论：美国F-35战斗机研发项目存在的主要问题分析及其启示
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美国F-35战斗机研发项目存在的主要问题分析及其启示
中国航空工业发展研究中心 陈黎
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F-35“闪电”II（Lightning II）是美国洛克希德·马丁公司研制的单座单发多用途战斗机，也是继F-22之后美国研发的第二种第五代隐身战斗机。F-35项目作为美国乃至全球范围内规模最大、耗资最多的武器装备研发采购计划，多年来一直是世界各国军方、工业界和媒体关注的焦点。然而自2001年10月F-35项目正式启动以来，其进程可谓历经风雨、坎坷不断。该项目实施过程中暴露出的一系列问题，使其不断遭到美国内多方的抨击，并引发多个合作伙伴国的不满甚至心生退意。全面分析F-35项目问题丛生的原因，总结并借鉴其中的经验教训，对于他国航空武器的研发同样具有重要意义。
一、F-35项目当前存在的主要问题回顾
F-35是在F-22之后面世的，并且与后者由同一家承包商洛·马公司负责研制，因此在设计中大量继承和沿用了F-22的成熟技术（如气动外形和发动机等）。同时，F-35作为与一种与高档重型的F-22搭配使用的“低档轻型”战斗机，在飞机平台性能方面也比F-22有所降低，其最大飞行速度、实用升限、超机动性、超声速巡航以至雷达散射面积等指标均较F-22适度下调。在这样的背景下，按理讲F-35的研发应当轻车熟路、进展顺利才对，然而实际情况却远非如此，F-35项目在过去过去十余年间可称得上是步履维艰，在美国内长期成为众矢之的。综合国内外媒体的相关报道，近年来F-35项目暴露出的问题可概括为以下两个方面：
1．技术问题频现，项目进度一拖再拖
在近年来的研发测试中，F-35暴露出一系列技术问题，其中比较典型的包括：飞机严重超重（尤其F-35B）、机体疲劳强度测试时机身出现裂纹、高空高速飞行时水平尾翼吸波涂层脱落、内埋弹舱舱门设计存在缺陷、发动机加力燃烧室出现震荡燃烧现象、推进系统管路脱落、油箱通风系统设计不佳、防雷措施存在安全隐患、航电系统冷却液有起火风险、升力风扇离合器温度过高、舰载型飞机拦阻钩设计不合理造成多次着舰试验失败、发动机涡轮叶片出现裂纹等，致使试飞频频受到干扰以至数次停飞，飞机和发动机设计也不得不多次修改，整个项目进度严重滞后。
根据美国政府问责办公室（GAO）2013年3月发布的评估报告，2001年F-35项目是在8项关键技术均不成熟的情况下进入系统研发阶段的，其中4项直至目前仍没完全成熟，例如该机头盔显示系统（HMDS）和自主后勤信息系统（ALIS）均存在较严重的问题。尽管F-35项目已于2006～007年通过了关键设计评审，但其设计并没完全稳定，由此导致项目在进入小批量生产（LRIP）阶段之后第7年的今天，该机设计仍不时有较大量的修改。此外，F-35项目所涉及到的关键制造工艺中目前也仅有三分之一达到稳定合格状态，其余的均有待改进完善。由于F-35的研发测试远没完成，作战测试也刚启动不久，随着这两项工作的进行，今后还可能会引发更多的飞机设计和制造工艺修改。按照洛•马公司的计划，要到2019年项目进入全速生产（FRP）阶段之时，这种状况才可能获得彻底改观。由于这些原因，再加上当前零部件供应不畅、质量标准有待完善等因素，致使F-35小批量生产型飞机的交付进度严重拖延，例如2012年内交付的39架LRIP型飞机平均每架延期11个月。
按照GAO的评估，目前F-35项目研发工作结束时间和全速生产启动时间已经分别延后了5年和6年，而初始作战测试与评估（IOT&E）要到2019年才能完成。正是由于F-35项目的不断延期及状态不确定，美军方不得不多次变更F-35的初始作战能力（IOC）形成时间节点，并且在考虑改进或增购部分现役机型以弥补由此而出现的战斗机力量缺口。根据美国防部2013年5月底公布的最新信息，F-35各型别中服役最早的F-35B应于2015年形成初始作战能力，这一目标即使能达到，也比原计划晚了5年。
2．费用严重超支，单机采购及使用成本一涨再涨
F-35是美国为了改善五代机的经济可承受性、满足大量装备部队的需要而设计的，被定位为F-22搭配使用的低档机型，因而特别强调降低产品的全寿命周期费用。但从目前情况来看，F-35已经严重背离了研发初衷，甚至触及到了美国法律底线。
按照美国会上世纪80年代通过的纳恩-麦柯德法案（Nunn-McCurdy law），要求美国防部在军备项目开支超过预算15%时必须通知国会，并自动启动重新评审程序，若超过预算25%则面临自动下马，除非国防部长能提出合理的理由予以解释。而根据前述GAO公布的数据，与2001年10月进入系统研制与验证（SDD）阶段时相比，目前F-35项目的计划预算已经从2199.18亿美元（2012年美元面值，下同）增至3361.244亿美元，超支幅度达52.8%。同时F-35的单机采购成本也从7673.3万美元剧增至1.368亿美元，增幅达78.2%，正日趋接近号称“有史以来最昂贵战斗机”的F-22。GAO的数据还显示，F-35项目仅前四个小批量生产型采购合同（LRIP1~4）的成本超支就累计达到12亿美元左右。
不仅如此，从近期的评估数据来看，今后F-35服役后的日常使用成本（每飞行小时费用，即CPFH）也不便宜。在F-35项目启动时，洛·马公司曾信誓旦旦地声称F-35的日常使用成本将比其拟替代的F-16、F/A-18和AV-8B等飞机低。但是到2013年初，洛•马公司官员也不也得不承认“F-35每飞行小时费用将超过F-16”。2013年4月，美军方F-35项目新任主管克里斯托弗·波格丹空军中将曾向外界透露，F-35A的每飞行小时费用为2.4万美元，比F-16战斗机高10%。然而外界普遍对此持怀疑态度，甚至美国防部也不认可，认为这一数字是基于“某些特定的假设条件”得出的因而明显偏低。根据2012年美国防部提交国会的《选择采办报告》（SAR），F-35A每飞行小时费用高达3.19万美元，F-16C/D则为2.25万美元，前者高出40%以上。正是基于近年来的评估，美国海军官员预计F-35在今后50年的使用期内，其全寿命周期费用将超过1万亿美元。
二、 F-35项目问题频现的原因分析
在近年来美军新型武器装备研发过程中，“拖（周期）、降（指标）、涨（经费）”问题一直是各项目的通病，由此导致项目调整、甚至下马的并不在少数。然而象F-35这样，作为当前美军方重中之重的装备发展项目，历经多次人事调整和项目整改，并且长期受到国内各界的鞭挞抨击，项目表现却始终难以有大的起色，则非常罕见。造成这种状况的原因是多方面的，其中最主要的有以下几点：
（1）五代机技术跨度大、系统复杂性提高导致研发难度增加的问题，在F-35项目中仍然存在
从目前公开的信息来看，F-35在飞机平台性能方面确实比F-22有所降低，然而F-35仅从其“联合打击战斗机”（JSF）的名称就可以看出其对多用途性能的高度强调（F-22更侧重制空作战），因此在对地/海攻击能力、电子战能力和战场态势感知能力等方面均较F-22有大幅提升，这突出表现在该机航电系统的先进性和设备完善性上。例如F-35所配装的光电分布式孔径系统（EODAS）、内置式光电目标定位系统（EOTS）、大型全景多功能显示器（MFDS）、头盔显示系统（HMDS）、运算速度更高的综合式核心处理器（ICP）、功能强大并且高度综合化的电子战（EW）系统、多模式有源相控阵雷达等先进设备均是当前F-22所不具备、更是传统四代机望尘莫及的。同时，为了确保更强的对地/海攻击能力，F-35需要携带体积重量更大并且种类更丰富的弹药，因此该机尽管被定位为单发轻型战斗机，但是却设置了两个比F-22容积更大的内埋弹舱（F-35可携带2000磅级弹药，F-22则只能携带1000磅级的），并采用了更复杂的弹舱舱门与挂架融为一体的联动设计。
正是由于大量高新技术的汇聚和系统组成/交联复杂性的提高，不可避免地造成F-35研发比先前历代战斗机要复杂得多，即使与世界五代机的先驱——F-22相比，也不能因为F-35平台性能有所下降，就简单地认为该机研发难度也同样会更低。例如F-35软件开发规模就较F-22成倍增加，其机载软件源代码超过800万行，为F-22的4倍以上。F-35软件开发过程中尽管采用了增量及并发式的开发方式，在开发工作启动后再阶段性（有Block 0.1~3.0五个阶段）增加功能以降低各阶段的技术难度，但从目前情况来看，F-35每阶段试验试飞用的软件包交付仍普遍延期，一再拖各阶段测试计划的后腿。因此，F-35研发过程中成本费用和时间进度均超过预期也是可以理解的。
（2）后冷战时代国内外环境变化使美国及其盟国新装备的研发步伐放缓
冷战时期，为了尽可能在技术上压倒对手，美军对武器装备性能先进全面的追求可谓不惜代价。但随着冷战后国际政治军事形势的变化（尤其是前苏联军事压力的消失），加上近年来国内疲弱的经济环境、反恐战争的拖累以及先进装备研制费用不断上涨等原因，目前美军方日益重视武器装备的经济可承受性，不再象以前那样几乎无节制地投入财力。正是在这样的背景下，近年来F-35项目超支问题一再被美国会和军方审查。美国会拨款委员会从布什政府2004财年预算申请中削减了部分项目经费，就是导致F-35首飞时间从原定的2005年秋季推迟到2006年12月的重要原因。2011年4月，争议已久的F-136备用发动机研发计划也被美国防部宣布终止。由于当前美国政府已开始执行预算支出的强制性削减计划，加上先前的防务开支削减计划，今后美国军费削减总额将达到1万亿美元，这也难免会对F-35项目的今后发展带来不利影响。
另需注意的是，冷战期间，为了在声势上胜出对手，美国和苏联推出的很多先进武器均是在测试工作尚未全部完成的情况下，就迫不及待地迅速列装，因此其进展神速有很大的水分。例如前苏联苏-27原型机1981年首飞，1985年就开始服役，但全部测试工作直至1990年才完成。美国F-15也是“带病”入役，在服役初期曾因发动机问题而长期停飞。只不过当初信息远没今天发达并且军方刻意隐瞒，四代机出现的问题才不那么引人注目。而F-35作为后冷战时代开始研制的飞机，被要求以尽可能成熟的状态入役而不再强行争抢时间，因此研发测试时间比以前更长一些也在所难免。
此外值得指出的是，为了分摊开发费用并确保未来销售市场，美国在F-35研制之中引入了合作伙伴国（共8个）的概念，这在减轻项目资金压力的同时也带来了一些不确定因素。随着冷战的结束和大规模战争危险的消除，以及近年来世界性金融危机和欧债危机的影响，目前相关各国政府正陆续出台各种财政紧缩措施，纷纷裁减军备、削减防务开支，再加上当前众所周知的F-35项目自身问题，致使各合作伙伴国陆续重新审视其采购计划，或者削减订货数量，或者推迟采购计划，甚至考虑替代机型。这不仅给F-35的研发生产计划带来影响，抬高单机成本，对其未来市场开拓也非常不利。
（3）F-35过分强调多用途和通用化致使研发难度加大
目前已投入现役的美军另一种五代机F-22由于在研发之初被定位为空中优势战斗机，导致其作战功能相对单一并且缺乏多用途改进潜力，因而备受外界诟病。与之相比，F-35似乎又有些矫枉过正，偏向了另一个极端。
出于规模经济、协同作战等方面考虑，美军方要求F-35实现最大限度的通用化，可同时取代三个军种的四种机型：作为空军F-16战斗机和 A-10攻击机的替代，F-35应当低成本以便大量部署，并具备较高的敏捷性和武器挂载能力；作为海军和海军陆战队F/A-18A+/B/C/D战斗/攻击机的替代，F-35应注重高可靠性、多用途、低空低速性能以适应航母搭载的需要；作为海军陆战队AV-8B攻击机的替代，F-35则强调垂直/短距起降，以便能在两栖作战舰艇和陆上简易起降场使用。这些相互冲突的要求使得F-35设计难度和技术复杂性前所未有，不得不同时研发F-35A常规起降（CTOL）型、F-35C舰载（CV）型的和F-35B短距起飞/垂直着陆（STOVL）型三个独立的型号。到目前这三个型号实际上已经貌合神离，设计需求彼此擎肘，致使飞机超重等问题不断出现，不仅大幅延长了研发成本和时间，也降低了共用平台的好处，其中技术难度最高的F-35B已经成为F-35项目的致命短板，拖了整个计划的后腿。
不仅如此，在对各军种的需求进行折衷后，目前F-35的部分性能指标能否令用户满意也存在疑问，例如美国海军就一直对F-35C的对空作战、尤其是远程拦截能力不甚满意，这也是其先于空军酝酿研制六代机F/A-XX（即NGAD“下一代空中优势战斗机”）的一个重要原因。有鉴于此，近年来美国内有人建议，取消F-35B、C中的一型甚至将二者全部舍弃而仅保留技术难度最低的F-35A；或者削减部分F-35，用四代半战斗机F/A-18E/F或X-47B之类的舰载无人作战飞机代替。
（4）F-35项目管理不尽人意，各种问题迭出
众所周知，优质高效的管理是项目顺利实施和最终成功的重要保障。然而从近年来的情况来看，美国F-22和F-35两型五代机研发在项目管理方面均存在不少问题，而后者更为严重，并且成为当前项目问题丛生的一个重要原因。
多年来，美军方在F-35项目实施过程中的一系列做法就备受外界质疑。例如，为了加快交付进度，F-35项目推行了并行开发策略，在大量研制试验工作尚没结束时就开始启动小批量生产。然而这种策略却带来了“拔苗助长”的后果，为了纠正研制试验中发现的缺陷，不仅要对下批次飞机进行改进，已生产的飞机也必需回厂返修，使得本来就问题缠身的F-35项目“雪上加霜”。此外，为了照顾海军陆战队换装的急需，美军方不顾“先易后难”的常理，执意将技术难度最大的F-35B定为最先形成初始作战能力的机型的做法也值得商榷。
不仅如此，主要由军方人员组成的F-35联合项目办公室（JPO）近年来的表现也很难让人满意。美国防部就认为其对项目成本费用的估算明显偏低，进度安排则没有考虑到各种意外情况而过于乐观。为此，2009年7月美国防部没有采用项目办公室提交的估算数据，而另外组织人员进行了重新估算，将F-35项目的研制成本在原来估算基础上增加了50亿美元，项目完成时间推迟2年，并以此为依据来编制F-35项目的2010财年预算。正因为如此，迄今为止美国防部已三次更换F-35项目主管，并且自2010年3月起将F-35项目主管改由中将级官员担任（以往美国军用飞机项目负责人通常为少将）。
此外还应看到，自上世纪90年代以来洛·马公司先后将F-22和F-35两个项目纳入囊中，致使美军五代机研发成了一家独霸的局面，由此带来的弊端也显而易见。2012年9月，新任F-35项目主管波格丹就曾直言不讳地声称项目办公室与主承包商之间的关系是其职业生涯中“最坏的”，2013年2月他甚至指责后者“试图用其最后一架飞机和最后一台发动机榨取政府每一分钱”而看不到长远利益。在这样的背景下，多年来美军方和洛·马公司之间一直龃龉不断，尽管双方合作已超过11年，但项目相关合同都需经过艰难而耗时的谈判才能达成，其中LRIP4/5批次生产合同的谈判都超过了1年，不仅影响了项目进度还增加了额外费用。
三、对他国的启示和建议
F-35作为美国21世纪最新研发的一种先进战斗机，其在美国及其盟国军队未来装备体系中的重要地位远非其它普通武器所能比拟，该项目动向及前景无疑值得我们高度重视和关注。对他国来说，回顾美国F-35项目实施过程中暴露出的问题，分析其主要原因及相关影响，可从中得到一些有益的启示。
（1）对美国F-35项目中出现的问题应客观分析和正确看待
如前所述，五代机这类技术跨度大、先进技术密集的尖端武器装备，研制中出现波折以至服役初期问题不断是难以避免的。因此在发展这类装备时，应高度重视预研工作，建立起雄厚的技术储备作为支撑，并有必要在装备性能与现有技术之间合理权衡以降低潜在风险。在这方面，美国F-22/F-35等五代机研发过程中的很多经验教训值得他国借鉴和参考。
但在看待当前美国F-35项目所存在问题时，有必要避免一种倾向，就是对其过分夸大和渲染。与F-22类似，近年来F-35之所以给外界负面形象较多，也与目前时代环境密切相关。由于当今世界处在一个信息高度发达的时代，F-35这类美军尖端装备作为外界长期关注的焦点，有关它们的各种信息很容易被大量搜集和广泛传播。而目前美国多家媒体、国会、GAO甚至敌对厂商（如波音公司）出于各自不同目的，都明显更关注F-35项目的负面情况并不时予以揭露和抨击，由此造成F-35项目的负面信息被大量报道并广为人知，导致其给外界的形象不佳，而实际情况并不完全是这样。
例如，当前外界广泛认为的F-35项目进度慢，事实上是来自与美国本国F-15/-16等四代机纵向比较的结果，若与近年入役的他国先进战斗机（如欧洲“台风”、“阵风”等四代半战斗机）做横向比较，可以看出F-35的整个研发周期（从2000年验证机首飞到2015年F-35B形成初始作战能力）并不算长，而且F-35还是在三种型别齐头并进的情况下完成的。至于F-35一再遭人诟病的售价上涨问题，若与“台风”和“阵风”这类技术水平低半代的飞机相比，应当说其当前的定价并不算太离谱。况且F-35今后的订货量庞大，其单价还有进一步下降的空间，甚至有望接近“合作伙伴国期望”的8000~9000万美元，这相当于当前四代半战斗机的售价了。因此总的来说，F-35项目近年来的表现固然难以让人称道，但也绝非象部分媒体渲染的那样难堪。
（2）新型航空装备研发应从本国国情出发充分论证，寻求合适的发展思路
出于信息化条件下多军种联合作战的需要，加上今后单机制造和使用成本越来越高，多用途和通用化应当是军机发展的必然途径。美国先前研发的F-22作战功能过于单一，显然不符合世界军机发展的大趋势，但F-35强行将性能需求差异很大、甚至相互矛盾的多个机型捏合在一起，这种思路是否妥当、对他国是否适用也值得商榷。
值得指出的是，上世纪60年代美国曾研发过与目前F-35思路相似、将空军战斗轰炸型和海军舰载防空型强行捏合在一起的F-111多用途战斗机，但最后以失败而告终。美海军上世纪90年代推出的集反潜机、电子侦察机、预警机和运输机于一身的“舰载通用支援飞机”（CSA）计划，也因技术难度过大等原因而下马。尽管经过40余年的发展，美国航空科技早已今非昔比，但要在五代机上实现F-35这种程度的多用途和通用化，仍有相当多的技术难题亟待解决。因为五代机出于隐身的需要必须设置内埋弹舱，加上其远比四代机完善的航电及任务设备，造成其体积重量不可能太小。若再过分强调多用途和通用化，在各种性能需求间折衷妥协，将很难避免飞机超大超重。目前F-35尽管名为轻型战斗机，但其起飞重量已经超过30吨，早已达到传统重型战斗机（最大起飞重量>25吨）标准。而F-22因为功能相对单一，弹舱可以小点，相关设备也可少点，在减小飞机体积重量的同时还降低了研发难度。这也是F-22尽管是世界五代机的先行者，但研发过程中的麻烦却比后续的F-35相对较少的一个重要原因。
对他国来说，在探讨论证五代机之类的新型航空装备时，如何在适应世界军机发展趋势、满足未来军事需求的前提下，坚持从本国技术经济实力出发，避免走入贪大求全的误区，很值得我们深思。
（3）项目管理工作对于装备研发项目的顺利实施有着举足轻重的作用
先进航空装备研发是一项庞大的系统工程，有赖于军方和工业界的密切配合和协作。美国军机研发在这方面既有教训，也有成功经验。与F-35项目近年来频频受到美军方指责和媒体抨击成鲜明对比的是，差不多同期进行的四代半战斗机F/A-18E/F研发项目则成为近年来美国军机研发的一个成功典范，产品也因其高性价比而备受军方青睐。究其原因，除了F/A-18E/F技术层次低半代、并且由现役F/A-18C/D改进而来因而研制难度较低外，也与其项目管理方面的突出表现分不开的。例如在F/A-18E/F研发过程中，由美军方和研发厂商组成的联合项目团队通过日常电话联系机制、远程视频电话会议、建立数据专线等手段，严密监控着整个项目的进展及耗资情况，同时还引入了IPD（综合生产开发）和DFA（面向制造的设计）等先进理念对整个飞机的设计生产进行优化，使潜在问题尽可能在设计和部件制造阶段就被发现和排除，最终使F/A-18E/F的研发相当顺利，全程无明显的技术协调问题出现，项目团队也因此获得1999年度美国家航空协会（NAA）颁发的“罗伯特•科利尔” （Robert Collier）奖。
对他国来说，在其先进航空装备的研制中，吸取美国军机研发中的经验教训，优化项目管理，将有助于项目的顺利进行。在项目实施中，军方应充分发挥需求牵引和过程管控作用，工业部门则应安排好研制周期内的计划并实施精细管理，同时军地双方应及时沟通，密切协作，才能在严守研制节点的同时保证工程质量。
（本文已刊载于《现代军事》杂志）
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