【防务观察】DARPA 2017财年预算提案分析
本文转自国际航空公众号（interavi），原文刊载于《国际航空》2016年第6期。作者：袁成、廖孟豪、闫娟，中航工业发展研究中心
今年2月，美国国防部对外公布了国防预研局（DARPA）2017财年公开版预算提案文件（简称“文件”）。该文件长达356页，对DARPA下一财年的经费和项目进行了统筹安排，其中包括225个公开项目和3个保密项目集（网络中心战，传感器，指挥、控制和通信系统），所需经费大约为29.7亿美元，相比2016财年提高大约1亿美元。
目前，DARPA的航空研究项目多集中在战术技术，先进航宇系统，指挥、控制和通信系统，网络中心战技术等项目元素中。DARPA在2017财年新增了用于反无人机的“反无人航空系统和部队防护”（CFP）、聚焦导弹动力的21世纪推进剂及专攻全尺寸涡轮基组合循环（TBCC）动力的“先进全状态发动机”（AFRE）等项目。而之前已有的各平台级项目也正在为原型机的首飞积极开展准备工作。
新增项目
文件在战术技术项目元素（PE 0602702E）下的航空技术项目集（TT-07）中新增了21世纪推进剂项目，申请经费500万美元（6.2类）。该项目将研究支持更远射程的新型固体火箭推进剂，为现役及在研的小型导弹系统（如全射程空空弹）提供当前推进剂无法提供的速度-射程组合能力，同时还能降低动力系统的体积和重量。21世纪推进剂项目将针对新型推进剂研究可控燃烧速率、重起能力、安全性（战时处理及运输安全）和储存期限（要求大于15年）等课题。另外该项目还将特别关注先进制造方法，以保证再生产能力和制造出满足客户需求的推进剂药柱。2017财年计划启动创新性技术方案研究，并对备选技术开展风险降低试验。
目前，可执行分布式空战的廉价无人机成为热点，包括DARPA、战略能力办公室和海军研究办公室在内的诸多机构均积极开展小精灵项目作战概念技术研发。
文件在战术技术项目元素中的先进地面系统项目集（TT-04）中新增了CFP项目，申请经费900万美元（6.2类）。目前，在包括小型无人系统、火箭助推榴弹、反坦克弹药和间瞄火力等在内的非对称手段威胁美国军队的情况下，CFP项目将发展先进的探测、跟踪和对抗技术，支持美国地面部队作战，其中研究的重点为先进传感器集成、探测和武器使用。2017财年的具体工作为：权衡研究系统方案、评估作战分析和技术成熟度、确定关键系统属性的最小集合和所需的技术进展。
文件在先进航宇系统项目元素（PE 0603286E）中增加了AFRE项目，申请经费900万美元（6.3类）。该项目将利用货架涡轮发动机对TBCC从涡轮转换到双模态冲压发动机的过程进行试验验证，探索高超声速飞机TBCC推进系统的可行性。AFRE计划首先实施若干大尺度TBCC组件的研制和验证，之后开展全尺寸自由射流TBCC推进系统模态转换地面试验。2017财年的具体工作为：初步设计模态转换原型机，制订地面试验和相关技术发展计划，设计、制造和试验大尺度双进气道，设计、制造和试验大尺度直连式燃烧室，启动涡轮发动机采购工作。
已有项目预期进展
战术技术
在2017财年DARPA增加的5500万美元经费中，战术技术项目元素占据了约3670万美元。该项目元素中航空项目主要集中在航空技术和“网络中心使能技术”（TT-13）项目上，具体为小精灵项目、“驾驶舱自动化系统”（ALIAS）项目和“分布式作战管理”（DBM）项目。
小精灵项目旨在为未来的分布式空战发展平台级的技术，具体包括无人机空中发射和回收、低成本可消耗机体设计、受限寿命设计、自动复飞策略、精确数字飞控和导航、空中加油、高效小型涡轮发动机、油箱自动惰化和发动机自动关闭、小型分布式载荷集成以及精确的战位保持等。小精灵项目在2017财年申请的经费为3600万美元，相比2016财年大幅上涨了2100万美元。下一财年该项目将进行第一阶段（概念化阶段）收尾工作，并开展第二阶段部分任务，期间将从多家承包商中选择两家继续开展项目研究，具体工作为对项目概念进行初步工程化、制订系统和子系统风险降低试验计划、发展目标系统概念和任务能力预测、完成初步设计评审。2016年3月，复合材料工程公司、Dynetics公司、通用原子公司和洛克希德·马丁公司被授予项目第一阶段合同，标志着该项目正式进入技术发展阶段。
ALIAS项目旨在为军民用航空器发展并植入全新的便携、可扩展硬件和软件套件，实现自动化水平的显著提升，确保在机组人员数量减少的情况下仍可执行任务。该项目2017财年申请的经费为1988万美元，相比上一财年增长525.5万美元。具体工作为：针对感知和作动子系统开展飞行试验、在地面验证系统移植到其他飞机上所需的时间、对飞行试验开展适航评估、对部分技术设施技术转化。
DBM项目通过发展先进算法和软件，提高任务自适应规划和态势感知等能力，帮助飞行员进行快速且合理的决策，以在强对抗环境中更好地执行分布式空中作战等复杂军事任务。该项目2017财年申请的经费为1444万美元，相比上一财年降低356万美元，具体工作为基于试验结果升级算法和架构，为作战管理平台和战术平台继续发展人机界面，在真实、虚拟和模拟环境中验证DBM能力以及进行软件灵活性试验等。
先进航宇系统
2017财年先进航宇系统项目元素的预算达到1.82亿美元，相比2016财年小幅增长870万美元，具体项目为战术侦察节点（TERN）、拒止环境中的协同作战（CODE）、高超声速吸气式武器概念（HAWC）、战术助推滑翔（TBG）、垂直起降试验飞机（VTOL X-Plane）、分布式火力（DFires）。TERN项目将为美国驱逐舰、护卫舰等非航母水面作战舰艇发展一型中空长航时察打一体中高端无人机技术验证机，可在距离舰船1700km的范围内执行持久ISR和打击任务。2015年12月，DARPA选择诺斯罗普·格鲁门公司的立式垂直起降飞翼布局进入项目第三阶段。该项目2017财年申请的经费为1200万美元，相比上一财年缩水2000万美元。原因可能是，TERN项目根据计划在2016财年将完成第三阶段的大部分研究工作，例如风洞气动试验和主要子系统采购等。而2017财年的任务为开展关键设计评审，开始制造机翼和机身，测试航电系统，对推进系统进行试验，完成原型机结构加工、总装和地面试验。TERN原型机预计于2018财年初首飞。
CODE项目通过发展先进算法和软件，探索分布式作战无人机的自主和协同技术，使无人机群在一名操作人员的管理下协作完成发现、跟踪、识别和攻击目标等任务。该项目2017财年申请的经费2900万美元，相比上一财年仅增长50万美元，具体工作为继续发展协同算法，为无GPS支持的协同导航、编队飞行、使用多类传感器同步搜寻等主要能力选择算法，继续促进软件成熟，硬件在回路试验环境下验证软件，验证无人机数量增多后的软件能力，开展技术转化工作等。
HAWC项目将发展和演示验证吸气式高超声速巡航导弹技术，研究范围包括先进飞行器构型、碳氢燃料超燃冲压推进系统、先进热管理以及经济可承受的系统设计和制造方法。该项目在2017财年申请的经费为4950万美元，相比上一财年大幅上涨3700万美元。具体工作为继续升级经过验证的性能数据库、固化验证飞行器设计、完成软件架构和算法设计、进行软件在回路试验、为实际飞行试验采购长周期硬件、对试验空域进行飞行资格评审、开始硬件在回路试验、对全尺寸发动机进行自由射流试验、继续细化飞行试验内容等。
TBG项目旨在开发和验证战术级空射高超声速助推滑翔弹技术，主要研究飞行器概念方案、在作战环境下具有生存力和杀伤力的系统特性及其子系统构成、能够提高经济可承受性的方法，最终实现10min内飞行距离超过1850km的性能指标。该项目在2017财年申请的经费为2280万美元，相比上一财年增加780万美元。具体工作为开始概念优化试验、继续开展风险降低试验、完成第二代气动数据库建设、完成关键设计评审、为验证飞行器采购硬件、执行软硬件在回路试验、开始组装和试验、继续细化飞行试验、协调和记录细节等。
VTOL X-Plane项目旨在开发一种新的垂直起降飞行器，使其兼具常规直升机垂直起降能力和悬停性能，以及公务机的有效载重水平（不低于总重的40%）、飞行速度（556～741km/h）和升阻比（不低于10）。2016年3月4日，极光飞行科学公司的无人混合动力飞行器“雷击”赢得项目竞标，并获得了价值8944万美元的第二和第三阶段研究合同。该项目2017财年申请经费5200万美元，相比上一财年减少600万美元。具体工作为完成子系统和系统等级的验证试验和分析、开展软硬件在回路试验、完成飞行器管理系统研发、制订航电和地面控制系统的需求，完成飞行试验场地选择以及敲定飞行试验计划、完成飞行器的试验和评估、制造和组装整机。VTOL X-Plane项目预计于2018年首飞。
DFires项目将发展一型无人原型航空器，可由轻型卡车、旋翼机或小型舰船运输和投送，以对战场中的特定区域提供支持，使作战单元可以快速获取增程（>500km）的精确火力。该项目2017财年申请经费500万美元，相比上一财年降低100万美元。具体工作为开展系统需求评审、发展作战概念和指挥控制系统。
几点看法
首先，DARPA在2017财年把更多经费用于航空技术发展。DARPA的项目管理制度十分灵活，如有创新想法便可随时给予经费启动研究。因此预算提案文件中的项目及经费与实际情况并不完全相符，文件编制的目的更多是以此形式通过国会审批。另外，DARPA从不对外公布各保密项目及相关经费，文件中虽列出3个保密项目集，但并未囊括所有的保密项目。2017财年DARPA所需经费大约为29.7亿美元，相比上一财年增长0.35%。而据不完全统计，航空领域主要项目大约为3.88亿美元，增长16.5%，涨幅明显高于该局平均值。另外2016财年DARPA航空领域主要项目经费占比为11.6%，而2017财年上升至13.1%，以上都说明DARPA将把更多研究经费用于发展航空技术。
其次，未来数年DARPA将转化若干重要航空项目。按目前计划，DARPA在研的平台级项目的原型机都将在2020年之前完成首飞。例如TERN和VTOL X-Plane项目的首飞时间定在2018年，HAWC和TBG项目的第一次验证飞行将在2018-2019年间展开，而小精灵项目也将在2019年首次实施小型无人机空中发射和回收试验。另外，DARPA即将结束的“近距空中支援”（PCAS）项目已于2015年成功结束飞行试验，“可重构嵌入式航空系统”（ARES）项目的原型机也将在2016年上半年完成处女航。参考DARPA以往做法，原型机的飞行试验大约持续1年，因此如果进展顺利上述项目都将在21世纪20年代初完成转化，并将在2025年左右为美军空中力量带来作战能力变革。
第三，航空动力技术重新成为DARPA关注热点。最近几十年，虽然DARPA参与了美国最重要的两项全国性航空动力发展倡议，即“综合高性能涡轮发动机技术”（IHPTET）和“多用途经济可承受先进涡轮发动机”（VAATE），但该局一直作为执行委员会的成员参与项目管理，鲜有单独的常规涡轮基发动机项目。另外在高超声速动力方面，DARPA虽曾安排数个项目，但都于数年前停止发展。例如“猎鹰组合循环发动机技术”（FaCET）项目、“高速涡轮发动机验证机”（HiSTED）项目和“模态转换演示验证”（MoTr）项目分别于2009财年、2010财年和2011财年不再申请经费支持。而在2017财年，DARPA整体上在新增项目数量极少的情况下，却增设了AFRE和21世纪推进剂两个与动力相关的项目。另外在2015年，DARPA也曾授予流体活塞公司合同，用于发展高效、轻质的重油和转子发动机技术，力求把耗油率降低50%、功率密度提高3倍。以上3个项目分别涉及高超声速动力、火箭动力和活塞动力，基本覆盖了除涡轮基动力之外最重要的航空动力领域，表明航空动力技术已重新成为DARPA关注热点，同时也突显出了动力技术对于未来航空发展的重要性。
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