高超声速助推滑翔导弹、超高速炮弹、下一代国家级军用航空发动机、飞艇航母 、仿生机器鱼、先进生物燃料、B-21命名为“袭击者”
DARPA选定洛马公司研制战术级高超助推滑翔弹验证弹
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作者：廖孟豪 中航工业经济技术研究院
2016年9月19日，美国国防高级研究计划局（DARPA）授予了洛克希德·马丁公司总价值1.47亿美元的成本分担合同，为“战术助推滑翔”（TBG）项目研制战术级高超声速助推滑翔导弹演示验证原型机。
一、项目简介
“战术助推滑翔”（TBG）项目于2014年启动，是在美国空军战术级高超声速导弹需求的牵引下，由DARPA和美国空军联合实施的两大演示验证项目之一（另一个为“高超声速吸气式武器概念”也即HAWC项目，主要采用基于X-51A的吸气式高超声速巡航导弹方案），旨在集成验证战术级空射高超声速助推滑翔导弹的关键技术，主要包括大包线气动力/热设计技术；高裕度低成本热结构/材料设计与制造技术；鲁棒自适应制导导航与控制技术；先进的热/力/大气等飞行测试技术；高速导引头技术等。相关成果可转化发展成能够从现役飞机和舰艇上发射的高超声速助推滑翔导弹。项目所形成的技术能力将移交给美国空军和海军。
DARPA给出的两大战术级高超导弹演示验证项目TBG和HAWC概念想象图（DARPA图片）
二、目标图像
“战术助推滑翔”项目可视为HTV-2项目（主承包商即为洛马公司）的后继项目，目标是在HTV-2的基础上将高升阻比气动外壳和热防护按比例缩小，把速度和射程等关键指标降低，使其成为空射或舰射的战术级武器。“战术助推滑翔”项目目前没有正式公布具体战技指标，但综合DARPA、美国空军以及国防部高层官员透露的信息可以大致判断，项目发展目标是最大速度约马赫数9～10、射程1000～2000千米范围、能够适应机载发射和舰载垂直发射的战术级高超声速导弹。
TBG项目导弹概念想象图（DARPA图片）
三、项目实施
根据DARPA发布的项目招标文件，“战术助推滑翔”项目分“两段三步”实施，每步淘汰一个承包商。第一步为2014－2015年，主要开展作战概念、导弹概念、演示验证方案等顶层研究和总体方案论证，授予洛马公司、雷神公司和波音公司各一份合同，每份约500万美元，共计投资1500万美元；第二步2015－2016年，主要开展方案初步设计，分别授予洛马和雷声价值2000万美元和2400万美元的合同，共计投资4400万美元；第三步为2016－2020年左右，主要开展详细设计、试制和试飞阶段，只选定唯一承包商——洛马公司，合同价值1.47亿美元。整个TBG项目预计投资约2.5亿美元，其中包括约5000万美元预算用于使用政府持有设施。
雷声公司公布的TBG项目概念图（美国雷神公司图片）
四、进展预测
2014－2016财年间，TBG项目共计耗资约7243万美元，其中DARPA投资约4630万美元，美国空军投资约2613万美元。若DARPA和空军在整个项目中都保持该投资比例，则DARPA预计将为该项目投资1.6亿美元，预计2017－2020财年间还需投资约1.2亿美元，即需保持3000万美元的年均投资强度。该强度完全符合DARPA在该项目上的预算申请计划。本次新合同的授予表明：TBG项目正在按照原定计划稳步推进。预计项目将按照预期，在2019年前后实现飞行演示验证。
美国准备启动下一代国家级军用航空发动机技术研究计划
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作者：晏武英 中航工业经济技术研究院
2016年9月1日，美国《航空周刊与空间技术》报道称，美国军方与工业界正在开展新一代国家级军用发动机技术发展计划的规划工作，除先进推进技术外还首次纳入了完整的综合能量与热管理要素。
该计划称为“支持经济可承受任务能力的先进涡轮技术”（ATTAM）计划，由美国空军研究实验室（AFRL）领导，目标是研发用于一系列下一代高、中、低功率涡轴和战斗机发动机的技术；纳入综合能量与热管理技术的驱动力是为了满足未来发动机支撑更多电力系统、定向能武器、功率更大的传感器等需求，同时提高推进效率和飞行器自身的能量水平。
新计划将继承已经实施十年的“通用经济可承受先进涡轮发动机”（VAATE）计划，其细节可望在9月中旬举行的政府－工业界涡轮发动机技术论坛之后公布。VAATE计划将于2019年结束，而ATTAM计划在2017年启动，二者之间会有2年左右的重叠。
ATTAM计划将对具有广泛基础的研究工作进一步发展，延续了2005年启动的VAATE计划和1987年启动的“综合高性能涡轮发动机技术”（IHPTET）两个国家级推进科研计划所遵循的思路。IHPTET计划首次将政府支持的研究工作集中到涡轮发动机技术上，其目标是将推重比提高一倍；该计划的工作聚焦在可直接应用的发动机性能改善措施上，得到的技术已经融入到F119和F135发动机上。
ATTAM计划以VAATE计划的成就为基础，后者众多成果中最瞩目的就是孕育了自适应发动机（美国通用电气航空集团图片）
VAATE计划的内容扩展到涵盖从进气道到排气装置的整个推进系统，还包括了研发可用于一系列军民用发动机类型的多用途技术。与IHPTET计划集中在性能不同，VAATE计划的目标是将经济可承受性提高10倍。在该计划启动时也针对每类发动机专门确定了可度量的技术目标，这样整个项目朝着10倍经济可承受的目标情况也就可以定量测算。对大型涡扇/涡喷发动机，目标包括推重比提高100%，油耗降低25%，发动机研制、采购和寿命期维护成本减少60%。AFRL表示VAATE计划制定了多个专用的项目目标，很多已经达到，其中一些还将继续延伸到ATTAM计划中，包括航程和耐久性等。
ATTAM计划正处于规划阶段，将进一步发展VAATE计划的技术，并加强与热管理和能量生成等模块的综合。目前在“能量优化飞机”（EOA）计划中已经在研发能改善五代和六代战机热/能量管理的技术，其核心是AFRL的“综合飞行器能量技术”（Invent）子计划，采用基于模型的设计方法研发自适应、智能的飞机能量系统。在Invent计划2017年完成之后，将开展后续的“兆瓦战术飞机”（MTA）计划，目标是测试将Invent的技术放大后满足未来战机所需几兆瓦水平电力载荷的能力。
另一个相关的项目是最近启动的“支持下一代能力的综合推进能量与热”（INPPAT）计划，将实现一套完整的综合能量与热管理系统的成熟与演示验证，研究能够兼容和接纳部分能量管理技术的发动机技术。AFRL表示在自适应发动机发展过程中仍存在某些难题，比如多轴功率提取的能力。目前已经知道如何制造这种发动机，而INPPAT计划的目标则是如何去实现这些功能。ATTAM计划也试图了解当发动机应用能量与热管理系统时的综合方式。
AFRL计划在美国航空航天局（NASA）的推进系统试验室的高空模拟试车台上测试从一台F110发动机上提取兆瓦级的功率，图示是一台测试中的小型发动机（NASA图片）
AFRL同时还准备测试在一台F110发动机上施加可供提取兆瓦级功率的载荷所带来的影响，试验在NASA格林研究中心推进系统试验室的高空试验台进行，以进一步了解发动机在模拟高空条件下的反应。AFRL已经建立了预测用的分析模型，通过试验能够更好的了解模型的精准度。该高空台的PSL-3号舱可模拟21000米高度、马赫数3.0的工作环境，低流量时模拟高度可达到27000米。PSL-4号舱则可模拟马赫数4的速度，并为发动机提供压力1138千帕（165磅/平方英寸，相当于11个大气压）、流量达172.5千克/秒的高温高压来流。
美国企业提出用于小型无人机蜂群作战的“飞艇航母”构想
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作者：黄涛 中航工业经济技术研究院
伴随着技术进步，小型无人机系统的载荷尺寸不断减小，性能逐渐增强，作战能力持续提升。但小型无人机在航程方面仍存在不足。美国国防部国防高级研究计划局（DARPA）副主任史蒂夫•沃克（Steve Walker）就曾在华盛顿某研讨会上问到：“审视太平洋战区作战所需的航程，我们如何让小型无人机系统投入战斗？”
目前，DARPA提出了“小精灵”项目——寻求发展用已有运输机或轰炸机等大型飞机来发射并回收能够在对抗空域协同遂行任务的小型无人机蜂群的方法——作为对这一问题的回答；而在2016年7月举办的AIAA航空2016研讨会上，美国科学应用国际公司（SAIC）和ArcXeon公司提出了另外一个概念——“空中车站”（AirStation），一艘充当空中航母的飞艇。
空中航母的概念可以追溯到美国海军于20世纪30年代飞行的大型飞艇“阿克伦”号和“梅肯”号。长239米的“梅肯”号可在内部机库携带3架寇蒂斯F9C“雀鹰”侦察机，并在空中停留3天。双翼的F9C侦察机通过一个可展开的吊架进行发射与回收，102千米/时的失速速度比飞艇111千米/时的巡航速度稍低。使用2架F9C“梅肯”号就可在12小时内搜索42.73万平方千米的海面。“阿克伦”号和“梅肯”号的建造就是为了深化飞艇－飞机结合体的侦察能力，但随着飞机技术的快速发展，陆基远程侦察飞机能够提供更富效费比的解决方案，飞艇－飞机结合体的概念未能得到进一步发展。
美国海军“梅肯”号飞艇
F-9C“雀鹰”侦察机回收过程（左）与回收用吊架（右）
虽然人们早已认识到飞艇作为长航时监视平台的价值，但目前美国陆军、空军仍通过使用小型和中型无人机系统获取分布式、多平台、多传感器能力。这种方式存在着一定的局限性：常规的无人机系统需要保障设施。SAIC公司高级航空工程师罗恩•霍克斯特勒称，“陆基和舰基发射装备不能按照需要快速重新部署，并且由于政治敏感性通常不能在地面或海面上使用”。该公司认为：无人机系统要想完全达到最大的作战能力，就需要某种专注于无人机系统发射与回收操作的空中保障平台提供的机动性和地理自主性——“小精灵”项目将使用现有的飞机，最有可能是洛克希德•马丁公司的C-130运输机，但这些飞机与飞艇相比续航能力较弱并且他们还有自己的地面保障要求。此外，小型无人机系统与大型涡桨飞机之间的速度失配也是一个挑战。
“空中车站”（AirStation）飞艇航母
为此，需要专门研发一种适应由小型和中型无人机系统组成的大规模蜂群性能包线的平台。这种专门的无人机系统空中航母能够在大多数空域提供长时间的持续存在，并且持续保障费用也是可接受的。飞艇航母能够通过使用带有计算机视觉的机械臂自动地发射、回收、加油及再发射无人机系统。一旦发射完成，飞艇还可以为无人机系统与地面上的操作员提供超视距通信中继。飞艇本身能够在飞行过程中进行空中加油，技术上可通过两种方式解决：一是在海洋上空吊起漂浮于海面的油囊，这已在20世纪50年代经过验证并在90年代再次得到验证；二是对有人机或无人机进行改进，使之能与飞艇对接并进行加油。
“空中车站”（AirStation）飞艇航母细节图，可见飞艇载荷舱下方后侧的机械臂正在发射无人机
飞艇航母的卓越价值在于能够长时间停留在某个区域，从而确保无人机能够按照要求长时间进入指定空域作战。飞艇航母能停留在相对安全的防区外位置，但又足够近地控制、加油或替换执行任务的无人机。
SAIC及其Leidos子公司已拥有开发和保障“天空巴士”30K和80K无人飞艇的经验。其中为美国陆军制造的“天空巴士”80K飞艇正在进行载荷开发试验飞行。与此同时，包括美国洛马公司和英国混合航空器公司在内的其他公司也在开发大型商用飞艇。所有这些飞艇都能够在改进后用于飞艇航母的制造，预计有效载重可达到40吨。
美国空军正式宣布将B-21隐身轰炸机命名为“袭击者”
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作者：张洋 中航工业经济技术研究院
2016年9月19日。美国马里兰州国家港湾盖洛德国家度假酒店及会议中心。美国空军协会2016年度的空、天、网大会在此正式开幕。该大会每年举办一次，本届将一直持续到9月21日。按照原定计划，9月19日上午十点二十（北京时间9月19日晚上十一点二十），美国空军部长黛博拉·李·詹姆斯将在大会开幕式上致辞，但是实际上却提前了三十分钟以上。大约在当地时间上午十点十一分（北京时间晚上十一点十一分）左右，她在致辞过程中正式宣布美国空军B-21隐身轰炸机被命名为“袭击者”（Raider）。
B-21隐身轰炸机外形布局示意图（美国诺格公司图片）
美国空军在2016年3月7日正式发起征集B-21轰炸机命名的竞赛活动，5月5日结束，一共收到4600多个备选命名；随后美国空军全球打击司令部（AFGSC）领导层从中筛选出15个以供最终决选。
尽管B-21的诸多技术特征信息仍是保密的，但我们在此文中基于开源情报进行了系统性分析；截至目前，我们关于该机的各项判断仍与此文中所提出的基本相同。
美国防部认为超高速炮弹有望成为未来导弹防御能力的重要组成部分
来源：国防科技信息网
作者：白旭尧 陈晓（中国船舶信息中心 ）
[据海军内情网2016年9月19日报道] 经过政府和民间的慎重考虑，美国防部已经不再将电磁导轨炮视为下一代反导用的重要平台，但正在研发的超高速常规火炮技术将有望成为应对未来高端对手大规模导弹火力的有效手段。
副国防部长罗伯特·沃克于9月15在新美国安全中心的一次会议上称，他正全面推动在下届总统任期中开展一次名为“突袭破坏者”的军事演习，这次演习中将验证“超高速火炮系统”（HGWS）项目的相关能力。HGWS项目将使美国陆军大量火炮能够发射与海军电磁导轨炮通用的智能炮弹。
“如果研发工作正常展开，我们可以将部署在北约的每门155毫米榴弹炮升级成为防空反导平台，并提高其射程。”沃克称，“HGWS技术将同样用于海军127毫米舰炮，因此也有望使这些舰炮用作防空反导，扭转美国在拒入/限动环境下的不利形势。”沃克称，有分析模型显示，美军通过改进常规火炮并将其作为战场网络的一个节点，可拦截近100枚导弹的齐射。但在实战验证中，如果将HGWS作为主要火力，可以更为有效地对抗潜在对手。“我认为，如果我们在白沙靶场开展‘突袭破坏者’演习，我们将能够拦截95%～98%的敌方弹道导弹和巡航导弹，这将对未来可能发生的在太平洋、欧洲地区的对抗产生重大影响。”沃克曾在2015年3月首次提出“突袭破坏者”演习的设想，并在2016年首次公布国防部开始关注HGWS项目，这说明这项技术将在下一届总统任期内成为投资重点。沃克曾在5月份说，他相信HGWS才是投资的重点。但同时，如果下一任美国总统认为“电磁炮才是美国真正想要的武器”，那么他们将得到足够的资金发展海军电磁导轨炮。
美国防部在2017财年为HGWS投资了2.46亿美元，在15～16财年已经投资了3.64亿。而通用原子公司和BAE系统公司也已交付了电磁导轨炮样炮。与此同时，海军也在17财年提出了30亿美元的预算申请，继续研发电磁炮、超高速炮弹和固体激光器。新的HGWS项目将首先由国防部战略能力办公室负责管理，该办公室主要职责是进一步挖掘现有武器系统潜力，通过升级改造使之具备更强作战能力。
美国海军研究局资助研究仿生机器鱼
来源：国防科技信息网
作者：程大树 中国船舶工业综合技术经济研究院
【据科学日报网站2016年9月15日报道】佛罗里达州大西洋大学研究人员通过观察鱼类如何利用鱼鳍在深海中快速游动，模拟并将这种运动方式应用于水下运载工具和机器人系统，以提高其机动性和移动能力。为促进这一研究领域的发展，佛罗里达州大西洋大学海洋与机械工程系获得了美国海军研究局奖励的258,008美元资金，以获得能够实现3D观察水下流体动态的顶尖仪器。
立体粒子图象测速（PIV）系统，类似于高科技激光摄像机，可帮助研究人员测量并更好地理解复杂水下环境中仿生推进与流体动力之间的相互作用。该系统也可以对人体运动进行二维粒子图象测速（2D PIV）、三维粒子图象测速（stereo PIV）和同步微粒子图象测速（micro-PIV）。该项研究将促进工程、机器人、生物学、仿生学及物理科学之间交叉领域的跨学科发展。
“若想了解如何在水下操纵推进系统，就必须的了解该系统对水流的影响”研究人员指出。“我们实验室中的大型设备能够精确测量并分析目前极其复杂的3D流动结构。”三维或3D流动性测量是理解柔性推进器流体动力物理学的重要基础。
研究人员一直都在观察动物的运动状态，以确定工程系统与自然状态的不同。目前，研究人员正尝试调整鱼鳍和鸟类翅膀的柔软度，以开发一种与自然运动响应类似的柔性结构—该研究完全抛弃工程产品目前使用的硬质材料和结构。
“鸟类能够改变翅膀的形状或形态，以适应风向的改变，鱼类能够快速改变鱼鳍的运动，以不断适应湍急的水流，”研究人员指出。“它们都能够根据空气和水的流向调节自身的运动状态。但是目前，我们还无法实现这一目标，这也是我们必须理解柔性结构及这一结构是如何影响机动性和运动方向的重要原因。任何事物在水和空气中都会产生相互作用。甚至你在运动的时候，也会与气流产生相互作用。”
受到刀鱼运动的启发，研究团队近期开发了一个原型系统（由美国国家科学基金会资助）。这种特殊的鱼类能够毫不费力地完成向上、向下、横向和纵向运动。研究人员使用3D打印材料、16个电机和一层薄膜制作了这一原型，该原型可以完全浸入水中并执行监视、海底测量、检验水下结构等在内的一系列任务。研究人员计划利用这一原型系统开发一系列载具，确保其能够在恶劣的水下环境中执行商业和军事任务。“我们将利用这一关键技术取得一系列项目研究成果，帮助我们了解柔性表面的作用方式以及其是如何调节尾流结构，并改善运动性能。
美海军成功应用先进生物燃料含量100%的燃油
来源：国防科技信息网
作者：周智伟 中国船舶信息中心
【据美国海军网站9月16日报道】美海军在帕塔克森特河的海军航空站，成功展示一种先进生物燃料含量达到100%的燃油在EA-18G“绿色咆哮者”飞机上的应用。
美军在替代燃料使用方面一直处于世界领先地位。此次试飞由第23航空测试与评估中队（VX）的布拉德利费尔法克斯少校担任，据他表示，“从EA-18G飞机起飞到着陆，新燃油并没有使飞机表现出与传统燃料有任何不同，飞机的表现与使用JP-5航空燃油完全相同”。位于大西洋靶场的美国海军空战中心飞机分部（NAWCD）的实时无线电处理系统（RTPS）给出相同的测量结果，此次使用先进生物燃料含量100%燃油的飞机表现，与使用JP-5航空汽油的飞机表现没有明显差别。
此次结果符合美国海军对替代生物燃料的要求，即对于使用者而言，生物燃料和传统航空燃油无区别，使用者无需了解使用的是那种燃料，只要按照以往的方式操作装备即可。此次使用的先进生物燃料含量100%的燃油首先于8月30日，在NAWCD的飞机测试与评估设施（ATEF）进行了地面测试，然后才于9月1日进行了首次飞行试验。此次试验成功，有力的支持了海军在2020年替代燃料使用计划的实施。
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