隐身靶标！美军第五代靶机发展现状及展望

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来源：空天防务观察

作者：李沅栩

作为美军的首款模拟第五代战机威胁的隐身靶机，5GAT以其低成本和高隐身而备受关注。在完成首架样机交付后，5GAT于2020年9月在犹他州进行了由空军主导的低速和高速滑行试验。不过2020年10月23日，首架样机在飞行过程中发生了事故，导致飞机损毁。目前正在进行安全调查，以确定事故原因。首架样机将为未来5GAT的采办探索符合成本要求的设计和制造方案，并提供经过验证的成本数据。目前第二架样机的早期生产工作正在进行中。国防部已要求在21财年提供3270万美元，以继续开发和试验第二架5GAT样机。

5GAT于2020年9月在犹他州进行了由空军主导的低速和高速滑行试验（美空军图片）

一、项目背景

靶机作为模拟空中威胁的利器，一直以来是军队作战训练以及武器装备测试与评估不可或缺的装备。为了保证训练和试验鉴定的质量，靶机必须贴合实战，并紧跟武器装备的发展。在本世纪初，美军的全尺寸靶机为1997年服役的QF-4，但随着中、俄隐身战斗机的发展，QF-4在面对美军的作战需求时，逐渐显得力不从心。

首先，QF-4是由三代机F-4进行改造而来，性能已经无法模拟美军需要面对的隐身战斗机威胁。其次，F-4已于1996年停产，由此带来的后果是QF-4的零部件供应以及维护成问题，解决这一问题需要付出高额的成本，同时QF-4的库存也在不断减少，无法支撑美军长久的训练以及武器测试任务。

因此，美军于2006年开展了未来靶机的研究工作，确定将QF-16作为第五代靶机的临时过渡方案。2011年，5GAT正式立项，并且中国与俄罗斯五代机的快速发展无疑也促进了5GAT的研制进程。2018年6月27日，STS公司正式宣布5GAT完成了关键设计评审（CDR），标志着5GAT的发展进入了新阶段。

二、项目特点

与现有的靶机相比，5GAT主要具有以下特点：

1、隐身性能好

优秀的隐身能力是5GAT的最大特点之一。作为模拟五代机威胁的靶机，5GAT充分考虑了隐身设计。该机采用了翼身融合设计，机身表面光滑，未见明显的外挂武器、副油箱等结构，其内部结构简单，机身开口较少，也并未安装飞机座舱等，因此有效减少雷达波反射面积。此外，该机采用了V型尾翼，取消了水平尾翼，减弱了反射雷达波信号。5GAT还采用了S型进气道，将J85发动机的叶片进行了隐藏，进一步提高隐身性能。

同时，5GAT的一体化复合材料机身也起到了重要作用。相比于金属机身，5GAT的一体化复合材料机身使用的零部件大大减少，从而避免了机身表面安装大量铆钉，而铆钉等部件是雷达波的强反射源。对机身的精心设计保证了5GAT优异的隐身性能。

在设计过程中，美军对于5GAT的隐身性能进行了评估，虽然美军并未透露样机具体的雷达截面积（RCS）值，但是评估结果表明5GAT的隐身性能符合美军要求。

2、机动性高

为了模拟第五代战斗机的高机动性能，美军采取了很多办法。首先，研究团队针对J85发动机的需要对机身进行了重新设计，从而最大限度地减少阻力，同时保证J85处于最佳推力水平；其次，5GAT采用轻质复合材料全机身，大大降低了飞机重量和翼载荷；此外，该机选用两台J85发动机，可以提供32kN推力，使得5GAT的推重比较传统靶机显著提升（见表1）。

据报道，5GAT拥有6G的持续过载和9G的瞬时过载能力，进而拥有高转弯率、高加减速能力。

表1  5GAT与BQM-34S靶机推重比的比较

面对美军现在的作战需求，QF-4已显得力不从心（美空军图片）

3、成本低

成本是靶机设计最为关键的因素之一。根据美军发布的采购预算报告得知，QF-4的采购单价为260万美元左右，QF-16的采购单价为840万左右，为了遏制成本上涨的势头，美军在5GAT的研制过程中采用了多种节约成本的措施。

首先，在研制之初，美军就制定了采购单价550万美元、维护成本低于QF-4的要求，最大限度地保证靶机成本不超标。其次，在研制过程中对于发动机的选择也是进行了权衡，最初的方案都是采用成本低廉的FJ44，但后期阶段，为了进一步压缩成本，又采用即将退役、成本更低的J85发动机取代了FJ44，以至于机身内部结构进行了大改，不过由此也可以看出，美军在降低成本方面所下的决心。

在机身设计方面，该机95%的机身采用碳纤维增强复合材料（CFPR），通过整体成形工艺大大减少了零件数量和制造成本。该机采用简单的硬壳加固结构，消除了传统全金属半硬壳结构中复杂的机身框架、纵梁、翼梁、翼肋、蒙皮等，大大降低了制造和装配的人工成本。

三、未来发展展望

5GAT是美军研制的第一款高隐身、高机动靶机，具有广阔的发展前景。预计其未来发展方向如下：

1、控制系统进一步通用化

由于美国海、陆、空三军都拥有各自的控制系统，往往一台靶机为了满足不同军种测试需要配备多个系统，造成了资源浪费以及兼容问题，因此，美军一直在推行控制系统通用化，这将为未来靶机集群控制、协同作战打下基础。但是各个军种的利益分配是一个大问题，例如空军提出由自己主导的跨军种靶机控制系统（MSTCS）计划，而陆军则提出将旋翼靶机、地面靶标、小尺寸靶机集成到一个控制系统中——陆军通用控制系统（ACCS）。不过近几年由于海军下一代靶机（SSAT）与空军新一代全尺寸靶机QF-16和国防部推行的第五代靶机5GAT都集中取代过时的型号，此时理论上是推行靶机通用控制系统的最佳时机，借助换代的机会，由国防部牵头安装统一通用的控制系统，将系统不统一的过时靶机淘，实现控制系统的通用化。

2、改造为忠诚僚机的可能性

“忠诚僚机”是近些年来各国关注的重点，“忠诚僚机”就是将有人驾驶战斗机与具备自主作战能力的无人机实现有效集成，完成协同作战，提高作战效能。

靶机与“忠诚僚机”均强调飞机的低成本，可谓是颇有渊源。特别是在技术研发过程中，用靶机模拟“忠诚僚机”具有很好的经济性。例如，美军在BQM-167A靶机基础上改造的UTAP-22无人机于2015年与海军陆战队的AV-8B进行了协同飞行演示，展示了有人-无人协同编队能力。2018年9月，空客在德国波罗的海地区进行了由一架有人机控制5架空客Do-DT25靶机的无人／有人协同飞行试验。

此外，美军2018财年的预算显示，美军有在5GAT上安装电子攻击系统的计划，结合不错的隐身能力和低廉的成本，5GAT具备较好的作战潜能，具有派生发展“忠诚僚机”的有利条件。一旦未来有需要，5GAT也有改造为“忠诚僚机”的可能。

3、派生发展多种型别

尽管目前5GAT与QF-16的互补搭配可以满足空军现有的作战需求，但是武器装备发展迅速，现有的测试需求未必会一成不变，倘若未来美军出现了更强力的潜在威胁，光靠5GAT与QF-16的组合无法满足需求时，5GAT将会派生发展出许多型别，以适应未来训练和试验的需要。在美军靶机发展的历史上，这样的例子并不少见，BQM-34和BQM-74靶机目前已经分别衍生出BQM-34A/E/S以及MQM-74A、MQM-74C等多种改型。

四、启示

纵观5GAT的发展历程，可以得出以下几点启示：

1、新研靶机应与现有靶机形成互补

由于靶机性能的差异以及不同测试任务的需要，靶机的类型多种多样，例如：美海军就有超声速与亚声速靶机、美空军则有全尺寸靶机和小尺寸靶机等等。通过不同的靶机组合，可以覆盖几乎所有武器装备测试以及作战训练的需要，同时也可以降低靶机研制难度，从而达到军方需要的效果。

在5GAT的研制过程中，便很好的体现了这一点。5GAT在研制之初曾有两套方案，一是用5GAT完全替代现有的QF-16靶机，另一种则是5GAT作为QF-16的补充。前者要求5GAT的性能更高，相应的成本也会增加，后者则相反。经过研究团队的深入分析，最终选择了后者。显然，完全替代方案所付出的成本是军方无法容忍的，并且也没有必要完全取代QF-16。5GAT只需要能够执行80%的靶机任务即可，包括测试AIM-120中距空空导弹和AIM-9X响尾蛇导弹等，而高速、大机动的测试任务继续由QF-16完成。

QF-16由F-16改装而成，接替性能落后的QF-4（美空军图片）

一味地追求性能的全面提升只会导致资源的浪费和成本的上升，与现有装备体系高效的配合才能够最大程度地节省资源并降低成本。

2、注重利用学术界与工业界的力量

在5GAT的研制过程中，美国军方广泛征集军方、工业界和学术界的技术方案。其中不仅包括空军自身研究机构——美空军研究实验室（AFRL），美军还大胆启用了2006年刚成立的STS公司，甚至还将5GAT项目作为美空军学院教师的研究课题以及学生课程的学术练习。通过多样性的选择，美军可以获得极大的决策空间。在方案选择过程中，美军淘汰了美空军研究实验室的单发动机方案，理由是不符合全尺寸靶机的要求。之后留下了STS与美空军学院的方案进行进一步研究比较，并且衍生出一批备选方案，通过大规模风洞试验等一系列测试，最终选择了美空军学院的trap方案。为了有效地利用工业界的力量，美军将美空军学院的trap方案交由STS生产。由此可见，美军非常注重有效地利用学术界与工业界的力量开展装备研制工作。

3、科学的工作流程

5GAT的整个研究过程充分体现了科学严谨的做事原则。无论是刚开始根据美军自身现状以及潜在对手的发展态势，在外国军机、退役美军战机、教练机、小尺寸靶机等一系列备选方案中通过可用性、效率、成本、周期、风险等标准进行分析，制定了QF-16作为5GAT的过渡计划，还是在5GAT方案的选择中，利用计算、风洞试验等一系列方法对各式模型的不断修正调整，最终形成成熟可靠的研制方案，都经历了科学严谨的工作流程。

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