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

繼 F-16 AFTI 之后，NF-16D 接過了飛行實驗的接力棒。它既被稱為 VISTA，也被稱為 MATV，后來還被命名為 X-62A。

1988年，美國空軍與通用動力公司（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)定性測試機(jī)）的飛行實驗室。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 VISTA 項目的領(lǐng)導(dǎo)工作由賴特-帕特森空軍基地的空軍實驗室（Air Force Laboratory）執(zhí)行，NASA 和海軍航空兵也參與了相關(guān)工作。

這架飛行實驗室是由一架 Block 30 批次的雙座型 F-16D 改裝而來的。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 NF-16D。前綴“N”表示該機(jī)無法恢復(fù)到原始狀態(tài)；但在實際使用中，更常使用的是其非正式名稱 F-16D VISTA。

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

NF-16D 獲得了獨特的控制機(jī)構(gòu)——在兩個座艙內(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各控制面在不同組合下的同步偏轉(zhuǎn)以及改變發(fā)動機(jī)推力來實現(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 計劃進(jìn)行的測試于 1988 年至 1992 年間在愛德華茲空軍基地進(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 25°。

從總體上看，MATV（Multi-Axis Thrust-Vectoring，多軸推力矢量） 研究計劃具有很強(qiáng)的應(yīng)用性質(zhì)——即確定配備推力矢量發(fā)動機(jī)在空戰(zhàn)中的優(yōu)缺點。MATV 計劃與 VISTA 計劃并無直接關(guān)系。相關(guān)工作始于 1991 年，由以色列和美國合作開展。以色列于 1992 年退出該計劃，但美國人繼續(xù)了研究。工作計劃預(yù)想在能夠進(jìn)行空戰(zhàn)的飛行實驗室上，對配備全向偏轉(zhuǎn)噴管的發(fā)動機(jī)進(jìn)行飛行測試。作為飛行實驗室（ЛЛ），計劃使用一架配備數(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（КЗА）的雙座戰(zhàn)斗機(jī)。當(dāng)時處于閑置狀態(tài)且已完成改裝的 NF-16D 非常適合用作 MATV 的飛行實驗室。

NF-16D 的現(xiàn)代化改裝于 1993 年初完成。這種結(jié)構(gòu)相對簡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)動機(jī)上。配備新噴管的 F110 發(fā)動機(jī)和 VEC（Vector Electronic Control，矢量電子控制） 數(shù)字發(fā)動機(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（改裝后的檢驗飛行），隨后飛機(jī)被移交給愛德華茲空軍基地。1993 年 7 月 30 日，推力矢量技術(shù)在飛行中首次進(jìn)行了測試。

F-16 MATV 飛行試驗計劃及結(jié)論

F-16 MATV 的飛行試驗計劃原定持續(xù)六個月。試驗的核心目標(biāo)是評估推力矢量控制（OVT）在近距機(jī)動空戰(zhàn)中的實際優(yōu)勢。

在研究性空戰(zhàn)模擬中，與 F-16 MATV 對壘的是 F-16C Block 32；參與試飛的飛行員輪流來自第 422 試驗中隊，且均具備作戰(zhàn)應(yīng)用教官資質(zhì)。空戰(zhàn)形式包括“一對一”以及“一對二”（F-16 MATV 對抗雙機(jī)編隊），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。試驗期間總計進(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)遺憾地僅在序列號和職業(yè)生涯節(jié)點上是準(zhǔn)確的，其余信息有多愛好者是質(zhì)疑的。該網(wǎng)站聲稱 MATV 計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 年代初的美國科學(xué)雜志曾發(fā)表過幾篇實時評估這些空戰(zhàn)的文章。空戰(zhàn)的次數(shù)或許有爭議，但這些戰(zhàn)斗 100% 發(fā)生過，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，因為它能達(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：推力矢量控制確實顯著提升了空戰(zhàn)效能，但它并非“萬能藥”，也不會從根本上改變現(xiàn)有的戰(zhàn)術(shù)動作。F-16 MATV 飛行員僅在戰(zhàn)斗的最后階段（即當(dāng)飛機(jī)失去大部分能量儲備時，再次印證了伯伊德的 E-M 理論）才會獲得明顯優(yōu)勢。

至于通過達(dá)到 100 度及以上攻角實現(xiàn)的動態(tài)減速（即**“普加喬夫眼鏡蛇”機(jī)動），被認(rèn)為在實際空戰(zhàn)中毫無用處**。F-16 MATV 的主要優(yōu)點在于擴(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，這一點在 VISTA 計劃的飛行中已得到證實。

F-16 MATV 的試驗并未就戰(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)為是不切實際的。

同一時期，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行實驗室，用于測試帶有推力矢量控制（OVT）的發(fā)動機(jī)，并演練新的空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)（多向推力矢量計劃，Multi-directional thrust-vectoring program）。這一次，配備矢量噴管的是 F100 渦扇發(fā)動機(jī)。

MATV 計劃最初是美以合作項目，而在這項關(guān)于推力矢量的全新計劃中，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年放棄美國國籍，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，歷任首個裝備“鬼怪”的第201中隊副中隊長、“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；他的美國背景引發(fā)了一場涉及美、以、埃、蘇四國的外交丑聞。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)了美國國籍。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國家試飛員學(xué)校（民辦）校長，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，他的飛行時長超過 9900小時，駕駛過30多種機(jī)型，其中一半是戰(zhàn)斗機(jī)：從“超超級神秘”到 JAS-39。這位功勛卓著的退休老人在隨后的幾年里，還出于個人愛好駕駛 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，杰弗里-伊薩克·皮爾先生的故事，確實比 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）仍未停止對配備全向矢量噴管的 F100 發(fā)動機(jī)方案的研究工作。

1999 年，這架 NF-16D 恢復(fù)了 VISTA 狀態(tài)，并被移交給位于愛德華茲空軍基地的美國空軍試飛員學(xué)校。不過，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，NF-16D 作為飛行實驗室的需求量極巨，主要用于測試和調(diào)試各類無人機(jī)硬件及軟件方案，即廣為人知的**“忠誠僚機(jī)”**（Loyal Wingman）。

“忠誠僚機(jī)”這一術(shù)語起源于美國，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)語并未完全反映事物的本質(zhì)。英語專家認(rèn)為，“忠誠僚機(jī)”與普通無人機(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)和航空兵的對抗環(huán)境下，“忠誠僚機(jī)”能夠以高度自主甚至完全自主的狀態(tài)執(zhí)行任務(wù)。

“忠誠僚機(jī)”概念的出現(xiàn)主要歸結(jié)于兩個因素：防空武器效能的提升以及載人航空集群成本的飆升。在烏克蘭開展的特別軍事行動生動地展示了防空系統(tǒng)的有效性：盡管俄羅斯空天軍擁有絕對空中優(yōu)勢，但由于對方防空系統(tǒng)（且并非最先進(jìn)型號）的阻擊，其優(yōu)勢無法得到充分發(fā)揮。載人戰(zhàn)斗機(jī)的造價已攀升至“大規(guī)模”一詞完全無法適用的程度——即便最簡單的 F-35A 型，單價也高達(dá)約 8000 萬美元。在敵方防空環(huán)境下行動，載人機(jī)的損失不可避免，而要補(bǔ)充這些昂貴、復(fù)雜且耗時耗力的戰(zhàn)機(jī)極其困難。

“忠誠僚機(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)行了代號為 “Have Raider I” 的首次 AI 計劃試驗。2017 年春，在愛德華茲空軍基地開展了為期兩周的 “Have Raider II” 評估演示飛行，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）開發(fā)的硬件和軟件。飛行分為兩個階段：

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“忠誠僚機(jī)”。NF-16D 的 AI 負(fù)責(zé)識別防空導(dǎo)彈陣地，計算規(guī)避危險區(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。試驗在模擬隨機(jī)事件的背景下測試了 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。

在第二階段，除了 NF-16D 的 AI 不運行外，其余任務(wù)設(shè)置與第一階段完全相同。隨后對兩個階段的結(jié)果進(jìn)行了對比。雖然對比的具體結(jié)果未公開，但“臭鼬工廠”的代表強(qiáng)調(diào)，“Have Raider”計劃具有純粹的實驗性質(zhì)。

NF-16D 與 F-16D，“Have Raider I”計劃，2015 年

美國空軍在裝備帶有 AI 的無人機(jī)進(jìn)程中，下一步行動是 “空中博格” (Skyborg) 計劃，該工作始于 2019 年。克拉托斯 (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” 無人機(jī)均與“空中博格”計劃掛鉤。2021 年，“空中博格”計劃的保密等級有所提高，此后關(guān)于真實飛行的 AI 無人機(jī)的公開報道銳減。2021 年夏天，MQ-20 無人機(jī)首次參加了在愛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)推測克拉托斯公司已制造了 12 架 XQ-58A“瓦爾基里”無人機(jī)。澳大利亞國防部于 2022 年訂購了 10 架量產(chǎn)配置的 MQ-28A 無人機(jī)，計劃于 2024-2025 年交付。

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

MQ-20

XQ-28F 與 F-16C

MQ-28A

“空中博格”（Skyborg）計劃的目標(biāo)是驗證無人機(jī)作為“忠誠僚機(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)） 計劃來實現(xiàn)。通過兩者的預(yù)算對比，可以直觀地看出這兩項計劃在原則上的差異：如果說“空中博格”框架下的三個項目計劃耗資不足 1 億美元，那么到 2028 年，CCA 計劃的支出可能達(dá)到 60 億美元。

關(guān)于 CCA 計劃的存在于 2023 年 3 月被公眾知曉，當(dāng)時美國空軍司令部公布了采購多達(dá) 1000 架能夠與有人駕駛飛機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)的無人機(jī)（即“忠誠僚機(jī)”）的計劃。

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

針對 CCA 無人機(jī)的人工智能（AI）開發(fā)工作正在 “毒液”（Venom） 計劃下進(jìn)行，所使用的飛行實驗室正是通用動力的 X-62A。為了完善 CCA 無人機(jī)的 AI 系統(tǒng)，還計劃將另外 6 架 F-16 戰(zhàn)斗機(jī)改裝為飛行實驗室。

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