“闪电”迷局

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  JSF项目是美国国防部有史以来最复杂、最昂贵的飞机研制和采购计划。该计划试图分别为美国空军、海军和海军陆战队提供3种不同的型别。同时,为了扩大市场、分摊风险和成本,美国联合了8个国际合作伙伴共同研制F-35战斗机。对于美国来说,JSF确实是一个非常重要的计划,因为它要替换美国空军、海军和海军陆战队的数千架现役战机另外,该计划还要对盟国出口,这曾经引发了美国几大军火商的激烈竞争。最终,洛克希德·马丁公司的F-35“闪电”Ⅱ胜出。
  美国在JSF项目开始之初估计该项目的总投资大约为4000亿美元,其中包括飞机的研发和采购费用,各型F-35的总采购数量高达2457架,并将持续达几十年。但是,在JSF项目启动之后,F-35的成本、项目进度和设计性能未能满足美国国防部的要求。因此,在2010年,美国国防部开始进行大范围调整,以图解决出现的问题。尽管调整后的方案能够优化资源并降低风险,但在某些情况下却存在关联影响,使得成本进一步增长、进度进一步延迟。
  JSF项目总体概况
  自2010年6月以来,JSF项目总成本已增加150亿美元,其中50亿美元来自研发,100亿美元来自采购。不久,美国国防部将重新批准一个项目基线(ProgramBaseline),届时新的变化很可能还会出现。相比于2007年批准的项目基线,到2012年3月,JSF项目的总成本增加了1190亿美元,同时,飞机全速率生产时间将推迟5年。由于项目存在不确定性,F-35形成初始作战能力(10C)的日期至今仍然没有确定。
  目前,短距起飞和垂直降落型F-35B的性能已经得到改进,但是F-35B改进的状态也只是暂时的,而且没有得到验证。此外,F-35超过2400万行软件代码的管理和研发也是一个问题,软件发布的延迟也使得飞机的测试和训练推后。目前,F-35的关键任务系统的研发仍然落后于项目进度要求,而且还存在风险。目前,仅仅只有4%的功能齐全的任务系统得到了检验。完全集成的F-35最早也只能在2015年才能开始测试。此外,欲集成到任务系统和作战理念中去的头盔显示器的缺陷也是F-35的一个大问题。美国国防部不得不投入资金研发一种性能相对较低但是比较可靠的头盔作为备份。另外,用于提高飞机可用度和降低保障成本的地面自主保障信息系统还没有完全研发成功。
  按照原来的想法,JSF项目在研制过程中可以改变飞机设计和制造流程,但事实并非如此。在JSF项目中,新的设计和制造流程恰恰制造了很多不确定因素。因此,JSF项目在研发过程中多了许多“地雷”在等待排除。
  在第一个4年采购合同中,成本超支总额就超过了10亿美元,而飞机交付时间也平均延后了1年。其中,美国国防部还要求为已经生产的飞机进行改进,以修正在测试中发现的问题,这也使63架飞机总成本增加了3.73亿美元。洛克希德·马丁公司表示,由政府导致的成本超支达到了6.72亿美元,以合同中飞机总数为63架计算,每架飞机的成本增长了1100万美元。从目前飞行测试的结果来看,飞机制造流程的确需要改进,但这不仅增加了成本增长的潜在因素,同时也增长了飞机制造风险。
  JSF项目的重组和调整
  JSF项目的重组和调整自201O年开始,持续了整个2011年,并在2012年继续推进。在这期间,项目成本增加和进度拖迟成了习以为常的事情。为此,美国国防部通过减少飞机采购数量和延长飞行测试时间以降低近期的项目风险。另外,美国国防部还将通过一项新的项目基线,以加强对该项目的管理和监督,实现对成本和进度的控制。但是,这个决定是美国国防部宣布JSF项目成本超支、需要新基线的声明之后2年才做出的。
  早在20世纪80年代,美国军方研发预算无节制攀升以及赤字问题就已经很严重,参议员山姆·纳恩和众议员大卫·麦柯迪在1982年的国防预算法案审议中提出附加案,要求美国国防部在项目超过预算15%的时候必须通知美国国会,自动重启项目评审过程:如果项目开支超过预算25%,则项目自动下马,除非美国国防部长提出合理的理由,例如项目对国家安全的重要性、成本增长的合理性、项目管理没有不当之处,而且没有合理的替代方案。这就是著名的纳恩-麦柯迪“法案”。表1反映了JSF项目自2001年开始、在2004年进行主要设计、在2007年由于成本严重超支违反了纳恩-麦柯迪法案之后美国国防部发布新项目基线的情况。2010年,由于项目成本再次超过Nunn-McCurdy法案限制,该项目进行了新一轮项目调整,以及在2011年国防部重新进行临时成本估算等这些重要时间节点上,飞机的成本和采购量的情况。
  为了降低近期采购成本,同时使得项目能够持续发展,美国国防部连续3年减少了F-35的采购数量,并将减少的数量推迟到未来几年再购买,以维持采购总量不变,使这些飞机的成本支出被推迟了几年。2012年2月,美国国防部将2017财年以前F-35的采购数量减少了179架,连同此前减少的采购数量,在2017财年以前美国国防部只采购365架飞机,而2002年则计划采购1591架。由于美国国防部并不打算减少F-35的总采购数量,因此,其余飞机的成本预算、服役时间和对延期生产的飞机的勤务保障等活动都顺延到2017年以后进行。图1就显示了F-35的近期计划采购量不断下降的情况。
  尽管放缓采购计划可以减少风险,但整个JSF计划的经济可承受能力仍然是个主要问题,这包括购买F-35飞机的采购费用和这些飞机后期的使用维护费用。随着JSF项目的推进,该项目的投资也达到了前所未有的高水平。在图2中就显示了JSF项目各年度的投资额。从现在起直到2035年,平均每年JSF的成本需求超过130亿美元,这意味着除了过去已经投入的资金外,在今后20多年里总共投入的资金将高达3000亿美元。此后,该项目每年的投资可能增长到160亿美元。按美国空军目前的预算,单是在2016财年到2035财年间每年投入高达80亿~110亿美元。而美国空军还要对其他项目进行投资,例如KC-46空中加油机和未来战略轰炸机项目等,如此高的投入恐怕是美国空军不可承受的。   项目的技术风险
  JSF计划所存在的不稳定性在很大程度上与首次采用高度并行开发、测试和生产的研发模式相关,这肯定会带来很多问题。
  2011年主要目标尚未完成
  在2011年,JSF项目有11个主要目标,其中5个目标是特定测试、与合同期望相关的训练以及相关奖励费用的发放:其他6个目标则是与成本、进度、合同谈判与执行,以及相关支持工作有关。在2011年,JSF项目成功完成2项重要的测试,即F-35B上舰测试和F-35的静态结构测试。另外2项测试没有威功,即尾钩问题导致F-35C的航空母舰适应性测试失败。因此,尾钩需要返工进行重新设计。同时,F-35软件没有在飞行测试前准时发布。此外,JSF计划还成功能完成了与维修性的设计评审、时间进度、制造工艺和成本控制等相关的目标,但是不能满足训练时间线和完整合同谈判等目标要求。2011年的11个项目目标中有5个还没有完成,而按JSF项目办公室的声明,其中2个问题已经有了确定的解决办法,另3个问题也已经有了临时解决方案。
  自2010年开始,F-35的飞行测试进展迅速。在2011年,JSF项目总共进行了972次试飞,是2010年试飞次数的2倍,达到或超过了大多数测试计划的目标。JSF项目的飞行测试计划如图3所示,整体上看还是完成并超出了预定计划。但由于操作局限性和飞机可靠性问题,F-35A没有完成全部测试计划。
  尽管飞行测试取得了相当大的进展,但后期仍然可能存在很多挑战。到目前为止,F-35已经完成了总共约60000项的计划飞行测试点中的21%。目前,所进行的飞行测试已经展示了F-35的适航性、飞行品质、速度、升限和机动性能,但一些更复杂的飞行测试,如低空飞行、武器系统集成和大迎角飞行等,还没有进行测试,仍然可能存在问题。到目前为止,F-35任务系统的技术需求只有4%得到了确定和验证,而提供F-35核心作战能力的关键任务系统的研发仍然落后于预定计划,对于各型F-35的全状态测试最早要到2015年才能开始进行,包括任务系统、武器系统、自主保障系统等。
  F-35B的可靠性和性能问题
  在2011年,F-35B的飞行测试比预期顺利。为此,项目团队增加了飞行测试的频率,并进行了短距垂直起降特定模式的测试。由于F-35B存在可靠性问题及飞行性能下降,2011年1月美国国防部长决定给其2年的“试用期”
  (亦称“缓刑期”)。尽管这些改进可能又会增加成本和重量,但是为解决F-35B的技术问题、设计工程解决方案并评估这些问题的影响提供了充裕的时间。“试用期”限制了美军对F-35B的采购数量,2011财年的采购数量仅为3架,2012财年的采购数量仅为6架。
  2012年1月,由于飞机性能提高以及海上试验初步完成,美国国防部认为F-35B的研发、测试和建造的成熟度已经不低于A型和c型,于是美国国防部长取消了F-35B的“试用期”。
  软件和硬件系统的风险
  F-35的软件代码已经超过2400万行,其中机载软件代码有950万行,这是F-22A机载软件代码的3倍,是F/A-18E/F的6倍。自2005年的工作审查以来,JSF的机载软件代码已经增长了37%。尽管软件代码的增长正在放缓,但是接近一半的机载软件还没有完成集成和测试。尽管过去其他项目软件代码的增长量都在30%以上,有的甚至达到了100%,但对于JSF项目来说,软件代码量的增长大大增加了成本,拖延了进度,特别是在JSF项目的成本和研制进度情况已经不容乐观的情况下,软件代码量增长所带来的影响可能更为严重。
  在面临的各种硬件问题中,头盔显示系统可能是存在风险最大的硬件。F-35的头盔显示器对于作战系统来说是不可或缺的,它可以综合显示飞机传感器和武器系统数据,提供周边环境态势感知能力,并减轻飞行员的操作负担。目前,头盔显示系统的主要问题包括夜视能力不足、图像显示抖动(特别是动态图像)以及数据传输延迟等。这些问题都限制了头盔显示器的能力,甚至可能改变飞机的操纵方式。目前,美国国防部正在研发一种性能一般但成熟可靠的头盔显示系统作为备份。这项研发工作的花费将超过8000万美元,而且这种备份系统在2014年以前并不会集成到现有飞机系统中,而这种改变不仅要在已经生产完毕的飞机上改动,而且将增加飞机主系统的风险。此外,JSF项目的硬件还将面临很多挑战,这些硬件包括雷达、综合处理器、通信导航设备以及电子战套件等。
  F-35的“自主保障信息系统”(Autonomlc LoglstlcsInformatin SysterrALIS)是一个必不可少的管理系统,它可以简化维护管理流程,并控制全寿命周期内的维护保障成本。它可以用于综合自检和维修信息管理,自动生成部件需要检修的报告,预报剩余寿命。ALIS还可以管理机组人员的训练记录。但目前,ALIS系统也不成熟,还需要在设计上进行改进以处理目前发现的问题。考虑到目前的时间和进度,即使美国军方如果延长ALIS的研发时间,投入更多的资源,部分改进需求可能得不到满足。
  2011年10月,F-35的测试团队指出,由于JSF项目在头盔显示器、夜视能力、飞机操作性和机动性方面存在很大不足,设计团队在修改低可探测性、低可靠性、低可维护性等方面花费了过多的时间,要达到出动架次率和全寿命周期成本的要求,F-35必须进行大幅改进。
  成本超支和进展延误将持续
  目前,JSF项目还没有表现出它已经具有固定的设计和制造工艺,没有达到可以高效生产的水平,随着飞机测试的持续推进,飞机设计方面可能还要频繁进行改动。尽管飞机制造工艺已经有了一定进步,但最初4次年度采购的低速率生产型机都存在严重的成本超支和交付延期的情况,而且这些飞机在测试中发现的问题也必须进行修改,这将大大增加了额外成本。因此,在飞机生产工艺处于可控状态之前,这些因素将增加成本持续增长的风险。尽管美国国防部已经采取了一些有效措施,但JSF仍然可能存在成本增长的潜在因素。即使近期飞机采购数量大幅减少,但美国国防部不得不在这些年为飞行测试投入数十亿美元。表2可以看出,在最初4批次低速率生产型机的成本超支情况。   虽然JSF项目主承包商洛克希德·马丁公司不断地证明自己有能力改善飞机性能和提高生产能力,但关键零部件的短缺、车间生产能力不足和质量不稳定等问题,在最初4批飞机生产中仍然是影响成本和进度的关键所在。在整个2011年,飞机生产线都被修改设计以解决测试中发现的问题和简化机身机翼工艺改进所占据:另外,首架F-35C的生产也是2011年的主要任务之一。洛克希德公司本来计划在2011年底交付30架飞机,但最终他们只交付了9架,而且飞机交付延迟达1年以上。尽管进度延迟如此严重,洛克希德·马丁公司仍然计划在未来25年里生产数千架F-35,并且计划在2015年开始大大提高飞机的生产速率。
  普拉特·惠特尼公司是JSF计划唯一的发动机供应商,截至2012年3月20日,该公司已经交付42台发动机和12台垂直起降型发动机的升力风扇。与飞机机体相同,JSF的发动机在交付最初几批次飞机时仍然在进行研发测试过程中修改所发现的问题。因此,发动机的成本也随之上涨。据JSF项目办公室估计,F-35发动机自研发以来,相关成本已经增长了75%,即从48亿美元增长到84亿美元,而且还将继续增长。发动机的交付也出现了延期,不断地错过合同规定的日期。性能问题和供应商的设计更改是发动机成本上涨和进度拖延的主要原因,而其中升力风扇系统问题则是整个推进系统所遇到的最主要问题。
  未来,洛克希德·马丁公司对全球供应商网络的管理能力将是满足JSF飞机产能期望的关键所在,而且美国国防部独立制造调查团队(Independent Manufacturing Revlew Team)此前也认为全球供应链管理是JSF项目面临的最关键的挑战。JSF的国际供应链既带来了好处也带来了挑战,因为国际合作的基础是来自政府和工业界的、复杂的人际关系,而JSF计划除了美国之外,还有其他8个国家的参与。因此,海外供应商在JSF项目的飞机制造和后勤维护方面都扮演着重要角色。例如,F-35的中机身和机翼部分可能由土耳其和意大利的供应商生产,以作美国本土以外的其他零部件来源。但是国际合作也是存在风险。除了传统的零件短缺、成品率低和延期交付以外,国际合作生产也存在汇率波动、工作份额分配、技术转让限制、会计统计方法不同以及对运输工具的需求等其他挑战。目前,这些问题已经引起了一些进度延迟问题。同时,不同的供应商在面对关键和复杂部件时,由于各自生产能力不同会存在的不同问题还将限制了各自的生产。面对上述情况,洛克希德·马丁公司已经实施了更严格的供应商评估程序来帮助他们管理JSF供应链。
  虽然美国国防部已经降低了生产速率并削减了近期采购数量,但是用于测试的飞机数量的减少也降低了发现问题的概率,同时也增加了JSF项目后期的风险。即使飞机数量削减到最少需求,JSF项目在系统研发完成以前仍然需要大量飞机进行飞行测试,以确定飞机设计及其性能能够满足作战需求。为此,在飞行测试计划完成之前,美国国防部需要采购365架飞机,并将花费690亿美元。
  总结
  在过去的2年里,JSF项目进行了大量的重组调整,以希望该项目仍然处于“可行”的状态,尽管它可能会更贵并且拖延更久的时间。与此同时,不断变化的成本、进度和性能要求指标也阻碍了对该项目的监管。未来,JSF项目必须保持稳定,美国国防部必须为该项目近期和远期的资金需求提供坚实的保障。特别是在目前艰难的财政环境下,包括美国国会、国防部和国际合作伙伴在内的项目所有参与方都要进行合理的分工并要求做出明智的决定。
  JSF仍然美国国防部的战术飞机长期规划中的关键组成部分之一,表3显示了当前的飞机需求计划。它的机身系统和发动机的研发都持续了十多年,但仍然将需要经历重大考验。对项目进行有效管理、保证全球供应链的畅通,是扭转JSF项目前景、提高飞机产能和增加采购量的关键所在。
  后记
  自三代机时代开始,美国空军、海军就采纳了“高低搭配”的概念,例如空军的F-15/F-16搭配、海军F-14/F-18搭配。其中高档战斗机主要用于夺取制空权和防空截击,低档战斗机在高档战机无暇顾及其他方向时,用于防御次要方向的敌机,同时用于承担对地对海攻击任务。在这个理念下,F-16和F-18更多的承担对地攻击任务。当然,对于美国来说的低档战斗机,性能也是很出色的,对于中小国家完全可以满足主力战斗机的要求。例如F-16就成为很多国家的主力战斗机,销往20多个国家,总产量超过4500架。
  在新一代战斗机服役以后,美军仍然希望进行这种“高低搭配”的成功模式。显然,高性能高成本的F-22是高档飞机的不二人选,而低档战机选择就是后来JSF项目,今天演变为F-35战斗机。美军期望F-35能变成“四代机中的F-16”,在美军中和盟国空军中都大量服役——因为F-22不仅在美军中数量很少,而且从法律上就没有了出口的可能。
  但F-35与F-16还是有所不同,因为它不光要替代美国空军和盟国空军的F-16,还要替代美国海军的F-18和陆战队的AV-8B。因此问题来了,F-16的作战环境和F-18、AV-8B是不一样的,这导致了对飞机性能要求的差别,而有的要求则是完全不同的。具体的要求相信大家都心知肚明,因此大家就可以理解F-35困局产生的原因一一这些相互;中突的要求使本来以低成本、适度先进和现成技术为主要特点的F-35逐渐滑到深渊。
  按JSF项目的要求,F-35最主要的要求不是绝对的高性能,而是要低成本,在低成本的基础上实现“足够”的性能。一般来说,飞机成本包括两个方面,一是航空技术本身,二是各军种机型的通用程度。
  在2010财年,F-22战斗机的“纯制造成本”是1.6亿美元,同样条件下的F-35A单价则达到1.3亿美元左右,F-22比F-35只贵了3000万美元,相当于一台半F135发动机的价格。这意味着双发F-22比单发F-35只贵了一台发动机的成本,在其他方面F-35一点也没有省下多少钱来。这就是和航空技术本身有关,因为它们都采用了先进的航电、材料和制造技术,这方面的成本是省不下来的——如果要求飞机达到计划中的性能要求的话。实际上F-35已经采用了诸如“货架电子元件”等现成的商用产品来降低设备成本,否则技术成本还要上升。
  在三军通用性方面,由于前面提到的美国三军飞机性能要求的差别,最终F-35演变成F-35A/B/c三种各自独立的形号,需要分别研制、试飞、组织生产,所能通用的只有先期研发的一些基础技术设备如发动机和雷达等,细节研发工作则都是各自进行的,进度各有不同,试飞工作更是三军各自进行的。
  这种“看似通用”的结果也大大增加了研发时间和成本,加上以上各种不利因素,最终促成今天“箭在弦上,不得不发”的困局,因为美军已经没有选择,只能接受F-35,而不论它最终演变成什么样子。
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