国外国防科技年度重大进展之一 2020年空战领域十大进展
空战领域十大进展
一、数字工程技术助力下一代战斗机研发加速
2020年9月，时任美空军负责采办的助理部长威尔·罗珀宣布，已完成下一代战斗机全尺寸验证机首飞并进行多轮次试飞。该机研发采用数字工程技术，从确定方案到完成验证机首飞仅耗时1年，相比之下，F-22、F-35战斗机研制过程从方案到飞机首飞历时4年。数字工程技术通过数字孪生、数字线索等数字化工具的广泛应用，实现基于模型、数据驱动的预测和优化，在加快研发进程的同时降低成本，将极大促进空战装备创新发展。
二、人工智能代理在空战格斗比赛中完胜人类飞行员
2020年8月，DARPA举办“阿尔法狗斗”空战格斗挑战赛决赛。经过角逐，苍鹭系统公司脱颖而出成为冠军，其人工智能空战代理“隼”在随后的模拟视距内空战中，以5:0的战绩完胜顶尖的F-16飞行员。此次挑战赛充分显示出视距内空战中，智能代理在机动决策、精确瞄准等方面的优势。凭借巨大的算力优势，使用深度强化学习方法，在较短的时间内通过至少40亿次仿真训练，使空战智能代理具备与30年驾龄的人类飞行员相当的经验。这再次证明深度强化学习的巨大潜力，标志着空战人工智能应用进入深度强化学习时代。
三、美空军“先进战斗管理系统”试验验证人工智能提升指控效能
“先进战斗管理系统”是美空军提出、连接陆海空天网多域的先进战场管理指挥控制系统，有望成为美军“联合全域指挥控制”的基础体系架构。2020年，美空军持续推进“先进战斗管理系统”技术发展，分别于8~9月和12月完成两次综合试验和一次专项试验，演练了支撑“联合全域指挥控制”的相关技术。其中，8月的试验利用人工智能和先进网络技术，实现机载传感器为地面榴弹炮提供瞄准信息，成功击落来袭模拟巡航导弹。12月专项试验中首次基于空中中继进行F-22、F-35战斗机的安全数据共享。
四、美空军第二台中等尺寸超燃冲压发动机在地面试验中获得5.9吨推力
中等尺寸超燃冲压发动机是指空气流量为X-51A实验型高超声速飞行器10倍左右的超燃冲压发动机，主要定位于配装高超声速飞机。2020年12月，在美空军“中等尺寸关键部件”项目支持下，美国洛克达因公司研发的中等尺寸超燃冲压发动机进行地面试验，在高超声速条件下累计工作超过1小时，获得超过13000磅（约5.9吨）最大推力。2019年8月，诺·格公司也曾完成同尺寸超燃冲压发动机的地面试验，在马赫数4以上累计工作超过30分钟，获得5.9吨的最大推力。
五、“忠诚僚机”无人机研发取得重要进展
“忠诚僚机”是指与有人机编队作战的无人机，可在有人机的指控下半自主/自主协同完成作战任务，增强有人机生存能力和作战效能。2020年1月，美空军研究实验室“低成本可消耗飞机技术”项目研发的XQ-58A技术验证机在第四次试飞中达到更高实战飞行高度，12月首次与美空军F-22、F-35隐身战斗机编队试飞，承担通信中继任务。试验加速了相关技术成熟，验证了“忠诚僚机”无人机使用灵活性，为其快速进入实战应用打下基础。
六、美空军“金帐汗国”自主弹药蜂群完成首次技术验证试验
2020年12月，美空军研究实验室完成“金帐汗国”自主弹药蜂群项目首次弹间合作技术飞行验证试验。试验中，F-16战斗机投掷的2枚“合作型小直径炸弹”建立了弹间通信，合作发现了两个高优先级目标。演示中使用的合作型小直径炸弹配备了用于“GPS干扰机寻的”的新型导引头、用于弹间通信的软件定义无线电以及预置了合作算法的处理机。此次试验标志着聚焦于网络化、合作和自主弹药联网的“金帐汗国”项目取得重要进展，已实现从关键技术开发向应用的转化。
七、德国空军成功演示“未来作战航空系统”多数据链连接技术
2020年8月，德国空军宣布首次成功演示了利用空客公司的多数据链连接技术，实现“遥控载具”无人机与“台风”战斗机交联。其中，“遥控载具”无人机使用了“紧凑型机载网络数据链”，“台风”战斗机则使用了Link 16数据链。本次试验演示了“未来作战航空系统”（FCAS）关键的组网能力，为FCAS项目后续开展“空战云”第一阶段技术演示验证奠定了基础。
八、美空军成功试验军用运输机投放“托盘化弹药”
“托盘化弹药”概念旨在将现有运输机“货舱变弹舱”，获得向对手密集投射防区外精确打击弹药的有效手段，增强运输机的任务多样性，同时为“武库机”概念探路、进行技术摸索和储备。2020年1~11月，美空军完成至少5次“托盘化弹药”飞行试验，包括从MC-130J、C-17A等运输机投放托盘化装载的防区外空地导弹模拟弹。试验结果表明，相关概念已获得初步认可，将加速演示验证以尽快形成作战能力。
九、美空军飞机首次在飞行中完成软件更新
2020年9月，美空军首次成功对一架飞行中的U-2侦察机进行了软件更新。试验使用了谷歌公司开发的K8s开源云工具，U-2侦察机在训练任务中使用K8s作为自动化容器部署、扩展及管理系统，实现将代码从地面实验室推送至空中，完成飞行中的软件更新。K8s技术的应用是美空军软件容器化开发的重要里程碑，将极大缩短软件开发、部署、交付周期，有力支持软件敏捷开发转型，提升先进技术部署交付能力。
十、俄罗斯开发出提升碳化硅断裂韧性的方法
碳化硅主要用于制造内燃机涡轮叶片和零部件，但碳化硅对结构缺陷敏感，通常具有较低的强度和韧性，抗裂性能较差。2020年8月，俄罗斯国立科技大学通过使用自蔓延高温合成技术在碳化硅陶瓷中形成增强纳米纤维，成功将碳化硅的断裂韧性提高了1.5倍，同时还提高了强度特性。该技术将扩大碳化硅作为结构和耐火材料的应用范围，推动其在航空发动机中的进一步应用，大幅提高航空发动机的工作温度、功率、能源效率、环保性等关键性能。