2021年国外航空科技与工业发展综述

2021年，世界主要国家利用完全自主的科技创新体系和航空工业体系，在力争减轻疫情对产业链造成的不利影响的同时，持续推进下一代航空装备与关键技术研发，促进航空先进工业技术应用，牢牢把握先进航空科技的发展方向和技术输出；在加快发展隐身、无人、高超声速等核心装备的同时，不断扩展数字工程、敏捷软件开发等新兴航空工业技术应用的范围，以谋求形成新质空战力量，提升装备研制效率，并降低装备全寿命周期成本。

一、聚焦核心、多代并行，重大装备取得实质性进展

1. 各国稳步推进先进作战飞机的研制

美空军第三次发布B-21隐身轰炸机效果图，并透露有5架原型机处于制造阶段。7月，美空军再次在其官网发布B-21隐身轰炸机效果图。图片显示B-21纵梁高度较低、武器舱较宽，座舱前部配有三角形弯曲主舷窗，座舱两侧配有倾斜长条形侧舷窗。与B-2轰炸机相比，B-21机头“喙”形曲线特征更加明显，机腹凸出幅度更大。该图片还显示，B-21采用上面浅灰色、下面深灰色的双色涂装，舷窗下面存在一小块明显的颜色空白。9月，美空军部长弗兰克·肯德尔在美空军协会年度空天网大会上透露，在诺格公司位于加利福尼亚州帕姆代尔的工厂中，已有5架B-21隐身轰炸机原型机处于最后制造阶段，计划2022年上半年首飞。此前，外界认为只有2架B-21试验机基本总装完成。

2021年7月，美空军第三次发布的B-21隐身轰炸机效果图（美空军官方网站图片）

美空军启动“下一代空中主宰”（NGAD）系统簇第二型平台研制。 5月，美空军高层透露，F-22战斗机将从2030年起逐步退役，届时“下一代空中主宰”系统簇及其后继机型已开始全面列装，并以5～8年为周期快速迭代。目前，该系统簇的第二型平台已处于设计阶段。美空军还表示，“下一代空中主宰”将具备对地攻击能力，同时针对印太战场和欧洲战场分别开发专用型别。

美空军F-15EX战斗机完成首飞并交付首批2架。2月，波音公司为美空军研制的F-15EX战斗机完成首飞，历时90分钟，距美国防部正式授出生产合同仅过去半年。该机升级了电传飞控系统、数字式座舱、AN/APG-82(V)1有源相控阵雷达和“先进显示核心处理机”Ⅱ，还将标配AN/ALQ-250“‘鹰’被动／主动告警与生存力系统”（EPAWSS）机载电子战系统，显著提升其任务效能和在强对抗环境中的生存力。3月和4月，波音公司各向美空军交付了1架F-15EX战斗机。10月，美空军宣布已启动该型战斗机的初始作战试验与鉴定（IOT&E）工作。

波音公司首批交付的2架F-15EX战斗机已开始初始作战试验与鉴定工作（美空军埃格林基地网站图片）

美空军和海军联合开展“下一代空中主宰”项目研究。3月，美海军高层透露信息，美空军、海军将联手开展研究，双方明确了“下一代空中主宰”项目的“系统簇”集群概念。“下一代空中主宰”系统簇中的战斗机在总体外形布局上有显著区别，但其机载任务系统很可能相似，将采用开放式的任务架构。此外，美空军于4月在新版《双年采办报告》中透露，“下一代空中主宰”项目的战斗机将是一种穿透型制空作战平台；从该机概念图中可看出，该战斗机设计采用菱形飞翼布局、单座、双发、背负式进气道。

美空军提出2030年后将战斗机谱系由当前7型精简至4+1型。5月，美空军参谋长表示，计划未来将其列装的战斗机种类由当前的7型削减至4+1型。其中，“4”包括“下一代空中主宰”系统、作为战术航空兵基石的F-35A、新近少量交付的F-15EX、F-16后期批次型或新研制一型代号MR-X的“4.5代”多用途战斗机，“1”则是暂时保留的A-10C攻击机。F-22A机队预计将在“下一代战斗机”服役并形成规模化作战能力后退役。

俄罗斯推出“致胜”（Checkmate）新型隐身战斗机。7月，俄罗斯联合飞机制造公司在2021年莫斯科航展上公开了“致胜”轻型攻击战斗机样机。该型机定义为第五代隐身多功能战斗机，大量继承苏-57战斗机的技术，采用单发配置，最大飞行速度超过马赫数2，作战半径1500千米，具有超机动飞行性能，并可与无人机协同作战。该型机预计将在2023年首飞，2026－2027年批生产。

2021年莫斯科航展上首次公开展示的“致胜”隐身战斗机（简氏防务网站图片）

法国、德国和西班牙持续推进其“下一代战斗机”（NGF）的联合研制工作。4月，空客公司与法国达索飞机公司达成协议，将联合制造1架“下一代战斗机”演示验证机，同月德国MTU公司、法国赛峰公司和西班牙ITP航空公司达成协议，合作研发“下一代战斗机”发动机。

英国新型“暴风”战斗机进入概念研究阶段。7月，英国国防部授予BAE系统公司约2.5亿英镑“暴风”战斗机设计与开发合同，开发数字概念、新工具等，确定并评估“暴风”的最终方案和能力要求。“暴风”战斗机验证机计划在2025年首飞，生产型机将在2035年前交付英国皇家空军。

日本加快研制其下一代战斗机。1月，日本宣布成立以三菱重工为核心、多家本土企业参与的F-X下一代战斗机研发团队，并在其年度防卫预算中大幅增加F-X战斗机的相关经费，还将在该机研发中采用数字工程技术和开放式系统架构等。12月，日本防卫省宣布，将与英国共同开发下一代战斗机发动机验证机；该项目将从2022年1月开始，由英国罗罗公司和日本IHI公司合作完成；计划2024年启动原型机研制，2028年开始试飞，2031年进入批生产。

韩国首架KF-21“小鹰”战斗机原型机完成总装出厂。4月，韩国在韩国航宇工业公司位于泗川的生产设施举行了首架KF-X战斗机原型机的出厂仪式，并宣布该机编号为KF-21，命名为“小鹰”。该型战斗机由韩国和印尼联合研制，两国分别计划采购120架和50架，原型机计划2022年首飞。

基本完成总装的KF-21战斗机（韩联社网站图片）

2. 主要国家积极研发先进无人机及相关技术

2021年，世界主要国家着重发展能与有人作战飞机协同作战的低成本无人作战飞机、无人加油机、蜂群无人机等多种无人机，且已取得不错进展。

低成本无人作战飞机持续开展技术试验验证。低成本无人作战飞机采用隐身设计，可与隐身战斗机协同作战。3月，美空军XQ-58A低成本无人作战飞机技术验证机成功进行了“阿尔提乌斯”-600小型无人机的空射试验；该小型无人机可执行电磁战、反无人机、情监侦等任务。同月，波音澳大利亚公司的“空中力量编组系统”（ATS）无人机实现首飞，11月第二架ATS无人机完成首飞；该无人机是波音公司为澳大利亚皇家空军研制的能与有人战斗机编队协同作战的“忠诚僚机”。4月，美空军研究实验室会同第96试验联队，使用UTAP-22“灰鲭鲨”无人机完成了“自主核心系统”（ACS）首飞。该系统是“天空博格人”（Skyborg）自主无人机项目的关键，由雷多斯公司研制，在历时2小时10分钟的首飞中演示了导航指挥响应、地理栅栏反应、遵循飞行包线、实施协调机动等能力。根据美空军要求，ACS将确保“天空博格人”项目成果成为该军种未来自主系统发展的核心能力，并配装不同公司设计的多型低成本无人机，遂行多样化作战任务。

2021年4月，美空军研究实验室使用UTAP-22“灰鲭鲨”无人机完成了“自主核心系统”（ACS）首飞（美空军装备司令部网站图片）

美海军MQ-25A舰载无人加油机初步具备空中加油能力。自美海军2018年8月授予波音公司该型无人机的工程研制合同以来，该公司发挥数字工程等领域技术优势，加快平台开发进程，于2019年9月实现了MQ-25A原型机首飞；2021年6月，MQ-25A原型机通过挂装的加油吊舱，成功完成了对F/A-18F战斗机的空中加油试验；分别在8月、9月又成功开展了为E-2D、F-35C战斗机实施空中加油的试验，创下无人机对有人机空中加油的多项首次试验纪录，标志着MQ-25A无人加油机的相关技术已趋于成熟。

蜂群无人机试验取得进展。蜂群无人机以数量优势、作战灵活性强、抗毁能力强等成为当前装备发展热点之一。1月，英国完成“多架无人机使作战更轻松”（MDMLW）项目大规模蜂群演示验证，演示了20架无人机组网执行态势感知、医疗援助、后勤补给、爆炸物检测和处置以及诱骗等任务的能力。11月，美国防先期研究计划局（DARPA）宣布，已在10月进行的一次试验中成功演示验证了C-130运输机空中回收X-61A“小精灵”无人机的能力。试验中，2架X-61A自主编队飞行并抵近C-130后方，后者打开机尾舱门，使用被称为“子弹”的机械装置成功捕获了其中1架X-61A，将其拖入货舱完成了回收；此外，DARPA还演示了在24小时内修理和维护X-61A无人机，使其可再次执行不同的任务。

3. 美国推动高超声速飞机验证机发展

7月，美空军联合私营投资公司授予美赫尔缪斯（Hermeus）公司科研合同，开展1型涡轮基冲压组合发动机（TBCC）的飞行验证和3架“夸特马”高超声速飞行验证机的研制试飞等工作，这是美空军近十余年以来首个高超声速飞机验证机研制项目。赫米尔斯公司随后于11月展出了“夸特马”首架全尺寸原型机。美空军此次授出合同表明，美高超声速飞机研究迈出了实质性步伐，将加快相关技术发展。

2021年11月，美国赫尔缪斯公司首次展示了其研制的“夸特马”高超声速飞机首架全尺寸原型机，同时还以最大加力状态启动发动机进行地面演示（美国驱动网站图片）

12月，美空军研究实验室（AFRL）发布“一次性使用的吸气式高超声速多任务演示验证飞行器”（Mayhem）项目的跨部门通告，并进行了动态更新。在更新版通告中，该项目改名为“高超声速多任务情监侦与打击”，要求为这种吸气式高超声速飞行器集成情监侦和打击能力，预计2022年1月正式发布方案征询书，意向企业可在45天内响应；该项目经费上限预计达3.71亿美元。

二、突出新质、谋求颠覆，关键技术取得重要突破

世界主要航空强国在飞机发动机、机载系统相关技术取得突破，为增强作战飞机效能、提高安全性等方面打好技术基础。

1. 先进发动机技术研发取得重要进展

美国自适应变循环发动机研制进入工程样机测试阶段。自适应变循环发动机可根据需要提供更大推力并能提升燃油效率，满足未来战斗机多种作战需求。美国GE公司和普惠公司正在开展发动机工程样机研制，5月GE公司完成了首台XA100自适应变循环发动机全尺寸样机试验，8月开始第二台XA100发动机工程样机的技术试验，通过试验验证大幅降低发动机研制技术风险，为自适应变循环发动机进入工程研制阶段做好准备。

GE公司研制的首台XA100自适应变循环发动机全尺寸样机（美国GE公司网站图片）

2. 先进机载系统技术呈现良好应用前景

机载氮化镓雷达技术加快迈进应用阶段。氮化镓已是用于下一代作战飞机最有前景的半导体材料。目前，国外正在开展战斗机机载氮化镓雷达的技术验证，以推动下一代战斗机、无人机用的氮化镓雷达的快速应用。4月，美国雷神公司表示，已为美海军陆战队的F/A-18C“大黄蜂”战斗机换装了采用氮化镓半导体材料的AN/APG-79(V)4有源相控阵雷达；按计划雷神公司在12月前向美海军陆战队交付该先进雷达，用于机队的技术升级改造。雷神公司还于9月推出了一款紧凑型机载氮化镓有源相控阵火控雷达，可用于配装教练机、无人机和直升机等。7月，瑞典萨博集团采用1架JAS-39D双座型“鹰狮”战斗机已顺利完成氮化镓机载有源相控阵雷达的一系列试飞应用。此外，日本也为其F-X下一代战斗机研制了氮化镓有源相控阵火控雷达，

“自动对地防撞系统”性能得到美国会肯定。7月，美国会国家军事航空安全委员会称，机载“自动对地防撞系统”可有效防止飞行员飞行过程中丧失空间方位感导致的飞机失控和撞地事故，对于保障战斗机飞行安全具有重大作用和现实意义。目前，美军自动对地防撞技术已在F-35A和F-16战斗机上得到应用，正在开展对地防撞与空中防撞综合技术研发，有望应用于下一代战斗机。

3. 机载武器网络化协同技术完成初步演示验证

1月，美空军研究实验室宣布，已于2020年12月15日完成“金帐汗国”自主弹药蜂群项目的首次弹间合作技术飞行演示验证。试验中，1架F-16战斗机投掷的2枚“合作型小直径炸弹”（CSDB）建立了弹间通信，并协作发现了2个高优先级目标。此次演示的弹间合作技术使用了新型“GPS干扰寻的”导引头，还配有用于弹间通信的软件定义无线电和预置了合作算法的处理机。

2月，该项目完成第二次演示验证试验。1架F-16战斗机投放了4枚“合作型小直径炸弹”，并建立了弹间互通信，从而快速识别突然出现的目标；并根据预设的交战规则，对多个目标进行了自主评估和分配，最终以“命中时间同步”模式完成目标打击。

5月，该项目完成第三次飞行试验。试验中，2架F-16分别投放2枚和4枚“合作型小直径炸弹”，随后在弹间及地面站间建立了无线电通信，并完成了飞行中重新规划高优先级目标、多弹同时命中多个不同目标、双弹同时命中同一目标等试验科目，试验成功表明该武器可接入更大的“联合全域指挥与控制”网络，为未来开发“网络化、合作和自主”（NCA）武器技术奠定了基础。

使用四联复合挂架挂载的“合作型小直径炸弹”（美空军研究实验室网站图片）

7月，英国防部宣布，为国防科技实验室（Dstl）拨款350万英镑（约473万美元），用于开展“合作式打击武器技术演示器”（CSWTD）项目，开发创新型导弹系统。该项目将探索如何通过升级弹载软件实现弹间通信，使导弹系统能够合作打击目标，提升其对威胁或场景变化的响应能力，从而增强现有武器系统效能，为英国军队列装未来协作式导弹奠定软件和硬件基础，也为深入理解协作式导弹如何在真实场景中应用提供系统性研究基础。

三、多措并举、加快转型，先进工业技术广泛应用

以数字工程、先进制造技术等为代表的航空工业技术正在加快研发与应用，为新型航空装备的快速发展和应用提供保障。

1. 将数字工程技术扩展应用到多型航空装备研制中

世界主要国家正在将数字孪生、数字线索等数字工程技术不断扩展应用于新型航空装备研发过程中，以促进航空产品全寿命周期的成本降低和效益提升。5月，波音公司宣布首架T-7A“红鹰”高级教练机在不到30分钟内实现了前后机身对接，这与传统的对接流程相比，耗时减少了95%，且飞机质量还显著提高，充分验证了利用数字工程技术后获得的优势。6月，美空军装备司令部宣布设立常设数字转型办公室，专门负责推进空军和太空军向以数字工程为核心的数字化组织转型，表明美空军已将数字工程作为其长期推进的关键战略任务，正在常态化推进数字工程转型。目前，美空军已在多个研发项目中试点应用数字工程，包括“下一代空中主宰”战斗机、F-15EX战斗机、B-52H轰炸机换发、T-7A“红鹰”高级教练机、“天空博格人”系统、高超声速飞行器等项目。此外，英国“暴风”战斗机、日本F-X下一代战斗机等项目也宣布采用数字工程技术来提高设计、研制、生产和维护的效率。

2. 以创新航空制造技术助力新型航空装备开发

世界主要航空装备制造商持续加强先进制造技术开发，以提升航空装备生产效率。

美国在快速低成本制造技术研究方面取得重要进展。4月，美国连续复合材料公司宣布，为美空军研究实验室“面向制造的机翼结构设计”（WiSDM）项目，成功研制了1副低成本可消耗飞机机翼。该机翼采用创新的结构设计和翼梁连续纤维3D打印（CF3D）、翼肋长纤维注射成型、增材制造工装、蒙皮自动纤维铺放、自动钻孔和机器人装配等制造工艺，实现制造成本的降低和交付周期的缩短，为低成本可消耗无人机的研制生产提供了先进制造技术储备。8月，美国洛马公司宣布其位于加州帕姆代尔“智能工厂”已完成基础设施建设，初具规模。该设施融合了智能工厂框架、技术赋能的先进制造环境、灵活的工厂结构，综合运用了机器人、人工智能和增强现实等技术，具备快速和灵活满足用户产品制造需求的能力，未来可为美军生产先进航空装备等提供支持。

结语

总的来看，2021年世界主要国家在研战斗机、轰炸机等主战平台均取得实质性成果，数字工程、无人自主技术、蜂群无人机技术等方面已获得阶段性进展，为相关装备试验和制造、相关技术成熟和应用奠定了坚实基础，将加速新质空战能力生成，推进空中作战向敏捷作战转变。

来源：空天防务观察