B-21轰炸机
开发中的美国军用飞机
B-21轰炸机(英文旧称:Long Range Strike Bomber、缩写:LRS-B、中文:远程打击轰炸机,英文现称:Raider,中文:突袭者)是诺斯罗普·格鲁曼公司为美国空军开发的下一代隐形战略轰炸机,用以替换老龄的B-52H、B-1B轰炸机,以及成本过高的B-2A轰炸机,进而成为美国空军战略打击力量的骨干和中坚。
美国空军于2010年提出下一代远程攻击轰炸机项目LRS-B,诺·格公司在2015年赢得该项目合同。2016年,美国空军正式将下一代隐身轰炸机LRS-B命名为B-21 Raider(突袭者),“Raider”这个名字是由第二次世界大战期间曾经袭击日本的轰炸机部队参加者“Dolittle Raiders”(杜利特袭击者)而来。2017年,B-21完成初步设计评审,2018年第一季度开始制造原型机,同年11月完成关键设计评审。2020年1月,美国空军诺斯洛普·格鲁门公司发布B-21新效果图。2022年12月2日,B-21轰炸机第一次在美空军第42号工厂亮相,引起外界高度关注。截至2023年6月,共有6架B-21的原型机在42号工厂内处于不同的组装和测试阶段。2023年11月,首架原型机进行了首次飞行测试,这使得该机可能成为美国下一代能够搭载核武器隐形轰炸机。预计在2026-2027年进入美国军队服役,最终在2030年左右形成作战能力。2024年1月,美军新一代战略轰炸机B-21“突袭者”首飞仅两个月后,五角大楼宣布,诺斯罗普·格鲁曼公司已获得B-21轰炸机的低速初始生产合同。
诺斯罗普·格鲁曼公司展示的B-21原型机显示,这款轰炸机与B-2轰炸机高度相似,都采用飞翼式无尾布局、背部进气等设计,但B-21的进气道比B-2轰炸机更低矮,翼身融合特征更明显,隐身效果更好。 同时,制造商诺·格公司官网显示,B-21在设计时采用了开放式架构设计,可以随着威胁的变化,通过敏捷软件升级和灵活内置硬件的无缝集成,快速升级新技术和新武器。
美国空军和诺·格公司没有披露B-21的详细数据,部分媒体通过对比B-2的性能数据,推测B-21轰炸机的最大起飞重量超过80吨、最大航程超过9000千米、载弹量约14吨,预计会使用普惠公司F-35战斗机所配置的F135涡轮扇发动机作为动力系统。
历史沿革
研制背景
国家安全
诺斯罗普·格鲁曼公司认为,美国轰炸机力量中仅仅只有10%的轰炸机可以突破敌方先进的防空系统。与此同时,美国的对手们还在大力投资先进技术和武器平台,继续扩大核威慑力,这给美国的国家安全造成了严重威胁。美国研制B-21隐形战略轰炸机对于威慑潜在对手、安抚盟友和维护国家安全至关重要。
奥巴马政府时期提出“亚太再平衡”战略,由反恐战争转向应对军事大国的挑战。在此背景下,美国国防部于2012年发布的《国防战略指南》中明确提出,要发展新型远程轰炸机。
军事需求
美国军队现役三款战略轰炸机,分别是B-1B“枪骑兵”轰炸机、B-52H“B-52轰炸机”轰炸机和B-2A“幽灵”轰炸机。B-1B轰炸机于20世纪70年代研制,B-52H于20世纪50年代研制。由于这两款轰炸机研发时间太过久远,不具备隐身能力或者隐身能力相当有限,即便全面升级和携带新型武器,在面对防空武器系统完善的军事大国时,也无法保证不被击落。虽然B-2A是目前世界上唯一的现役隐形战略轰炸机,但它仍然是20世纪80年代的产物,再加上22亿美元1架的昂贵造价,让这个耗费了450亿美元的轰炸机项目,最终只制造出了21架就关闭了生产线。
截至2023年4月份,美国军队共有76架B-52H轰炸机、45架B-1B轰炸机和18架B-2A轰炸机,规模处于自第二次世界大战以来的历史最低水平,并且这3款战略轰炸机全部处于停止生产状态。
在美国国会于1991年10月冻结B-2A轰炸机的进一步采购计划后,虽然美国空军内部要求继续建造B-2A以补充现有机队的呼声一直存在,但随着技术的不断进步,重启B-2A生产线变得不再划算。而将B-2A轰炸机项目累积的技术经验作为一种前期铺垫,以大量新技术来设计一款可靠、造价成本可控的轰炸机却是可行之道。
研制历程
美国空军在2004年启动“下一代轰炸机”项目,发展一型隐身重型远程轰炸机。研发阶段由于过高追求新技术,导致研发费用居高不下,2009年时任美国防部长盖茨宣布停止"下一代轰炸机"项目,要求美空军重新确定需求,重点是避免聚焦单一平台提出过多要求。次年,美国空军提出远程打击“系统簇”解决方案,并设立“远程打击轰炸机”项目,发展该“系统簇”中的核心装备隐身远程轰炸机,方案于2011年2月获得盖茨部长批准。
2013年2月,美国空军空中作战司令部和全球打击司令部联合编制完成“远程打击轰炸机”的作战需求文件,至此,美国空军完全确定了对下一代隐身远程轰炸机的需求,为发布工程和制造发展招标书铺平了道路。
2014年7月,美国空军发布了其秘密远程攻击轰炸机计划的征求建议书(RFP),该计划书表明美国军队将在2015年春季“竞争性地选择”新型轰炸机的主承包商。
2015年10月,时任美国国防部长卡特和空军领导层宣布,诺斯罗普·格鲁门公司击败波音公司洛克希德·马丁公司,赢得下一代远程攻击轰炸机LRS-B合同,该项目总额预算达到了550亿美元。同年10月,进入工程研制阶段。
2016年2月26日,美国空军公布了新一代隐身轰炸机的首张图像,该款轰炸机外形类似B-2,暂时被称为B-21。3月,在美军举行的年度空中战争讨论会上,时任美国空军部长德博拉·詹姆斯公布了美军下一代隐身轰炸机LRS-B的正式名称:B-21。同时,美国空军宣布了该项目的一级供应商,包括普惠公司新罕布什尔州纳舒厄的英国宇航系统公司、堪萨斯州威奇托的势必锐航空系统公司、犹他州克利尔菲尔德和俄亥俄州代顿的轨道阿联特技术系统(ATK)公司、艾奥瓦州锡达拉皮兹的罗克韦尔柯林斯公司、圣路易斯的吉凯恩航空航天公司和华盛顿州的雅尼克工业公司。10月,美国政府问责办公室( GAO )就下一代远程攻击轰炸机LRS-B合同授予诺斯罗普·格鲁门公司做出解释称,诺格公司关于下一代轰炸机的方案有着结构性的优势,特别是其成本优势最终决定了美国军方的选择。
2017年,B-21完成初步设计评审,2018年第一季度开始原型机制造,同年11月完成关键设计评审。
2020年1月31日,美国空军与诺斯罗普·格鲁曼公司一起发布了B-21的新效果图,效果图中B-21近乎平齐的进气口和混合的保形发动机机舱设计,特点十分明显。
2021年9月,美国空军表示有5架B-21原型机处于不同的建造阶段。
2022年2月初,美国空军表示第6架B-21已经开工建造。9月,诺斯罗普-格鲁门宣布,美国空军计划在12月初正式展示B-21远程轰炸机。
2022年12月2日,美国空军和诺·格公司在加利福尼亚州棕榈谷的美空军第42号工厂,正式对外展示B-21轰炸机。同月,美国媒体介绍B-21计划于2023年首飞,2030年左右形成作战能力,计划装备100架该型飞机。
截至2023年6月,共有6架B-21的原型机在42号工厂内处于不同的组装和测试阶段,美空军新一代隐身战略轰炸机B-21的首架原型机已在美空军42号工厂完成了载荷校准测试。诺格公司为该机测试子系统、机体的结构完整性,并涂上各种涂层和底漆。下一步,B-21轰炸机将进行发动机测试以及地面低速、高速滑行试验等,以验证各系统的稳定性。
2023年11月,美国开发的B-21隐形轰炸机进行了首次飞行测试,这使得该机可能成为美国下一代能够搭载核武器的隐形轰炸机。
2024年1月,美国军队新一代战略轰炸机B-21“突袭者”首飞仅两个月后,五角大楼宣布,诺斯罗普·格鲁曼公司已获得B-21轰炸机的低速初始生产合同。负责采办和保障的美国国防部副部长威廉·拉普兰特在一份声明中称:“B-21‘突袭者’隐形轰炸机的生产正在向前推进。地面和飞行测试的结果,以及团队成熟的制造计划,批准开始以较低的速度生产B-21轰炸机。”同年1月30日,因通货膨胀相关问题,诺斯洛普·格鲁门在生产第一批新型B-21轰炸机时面临亏损,因此他们拒绝了五角大楼的订单,不再参与制造下一代战机的竞标。
2024年5月10日,美国空军正在推进部署B-21战略轰炸机以替代B-2和B-1B战略轰炸机。
基本设计
在B-21轰炸机亮相之后,美国空军和制造商诺斯罗普-格鲁门只是对B-21的特性进行了一些概略性的描述和介绍,没有公布具体的设计参数,目前关于B-21的机型设计,基本都是与B-2比较而来。
机型结构
B-2整体颜色是深灰色,B-21则是浅灰色。从外形上看,B-21轰炸机与B-2轰炸机高度相似,都采用飞翼式无尾布局、背部进气、内埋武器舱、喷管机身一体化、尖锐的机翼前缘等。但B-21轰炸机的进气道比B-2轰炸机更低矮,翼身融合特征更明显,翼展从B-2型机的52.5米缩小到45.8米,空气阻力大幅减小,进一步降低了机体正面的雷达反射截面积,隐身效果比B-2轰炸机更好。同时,在涂层和雷达吸波材料、声学和热信号管理方面,B-21的隐身设计也全面超越B-2。
虽然B-21轰炸机大幅度缩减了体积,尺寸比B-2小,但B-21维持一个尺寸大体相当的弹舱。B-21轰炸机的主要载荷都集中到了机身,机身厚度相对较大,使得机腹下方明显隆起,说明B-21能够携带更多类型的弹药,赋予其多任务打击能力。
B-21相较于B-2轰炸机的驾驶舱挡风玻璃面积更小。B-2轰炸机和B-21同样采用4块挡风玻璃的设计,B-2轰炸机的挡风玻璃是四边形设计,面积占比较大。但B-21轰炸机挡风玻璃采用的是五边形设计,面积占比小。缩小挡风玻璃面积,在一定程度上可以减少雷达反射截面积。由于B-21轰炸机侧面挡风玻璃设计的位置比较低矮,没有与正面挡风玻璃进行衔接,因此,该轰炸机驾驶舱的视线可能没有B-2轰炸机好。
B-21轰炸机采用双轮主起落架,起落架更集中在机身下方,这使得装载武器和维护发动机更容易。
动力系统
美国空军尚未公开B-21是采用2台还是4台发动机,《中国国防报》推测,从该机较小的进气口来看,其大概率会使用F135涡轮扇发动机。考虑到B-21本身尺寸和重量要小于B-2,B-21可能只需2部F135涡扇发动机。
F135发动机是普惠公司F-35战斗机的前身——联合攻击战斗机(美国联合攻击战斗机)项目需求而启动研制的,其技术基础源于F-22战斗机所搭载的F119发动机。F135发动机系统结构主要由风扇、核心机、低压涡轮、加力燃烧室、尾喷管和附件传动机匣等6个单元体组成,另外还有附件、FADEC及发动机监测系统。
目前,F135发动机共有三个型号,分别是F135-PW-400型、F135-PW-100型和F135-PW-600型。F135-PW-400型发动机结构与F135-PW-100型发动机接近,F135-PW-600型发动机则加装了罗罗公司的升力系统。
F135-PW-100型和F135-PW-400型两款发动机,最大推力接近19吨级别、中间推力接近13吨级别,这是目前世界现役五代机所配置发动机的最高水平。F135涡轮扇发动机具备技术领先的同时,其油耗相对也较高,不过,中国国务院发展研究中心国际技术经济研究所认为,由于B-21一直秉持着“低成本发展”策略,至少在B-21服役初期仅有F135型发动机可以选用,目前单独为B-21研发一台全新发动机可能性比较小。在F135的基础上,未来可能也会采用F135EEP,或XA100/101的发展型,甚至PW9000等基于成熟技术发展的新型发动机。
武器系统
在美国新一代隐形轰炸机B-21亮相之际,美国空军发言人斯特凡内克表示,B-21轰炸机是美国未来轰炸机编队的核心,其航程、性能、武器搭载能力足以穿透竞争最激烈的威胁环境。为达到这一要求,美国空军赋予了B-21轰炸机更强的弹药拓展能力,B-21可以携带和兼容美军当前主流空射/空投弹药和未来研制的先进弹药。B-21的腹部设计明显大于B-2轰炸机,就是在为空射高超声速导弹预留空间。同时,由于B-21的尺寸整体小于B-2,美国《航空周刊》曾刊文估计,该机内埋载弹量大约仅有10吨。B-21轰炸机的全部载荷约14吨。
中国国防报》指出,B-21轰炸机具备核常兼备能力,可执行战略威慑任务,也可以执行临空/防区外打击任务。B-21可搭载的核武器包括AGM-181A远程防区外巡航导弹和B61-12制导核航弹;可搭载的常规武器包括AGM-158系列巡航导弹,GBU-27/28激光制导侵彻炸弹57巨型钻地弹(MOP)、“杰达姆”和“小直径炸弹”系列制导炸弹精确制导弹药在一定程度上弥补了B-21载弹量不足的问题,精确弹药极高的命中精度使得B-21轰炸机的作战效能不逊于常规大型弹药。此外,作为穿透打击的核心成员,B-21可与穿透型无人侦察机、电子战飞机组网协同,遂行穿透作战。
航电系统
为进一步增强情报监视侦察能力,B-21轰炸机会大幅强化航电设备的对地/对海探测和扫描能力。同时,也会安装更加先进的电子战系统,形成较强的电子战能力。这促使B-21不仅难以探测,而且还能对对手的防空、指挥通信网络形成强有力的压制、干扰、欺骗,极大提高自身的攻防能力。此外,B-21配备了数据链系统,可以在长时间的空中飞行状态中实时接收战场数据,并对携带的各种精确制导弹药进行编程,从而第一时间发现目标、并实施打击。B-21轰炸机在没有外部导航和目标数据支援的情况下,也能利用机载探测装置在高威胁作战环境中搜索和定位移动目标,自主构建杀伤链。
性能参数
技术特点
制造商诺斯罗普·格鲁曼公司和美国空军称,B-21在开放系统架构的使用以及纳入“全域联合指挥和控制”(JADC2)技术以跨平台共享数据方面的进步,将使其成为“第六代系统中的第一个”,这是飞机技术和发展的代际跨越。美军方和制造商诺斯罗普·格鲁曼公司对于B-21部分信息的披露显示,新一代轰炸机具备诸多先进技术特点。
开放系统架构技术:诺斯洛普·格鲁门公司官网提到B-21应用了“开放系统架构”(Open System Architecture),在美军方中这种设计被称为“模块化开放系统方法”(英文:Modular Open Systems Approach,缩写:MOSA)。在美国防部看来,MOSA应用在新装备上主要有三个作用,一是提供了新的装备升级路径,二是提升了互操作能力,三是促进了竞争,尤其是装备或者部件的替代竞争。B-21的设计定位于穿透对手的防空系统,但潜在的对手会改进升级雷达、其他传感器和装备。这就需要B-21可以在未来武器装备的发展上,能够快速对电子系统进行升级以跟上对手升级的速度,以便长期持续执行任务。未来B-21服役后,开放架构技术和敏捷软件开发将保持飞机快速升级的能力,快速更换软件和硬件将使飞机升级更加灵活,B-21轰炸机将会持续演进升级,保持先进性。
数字工程技术:B-21是一款用数字技术设计的轰炸机,从设计之初诺斯洛普·格鲁门就放弃了纸面设计、计算机辅助设计文件和黏土模型等传统方式,全面利用数字工程学来设计新型轰炸机。使用这种技术,可以让工程师通过计算机模拟来进行组件测试,以便处理复杂系统特征的数据。诺思罗普-格鲁曼公司总裁兼首席执行官凯西·沃登表示,研究工程师在数字环境下对B-21反复进行了数千次设计,然后才选择了真正采用的方案。
云技术:2022年,诺斯罗普·格鲁曼公司和美国空军演示了B-21地面系统数据向云环境的迁移。此次演示包括B-21数据的开发、部署和测试,含可支持B-21作战和维护的数字孪生产品。诺格公司强调,B-21是真正的数字原生 (digital native)飞机,该数据权利协议与基于云的数字孪生相结合,能降低工程与制造开发(EMD)阶段的风险,实现快速能力升级并降低项目生命周期内的维护成本。
经济成本可控:美国军队关闭B-2A轰炸机的生产线,经济上的不可承受是其关键原因,因此,对于下一代轰炸机的研制,费用问题是美军考虑的重要因素。B-21的采购单价最初定在5.5亿美元,后来又上涨到了6.5亿美元,但6.5亿美元的单价也远远低于B-2A近24亿美元的采购单价。B-21的采购成本相较于B-2A有了大幅度地降低,有两方面的原因。一方面,数字化设计大大降低了该机在研发、生产、制造和维护中的风险与成本;另一方面,开放式架构和模块化设计不仅降低了该机的生产成本,还为后期升级改造带来便利。
参考资料
美B-21项目后续发展引关注.中国军网.2023-07-20
引领数十年的隐形创新.诺斯罗普·格鲁曼公司.2023-07-21
B-21轰炸机的摇篮——美空军42号工厂.中国航空新闻网.2023-07-21
美空军42号工厂成为B-21轰炸机的摇篮.中国航空新闻网.2023-07-20
B-21 突袭者常见问题解答.诺斯罗普·格鲁曼公司.2023-07-19
【空袭兵器】B - 2 型黑蝙蝠轰炸机.温州市人民防空办公室.2023-07-19
美国B-21远程轰炸机将于2022年12月正式亮相.中核战略规划研究总院.2023-07-19
B-21:未来的形状.airandspaceforces.2023-07-20
美国空军B-21“突袭者”轰炸机成功下线.国务院发展研究中心国际技术经济研究所.2023-07-20
10 Facts About Northrop Grumman’s B-21 Raider.诺斯罗普·格鲁曼公司.2023-07-20
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