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美国空中优势的未来

本帖最后由 @潇宝贝 于 2019-6-26 16:38 编辑

【知远导读】2019年5月30日,美国军事网站“战争困境(War On The Rocks)”发布了美国空军中校BRAD ORGERON题为《F-15EX AND F-35A: THE FUTURE OF AMERICAN AIR SUPERIORITY》的评论文章,论述了美国空军对空中优势战斗机的需求,探讨美军未来20年内保持空中优势的4种方案。

本篇推送为节选,文章全文约8500字,希望阅读完整版本的读者请关注即将上线的《知远防务评论》2019/No.6

保持未来空中优势的四种解决方案


为解决F-15C战机导致的战备水平低的问题,本文对四种解决方案分别进行了研究。每种方案的成本、风险和优势各不相同。每个方案都计算235架F-15C战机每年飞行250小时的使用成本,并拿这个成本与替换掉80架、150架或235架F-15C战机的成本进行比较。这一分析基于国会预算办公室2018年名为“老旧空军飞机使用成本(Operating Costs of Aging Air Force Aircraft)”的报告。该报告使用飞机生命周期理论模型计算其使用成本,如图1所示。该模型假设,任何武器系统都要经历三个不同阶段。新的武器系统,比如当下的F-35A,处于不成熟阶段,可以降低成本,提高可靠性;已经建立的系统,比如生产线超过40年的F-15EX,处于成熟阶段,具有稳定的成本和可靠性;处于老化阶段的武器系统,如F-15C战机,使用成本每年增加2%,可靠性不断下降。空军成本分析局为本文提供的数据使用了每飞行小时使用成本(operational cost per flying hour,CPFH)。每飞行小时使用成本由全部总成本(total ownership cost)减去间接成本(indirect cost)得到。文中所有数据均以2012财年定值美元为准。


图1来源: 国会预算办公室,基于K.R.Sperry和K.E.Burns的《确定老化飞机经济效益的生命周期成本建模和仿真》(2001年10月)


图2演示的是,未来20年,美国空军采购和使用F-15EX、F-35A的成本,与保留F-15C并对其进行改装和维护的成本的简要对比;图3演示的是,短期内,采购F-35A的成本比保留F-15C的成本高出120-150亿美元(图3中的绿色线条显示的数字为2021年50亿美元,按照2-3年计算——译者注)。但是,随着时间的推移,由于F-15C的使用和维护费用逐渐增加,用于采购F-35A的成本将被抵消掉。

图2和图3都表明,到2040年,F-15C的使用和维护费用开始超过采购和使用新武器系统的费用。此外,到2040年,所有剩余的F-15C战机将面临包括机身和舱壁在内的关键部件的结构疲劳问题,需要再次停飞,并花费大量经费和时间进行改装。届时,美国空军将再次面临抉择,是对已经服役55年的战机投入更多资金升级改装,还是购买新的战机?

图2.采购、使用和维护总费用


图3 与F-15C延长服役时间、使用和维护费用的累积成本比较


方案1:升级F-15C并延长其服役期
此案,意味着美国空军将接受F-15C机队在维修保养和战备能力等方面存在的风险和问题,对F-15C的机身进行改装,对关键系统进行升级改造,提高应对威胁的能力,使其能够延期服役到2040年。据F-15C项目办公室预测,包括纵梁和机翼在内的关键结构部件将被替换,每架飞机的花费为1210万美元。这些维修工作将需要数年时间,需要将飞机从作战中队送往维修基地,降低了部队的战备水平。此外,为提高战机的电子战能力,需要为F-15C安装鹰式主被动预警生存系统,预计又将花费高达34亿美元。总之,如果F-15C战机延长服役15年,维修费将需要50亿美元,年使用成本超过20亿美元。

目前来看,没有人会同意这一方案。但是,一旦不能投入经费采购新的武器系统,出现这种结果的可能性也不是没有。选择这一方案需要的初始投资最少,但是,随着时间的推移,其使用成本却是最高的。此外,F-15C机队将保持在较低的战备水平,如果有战机需要进行维修,可用于作战行动的飞机就会更少。未来20年,美国空军将为此花费580亿美元,而到2040年时,可用于作战的飞机架数却为零。

方案2:用F-15EX替换F-15C
此案,美国空军和国防部一直都不清楚,要不要将所有的F-15C退役,然后用F-15EX来代替。美国空军战略计划主任大卫·克拉姆(David Krumm)少将称,F-15C和F-15EX“有80-90%的相同之处”。如果采购F-15EX,美国空军就能够淘汰掉其服役时间最长和受损最严重的F-15C,飞行员和维修人员也不需要进行大规模的二次培训,解决了战备水平低和飞行员短缺的问题。F-15EX安装了包括鹰式主被动预警生存系统在内的新型航空电子设备,具备防区外打击或高超声速导弹发射等独特能力。现有F-15C基地几乎不需要任何基础设施方面的建设,而且F-15EX、F-15C/D和F-15E机队将得到相同的地面设备、维修和应用软件等方面的支持。

如果采用该方案,近期内就能够解决F-15C战机中队面临的战备水平低和规模数量不足的问题。F-15EX战机没有F-35A等第五代战机的隐身能力,但是性能比F-15C战机有很大提高。另外,采购F-15EX战机可以确保F-35A战斗机生产线不被关闭,对保持美国战斗机生产能力的灵活性至关重要。一旦与实力相当的对手发生战争冲突,各种战机都将面临巨大损耗。让能够生产第四代和第五代战机的工厂生存下来,对于维持作战能力、实现国家安全目标至关重要。

全部退役F-15C,代之以F-15EXs,可以使空军免于每年高昂的维修和使用成本,到2040年就能收回成本。届时F-15C将不得不停飞或重新维修,美国空军仍有战机可用。只不过,在未来复杂的地空导弹环境下,F-15EX战机的作战行动仍将受到诸多限制,美国空军必须提出新的作战概念,利用武器挂载和有效载荷大的优势,依靠高超声速、蜂群和定向能武器等技术进步,与自主系统、无人机、第五代和第六代战机融合集成,最大限度发挥两代战机的作战能力。

图4. 采购F-15EX与延长F-15C服役年限的成本对比图


方案3:用F-35A替换F-15C
此案,得到空中力量战略家的支持,他们建议尽快大幅增加五代机的数量。一旦采购了F-35A战机,并对机组和维修人员进行二次培训,美国空军第五代战机的比例将大幅高于目前规划中的规模数量。然而,除非已经制定了相应的转型计划,开始建设基础设施,并展开相关人员的二次培训,否则,未来3到5年里,用F-35A替换F-15C的方案不可行。

目前,F-35A的单位采购成本为8,920万美元,加速采购F-35A与采购F-15EX的成本相差无几。但是,采购F-35A会导致巨大的并发费用,比如用于对已经交付的飞机进行改装以修复已知缺陷的成本。美国政府问责办公室预测,每架F-35A的改装费用为280万美元,总计约需要14亿美元。而F-15EX却没有这方面的费用,该生产线目前处于生产状态,正在为沙特阿拉伯和卡塔尔提供该型战机。

F-35A战机的使用成本比F-15C更高。2018财年美国空军总体使用成本数据(FY18 Air Force Total Operating Cost)显示,每架F-35A战机每年的使用成本约为780万美元,比每架F-15C战机每年每架520万美元的使用成本高出约50%。这一数据包括人力、部队作战(包括燃料)、维护、后勤保障和升级改进等各方面的成本。

此外,F-35A的采购成本不包括与退役F-15C有关的费用和时间。美国空军从来没有用F-35A取代F-15C的计划。对F-15C基地进行改造和升级基地设施需要大量资金。列举两例作为参考,佛蒙特州空军国民警卫队五年预算1亿美元,对伯灵顿国际机场的基础设施进行升级改造,以便用F-35A替换F-16中队;切利波因特海军陆战队航空站由F-18中队改装为F-35C中队,预计在2016财年至2031财年间耗资8.5亿美元进行基础设施建设。

此外,机组人员和维修人员也要进行再培训。当这些部队停止F-15C的飞行任务并在F-35A上进行训练时,部队战备能力也要受到影响。除培训新飞行员外,还要对现有F-15C飞行员进行培训,加重了F-35A飞行员培训任务的负担。在项目经费获得批准后(尚未编入预算),这一过渡期将长达3年以上。

提前退役F-15C机队将导致未来5-10年内美国空军战机的数量规模和作战能力下降,给空军完成作战值班和国土防空任务带来巨大压力,空军领导层需要对此风险进行认真评估。

最后,用F-35A战机完全代替F-15C将大幅降低空空武器的挂载能力。F-15C四机编队可以携带32枚空空武器,而F-35A四机编队只能携带16枚。未来武器和传感器如果要求全部内部挂载,那么这些武器和传感器与隐形平台如何进行融合将是一个巨大挑战。尽管武器和传感器可以外挂,但战机将失去其隐身优势。此点也说明,美国空军目前不可能完全放弃第四代战机。

图5 F-35A采购成本与延长F-15C服役期成本的比较


方案4:用15EX和F-35A共同替换完全退役的F-15C
此案,美国空军以每年24架的速度采购15EX战机;当F-35A Block 4下线时(预计在2023年),开始采购F-35A Block 4代替F-15C。已确定接收F-35A的基地将开始为期3到5年的转型期,开展基础设施建设,为进驻新的战机开始做准备。F-15EX和F-35A的具体数量可以根据空军的需求进行调整。出于分析的需要,本文考虑美国空军采购150架F-15EX和85架F-35A,并且把采购费用分散到多个预算周期。美国空军将根据F-35A真实的使用和维护费用做出更清晰的决定。

这个方案假设F-15C战机无需升级就可以飞行到2029年,并且在未来10年内空军能够争取到多达220亿美元的采购经费。这样的投资能够使美国空军战斗机的规模和能力实现最佳均衡,同时使用F-15EX取代F-15C,近期内就能提高这些作战中队的战备能力。

如果采用这一方案,美国空军可以获得更充足的时间完成F-15C战机中队向F-35A的转型,同时提升战斗机库存中第五代飞机的比例。不过话又说回来,即使现在买了F-35A战机也不能解决目前F-15C战机的战备水平和数量规模问题,只有在获得了自己的地面设备,完成了基础设施改造和人员培训以后,F-35A战机才能在现有F-15C基地使用。得到飞机容易,但是只有这些基地完成改造以后,才会有飞行人员、维修人员使用和维护它们。


1 延长235架F-15C的服役期:18.9亿美元用于机身纵梁和机翼等的部件更换;34亿美元用于安装鹰主被动预警生存系统。
2 $37,210由美国空军成本分析局提供的2012年至2018年每飞行小时使用成本的7年平均值计算得出(按照2012财年定值美元计算)。国会预算办公室“空军老化飞机的使用成本”图7表明,F-15C的每飞行小时使用成本的年增长率为2%。
3 假设,F-15EX的单位成本为8000万美元,生产线的建设成本为15亿美元;F-35A的单位成本为8,920万美元,首次采购发生于2024至2026年时间段。
4 美国空军成本分析局的报告称,按照2012财年定值美元计算,F-35A2018年每飞行小时的成本(CPFH)为40,978美元。对F-35A进行分析时假定,在F-35A生命周期的不成熟阶段,CPFH将按照3%的比例逐年减少,这一点与国会预算办公室的报告一致。当该数据降到31,000美元时不再变化,一直持续到2040年。2021到2040年间,F-35ACPFH的平均值为33,018美元。
5 到2025年,每年有24架F-15C战机退役;此后,每年退役48架;到2029年,F-15C的使用和维护费用为116亿美元。
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