本文已发表于《国际航空》杂志2019年第7期。作为美军的首款模拟第五代战机威胁的隐身靶机，5GAT以其低成本和高隐身而备受关注。在完成首架样机交付后，5GAT于2020年9月在犹他州进行了由空军主导的低速和高速滑行试验。不过2020年10月23日，首架样机在飞行过程中发生了事故，导致飞机损毁。目前正在进行安全调查，以确定事故原因。首架样机将为未来5GAT的采办探索符合成本要求的设计和制造方案，并提供经过验证的成本数据。目前第二架样机的早期生产工作正在进行中。国防部已要求在21财年提供3270万美元，以继续开发和试验第二架5GAT样机。
一、项目背景
靶机作为模拟空中威胁的利器，一直以来是军队作战训练以及武器装备测试与评估不可或缺的装备。为了保证训练和试验鉴定的质量，靶机必须贴合实战，并紧跟武器装备的发展。在本世纪初，美军的全尺寸靶机为1997年服役的QF－4，但随着中、俄隐身战斗机的发展，QF－4在面对美军的作战需求时，逐渐显得力不从心。首先，QF－4是由三代机F－4进行改造而来，性能已经无法模拟美军需要面对的隐身战斗机威胁。其次，F－4已于1996年停产，由此带来的后果是QF－4的零部件供应以及维护成问题，解决这一问题需要付出高额的成本，同时QF－4的库存也在不断减少，无法支撑美军长久的训练以及武器测试任务。因此，美军于2006年开展了未来靶机的研究工作，确定将QF－16作为第五代靶机的临时过渡方案。2011年，5GAT正式立项，并且中国与俄罗斯五代机的快速发展无疑也促进了5GAT的研制进程。2018年6月27日，STS公司正式宣布5GAT完成了关键设计评审（CDR），标志着5GAT的发展进入了新阶段。
二、项目特点
与现有的靶机相比，5GAT主要具有以下特点：
1、隐身性能好优秀的隐身能力是5GAT的最大特点之一。作为模拟五代机威胁的靶机，5GAT充分考虑了隐身设计。该机采用了翼身融合设计，机身表面光滑，未见明显的外挂武器、副油箱等结构，其内部结构简单，机身开口较少，也并未安装飞机座舱等，因此有效减少雷达波反射面积。此外，该机采用了V型尾翼，取消了水平尾翼，减弱了反射雷达波信号。5GAT还采用了S型进气道，将J85发动机的叶片进行了隐藏，进一步提高隐身性能。同时，5GAT的一体化复合材料机身也起到了重要作用。相比于金属机身，5GAT的一体化复合材料机身使用的零部件大大减少，从而避免了机身表面安装大量铆钉，而铆钉等部件是雷达波的强反射源。对机身的精心设计保证了5GAT优异的隐身性能。在设计过程中，美军对于5GAT的隐身性能进行了评估，虽然美军并未透露样机具体的雷达截面积（RCS）值，但是评估结果表明5GAT的隐身性能符合美军要求。
2、机动性高为了模拟第五代战斗机的高机动性能，美军采取了很多办法。首先，研究团队针对J85发动机的需要对机身进行了重新设计，从而最大限度地减少阻力，同时保证J85处于最佳推力水平；其次，5GAT采用轻质复合材料全机身，大大降低了飞机重量和翼载荷；此外，该机选用两台J85发动机，可以提供32kN推力，使得5GAT的推重比较传统靶机显著提升（见表1）。据报道，5GAT拥有6G的持续过载和9G的瞬时过载能力，进而拥有高转弯率、高加减速能力。表1 5GAT与BQM－34S靶机推重比的比较
3、成本低成本是靶机设计最为关键的因素之一。根据美军发布的采购预算报告得知，QF－4的采购单价为260万美元左右，QF－16的采购单价为840万左右，为了遏制成本上涨的势头，美军在5GAT的研制过程中采用了多种节约成本的措施。首先，在研制之初，美军就制定了采购单价550万美元、维护成本低于QF－4的要求，最大限度地保证靶机成本不超标。其次，在研制过程中对于发动机的选择也是进行了权衡，最初的方案都是采用成本低廉的FJ44，但后期阶段，为了进一步压缩成本，又采用即将退役、成本更低的J85发动机取代了FJ44，以至于机身内部结构进行了大改，不过由此也可以看出，美军在降低成本方面所下的决心。在机身设计方面，该机95％的机身采用碳纤维增强复合材料（CFPR），通过整体成形工艺大大减少了零件数量和制造成本。该机采用简单的硬壳加固结构，消除了传统全金属半硬壳结构中复杂的机身框架、纵梁、翼梁、翼肋、蒙皮等，大大降低了制造和装配的人工成本。
三、未来发展展望
5GAT是美军研制的第一款高隐身、高机动靶机，具有广阔的发展前景。预计其未来发展方向如下：
1、控制系统进一步通用化由于美国海、陆、空三军都拥有各自的控制系统，往往一台靶机为了满足不同军种测试需要配备多个系统，造成了资源浪费以及兼容问题，因此，美军一直在推行控制系统通用化，这将为未来靶机集群控制、协同作战打下基础。但是各个军种的利益分配是一个大问题，例如空军提出由自己主导的跨军种靶机控制系统（MSTCS）计划，而陆军则提出将旋翼靶机、地面靶标、小尺寸靶机集成到一个控制系统中——陆军通用控制系统（ACCS）。不过近几年由于海军下一代靶机（SSAT）与空军新一代全尺寸靶机QF－16和国防部推行的第五代靶机5GAT都集中取代过时的型号，此时理论上是推行靶机通用控制系统的最佳时机，借助换代的机会，由国防部牵头安装统一通用的控制系统，将系统不统一的过时靶机淘，实现控制系统的通用化。
2、改造为忠诚僚机的可能性“忠诚僚机”是近些年来各国关注的重点，“忠诚僚机”就是将有人驾驶战斗机与具备自主作战能力的无人机实现有效集成，完成协同作战，提高作战效能。靶机与“忠诚僚机”均强调飞机的低成本，可谓是颇有渊源。特别是在技术研发过程中，用靶机模拟“忠诚僚机”具有很好的经济性。例如，美军在BQM－167A靶机基础上改造的UTAP－22无人机于2015年与海军陆战队的AV－8B进行了协同飞行演示，展示了有人－无人协同编队能力。2018年9月，空客在德国波罗的海地区进行了由一架有人机控制5架空客Do－DT25靶机的无人／有人协同飞行试验。此外，美军2018财年的预算显示，美军有在5GAT上安装电子攻击系统的计划，结合不错的隐身能力和低廉的成本，5GAT具备较好的作战潜能，具有派生发展“忠诚僚机”的有利条件。一旦未来有需要，5GAT也有改造为“忠诚僚机”的可能。
3、派生发展多种型别尽管目前5GAT与QF－16的互补搭配可以满足空军现有的作战需求，但是武器装备发展迅速，现有的测试需求未必会一成不变，倘若未来美军出现了更强力的潜在威胁，光靠5GAT与QF－16的组合无法满足需求时，5GAT将会派生发展出许多型别，以适应未来训练和试验的需要。在美军靶机发展的历史上，这样的例子并不少见，BQM－34和BQM－74靶机目前已经分别衍生出BQM－34A／E／S以及MQM－74A、MQM－74C等多种改型。四、启示纵观5GAT的发展历程，可以得出以下几点启示：
1、新研靶机应与现有靶机形成互补由于靶机性能的差异以及不同测试任务的需要，靶机的类型多种多样，例如：美海军就有超声速与亚声速靶机、美空军则有全尺寸靶机和小尺寸靶机等等。通过不同的靶机组合，可以覆盖几乎所有武器装备测试以及作战训练的需要，同时也可以降低靶机研制难度，从而达到军方需要的效果。在5GAT的研制过程中，便很好的体现了这一点。5GAT在研制之初曾有两套方案，一是用5GAT完全替代现有的QF－16靶机，另一种则是5GAT作为QF－16的补充。前者要求5GAT的性能更高，相应的成本也会增加，后者则相反。经过研究团队的深入分析，最终选择了后者。显然，完全替代方案所付出的成本是军方无法容忍的，并且也没有必要完全取代QF－16。5GAT只需要能够执行80％的靶机任务即可，包括测试AIM－120中距空空导弹和AIM－9X响尾蛇导弹等，而高速、大机动的测试任务继续由QF－16完成。
一味地追求性能的全面提升只会导致资源的浪费和成本的上升，与现有装备体系高效的配合才能够最大程度地节省资源并降低成本。
2、注重利用学术界与工业界的力量在5GAT的研制过程中，美国军方广泛征集军方、工业界和学术界的技术方案。其中不仅包括空军自身研究机构——美空军研究实验室（AFRL），美军还大胆启用了2006年刚成立的STS公司，甚至还将5GAT项目作为美空军学院教师的研究课题以及学生课程的学术练习。通过多样性的选择，美军可以获得极大的决策空间。在方案选择过程中，美军淘汰了美空军研究实验室的单发动机方案，理由是不符合全尺寸靶机的要求。之后留下了STS与美空军学院的方案进行进一步研究比较，并且衍生出一批备选方案，通过大规模风洞试验等一系列测试，最终选择了美空军学院的trap方案。为了有效地利用工业界的力量，美军将美空军学院的trap方案交由STS生产。由此可见，美军非常注重有效地利用学术界与工业界的力量开展装备研制工作。
3、科学的工作流程5GAT的整个研究过程充分体现了科学严谨的做事原则。无论是刚开始根据美军自身现状以及潜在对手的发展态势，在外国军机、退役美军战机、教练机、小尺寸靶机等一系列备选方案中通过可用性、效率、成本、周期、风险等标准进行分析，制定了QF－16作为5GAT的过渡计划，还是在5GAT方案的选择中，利用计算、风洞试验等一系列方法对各式模型的不断修正调整，最终形成成熟可靠的研制方案，都经历了科学严谨的工作流程。
（中国航空工业发展研究中心 李沅栩，赵群力）
本篇供稿：系统工程研究所