F-35“闪电 II”战斗机或许是现代航空历史上最具争议的战斗机了,在系统研发和演示(简称 SDD)阶段 10 年之后,进展最快的 F-35A 还没有进行过任何武器发射试验,短距起飞-垂直降落(简称 STOVL)的 F-35B 更是“罄竹难书”,现在舰载的 F-35C 也开始出蹊跷了。在 SDD 十周年的时候,F-35 阵营极力陈述成就,但新近透露的国防部报告给 F-35 又新增了 13 大罪状。这个 2011 年 11 月 29 日呈交的简评报告是国防部采购主管弗兰克肯达尔要求的,作为国防部的大内总管,报告的分量不言而喻,这份题为《F-35 联合打击战斗机边试飞边生产问题快速评估》的报告由三个助理副国防部长、一个性能评估副主任和一个高级技术顾问执笔。

Download the F-35 Joint Strike Fighter Concurrency Quick Look Review report

  在正式启动 SDD 之前,美国空军已经在波音 X-32 和洛克希德 X-35 之间进行了对比试飞,最后 X-35 入选,成为 F-35。这样两步走的目的是降低风险,由对比试飞验证包括气动、发动机和 STOVL 的基本技术,SDD 只需要工程研发和型号试飞,不需要涉及技术攻关。F-35 不仅应该是一个低成本、高效率、守时间的五角大楼军购改革的典范,还应该是一个低风险研发计划,所以美国三军信心满满,计划在 SDD 中期就开始同步的低速生产,然后逐步增速,在 SDD 末期正好转入全速生产。这不仅加速投入使用,也降低了生产能力闲置造成的成本转嫁。这就是边试飞边生产的由来。但 F-35 在研发中暴露了众多严重的问题,不仅迫使全速投产大大推迟,还迫使已经由低速生产交付使用的飞机按照发现的问题返工。STOVL 的 F-35B 问题重重早已众所周知,前国防部长盖茨判 F-35B 缓刑两年,如今刑期已经过半,没有人说得清楚解除刑期的条件是否满足,或者应该下马。但 F-35 的问题不止 B 型。11 月 29 日的简评报告罗列了 13 个新增问题。

当年让人惊艳的 JSF 竞争机型:X-32 和 X-35

  新增问题分为三大类。第一类为 5 个影响飞行或任务安全而尚未解决的重大问题,是边试飞边生产的绊脚石,其中包括头盔显示系统、燃油抛洒系统、综合动力系统、舰载型的尾钩和保密的第五项。

  美国在越南战争期间就开始研制头盔显示系统,由于技术问题而最后下马。苏联在米格-29和苏-27上首先装备了简陋但实战化的头盔瞄准具,用眼角余光所见周边的一圈 LED 指示灯指示威胁方向,简单实用,但不能显示更多的火控和飞行信息。美国先是对苏联的这一技术突破嗤之以鼻,但德国统一后,装备头盔瞄准具和 R-73 近程空空导弹的前东德米格-29 和西方战斗机多次对抗演习,在近距格斗中把所有西方战斗机打得满地找牙,美国和欧洲这才行动起来,加紧研制头盔显示系统。

Zsh-7 上的头盔瞄准具

  F-35 的头盔显示系统是第二代,不光提供目标提示,还可以显示火控、导航、发动机、大气数据、武器状态等图标信息,并投影显示夜视摄像机和分布孔径系统的图像。分布孔径系统是 F-35 的一个首创,采用 6 个传感器对 F-35 实现 360 度覆盖,飞行员可以实时观看 360 度的全景,并用于导弹来袭报警和定位、威胁指示和瞄准以及友机跟踪定位。和分布孔径系统相结合后,头盔显示系统不仅用于机载武器火控,还用于战场态势感知和主要飞行信息显示,完全取代了平视显示器,成为主要的飞行信息显示。头盔显示系统的性能对飞行安全、战场态势感知和作战效能至关重要。

F-35 的头盔显示系统已经发展到第二代

  头盔显示系统和头盔瞄准具的差别在于,后者只是简单的指示灯提示系统,而前者是完整的投影显示系统,可以显示图标和图像。问题在于,头盔显示系统的成像平面和眼球很近,图像的微小抖动对眼球视线来说也是可观的角位移,主观感觉上相当于大幅度抖动。如果长时间抖动频率较高的话,不仅无法正常读数,还会造成严重的头痛。更大的问题在于,头盔和头部的结合不可能做到绝对紧固,在正常机械振动、不稳定气流或者机动飞行的情况下,微小的松动都会加剧抖动问题。设计团队正在试图用微型陀螺稳定图像,但不仅没有到可以飞行试验的程度,还可能导致重量问题。头盔重量不仅是一个舒适问题,也是一个安全问题。在 9g 机动中,头盔重量相当于放大 9 倍,对飞行员的颈椎是很大的压力。弹射救生时,头盔重量也可能造成颈椎骨折,严重的时候可能致命,所以头盔显示系统对重量异常敏感。

  第二个问题是显示滞后,图像显示滞后达 130 毫秒,图标显示滞后也有 50 毫秒,而设计指标分别是 40 毫秒和 30 毫秒。经常使用普及型数码相机的人对显示滞后会有体会,用相机背上的 LCD 取景拍摄跑动中的小孩时,图像不连贯不说,而且总是慢一拍,按快门的时候小孩已经跑出画面,拍下来的只是半个小孩。相比而言,索尼 Cybershot DSC W80 数码相机的快门滞后为 150 毫秒,顶级的尼康 D3x 降低到 40 毫秒,传奇式的莱卡 M4 旁轴相机采用帘布快门,只有 12 毫秒。对于家长来说,快门滞后只是恼火;对于飞行员来说,这就要贻误战机,或者危害飞行安全,是很要命的。

F-35 头盔显示器生成的叠加符号

  头盔显示系统的清晰度也不足,尤其是在夜视模式下,在满月的亮度下也只有相当于大约 350 度近视眼的水平,而传统的夜视眼镜只相当于不到 100 度的近视眼。随着亮度降低,夜视摄像机的清晰度降低得比夜视眼镜更快。现在正在研制的新一代也是摄像机,预计依然不能达到传统夜视眼镜的清晰度,而且离飞行试验还有一段时间。

  为了不影响进度,设计团队正在两条腿走路,一方面由 VSI 公司继续解决现有问题,另一方面向 BAe 要求提供另一种头盔显示系统作为候选,BAe 的设计采用常规的夜视眼镜,但无法显示分布孔径系统图像,失去分布孔径系统图像显示能力使 F-35 头盔显示系统的优越性大打折扣,但现在还没有更好的解决办法。