史上最成功的戰斗機“波音”通往F-16“戰隼”之路（6）

NF-16D / F-16 VISTA/MATV / X-62A：變穩定性、推力矢量與“忠誠僚機”

繼 F-16 AFTI 之后，NF-16D 接過了飛行實驗的接力棒。它既被稱為 VISTA，也被稱為 MATV，后來還被命名為 X-62A。

1988年，美國空軍與通用動力公司（General Dynamics）簽訂合同，研制并建造名為 VISTA（Variable stability In-flight Simulator Test Aircraft，空中模擬飛行變穩定性測試機）的飛行實驗室。該機旨在研究飛機在不同穩定性余度下的操縱性，即具有可變穩定性余度的飛機。其中，控制系統由 Calspan 公司負責，整個 VISTA 項目的領導工作由賴特-帕特森空軍基地的空軍實驗室（Air Force Laboratory）執行，NASA 和海軍航空兵也參與了相關工作。

這架飛行實驗室是由一架 Block 30 批次的雙座型 F-16D 改裝而來的。該雙座機在結構上與為以色列空軍制造的 F-16D 相似，其垂尾根部配有減速傘艙。改裝后的飛機被賦予代號 NF-16D。前綴“N”表示該機無法恢復到原始狀態；但在實際使用中，更常使用的是其非正式名稱 F-16D VISTA。

NF-16D VISTA 與 MATV 項目：技術細節與突破

NF-16D 獲得了獨特的控制機構——在兩個座艙內，除了側桿外，還額外安裝了中央操縱桿（РУС）。側桿和中央操縱桿的控制信號既可以基于力梯度（如普通 F-16），也可以基于操縱桿偏離中立位的位移（如所有常規飛機）。穩定裕度的改變由 VSS（Variable Stability System，可變穩定性系統） 提供保障。除前緣襟翼和減速板外，所有控制面均由 VSS 系統控制。穩定裕度的改變是通過各控制面在不同組合下的同步偏轉以及改變發動機推力來實現的。機上安裝了大量的監控記錄設備（КЗА）。這些額外的設備（VSS 和 КЗА）被安置在加大的**背鰭（гаргрот）**內，這使得 NF-16D 的外觀與 F-16 AFTI 非常相似。

NF-16D 根據 VISTA 計劃進行的測試于 1988 年至 1992 年間在愛德華茲空軍基地進行。該機展示了在高達 86° 攻角下執行穩定飛行的能力；而量產型 F-16 的電傳操縱系統（ЭДСУ）不允許攻角超過 25°。

從總體上看，MATV（Multi-Axis Thrust-Vectoring，多軸推力矢量） 研究計劃具有很強的應用性質——即確定配備推力矢量發動機在空戰中的優缺點。MATV 計劃與 VISTA 計劃并無直接關系。相關工作始于 1991 年，由以色列和美國合作開展。以色列于 1992 年退出該計劃，但美國人繼續了研究。工作計劃預想在能夠進行空戰的飛行實驗室上，對配備全向偏轉噴管的發動機進行飛行測試。作為飛行實驗室（ЛЛ），計劃使用一架配備數字電傳操縱系統且內部空間足以容納監控記錄設備（КЗА）的雙座戰斗機。當時處于閑置狀態且已完成改裝的 NF-16D 非常適合用作 MATV 的飛行實驗室。

NF-16D 的現代化改裝于 1993 年初完成。這種結構相對簡單的噴管可在任何方向提供高達 18° 的推力矢量偏轉角，并被安裝在量產型 F110-GE-100 渦扇發動機上。配備新噴管的 F110 發動機和 VEC（Vector Electronic Control，矢量電子控制） 數字發動機控制系統被安裝在 NF-16D 上，取代了原有的 F100。由于較重的噴管和帶有反旋松降落傘艙的支架導致重心大幅后移，為了使重心保持在可接受的范圍內，在 5R 和 5L 掛架上掛載了總重為 300 kg 的配重。

改裝后的 F-16D MATV 于 1993 年 7 月 2 日在沃斯堡完成了首飛（改裝后的檢驗飛行），隨后飛機被移交給愛德華茲空軍基地。1993 年 7 月 30 日，推力矢量技術在飛行中首次進行了測試。

F-16 MATV 飛行試驗計劃及結論

F-16 MATV 的飛行試驗計劃原定持續六個月。試驗的核心目標是評估推力矢量控制（OVT）在近距機動空戰中的實際優勢。

在研究性空戰模擬中，與 F-16 MATV 對壘的是 F-16C Block 32；參與試飛的飛行員輪流來自第 422 試驗中隊，且均具備作戰應用教官資質。空戰形式包括“一對一”以及“一對二”（F-16 MATV 對抗雙機編隊），涵蓋了全部武器使用距離——從使用 AIM-120 導彈的遠距離交戰到僅能依靠航炮的近距格斗。試驗期間總計進行了約 260 次 空戰。*

* F16.net網站關于 F-16 VISTA/MATV 的數據遺憾地僅在序列號和職業生涯節點上是準確的，其余信息有多愛好者是質疑的。該網站聲稱 MATV 計劃中噴管在飛行中僅偏轉了 5 次——是 5 次，而不是在 5 架次飛行中！但 90 年代初的美國科學雜志曾發表過幾篇實時評估這些空戰的文章。空戰的次數或許有爭議，但這些戰斗 100% 發生過，且噴管偏轉次數絕非 5 次或 55 次。這些內容應該處于保密狀態。

正如預期，F-16 MATV 在近距格斗中表現出了顯著優勢，因為它能達到遠超 F-16C 的攻角（空戰中達到的最大穩定攻角為 43°，動態攻角達 125°）。飛行員們得出的結論是：推力矢量控制確實顯著提升了空戰效能，但它并非“萬能藥”，也不會從根本上改變現有的戰術動作。F-16 MATV 飛行員僅在戰斗的最后階段（即當飛機失去大部分能量儲備時，再次印證了伯伊德的 E-M 理論）才會獲得明顯優勢。

至于通過達到 100 度及以上攻角實現的動態減速（即**“普加喬夫眼鏡蛇”機動），被認為在實際空戰中毫無用處**。F-16 MATV 的主要優點在于擴大了可用攻角范圍，但擴大該范圍并不一定要依靠推力矢量，這一點在 VISTA 計劃的飛行中已得到證實。

F-16 MATV 的試驗并未就戰斗機是否有必要安裝全向矢量噴管給出唯一答案。然而，考慮到增重和高昂的改裝成本，將現有的 F-16 改裝為推力矢量戰斗機被認為是不切實際的。

同一時期，NASA 也在進行推力矢量控制的飛行研究，參與機型包括 X-31 和 F/A-18 HARV。

1995年初，F-16 MATV 被移交給沃斯堡，隨后又轉場至賴特-帕特森空軍基地。在那里，Calspan 公司的員工將其恢復為 VISTA 狀態。根據多方資料顯示，1996年 F-16 VISTA 曾被用于測試 F-22 戰斗機的電傳操縱系統（ЭДСУ）。

世紀之交，該機經歷了又一次現代化改裝——它再次被轉變為飛行實驗室，用于測試帶有推力矢量控制（OVT）的發動機，并演練新的空戰戰術（多向推力矢量計劃，Multi-directional thrust-vectoring program）。這一次，配備矢量噴管的是 F100 渦扇發動機。

MATV 計劃最初是美以合作項目，而在這項關于推力矢量的全新計劃中，也同樣出現了以色列的影子。執行 F-16 OVT-II 首飛任務的是 Calspan 公司的飛行部門負責人杰弗里·皮爾（Jeffrey Peer），這是一位生平極具傳奇色彩的人物。他于1943年出生于俄亥俄州哥倫布市，1960年放棄美國國籍，移民以色列并更名為伊薩克（Isaac）。伊薩克·皮爾在以色列空軍中建立了輝煌的功勛——從普通飛行員起步，歷任首個裝備“鬼怪”的第201中隊副中隊長、“幼獅”（Kfir）和**“獅”**（Lavi）戰斗機的主力試飛員，以及以色列空軍飛行測試中心主任。1970年夏天，皮爾在埃及領土上空被擊落并被俘；他的美國背景引發了一場涉及美、以、埃、蘇四國的外交丑聞。最終，皮爾在蘇聯駐埃及大使 A.F. 多勃雷寧的直接參與下被釋放。皮爾本人在空戰中擊落過5架阿拉伯戰機。

1983年，伊薩克·皮爾退役，1984年他改回原名杰弗里，不久后恢復了美國國籍。自1984年起，杰弗里·皮爾擔任位于加利福尼亞州莫哈韋的美國國家試飛員學校（民辦）校長，1990年加入 "卡爾斯潘"(Calspan)公司。皮爾于2008年告別了職業飛行生涯，在48年間，他的飛行時長超過 9900小時，駕駛過30多種機型，其中一半是戰斗機：從“超超級神秘”到 JAS-39。這位功勛卓著的退休老人在隨后的幾年里，還出于個人愛好駕駛 Pitts S-2B 和 Extra 300L 等特技飛機進行飛行。他“玩”得如何？這兩款飛機都是專業的特技飛機，皮爾常在各種航展上亮相，表演低空單機特技飛行。不得不說，杰弗里-伊薩克·皮爾先生的故事，確實比 NF-16D 飛機的歷史還要精彩。

杰弗里·皮爾

NF-16D 配備新型推力矢量控制（OVT）系統的測試于 1997 年至 1998 年間進行。直到 1998 年，普拉特·惠特尼公司（Pratt & Whitney）仍未停止對配備全向矢量噴管的 F100 發動機方案的研究工作。

1999 年，這架 NF-16D 恢復了 VISTA 狀態，并被移交給位于愛德華茲空軍基地的美國空軍試飛員學校。不過，該機的技術維護工作仍由"卡爾斯潘"(Calspan)公司公司負責。

自 2010 年代中期以來，NF-16D 作為飛行實驗室的需求量極巨，主要用于測試和調試各類無人機硬件及軟件方案，即廣為人知的**“忠誠僚機”**（Loyal Wingman）。

“忠誠僚機”這一術語起源于美國，并已在全球范圍內流傳，在俄羅斯也同樣深入人心，盡管該術語并未完全反映事物的本質。英語專家認為，“忠誠僚機”與普通無人機的區別在于擁有人工智能（AI），以及能夠與第六代戰斗機、B-21 轟炸機等先進載人機協同作戰的能力。在敵方防空系統和航空兵的對抗環境下，“忠誠僚機”能夠以高度自主甚至完全自主的狀態執行任務。

“忠誠僚機”概念的出現主要歸結于兩個因素：防空武器效能的提升以及載人航空集群成本的飆升。在烏克蘭開展的特別軍事行動生動地展示了防空系統的有效性：盡管俄羅斯空天軍擁有絕對空中優勢，但由于對方防空系統（且并非最先進型號）的阻擊，其優勢無法得到充分發揮。載人戰斗機的造價已攀升至“大規模”一詞完全無法適用的程度——即便最簡單的 F-35A 型，單價也高達約 8000 萬美元。在敵方防空環境下行動，載人機的損失不可避免，而要補充這些昂貴、復雜且耗時耗力的戰機極其困難。

“忠誠僚機”概念有助于節省飛行員培訓成本，至少能挽救部分戰斗機飛行員的生命，并顯著增加戰術航空兵的數量規模。

2015 年，NF-16D 進行了代號為 “Have Raider I” 的首次 AI 計劃試驗。2017 年春，在愛德華茲空軍基地開展了為期兩周的 “Have Raider II” 評估演示飛行，NF-16D 和一架普通的 F-16D 參與其中。NF-16D 上安裝了由洛克希德·馬丁公司“臭鼬工廠”（Skunk Works）開發的硬件和軟件。飛行分為兩個階段：

在第一階段，NF-16D 在執行打擊地面目標的作戰任務中扮演“忠誠僚機”。NF-16D 的 AI 負責識別防空導彈陣地，計算規避危險區域的最優航線，并將信息傳達給 F-16D 的機組人員，后者根據獲取的數據建立攻擊航線。試驗在模擬隨機事件的背景下測試了 AI 駕駛的飛機與人類駕駛的飛機之間的交互，例如：載人機與僚機之間的通信中斷、出現新威脅等。NF-16D 上的機組人員全程未干預 AI 的行動。

在第二階段，除了 NF-16D 的 AI 不運行外，其余任務設置與第一階段完全相同。隨后對兩個階段的結果進行了對比。雖然對比的具體結果未公開，但“臭鼬工廠”的代表強調，“Have Raider”計劃具有純粹的實驗性質。

NF-16D 與 F-16D，“Have Raider I”計劃，2015 年

美國空軍在裝備帶有 AI 的無人機進程中，下一步行動是 “空中博格” (Skyborg) 計劃，該工作始于 2019 年。克拉托斯 (Kratos) 公司的 XQ-58A、通用原子公司的 MQ-20“復仇者” 以及波音公司的 MQ-28A“幽靈蝙蝠” 無人機均與“空中博格”計劃掛鉤。2021 年，“空中博格”計劃的保密等級有所提高，此后關于真實飛行的 AI 無人機的公開報道銳減。2021 年夏天，MQ-20 無人機首次參加了在愛德華茲空軍基地舉行的“橙旗 21-2” (Orange Flag 21-2) 演習。演習中，該無人機在自主模式下成功擊中了地面目標。截至 2023 年初，據推測克拉托斯公司已制造了 12 架 XQ-58A“瓦爾基里”無人機。澳大利亞國防部于 2022 年訂購了 10 架量產配置的 MQ-28A 無人機，計劃于 2024-2025 年交付。

這三款無人機（XQ-58A、MQ-20、MQ-28）的所有硬件和**“大腦”**，均在 NF-16D 上進行了測試與磨合。

MQ-20

XQ-28F 與 F-16C

MQ-28A

“空中博格”（Skyborg）計劃的目標是驗證無人機作為“忠誠僚機”的作戰概念，并完善結構技術方案、控制算法及決策邏輯。該計劃本身并不預設產出量產型的“硬件”結果，這一目標將由 CCA（Collaborative Combat Aircraft，協同作戰飛機） 計劃來實現。通過兩者的預算對比，可以直觀地看出這兩項計劃在原則上的差異：如果說“空中博格”框架下的三個項目計劃耗資不足 1 億美元，那么到 2028 年，CCA 計劃的支出可能達到 60 億美元。

關于 CCA 計劃的存在于 2023 年 3 月被公眾知曉，當時美國空軍司令部公布了采購多達 1000 架能夠與有人駕駛飛機協同作戰的無人機（即“忠誠僚機”）的計劃。

CCA 計劃是更廣泛、更具野心的 NGAD（Next-Generation Air Dominance，次世代空中優勢） 計劃的組成部分。人們常將 NGAD 計劃簡結為研制第六代戰斗機的工作，這從根本上說是錯誤的。該計劃的保密等級極高——甚至超過了 B-21 戰略轟炸機的研制計劃。目前關于 NGAD 計劃的技術細節信息完全缺失，但美國空軍和國防部的高級代表曾多次（盡管頻率很低）就該計劃的概念發表聲明。他們用清晰的英語表示：NGAD 計劃預想的是研制并裝備一整個系列的有人和無人駕駛飛行器。而 CCA 飛行器 正是 NGAD 計劃中的無人組成部分。

針對 CCA 無人機的人工智能（AI）開發工作正在 “毒液”（Venom） 計劃下進行，所使用的飛行實驗室正是通用動力的 X-62A。為了完善 CCA 無人機的 AI 系統，還計劃將另外 6 架 F-16 戰斗機改裝為飛行實驗室。

自 2021 年 6 月起，依然隸屬于美國空軍試飛員學校的 NF-16D 飛機正式啟用了 X-62A 這一編號。