【導讀】本文編譯自美軍《聯合部隊季刊》（Joint Force Quarterly）2019年第3期，原文標題為“Can the F-35 Lightning II Joint Strike Fighter Avoid the Fate of the F-22 Raptor?”，作者是美國商務部工業與安全局的斯科特·休賓格（Scott Hubinger）博士。文章通過對比F-22和F-35兩款戰斗機的研發歷程，總結了F-22項目未能達成預期效果的原因，并對F-35項目在研發、采購、列裝等環節中所面臨的諸多困難進行了剖析。其中，文章重點關注了半導體材料、無人機技術和人工智能等前沿技術對F-35項目帶來的挑戰和沖擊。
美國已成功研發并采購了兩款具有隱身性能的第五代戰斗機，即F-22“猛禽”和F-35“閃電II”。這兩款戰斗機充分體現了美國在單用途非聯合戰斗機（F-22）和多用途聯合戰斗機（F-35）之間做出的取舍。對F-22項目的回顧不僅引發了諸多反思，而且揭示了兩個項目可能共同存在的問題。例如，為什么F-22在僅采購了原定數量的四分之一后就被迫取消？F-22的命運能否讓F-35汲取教訓，或從中發現失敗的風險？此外，美國是否基于自身先進戰斗機的國防工業基礎做出了正確的選擇？最后，諸如通用原子公司（GA）研發的MQ-1“捕食者”和MQ-9“死神”等無人武器更具顛覆性，因為它們代表著一種全新的作戰方式和全新的市場競爭者。這種顛覆性的技術，以及半導體與機器人技術的持續進步和市場變化，使長達數十年的設計、研發和采購周期難以為繼。本文通過對F-22和F-35兩個項目進行比較，就如何適應技術進步和市場變化提出了合理建議。
F-22“猛禽”項目
1981年，美國空軍正式提出研發一款新型戰術戰斗機作為F-15后繼機的需求，并與7家飛機制造商簽訂了意向合同。隨后，這7個制造商被縮減成2個團隊，一支由洛-馬、通用動力和波音公司組成，另一支由諾斯羅普和麥-道公司組成。兩個團隊的設計方案各有側重，洛-馬公司研制的YF-22強調機動性，而諾斯羅普研制的YF-23則突出隱身性和速度優勢。在1991年的競標飛行過后，洛-馬公司所在的團隊贏得了競爭。團隊競爭的方式能夠使制造商分擔研制原型機的風險，并在減少競爭的同時專注于戰機的某些特定需求。最終的設計方案融合了兩款原型機的優點，即強調隱身性能，具備超聲速巡航能力，同時搭載綜合航電系統和矢量推力發動機。
研制新型戰機用到的工程技術和制造工藝超出了民用航空的范疇，在材料、航電系統、發動機和系統集成技術等方面已達到或超過了當時技術發展的極限。此外，新型戰機的研制和采購對技術變化十分敏感。20世紀60年代，麥-道公司憑借其在航電設備和制導導彈領域的專長確立了領導地位（例如F-4“鬼怪II”和F-15“鷹”）。同樣，20世紀80年代，隨著隱身技術首次被洛-馬公司應用于F-117“夜鷹”，該公司也從麥-道公司手中取得了戰機研制的主導權，從而奠定了其作為F-22和F-35主要承包商的地位。
美國空軍原計劃采購790架F-22，后因冷戰后經費削減將這一數字下調至648架。至1997年，國防部預算已經比1985年減少了38%，采購數量也比原計劃減少了2/3。預算緊縮給F-22項目帶來了不小壓力，但即便到2008年，美國空軍參謀長還在公開表示至少需要381架F-22才能滿足基本作戰需求。然而，國防部長蓋茨卻在2009年宣布，國防部最終只會采購187架F-22，這究竟是怎么回事呢？
國防部1993年發布的《自下而上評估報告》（Bottom-Up Review）將空軍戰斗機編制壓縮至20個聯隊，同時將F-22的產量削減至442架。對F-22的主要批評是，冷戰后的威脅環境沒有證明其過高的成本合乎情理，并且《自下而上評估報告》明確指出，國防部的主要職責是遏制重大地區沖突、維持海外存在、進行小規模干預和防范大規模殺傷性武器。其中并不涉及與數量眾多的先進蘇制戰機交戰。
技術挑戰和資金不足迫使空軍在1993年、1994年、1996年和1997年先后4次對F-22項目做出調整，而不斷上升的成本在1996年催生了一個聯合評估小組（JET），該小組主要負責評估F-22項目的預期成本，以及找到控制成本增長的方法。1998年的《國防授權法》引用了聯合評估小組提供的數據，并將生產成本限制在434億美元。2009年，美國會又將這一數字下調至376億美元，目的是為了降低通脹預期。因此，采購過程由需求驅動變成了預算驅動，在這種采購模式下，削減的生產數量將不得不用來負擔一切額外的生產成本。人們給這種采購模式起了一個形象的名字——“死亡螺旋”（death spiral），因為生產總量的減少導致了單體成本的增加，而單體成本的增加又導致了生產總量的進一步減少，如此反復。
除了預算問題，F-22還面臨著政治壓力。2001年，拉姆斯菲爾德就任國防部長，受命改革國防部。在國會聽證時，拉姆斯菲爾德用“轉型”一詞來描述他為應對后冷戰時代那些全新且多樣的威脅所做的努力，他強調有必要加大對重要武器系統的資金投入，例如“戰斧”巡航導彈、F-15、F-18和F-16這些上世紀70年代研發的武器。但其中并不包括空軍最高優先級項目F-22。成本超支，再加上發生了一起涉及空軍高層和波音公司（F-22項目團隊成員）的加油機采購丑聞，最終導致第753號總統預算指令的出臺。該指令砍掉了F-22項目在2008年以后的全部生產資金，將F-22的產量最終定格在183架（盡管空軍用了5年時間努力嘗試游說，但也僅僅多生產了4架而已）。
F-35“閃電II”項目
F-35“閃電II”戰斗機又被稱為聯合攻擊戰斗機（JSF），由始于上世紀80年代和90年代初的項目合并而成。當時，有大量項目旨在為美國空軍、海軍、海軍陸戰隊和英國皇家空軍研發新型戰術戰斗機。從1983年起，美國防部高級研究計劃局（DARPA）開始尋求可用于取代海軍陸戰隊AV-8“鷂”式先進短距/垂直起降（ASTOVL）戰斗機的下一代超聲速戰機。該項目最終成為美英兩國的聯合項目。接下來，在20世紀80年代末，洛-馬公司的臭鼬工廠（Skunk Works）參與了美國家航空航天局一項代號“黑色”的秘密項目。該項目利用臭鼬工廠在隱身技術領域的專長，借助國家航空航天局的設施和人力，旨在研究隱身超聲速戰斗機（SSF）在技術上能否適配短距/垂直起降（STOVL）能力。結果表明這種設想是可行的。然而，當1993年能夠滿足其他軍種需求的改進方案提出后，上述兩個項目被合并為“通用低成本輕型戰斗機”（CALF）項目，由美國防部高級研究計劃局負責管理。通用低成本輕型戰斗機項目的目標是研發先進短距/垂直起降戰斗機所需的技術和概念，同時用這些技術和概念為美國空軍研制一款傳統起降型（CTOL）戰機。
美國海軍在1983年上馬了先進戰術攻擊機（ATA）項目，準備研發一款飛行距離遠、隱身效果佳、有效載荷高的攻擊機，以取代其由格魯曼公司生產的A-6“入侵者”艦載機。這款被稱為A-12“復仇者II”的遠程亞聲速攻擊機，在設計上強調龐大的載彈量，但由于研發費用高昂，加之存在部分技術難題，最終于1991年被迫中止。在此期間，海軍在國會的干預下，同意在其先進戰術戰斗機（NATF）項目下對空軍的先進戰術戰斗機（即后來的F-22）進行評估，并以之作為F-14“雄貓”的潛在替代機型。反過來，空軍也會對海軍先進戰術攻擊機項目的衍生機型進行評估，并將其作為F-111“土豚”的替代機型。然而在1991年初，海軍意識到對F-14進行一系列升級完全能夠滿足其在2015年前保持空中優勢的需要，因此放棄了對先進戰術戰斗機的考慮。同樣，在20世紀90年代初，空軍發起了一項多用途戰斗機計劃，目的是以3500萬至5000萬美元的單價，為F-16“戰隼”研發一款低廉的替代品。但冷戰的結束使F-16的服役壽命問題變得不再突出，因此空軍的這項計劃也于1992年8月被束之高閣，并最終于1993年取消。
先進戰術攻擊機和先進戰術戰斗機項目接連下馬后，海軍部長又下令研發全新的A-6替代項目。該項目被稱為A-X，計劃設計一款先進的雙座雙發艦載多任務飛機，具備全天時、全天候、隱身能力和航程遠等特點，同時還搭載全新的綜合航電設備。隨著空軍的參與（其目的仍是為F-111尋找替代機型），該項目被重新命名為A/F-X，但它也難逃被1993年《自下而上評估報告》取消的命運。然而，A/F-X的努力卻為即將出現的聯合先進打擊技術（JAST）積累了寶貴經驗.。該技術項目后來通過整合通用低成本輕型戰斗機項目，最終發展為聯合攻擊戰斗機項目。聯合攻擊戰斗機項目的目標是創建一種通用技術平臺，該平臺從理論上講能夠獲取規模經濟效益、簡化后勤工作流程，因為其零備件能夠在三種不同類型的飛機間通用，即F-16多用途輕型戰斗機、F-18多用途艦載機和“鷂”式短距/垂直起降戰斗機。后冷戰時代美國國防工業的整合為該類型飛機的誕生創造了條件；同時，這種變化不僅催生了規模更大、實力更強的公司，而且進一步限制了市場競爭，使這些大公司得以免受市場波動的影響。
設定需求
F-35的設計初衷是一款成本可控的五代機，分為適用空軍、海軍陸戰隊和海軍的三種不同版本，這三種版本不僅可以滿足各軍種獨特的作戰需求，而且在機身、武器系統、航電設備、動力裝置和軟件等方面具有很高的通用性（70%-90%），從而在理論上有效避免了因研發、采購、操作、維護三款不同戰機所產生的額外費用。1996年11月，國防部選擇洛-馬和波音兩家公司作為聯合先進打擊技術概念演示階段的競爭方，并分別同兩家公司簽署合同，使他們能夠研制并試飛各自的概念機。此外，國防部還就推進系統和工程支持問題同普-惠公司簽署了合同。2001年10月，隨著洛-馬公司設計的概念機脫穎而出，聯合攻擊戰斗機項目也進入系統研發和演示階段。國防部也分別同洛-馬公司和普-惠公司簽署了飛機生產與發動機制造合同。
為美國空軍研發的F-35A是一款傳統起降型飛機。作為三個版本中技術難度最小的一款，F-35A也是造價最低的一款。F-35A的設計初衷是為了取代F-16、A-10和部分老舊的F-15。據報道，F-35A在空戰中的隱身效果和作戰能力不如F-22，但在對地攻擊時表現優于F-22、隱身效果好于F-16。作為對F-22的補充，F-35A在價格上更有優勢，但這種優勢卻取決于最終采購數量。為美國海軍陸戰隊研發的F-35B是一款短距/垂直起降型飛機，同時也是三種版本中造價最高、技術難度最大的一款。F-35B的設計初衷是為了取代AV-8B“鷂”式短距/垂直起降戰斗機、F/A-18A/B/C/D傳統起降型攻擊機和英國皇家海軍的“鷂”式II型戰斗機。F-35B具備更復雜的傳感器系統和更好的隱身性能，而這正是海軍陸戰隊所希望的。為美國海軍研發的F-35C是一款傳統起降型艦載機，其造價和技術難度處于F-35A和F-35B之間。海軍認為F-35具備的通用性將有效降低研發、采購和操作成本，同時會增強美國空軍與盟友伙伴空軍之間的互操作性。最后，F-35的綜合航電系統能夠自動整合來自機載傳感器、宙斯盾和其他防空系統的信息，這種設計不僅增強了飛機的作戰能力，而且顛覆性地改變了美國戰機之間以及美國戰機與盟友戰機之間的工作方式。
多國聯合采購模式與單一軍種采購模式
F-22的設計、研發、生產和采購環節表明它是一款單一軍種的單用途戰斗機。而F-35在上述環節中則體現了其作為聯合（多軍種）、多用途、多國戰斗機的特征。然而，這并沒有改變或消除前文所述的基本挑戰（正是這些挑戰導致F-22未能獲批計劃采購數量），而且在某些方面F-35還面臨著其他挑戰。造成這種現象的原因之一是聯合采購與單一采購模式相比，雖然通過削減重復研發、測評費用降低了總體成本，但由于要在多軍種需求中確保“通用性”，因此降低了設計、生產和維護的復雜性。例如，F-35最初的設計目標是達到80%的通用性，但即便是堪稱里程碑的F-35B，其機身通用性也僅為45%-70%；到2008年7月，F-35機身的通用性只有27%-43%。此外，美國主要飛機制造商的數量已從20世紀80年代的8家減少到如今的3家（洛-馬、格魯曼和波音），其中只有洛-馬公司是第五代戰機的主要承包商。主要承包商數量的減少不利于有序競爭，影響技術革新，從而使政府更難控制生產成本。
F-35項目面臨的另一個挑戰是同一制造商需要生產三種不同版本的飛機。這種生產模式使員工和管理者的學習過程變得更加復雜，但卻更不利于知識的積累。而這種學習過程恰好是飛機制造環節中一個非常重要的步驟，由于高技術勞動力在飛機制造業中占比很大，因此積累的經驗越多，生產效率就會越高，而單價也會隨之下降，從而達到有效控制總成本的目的。如果這三種版本像最初計劃的那樣差異不大，可能還不會給經驗積累帶來太多負面影響。但由于三種版本個體差異明顯，導致學習進度放緩、積累經驗過時，從而增加了項目成本和風險。
最后，F-35和F-22之間一個重要且顯著的區別是，F-35的研發和采購流程體現了國際化。目前，F-35項目有三個層級的國際合作伙伴。英國是唯一一個處于第一層級的國家，其為項目研發投入了約20億美元。意大利和荷蘭處于第二層級，這兩個國家分別投資了10億美元和8億美元。第三層級國家包括土耳其、加拿大、澳大利亞、挪威和丹麥，這些國家共計投入了7.25億美元。據估算，美軍各軍種和美國盟友采購的F-35數量大致如下：美空軍1763架F-35A；美海軍陸戰隊353架F-35B和67架F-35C；，美海軍260架F-35C；英國138架F-35A；土耳其100架F-35A；意大利60架F-35A和30架F-35B；澳大利亞72架F-35A；挪威52架F-35A；以色列50架F-35A；日本42架F-35A；韓國40架F-35A；荷蘭37架F-35A；比利時34架F-35A；丹麥27架F-35A。然而，所有F-35（既供美軍使用，也供美國盟友使用）的生產成本是由洛-馬公司與美國政府協商確定的。而外國政府采購F-35的價格則是由洛-馬公司與各國政府協商確定的。而且，“出口版”F-35可能不包含“美國版”F-35的全部功能，因此需要生產更多的版本，這樣一來就增加了生產流程的復雜性。
洛-馬公司與各國政府也會就補償問題進行協商。雖然F-35在全球范圍內的銷售規模前所未有，但針對國防和非國防產業的補償現象也相當普遍。這里所說的“補償”更像是一種協議，指的是買方要求賣方提供對己有利的活動，具體包括合作生產、外包生產、授權生產、技術轉讓以及類似培訓等其他形式的產業合作。以F-35為例，美國政府鼓勵洛-馬公司提供補償行為，以換取外國政府的訂單，并降低生產、組裝及其他成本。同時，外國政府也會因此獲得技術進步、創造就業機會等。然而，存在于洛-馬公司、美國政府及外國政府之間的復雜協商機制，不但增加了管理成本，而且有可能以犧牲美國納稅人利益為代價讓外國買家獲利。
項目波動
截至目前，聯合攻擊戰斗機項目已經歷了三次重組。最近一次重組發生在2010年初，當時的項目預估成本超過了法定臨界閾值。為避免該項目因違反“納恩-麥克柯迪（Nunn-Mc Curdy）”法案而被迫終止，國防部長于2010年6月親自向國會作證，稱該項目對國家安全至關重要。根據法案要求，國防部撤銷了之前的采購批準，建立了全新的采購基線（acquisition baseline），并對項目進行重組以延長測試時間，同時還通過推遲交付日期來減少短期內的飛機采購數量，但采購總數并未因此改變。根據美國政府問責辦公室（GAO）2015年4月的報告顯示，該辦公室認為F-35在成本、進度和性能等方面出現的問題，是由于在關鍵環節的決策過程中缺乏足夠專業知識造成的。具體來說，洛-馬公司提出的方案在2001年10月獲批，而當時飛機的設計和關鍵技術還未得到充分發展。
此外，鑒于每架F-35的使用壽命長達60年，因此一架飛機的維護成本可能高達1.12萬億美元。對此，國防部正在努力推行一項能夠滿足美軍和美國盟友伙伴需求的可持續戰略，并在F-35長達100年的“研發-生產- 服役”周期內維護超過3100架飛機。然而，該戰略在實施過程中也面臨著不少挑戰，除了產品本身的問題外，還要得到主要承包商洛-馬公司的支持，以及國內外所有F-35客戶的理解。減少維護成本對避免產量下行壓力、支付不斷增加的或無資金支持的各類成本至關重要。在采購和維護飛機數量方面，美軍和美國的盟友伙伴之間也存在差異，這又導致了各方對F-35項目的依賴程度不同。上述幾個因素的疊加，最終導致F-35的采購數量遠低于預期，而單價卻隨著產量的減少不斷提升，就像此前的F-22一樣。
最后，F-35傳感器和武器系統的集成，包括本機內部以及與其他飛機的集成，被認為是該款戰機最重要的能力，而這種能力主要通過軟件來實現。自20世紀60年代以來，軟件在戰機中的使用率不斷提升。從1960年F-4“鬼怪II”的不足10%，到1964年A-7“海盜II”的10%、1970年F-111“土豚”的20%，再到1975年F-15“鷹”的35%、1982年F-16“戰隼”的45%、1990年B-2“幽靈”的65%，最終到2000年F-22“猛禽”的80%。根據美國會研究事務處（CRS）2014年4月的評估報告顯示，編寫、驗證、調試和升級F-35所用軟件是該項目面臨的最大和最昂貴挑戰。在2017年4月的項目審查中，美國政府問責辦公室強調了軟件的重要性，并對測試延遲和軟件開發成本增加等問題表示關切。
項目現狀
F-35項目已經取得了很大進展。截至2018年9月28日，有超過320架F-35在全球15個基地服役，總飛行時長超過15.5萬小時，約680名飛行員和6100名地勤人員接受過相應培訓。2015年7月，美海軍陸戰隊宣布F-35B具備初始作戰能力；2016年8月，美空軍宣布F-35A具備初始作戰能力。此外，主要承包商洛-馬公司也在積極提高制造效率，不斷積累生產經驗。從2012年到2017年，每架F-35的平均交付時間呈明顯下降趨勢。而且每架飛機的報廢、返廠和維修耗時也在不斷減少。普-惠公司在提高生產效率和縮短勞動時間方面同樣取得了長足進步。F-35項目辦公室也在投資有助于降低生產和維護成本的項目，并尋求用某種較為經濟的方式采購飛機零備件。因此，計劃于2019年開始交付的第11批低速率初期生產（LRIP）F-35A，其單價僅為8920萬美元，較第10批單價9430萬美元下降5.4%；第11批F-35B的單價為1.155億美元，較第10批單價1.224億美元下降5.7%；第11批F-35C的單價為1.077億美元，較第10批單價1.112億美元下降11.1%。根據蘭德公司對空軍項目的統計分析顯示，通過改善設計和制造流程來降低單價，以及通過多批次采購等措施，可以有效節約總體成本。
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