B-2-Bomber

「B-21」匿蹤戰略轟炸機最新流出資料分析 為何只需B-2的20%價格威力卻更強!?

美國空軍公布次世代戰略轟炸機「B-21」更多細節,由於美國戰略空軍急需補充新血,B-21將很快迎來首飛,並預計建造145架,並列為美國空軍最重要的KPI,為何這款轟炸機如此重要?

美國亟需淘汰/補充戰略轟炸機

美國戰略空軍雖然目前還是全世界最強的航空戰略打擊兵力,但隱憂已經浮現,以下簡略盤點美國戰略空軍現況:

B-52 , B-1B , B-2
▲美國戰略空軍目前主力B-52H(左)、B-1B(右下)、B-2編隊飛行。

B-52已服役多年

1955年服役的B-52″同溫層堡壘”(Stratofortress)戰略轟炸機,目前還有約76架在美國戰略空軍服役,是數量最多的機種!美國空軍甚至展開計畫,將替這76架B-52更換新式引擎,省油外妥善率更高,讓它們可以服役到2040年。

B-52能現役這麼久,原因是可載120噸武器彈藥,仍然在世界上名列前茅!此外防區外武器的發展(指射程很長,能在防空飛彈攔截區外發射),B-52搭載如AGM-158聯合空對地距外飛彈增程型(JASSM-ER),可在目標1000km外發動攻擊,不受防空飛彈威脅。

B-52 JASSM
▲外掛 JASSM飛彈的B-52H,能在大部分防空飛彈射程外發射,讓B-52預計能服役到2040年,甚至到2055年「服役滿百年」。

但是B-52延役也不是沒有雜音,首先是B-52雖然飛行成本低,但是人力成本很高,例如B-52需要5名飛行員(B-2僅需2人),加上8個引擎與老舊且巨大的機體,雖有部分翻新,但維護勤務仍很繁重,這些缺點都會消耗大量人力成本。此外巨大的機體也需要大型的機棚才能容納,無法分散在小型空軍基地,行蹤易被掌握。

B-52幾乎沒有匿蹤性可言,雖然靠防區外武器可以躲過防空飛彈,但是解放軍已經擁有空中加油技術,以J-16戰機為例,其作戰半徑高達1800km,空中加油後超過2400km,可搭載射程至少200km的PL-15長程空對空飛彈,就算B-52搭載JASSM-ER,在進入射程前仍可能遭到J-16攔截,作戰安全性有隱憂。

J-16
▲J-16是重型戰機,有巨大的內置油箱,無空中加油的作戰半徑即達約1800km。
J-20
▲J-20彈艙內就是射程至少200km,且已經成功試射的PL-15長程空對空飛彈。

B-1B妥善率糟糕

B-1B”槍騎兵”(Lancer)於1985年服役,作為以「低空高速」突防的超音速戰略轟炸機,還具有可變翼設計,最大飛行速度超過2馬赫,標準載彈量34噸,這些性能在服役時都是世界首屈一指,目前約有62架服役。

但是B-1B因為可變翼與超音速這些對轟炸機來說,相對複雜的設計,加上無役不與幾乎參加服役後的每一場戰役,造成服役36年後,機隊開始出現嚴重的妥善率問題!

根據美媒引述南達科他州參議員朗茲(Mike Rounds)的調查,在2020年初,62架B-1B僅有約6架可以出擊,妥善率僅10%,朗茲甚至建議乾脆將一部份B-1B退役,除了減輕維護負擔,還能當作「殺肉機」,因為很多零件都已經停產。

B-1B
▲B-1B因為頻繁參戰與可變翼造成結構複雜等問題,目前妥善率不佳。

B-2數量少又缺乏零件

B-2″幽靈”(Spirit)至今仍是世界上唯一的「匿蹤戰略轟炸機」,其匿蹤性是減少紅外光、聲學、電磁學、視覺和雷達特徵的綜合結果,僅以減少機體正面雷達反射截面積(RCS)為例,B-2僅約0.1平方公尺,跟一隻大型鳥類差不多,作為對照,F-16戰機約4平方公尺!

除了匿蹤性,B-2還需要有自動化高(操作人員僅2人,B-1B都要4人),航程遠(1.1萬km)、載彈量適中(最大22噸)等性能指標,全部加在一起對以1990年代航空與電子科技研發水準而言,仍屬高難度,因此造價相當昂貴,1997年服役時,製造成本24億美元一架,比當時同重量的黃金(空重71噸)還昂貴,因此產量只有21架。

B-2產量太少,甚至每架都能有自己的名字,但也意味扣除扣除訓練與維護,B-2根本沒有足夠的服役數量(堪薩斯幽靈號墜毀,目前剩20架),無法完全取代B-52與B-1B的戰略打擊任務。而且出勤成本也相當昂貴。

加上B-2的先進程度太高,為了避免無所不在的俄羅斯與中國間諜窺伺,造成機密外洩,美軍竟然想出一個天真的辦法,在完成生產工作之後,部分重要零件相關的圖紙、工具機就奉命銷毀與拆解,避免機密外流,造成後來零件壽命屆期,備料用完後斷炊的窘境。

B-2產量太少還造成一些專門零件的供應商停產,甚至公司已經結束營業,結果在服役20多年後,B-2面臨大量零件難以為繼的問題,只能想辦法利用逆向工程的方式來製作零件,顯然不是長久之計。

B-2
▲B-2還是目前全世界最先進的匿蹤戰略轟炸機,但因為價格過於昂貴,僅20架難以負擔更多任務。

美軍戰略空軍要處理的威脅

美國空軍面對戰略轟炸機部隊的戰力青黃不接,但美國的國家戰略卻已經由反恐轉向大國對抗,在反恐時期轟炸機在完全掌握空優的局勢下,能夠飛臨目標上空,以傳統炸彈地毯式轟炸的時代已經一去不復返,美國鎖定的中國與俄羅斯,都非常重視防空火力,美戰略空軍執行任務時受到的威脅越來越大。

消滅彈道飛彈任務

中俄兩國也有非常多的長程戰術飛彈發射裝置,以中國的反艦彈道飛彈為例,DF-26型射程約4000 km,也就是可以在中國內陸1000 km的深處,射擊3000 km外的美軍船團。

美軍已經不否認彈道飛彈反艦的能力,且以DF-26的射程,就算靠空中加油,美國的艦載機也無法打擊400 0km外的飛彈發射陣地,遑論還有至少其中的2000 km,有解放軍的戰鬥機與防空飛彈系統層層掩護。

另外還有搭載乘波體(waverider)彈頭,能夠以高超音速(10倍音速以上)可控飛行與末端彈道變軌,突破飛彈防禦的DF-17彈道飛彈,都很難用目前一般的反彈道飛彈系統攔截。

對於消滅解放軍的中程戰術飛彈任務,美國除了退出中程彈道飛彈條約,積極研發中程戰術彈道飛彈「有能對轟的武器」之外,利用匿蹤轟炸機突防到中國大陸內部,加上長程空射陸攻飛彈,摧毀解放軍的飛彈發射陣地與發射車,就成為美國的重要戰略解方。

例如對付DF-17,利用匿蹤轟炸機在地面上摧毀還沒有升空的飛彈,比建立昂貴又複雜的飛彈攔截系統,在技術上簡單的多。關於高超音速武器,可參閱:美國AGM-183A飛彈目標「20倍音速」 超越中俄現役高超音速武器!

顯然美國需要一款威力與匿蹤性比B-2還強,但是成本遠較B-2低廉,數量能夠取代美國現役幾乎所有戰略轟炸機數量的新型匿蹤轟炸機,於是「B-21」的研發案迅速通過,並且加速執行。

DF-26
▲DF-26飛彈發射車。
DF-17
▲DF-17飛彈發射車。

 

▲美國根本沒有公布B-21的任何影片,但這部影片內有美國現役戰略轟炸機近況,可以參考。

消滅解放軍登陸船隊

解放軍多年來未能執行「解放台灣」即攻取台灣島的任務,缺乏足夠的大型船艦將重武器在第一波就運上登陸點,絕對是困難點之一。現在解放軍靠自建與徵集民間大型船舶,已經有在第一波登陸作戰中,調集不少大型登陸艦或運輸艦。

但美軍如能利用戰略轟炸機,在空軍戰機的掩護下,於掩護船團的防空艦艇飛彈射程外,發射大量長程反艦飛彈(如AGM-158C LRASM),美軍估計只需要擊沉約30%~40%的運輸艦艇,就能迫使解放軍撤回其他登陸船團,從而在根本上解除攻取台灣島的威脅。

美軍近年來常派遣戰略轟炸機演練此種戰法,並加速研發美國海軍射程更長的反艦飛彈(如射程1600 km的反艦型戰斧飛彈)作為呼應,讓此戰法對解放軍更有實質上的威力。

B-21特色簡介

設計目標

B-21突襲者(B-21 Raider)戰略轟炸機的研發計畫被稱為「遠程打擊轟炸機」(Long Range Strike Bomber,LRS-B),也就是除了戰略轟炸*之外,也能依靠遠距離的精確導引武器,點穴式的攻擊重要戰術節點,癱瘓敵方的指揮、管制、通訊、情報,經過實戰證明,攻擊這些戰術節點,比直接攻擊敵方部隊,更能有效的削減敵方戰力。

且依靠轟炸機的龐大載彈量,以及精準的導引能力,一架轟炸機就能摧毀大範圍的許多戰術目標,癱瘓敵方軍隊的作戰能力,而且較不會產生附帶的傷亡,即不會傷及平民或非軍事設施。加上出動的轟炸機數量少,航線規劃較簡單與護航的需求也較少,都能節省大量資源。

但如果只需要遠程打擊,載彈量越來越大的現代化戰鬥轟炸機,例如F-15E/EX能攜帶高達13噸的武器,也能辦到。參閱:為什麼美國要採購全新的F-15EX(Eagle II)戰鬥機? 相比F-35竟然有相當多優勢!

但戰轟機滿載,需將武器全部外掛,RCS大增的情況下出擊,敵方遠遠就能偵測到,並做好攔截或防禦準備。因此在敵方防空火力未被摧毀前,需要一種匿蹤轟炸機來摧毀敵方防空網,這就是B-21的用武之地,而且歷次戰爭都證明,如果敵方防空網被摧毀,戰役的勝負基本上就決定了。

*戰略轟炸指轟炸機不是打擊敵方的軍隊,而是摧毀敵國「發動戰爭的能力」,因此戰略轟炸通常是攻擊工業區、重要交通線、原料生產與儲存設施、重要都市等後勤單位。

B-21
▲B-21最早公開的概念圖。

先進匿蹤與電子科技

前述所有設計目標,其實B-2轟炸機都能辦到,但是其1990年代水準的電子科技與匿蹤技術,在科技發展一日千里的21世紀,B-2要面對新時代的各種電子與反匿蹤偵查手段,已經開始顯得力有未逮。

例如B-2將引擎的進氣與排氣口設置在機身上方,而不是常見的機身下方,在1990年代這樣的設計,能有效避開地面雷達的偵查。但是現在最大升限為15200 m的B-2,機身上方的引擎系統已經成為匿蹤罩門。

例如解放軍公開的「無偵8型」超高空無人偵察機為例,其飛行高度可以輕鬆達到25000 m,遠高過B-2的最大升限,再加上現代化的俯視雷達,以及可以長時間滯空的特性,B-2轟炸機如果在其偵查範圍內,匿蹤性可能大打折扣。

WZ-8
▲無偵8型超高空偵察機。

現代化電子系統的運算能力,也遠超過1990年代,也可能破解匿蹤機。有一個笑話:「雷達:報告指揮部,發現一隻鳥正以0.95馬赫接近」,「指揮部:哪隻鳥能飛這麼快?!那是匿蹤機,快拉防空警報!」但其背後反映的意思,是現代化的電子系統能夠透過解算,不只從RCS面積,還能從「其他特徵」判斷出匿蹤機。

面對這些電子科技的進步,B-2已經沒有什麼修改補強的可能性,因此B-21直接推倒重來,例如從美國軍方公布的概念圖,B-21的引擎進排氣口做了超大幅度的修改,應該就是因應前述問題。機身匿蹤設計與吸收雷達波塗料,無庸置疑也會比30年前先進。

至於看不到的電子系統,應該改良幅度更大。硬體方面打個簡單比方,1990年代的民用電腦處理器intel 80386相比2020年的同品牌i9-10900處理器,30年間的性能成長幅度超過10000倍,足見電子系統的發展速度,軍用系統亦然,只要改用新硬體,效能就獲得大幅度成長。

軟體方面則採用「開放式系統架構」(open system architecture)進行設計,即可以在任何一家相容硬體上運行的開放系統,除了協力廠商開發軟硬體較容易,後續的升級也較為便利,新增功能與硬體時,甚至能做到「隨插即用」,減少無謂的成本。

B2 , B-21
▲B-21(左)依照B-2(右)的操作經驗優化外型,但圖中的B-21並非最終定案構型。

B-21研發最重要目標「控制成本」

除了改善匿蹤與電子科技,B-21還要嚴格控制成本,才能採購足夠的數量,取代全部B-1B與B-2,以及部分B-52。

目前預計採購145架以上,因此每架的成本要嚴格控制,2019年公布的每架成本為6.39億美金,含研發成本,首批100架採購費用在800億以內,經過通膨換算,大約是B-2採購成本的20%,這對於近年來不斷膨脹的美國軍工研發經費來說,算是非常嚴格的KPI!

要減低這麼多成本,在公開資料中可以稍微看出一些端倪。如B-21相較於B-2,特徵之一是將「4個」專用的F118-GE-100 無後燃器渦輪扇發動機改為「2個」Pratt & Whitney F135渦輪扇發動機*,而且後者與F-35戰鬥機通用,因為F-35較多的產量均攤,能大幅降低成本。

此外B-21的機體相較於B-2縮小不少,應也有助於降低成本。B-2的體積為長度:21 m、翼展:52.4 m,高度:5.18 m,B-21的長度應在20 m以內,翼展則為50 m以內。

B-21的主起落架上配置雙輪,B-2則為四輪,應是B-21利用先進的複合材料大幅減輕機體重量,讓載重與推力更多的用在武器裝備上。

*F118-GE-100推力1.9萬磅,4個合計7.6萬磅,Pratt & Whitney F135一般推力/後燃推力分別為2.8萬磅/4.3萬磅,因此2個合計5.6萬磅/8.6萬磅。

B-21
▲美國空軍公布的B-21概念圖,主起落架輪子較B-2少。

B-21可當「無人機」   作戰彈性更大

B-21另一個重要技術指標就是除了傳統的載人飛行外,也能以無人機的模式進行作戰。美國對於使用由地面站指揮,衛星中繼導引的長程無人機攻擊敵軍,已經累積了相當多的實戰經驗,套用到B-2上應該問題不大。

但更重要的技術應該是「忠誠僚機」,即利用一架有人機(另一架B-21甚至F-35戰鬥機)作為核心,在空中指揮多架無人的B-21攻擊目標,相較於前述的地面站指揮,忠誠僚機模式能夠應付更快速多變的戰場情況,參閱:F-15掛「無人忠誠僚機」曝光只是前菜 未來空戰AI無人戰機圍毆有人機?!

兩架B-21原型機正在加州的美國空軍第42號工廠(Plant 42)打造,最快預計2022年5月進行首飛。

B-21
▲B-21近期公開的圖片,駕駛艙觀測窗的構型與B-2不同,應該也是藉由操作經驗優化。
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