便宜才是王道:美軍可消耗式無人機「女武神」的發展與未來
隨著軍事科技日新月異,武器系統變的更精密,也越來越昂貴,擁有世界上最先進裝備的美軍,也首當其衝,國防預算連年飛漲,幾乎難以負擔。
為了解決這個棘手的難題,美國從冷戰時期,就不斷嘗試一些方法,想要壓低研發生產武器的成本。最有名的,當然是屢次要求空軍與海軍共用同款戰機,以節省研發與後勤成本,這也是F-35匿蹤戰機一開始的設計初衷。美國希望有一款較便宜的先進戰機,可滿足空軍、海軍、海軍陸戰隊的需求,並彌補F-22匿蹤戰機數量較少的問題,還能出口給盟邦。
只是天不從人願,F-35的計畫太過龐大複雜,導致發展過程不斷延宕,造價也節節高升,最後還逼近一億美金大關,雖然在量產後價格已壓回到八千萬美金左右,仍是沉重的負擔。
同樣的情況也發生在許多新型武器上,如計畫取代洛杉磯級(Los Angeles class)核動力攻擊潛艦的維吉尼亞級(Virginia class),為了避免步上海狼級(Seawolf class)造價驚人的後塵,一開始就強調採用許多較便宜的設計,無奈核動力潛艦就是如此昂貴,再加上不斷增添新功能,最後維吉尼亞級的造價,也已超過二十四億美元。
照這種情況繼續下去,未來接替F-22的第六代戰機,將昂貴到連美國空軍都無法大量採購。為了解決這個問題,美國空軍的「下一代制空計畫」(NGAD)包含了兩個部份,除了已在開發的第六代戰機外,還將採購更多的無人機,來取代傳統戰機。
這種稱為「協同作戰戰機」(Collaborative Combat Aircraft, CCA)的無人機,也被稱為忠誠僚機(Loyal Wingman),將具備人工智慧系統與空對空作戰能力,可由傳統戰機的飛行員操控。美國空軍最近透露,會先採購200架第六代戰機與500架的忠誠僚機,搭配300架的F-35,形成一架傳統戰機,操控二架忠誠僚機的新配置。
但先進的無人機也不便宜,以MQ-9死神(Reaper)無人機為例,平均單價已達到兩千八百萬美元。台灣首度向美國採購四架最新型的MQ-9B,包含備用零件與地面控制系統,總價高達5.5億美元,約為168.8億台幣。而更大型、更先進的無人機,造價當然就更為驚人。
與民間合作開發的XQ-58A
美國空軍因此決定反其道而行,由空軍研究實驗室(AFRL)與民間公司克拉托司(Kratos)合作,一起推動「低成本可消耗性飛行器技術」(Low Cost Attritable Aircraft Technology, LCAAT),想要研發一款空軍能負擔的便宜無人機,XQ-58A就是這個計畫的產物。
又名女武神(Valkyrie)的XQ-58A,長度9.1公尺,寬度8.2公尺,巡航速度可達時速882公里,最大航程約五千六百公里,最大飛行高度一萬四千公尺,機身採用匿蹤設計,擁有內置彈艙,已於2019年3月試飛成功。XQ-58A的各項性能並不算突出,但擁有一個非常巨大的優勢,就是造價目前只要三百萬美金,未來大規模採購以後,更可壓在兩百萬美金以下,是F-35戰機的四十分之一。也就是美國空軍少買一架F-35,就能多買40架的QX-58A,能彌補第六代戰機過於昂貴,無法大量採購的缺點。
為了要壓低造價,XQ-58A採用了幾個策略,首先是大量使用商規技術,以軍民合用的方式來縮短研發時間。由於美國民間的航太工業與無人機發展十分迅速蓬勃,這對美國來說並不是問題。其次是使用較便宜、壽限較短的零件,過去的飛行器被迫採用精密安全的昂貴零件,是因為機上有飛行員,但無人機並沒有這個問題。
就以飛機上最重要的引擎為例,製造XQ-58A的克拉托斯公司已收購一家民間引擎公司,打算生產使用壽限較短的引擎,可以大幅壓低整體生產成本,讓XQ-58A的單價能達到設定的目標。
此外,起飛與降落往往是飛行器耗損最大的時候,XQ-58A雖在必要時也能藉由傳統跑道起降,但可以使用滑軌以助推火箭發射,在任務結束後,再以降落傘回收。這除了能簡化起飛與降落系統,最重要的是有極大的戰術彈性。
航程較短的XQ-58A能在沒有跑道的前線發射,第六代戰機或F-35則從後方較為安全的機場起飛,雙方在會合後共同執行作戰任務,結束時XQ-58A打開降落傘返回地面,回收整理以進行下一次任務。不只可以減少長途飛行的耗損,壓低操作成本,XQ-58A也能單獨從前線起飛,執行各種任務,或在出現戰損時,立刻由前線發射新的XQ-58A升空,補足戰力。
便宜是XQ-58A的最大優勢
便宜本身就是很大的戰術優勢,因為能將最危險的任務,如防空網壓制或深入敵境打擊的工作交給XQ-58A,讓傳統載人戰機的戰損風險降到最低。另外還能讓美軍採購更多的XQ-58A,除了有助於快速補充戰損,還有一個非常關鍵的優點,美軍正在全力發展的Skyborg計畫,將讓無人機擁有全自動飛行與接戰能力,不會過於增加飛行員的負擔。
未來第六代戰機或F-35的飛行員,能輕鬆指揮更多架XQ-58A。這些XQ-58A可扮演炸彈卡車的角色,掛載更多的空對空飛彈或攻陸武器,如最新型的AIM-260「聯合先進戰術飛彈」(JATM),最大射程高達300公里,使敵機難以威脅在後方指揮的第六代戰機或F-35。
美國空軍目前仍繼續以XQ-58A做為測試平台,研發各種戰術,包括從空中發射更小的無人機ALTIUS-600。這款小型無人機重量只有12.2公斤,收攏機翼時可以掛載在XQ-58A的內置彈艙內,在釋放時才展開機翼,續航力達四小時,能夠酬載2.7公斤的偵蒐儀器或高爆彈頭,讓XQ-58A擁有多個分身,執行更多樣的任務。
另外也曾嘗試使用商用貨櫃做為XQ-58A的儲放箱,貨櫃內還包括發射用的滑軌。標準的商用貨櫃可方便貨櫃車或貨輪運輸,平日以貨櫃儲存的方式來節省空間,在需要使用時,只要稍加組裝,即可立即發射。
美國海軍也看上了XQ-58A成本低廉,運輸便利,充滿彈性的使用方式,已宣布採購二架XQ-58A,做為測試之用。美國海軍的計畫稱為「穿透式可消耗自主性協同殺手」(Penetrating Affordable Autonomous Collaborative Killer),與美國空軍的CCA類似。在這個計畫下採購的二架XQ-58A將送往美國海軍陸戰隊,做為電子戰的平台。
美國海軍陸戰隊的航空隊,配備可垂直起降的F-35B,部署在兩棲突擊艦上,做為搶灘登陸的空中支援,XQ-58A可執行第一波危險任務,進行電戰干擾,以掩護F-35B突破敵人的防空網。
以技術減輕軍事支出壓力
美國在冷戰中面對強大的敵人,不斷在強化軍備與撙節國防支出中掙扎,以結果論來說,美國是成功的,因為最後被龐大軍備支出拖垮的是蘇聯。美國在這個過程中,嘗試過許多方法,來降低武器研發生產的成本,雖然失敗的例子也不少,但仍有許多值得借鏡的地方。
比如研發出新科技以後,下一步就是想辦法讓這種新科技普及化與平價化,並建立完整的軍事工業產業鏈。美國現在蓬勃發展的無人機領域,就是一個很好的例子。XQ-58A所採用的技術,將使軍用無人機的建置與操作成本大幅下降,讓美國能以更低廉的成本,來繼續維持空中優勢,而不會被高昂的戰機生產成本給拖垮。
回過頭來看台灣的困境,在國際環境艱難下,即使研發出優異的武器,也難以外銷。由於只有國軍採購,數量有限,難以壓低價格,更遑論在獲利後,進一步投資發展。相較之下,南韓近年來在國際市場頗有斬獲,成功大量外銷主力戰車、自走砲、輕型戰機與潛艦,為南韓的國防產業奠定基礎。
美國則因自身產能不足,屢屢錯失大筆訂單,這可能是近來積極與台灣洽談合作生產的原因之一。台灣若能先以協助生產零件的方式,逐步培植自己的國防產業,也是一種突破,惟有建立自給自足的產業生態,才有機會降低武器的生產成本,減輕台灣的軍事支出壓力,達成國防自主的目標。
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