NGAD and More: What could the future fighter of the US Air Force and Navy look like and accomplish? If you were put in charge of developing America’s next air superiority fighter—an aircraft purpose-built to dominate the skies over even the most hotly contested warzones of the 21st century—how would you go about doing it? What systems, capabilities and cutting-edge technologies would you build your new fighter around?
Esa es una pregunta que en realidad se planteó a los principales contratistas de defensa de Estados Unidos en los últimos años bajo programas de desarrollo secretos como el dominio aéreo de la próxima generación de la Fuerza Aérea (NGAD) y el esfuerzo F/A-XX de la Marina.
Unlike the F-35 Joint Strike Fighter, which has been broadly criticized for trying to meet the needs of too many disparate services in its budget-busting design, these new fighters are being developed under an umbrella of independent cooperation and a very different acquisition process.Para empezar, se espera que tanto la Fuerza Aérea como la Marina presenten diferentes aviones, aunque seguramente compartirán algunos subsistemas desarrollados en cooperación entre sí bajo el banner NGAD. So whatever platform emerges as America’s next runway-queen air superiority fighter will almost certainly not also be expected to fly carrier duty as well.
Nota del editor: El siguiente artículo es estrictamente hipotético, pero todos los programas y tecnologías discutidas se divulgan públicamente.
NGAD y F/A-XX son programas de combate reales en desarrollo
Ha habido una gran cantidad de conjeturas en torno a las capacidades y tecnologías que encontraremos en los próximos combatientes de Estados Unidos, pero aunque parte de esta conjetura parece estar justificada por las declaraciones oficiales, la mayoría de los detalles duros han seguido siendo difícil de alcanzar.Puede leer más sobre el programa NGAD en nuestra cobertura anterior aquí..
So, as a thought exercise, I decided to start designing my own air superiority fighter that could replace the legendary F-22 Raptor as the new reigning king of the skies, assembling the latest and most advanced systems that are currently either being fielded or are in development and could potentially find their way into a fighter fuselage in a reasonable timeframe.En otras palabras, debido a que este nuevo chorro deberá comenzar a volar dentro de los próximos 5-10 años, resistir la fusión en frío contenedor o un sistema de propulsión de scramjet de doble ciclo para vuelo hipersónico no es tan razonable ... sino motores avanzados de aviones avanzadosAl igual que el XA100 de GE, que no ha encontrado su camino en un luchador, pero se está probando actualmente, son un juego justo.
Imagen de F-35 Sigtime Fighter.Crédito de la imagen: Lockheed Martin.
También extraeré algunos conceptos un poco más hipotéticos que ciertamente podrían llegar a un nuevo luchador tecnológicamente hablando, a pesar de no ser objeto de programas actuales revelados públicamente (como el control de flujo activo ... que cubriremos más tarde).
Los sistemas que elijo se basarán en la capacidad potencial en lugar de la interoperabilidad comprobada; en otras palabras, los sistemas que nunca han volado en el mismo avión pueden encontrar su camino en mi lista, operando bajo el supuesto de que hacer que trabajen juntos sería factiblea través del ciclo de desarrollo del NGAD.
This effort will pull heavily from real programs, real science, and real research, but the result is, of course, not real. This is not a breakdown of what will come in the Air Force’s next fighter, but it will be very interesting to see how many (if any) new capabilities I get right once the NGAD is finally revealed.
Renderización de artistas NGAD (nota: no una imagen del gobierno de los Estados Unidos).
Imagen de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos del posible concepto NGAD.Crédito de la imagen: Fuerza Aérea de EE. UU..
So without any further ado… how would I build the Air Force’s next fighter using the best technology available? Like this…
Diseño general: un ala tipo delta sin superficies de cola verticales
This new fighter will need to be able to utterly dominate the skies, but that doesn’t necessarily mean it has to do it in the fashion we’ve come to expect from high-performance fighters.Se cree ampliamente que los días de las peleas de perros acrobáticas y cerradas se han terminado gracias al advenimiento de los sensores de rango visual y armas de aire a aire muy capaces de largo alcance. In other words, this new fighter doesn’t need to be as capable up close as the Su-35 or F-22 Raptor in order to do the job, but it does need to be highly survivable in contested airspace while winning fights against the most capable fighters the world has to offer.
Las variaciones del ala delta han visto un uso exitoso en varios combatientes europeos modernos, así como el uso experimental en los esfuerzos por aumentar las capacidades del F-16 (en el F-16XL) y el Raptor F-22 (en el FB-22).El área adicional del ala delta aumenta dramáticamente el ascensor de la aeronave, mejorando las capacidades y el rango de carga útil, al tiempo que ofrece más espacio para el almacenamiento de combustible, un mayor rango o tiempo de merodeo.Al igual que todos los aviones sigilosos, las armas se transportarían internamente al priorizar la baja observabilidad, pero esperaría que un fuselaje ligeramente mayor que el F-22 permita un mayor almacenamiento interno, aunque esta aeronave se beneficiará de usar drones también para entregar.
Aprovechar el control de flujo activo con el sistema de propulsión de la aeronave podría eliminar la necesidad de muchos (si no todos) de las superficies de control tradicionales en las que los combatientes dependen; en particular, esto permitiría que la aeronave elimine las colas verticales de pie que a menudo pueden comprometer un signo de riqueza.perfil de jet.Mientras que los combatientes sigilosos como el F-22 y el F-35 son visibles en matrices de radar de bajo espectro que sirven como sistemas de alerta temprana efectivos, un diseño que se inclina hacia las alas voladoras del espíritu B-2 y el asaltante B-21 podría ayudar a retrasardetección incluso de estos sistemas.
Propulsión: motores de ciclo adaptativo como el XA100 de GE
The advanced new Adaptive Cycle Engines currently seeing successful tests under both GE and Pratt & Whitney banners (the XA100 and XA101, respectively) are the easy favorites to meet the needs of America’s next air superiority fighter.Estos motores producen más empuje y potencia que las plantas de energía anteriores, al tiempo que ofrecen un salto significativo en la economía de combustible y la gestión del calor, lo que permite una mayor producción eléctrica.
The XA100 is rated for 45,000 pounds of thrust under afterburner, which could give a two-engine design a whopping 90,000 pounds of thrust on tap (20,000 more than the F-22 Raptor’s two Pratt & Whitney F119-PW-100 turbofan engines).Pero ese es solo el comienzo de lo que hace que estos motores sean especiales.
La entrada piloto de Interprets XA100 para funcionar en diferentes "modos."Cuando el piloto necesita el máximo rendimiento del motor en combate, él o ella puede inclinarse con fuerza en el acelerador y el sistema de gestión del motor tomará su señal para cambiar a su modo de alto empeñoso.Por el contrario, mientras que en una patrulla, el motor permanecería en su modo de alta eficiencia y baja quema para estirar su kilometraje o el tiempo de merodeo. GE’s latest engine tests offered 20% more thrust across most of the flight profile and as much as 50% more fuel economy over the F-35’s existing Pratt & Whitney F135-PW-100s. And just as importantly, it offers double the thermal management capacity of previous engines.
El calor producido por los motores de reacción modernos es en realidad el factor limitante en su capacidad para producir energía para los sistemas a bordo.A medida que estos motores se calientan, corren el riesgo de dañar la aeronave en sí, pero los motores de ciclo de adaptación como el XA100 de GE manejan mejor el calor, lo que permite los excedentes de producción eléctrica que serían necesarias para alimentar las contramedidas avanzadas y las armas de energía dirigida.
Control activo de flujo y vector de empuje para la maniobrabilidad con sigilo mejorado
Quizás la mayor salida que haría mi diseño de luchador de los combatientes en el cielo hoy es un esfuerzo concertado para incorporar el control de flujo activo junto con la vectorización de empuje para reducir drásticamente la necesidad de superficies de control de reflejo de radar y estabilizadores verticales sin sacrificar maniobabilidad.En efecto, estos sistemas permiten que la aeronave cambie de dirección sin partes móviles tradicionales como colgajos y alerones (en casos extremos).
One approach to this technology discussed in the American Institute of Aeronautics and Astronautics is routing puffs of air from the aircraft’s jet engines through specific holes in the fuselage to alter the aircraft’s trajectory in flight.Básicamente es una aproximación extremadamente avanzada y de alta velocidad de cómo puede ver un colocamiento de ajuste de naves espaciales en órbita.Sin embargo, el uso en un avión requeriría una ejecución mucho más precisa y poderosa. Another approach published in the Journal of Applied Physics calls for using an array of electrodes on the skin of the aircraft fuselage and wings.Estos electrodos producirían una descarga eléctrica a intervalos y ubicaciones específicos para calentar rápidamente el aire cercano, cambiando la densidad del aire y, a su vez, cómo afecta el vuelo de la aeronave a medida que pasa, debajo o a través de.
Algunos conceptos de la AFC han existido literalmente durante décadas.Jumpjets, como el AV-8B Harrier, ha utilizado durante mucho tiempo un sistema de control de reacción que funciona bajo un principio similar durante los despegue y los aterrizajes verticales, pero no fue hasta hace poco que la tecnología hizo que el enfoque fuera factible para este tipo de aplicación sin dibujar demasiadopoder lejos de los principales medios de propulsión de una aeronave.El excedente de potencia permitido por la gestión térmica mejorada del XA100 también ayudaría a hacer que estos sistemas sean posibles.
El control de vector de empuje (TVC) permite al piloto apuntar literalmente la salida de empuje de los motores de su avión (independientemente del fuselaje) utilizando boquillas.El F-22 tiene TVC de 180 grados (arriba y abajo), mientras que algunos Jets, como el SU-35, tienen TVC de 360 grados.Dependiendo de la eficacia del sistema AFC, las boquillas TVC de 360 grados podrían complementar el control de la aeronave junto con un número mínimo de superficies de control convencionales.
Debido a que los sistemas AFC usan menos piezas móviles, significaría una reducción tanto en los costos de mantenimiento como en la cantidad de costuras y espacios en el cuerpo de la aeronave que pueden comprometer su firma sigilosa.Si una cola es necesaria, se podría incorporar una cola en ángulo sigilosa que se similar a la YF-23.
Materiales absorbentes de radar cerámico para mejorar el sigilo y el rendimiento supersónico
Los diseños modernos de reflexión de radar a aviones sigilosos destinados a desviar las ondas electromagnéticas lejos de la aeronave, en lugar de volver directamente al receptor.Pero estos diseños por sí solos no son suficientes para hacer que un chorro moderno sea realmente "sigiloso."También están cubiertos en capas de materiales de absorción de radar (RAM) que reducen drásticamente sus retornos de radar.
El RAM utilizado por los combatientes estadounidenses modernos ha sido calificado para absorber más del 70-80% de la energía electromagnética entrante (o las ondas de radar).Pero también es costoso y requiere mucho tiempo (parte del inmenso gasto asociado con la operación del F-22 y el F-35).Los materiales de absorción de radar actual también son muy susceptibles al daño causado por el calor, que es un problema a velocidades supersónicas.De hecho, el riesgo de dañar el material de absorción de radar en la cola del F-35C ha limitado las capacidades supersónicas de la aeronave a sprints cortos de menos de 60 segundos.
El año pasado, un equipo de investigación de la Universidad Estatal de Carolina del Norte dirigido por la gala "Cheryl" Xu anunció el desarrollo de un nuevo material de absorción de radar basado en cerámica que podría usarse para aplicaciones de combate tácticas.Se dice que esta nueva forma de carnero absorbe aún más energía electromagnética (más del 90%), mientras que también es resistente al agua, más difícil que la arena, y capaz de resistir temperaturas de hasta 3.200 grados Fahrenheit.Los materiales de absorción modernos de radar comienzan a descomponerse a alrededor de 480 grados. Parts of the SR-71 would see temperatures as high as 950 degrees while flying at speeds in excess of Mach 3.
El uso de este material permitiría mantener velocidades altas en Supersonic durante períodos prolongados, al tiempo que reduce drásticamente los requisitos de mantenimiento para cada luchador. In conjunction with the fighter’s other stealthier design elements, this new jet could offer better stealth and performance than previous generation fighters.
Radar del sistema de radiofrecuencia multifunción (MFRFS)
Oday, se acepta comúnmente que el sistema de radar de control de incendio AN/APG-81 activo de Northrop Grumman AN/APG-81 es el sistema de radar de control de incendio de fuego electrónicamente (AESA), que se encuentra en el F-35 articulario de ataque, es el más capaz del mundo del mundo.Este sistema proporciona al F-35 una conciencia situacional inigualable, pero lo que es más importante, también conlleva el poder necesario para aprovechar como parte de la suite de guerra electrónica del avión, lo que hace que el F-35 sea el único avión de ataque en el arsenal estadounidense que puede apoyar su propioOperaciones EW.
Sin embargo, por capaz como es el radar AESA del F-35, se desarrolla un nuevo sistema en cooperación entre el Reino Unido y Japón para los respectivos programas de combate de la sexta generación de cada nación promete soplar incluso sus capacidades fuera del agua.
Al igual que los radares AESA existentes que reemplazan los platos de radar montados en la nariz con cientos de pequeños módulos de radar, se espera que este nuevo sistema (desarrollado bajo el nombre de Jaguar) aumente el número de procesadores por módulo al tiempo que reduce la degradación de la señal al convertir las señales entrantes en datos.Más cerca del punto de recepción. That sentence may be a mouthful, but it’s also a big deal.
Lo que eso significa en última instancia es que este sistema podrá absorber y procesar hasta 10,000 veces más datos que los sistemas de radar existentes.. According to claims made by the Royal Air Force in 2020, this system would process so much data per second that it could manage the internet usage of an entire city.
Un sistema de apertura distribuido (DAS) mejorado para una conciencia situacional aún mejor
En 2018, Raytheon se hizo cargo de la producción del sistema AN/AAQ-37 DAS de Northrop Grumman, proporcionando una mejor fidelidad de imágenes y coser juntos de diferentes alimentos, y el luchador de próxima generación necesitaría ir aún más lejos en esta dirección.No hay programas actuales divulgados públicamente para desarrollar un sistema DAS mejorado, pero debido a que han pasado cuatro años desde la última actualización de DAS, es lógico que la potencia informática y la construcción de sensores mejoradas podría proporcionar a un nuevo luchador aún mejor conciencia situacional que la actual."Quarterback of the Sky" F-35.
Modular software and hardware architecture
Drone pairing will allow for easy changes in mission hardware (more on that later) but both the crewed and drone aircraft involved in our new fighter program will need to adopt a modular approach to both hardware and software.La construcción modular permitirá una variedad de diseños de fuselaje para compartir sistemas, reduciendo los costos de desarrollo y prueba en todos los ámbitos, así como los costos de sostenimiento una vez en el servicio.
La arquitectura de diseño modular permite actualizaciones más frecuentes a precios más bajos que los diseños de combate actuales.Pero lo que es más importante, el software de la aeronave debe diseñarse para acomodar estos cambios para beneficiarse completamente de un enfoque de construcción modular.
Este problema fue mencionado por el jefe de gabinete de la Fuerza Aérea.CQ Brown la semana pasada, cuando destacó cómo los sistemas misioneros de NGAD serán completamente independientes del software de control de vuelo de la aeronave.En los combatientes de generación anterior, los controles de vuelo y los sistemas de misión estaban entrelazados, lo que significaba que cualquier cambio en los sistemas de misión requeriría pruebas costosas y largas de los sistemas de vuelo para garantizar que los cambios no comprometieran las capacidades de seguridad o combate de la aeronave.Al separar estos dos sistemas, se pueden hacer cambios en los sistemas de misión de la aeronave sin tener ningún efecto en las funciones básicas de la aeronave.
This modular approach to hardware and software will allow for the rapid fielding of new technologies developed by a wider variety of firms, as long as they meet the standard requirements for fit.
Una variedad de ala de drones intercambiables y altamente capaces
Durante mucho tiempo se entiende que el programa NGAD no está funcionando para formar un solo avión, sino más bien una "familia de sistemas" que incluirá UAV de apoyo (vehículos aéreos no tripulados). While low-cost (attritable) drones like the XQ-58A Valkyrie could prove very effective in this role, I’d be more inclined to lean into statements made by Secretary of the Air Force Frank Kendall earlier this year, where he claimed the target price-point for the NGAD and B-21’s drone wingmen would be around half the cost of the crewed aircraft. With cost estimates currently sitting at around $200 million per fighter for the NGAD, that sets the drone unit cost at around $100 million.
$ 100 millones es, en particular, más que el costo de un solo F-35A hoy, lo que significa que estos aviones de soporte deberían poder ofrecer capacidades de sigilo similares a los combatientes existentes de Estados Unidos sin repasar el presupuesto.Estos drones deben compartir tantos puntos en común posible en términos de sistemas de control y componentes del cuerpo en el interés de mantener bajos los costos de producción y mantenimiento, al tiempo que ofrecen cargas útiles muy diferentes..
Se deben desarrollar al menos tres iteraciones de estos ala de drones, con un diseño para cada una de estas especialidades:
El dron de combate de aire llevaría una combinación del misil aire-aire de largo alcance de Lockheed Martin AIM-260 Jatm de largo alcance o el arma de compromiso de largo alcance de Raytheon (Lrew), junto con varios misiles peregrinos de Raytheon Peregrine.Los peregrinos tienen un costo bajo y ocupan mucho menos espacio que el AIM-9XS actualmente en servicio, a pesar de ofrecer capacidades similares.El dron de combate superficial necesitaría poder transportar una amplia variedad de municiones aire a tierra y antibuque, incluido el AGM-179 Jagm, el nuevo misil de caza de radar Aargm-Er y el AGM-158C LRASM(Misil antibuque de largo alcance).
El sensor y la aeronave EW llevarían el radar de control de incendio AN/APG-81 activo de matriz electrónicamente escaneada electrónicamente (AESA) que se encuentra actualmente en el F-35, así como el hardware de las cápsulas de Jammer de próxima generación que se están desarrollando para el Growler EA-18GPara tareas de guerra electrónica.Si resulta demasiado costoso o pesado para equipar los drones de combate de aire y superficie con el AN/APG-81, la AESA a base de nitruro de galio mucho más ligero y barato.Incluir el radar de control de incendios en cada dron sería factible a un alto precio y garantizaría el logro de la misión, incluso cuando los drones se perdieron en el combate.
Diferentes diseños especializados permitirían a los pilotos cambiar la carga para una misión simplemente intercambiando drones emparejados, agregando combate de aire, combate terrestre o capacidades EW según sea necesario en función de los parámetros de la misión.Estos drones tomarían sus señales del piloto a través de Skyborg o un sistema similar, aprovechando la inteligencia artificial para ejecutar comandos complejos recibidos a través de un enlace de datos cifrado con el piloto.
Contramedidas de misiles de energía holográfica y dirigida
No está claro si los nuevos motores de ciclo adaptativo pueden proporcionar la potencia necesaria para las contramedidas avanzadas de aviones como las que se discuten a continuación.Sin embargo, parece casi seguro que estas tecnologías están destinadas a aplicaciones en el aire en el futuro no muy lejano.
Incluso con el sigilo mejorado, este nuevo luchador aún enfrentará las amenazas de los misiles enemigos, ya sea disparado desde otros aviones o lanzadores terrestres, especialmente a medida que los radares multiestáticos más avanzados y las armas de búsqueda de infrarrojos continúan subiendo en línea.Para garantizar la supervivencia en el espacio aéreo disputado durante las zorros de batalla del siglo XXI, el nuevo luchador de Estados Unidos necesitará contramedidas avanzadas para reforzar los últimos sistemas de chaff y brea ya en uso.
El primero de estos sistemas bien puede ser armas de energía dirigidas, o láseres, que pueden sobrecalentar misiles entrantes hasta que detonen o están demasiado dañados para cerrar con sus objetivos.Estos sistemas han estado en desarrollo durante décadas, con el programa de demostrador láser de alta energía (Shield) del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea que produce la opción más probable.Se derribó con éxito una serie de misiles lanzados por el aire durante las pruebas de tierra en 2019 y se espera que comience a las pruebas de vuelo en 2024.El esfuerzo del escudo se ha centrado en los sistemas de defensa láser contenida por POD, pero el sistema en sí se integraría en el fuselaje de nuestro nuevo luchador.
Otro sistema menos conocido que sería estándar en nuestro nuevo luchador viene en forma de una patente de la Armada 2018 con el título notablemente no sexy, "Sistema y método para el plasma inducido por láser para la contramedida de misiles de huelga infrarroja.” This technology projects “laser-induced plasma filaments,” which are basically plasma holograms that can reproduce the infrared signature of an aircraft hundreds of meters away, confusing inbound heat-seeking missiles.
Aunque esta patente se presentó hace cuatro años, no hay esfuerzos actuales divulgados públicamente para desarrollar y presentar este sistema para aplicaciones de aeronaves ... pero debido a que esta tecnología ya se ha demostrado en escalas más pequeñas, parece factible para un programa clasificado que apunta al servicio en el servicio en elpróxima década.
Ngad y la carrera hacia el futuro
If you’ve made it all the way through this massive discussion, you’re likely well aware of at least two things: the first is that there is an incredible amount of work involved in designing and fielding a new tactical aircraft like NGAD, and the second is that it’s practically impossible to summarize that endeavor in a single article without painting with some very broad strokes.
Estados Unidos ha liderado el mundo en tecnología de aviación militar desde el comienzo de la aviación misma.El primer avión militar del mundo, el Wright Military Flyer de 1909, pertenecía a la U.S.Cuerpo de señales del ejército.Menos de cuatro décadas después, tú.S. Air Force Captain Charles “Chuck” Yeager became the first man to pilot an aircraft beyond the sound barrier, and just 14 years after that, Air Force Major Robert White’s X-15 broke the hypersonic barrier, surpassing Mach 6.En 1981, el F-117 Nighthawk intentó el paso de la revolución sigilosa que ha cambiado el enfoque de Estados Unidos para las operaciones de combate aéreo, con el espíritu B-2 que abarca el mundo después de solo ocho años después de la carretera.
Concepto de artista NGAD de Northrop Grumman.
Luego, en 1997, el Raptor F-22 primero tomó vuelos, ofreciendo nuevas capacidades tan increíbles que se convirtió en el arquetipo para una generación completamente nueva de combatientes que aún así, unos 24 años después, en gran medida no cumplen con su nivel de capacidad..
Y a medida que cerramos con el final de esta década, los programas NGAD y FA-XX de Estados Unidos tienen el potencial real de cambiar el juego una vez más.Si logran cumplir con la exageración, es probable que incorporen algunas de las tecnologías innovadoras mencionadas anteriormente.O, al menos lo harían si estuviera a cargo ...
Alex Hollings es escritor, papá y veterano marino que se especializa en análisis de tecnología de política exterior y defensa.Tiene una maestría en comunicaciones de la Universidad del Sur de New Hampshire, así como una licenciatura en Comunicaciones Corporativas y Organizacionales de la Universidad Estatal de Framingham..Esto apareció por primera vez en Sandboxx News.
