作为最早探索大型军机主动防护技术的国家，美国提出了一系列解决方案，提供了许多可供参考的技术路线。

本文已发表于《国际航空》2026年第4期。

空中加油机是一种可在飞行中为作战飞机或其他军用飞机补充燃油的作战支援飞机，其无需着陆即可增加航程、延长滞空时间或携带更多武器载荷，从而起到“力量倍增器”的作用。美国空军作为当今世界最强大的空中力量，长期维持着一支世界最大规模的加油机队，目前拥有KC-135、KC-46等型加油机500余架。但按照美国空军的评估，随着世界军事科技的进步，各种射程不断增大、抗干扰能力不断增强的先进面空/空空导弹大量出现，导致美军加油机面临的战场环境日益险峻，非常有必要为其寻求更高效的自防护措施。为此，美国空军开始对已经探索研究多年、基于硬杀伤机理的飞机主动防护技术重新产生兴趣，并考虑将其应用到加油机的战场防护中。

加油机作为“力量倍增器”，是战场上价值最高的目标之一。

一、未来战场环境

与战斗机、攻击机、轰炸机等一线作战飞机相比，加油机通常由军/民用运输机改装而来，其平台的气动/结构特点及其战时所承担的任务使命，使这类飞机在自防护方面存在着明显的软肋和短板，导致其一旦遭到敌方面空/空空火力攻击，生存力将相当脆弱。

这主要表现在六个方面：①加油机没有配装航炮、空空导弹等机载自卫武器，无法通过先发制人、消灭对手的方式来保存自己，一旦被敌方发现并遭到其攻击，将完全处于被动挨打的境地；②加油机机体笨重，飞行速度慢，机动性能差，面对敌方面空/空空导弹攻击时基本没有机动规避能力；③加油机机体外形尺寸大，普遍采用大展弦比平直机翼，并且通常以翼吊方式安装有多台大功率发动机，导致全机的雷达、红外、目视等信号特征均比较突出；④加油机翼展通常较大，对对称性比较敏感，同时机身比较接近中空结构，在较强外力冲击作用下容易断裂，因此在结构方面存在诸多薄弱之处；⑤加油机在进行空中加油作业时需要与受油机精准对接，并较长时间以固定航向低速平飞，此时将非常利于敌方面空/空空武器系统的搜索瞄准和导弹导引头的捕获锁定；⑥加油机通常携带有数十吨、上百吨燃油，遭受攻击后很容易起火燃烧，进而导致灾难性后果。正是由于这样的原因，包括美国空军在内的世界各国军队加油机的战时活动（尤其空中加油作业）空域通常都会尽可能远离交战区，同时还会受到己方空中/地面兵力的严密保护。

加油机在现代高技术战争中的突出作用，也使其成为一种极具诱惑力的典型高价值空中目标，因此多年来世界各主要军事大国一直在大力发展各种能有效打击加油机的技战术手段，并重点推出了一系列采用先进技术、射程较先前成倍提升的超远程面空/空空导弹，导致加油机即使只在二线空域活动并受到己方严密保护，也很难避免敌方导弹攻击的风险。例如，目前以俄罗斯S-400/500、美国“标准”-6为代表的部分现役面空导弹，以及以俄罗斯R-37M、美国AIM-174B（“标准”-6空射型）为代表的部分现役空空导弹，最大射程均已达300～400km，由此极大地降低了其执行打击加油机（也包括预警机、运输机等其他大型军用飞机）任务时的作战难度。面对这样的严峻战场形势，未来战争中的美军加油机为确保自身安全，将不得不后撤到尽量靠近己方后方的安全空域执行任务，难以给美军作战飞机机队提供有效的空中加油保障。不仅如此，按照美国空军的评估，其潜在对手推出的新一代超远程面空/空空导弹的射程还可能会进一步增大至约1600 km，届时美军加油机即使位于远离主要交战区的大后方空域，仍可能遭到导弹攻击。

苏-35挂载的R-37M空空导弹射程远，可对远距离加油机构成严重威胁

因此，对于美国空军加油机来说，要在未来空中战场上有效生存下来，并顺利执行空中加油保障任务，除了需要解决如何远离威胁、避免遭到攻击的问题，同时还需要解决一旦对方导弹来袭、如何才能化解其攻击的问题。

二、美军对加油机自防护手段的分析

对于目前技术条件下的美国空军加油机来说，战时一旦遭到面空/空空导弹攻击，电子干扰（软杀伤）将是其主要，甚至唯一的应对手段。但面对潜在对手近年来推出的高性能面空/空空导弹，软杀伤自防护手段的弊端正日益暴露，其有效性也越来越受到质疑。这主要表现在两方面：一是软杀伤手段的实战效能高低，在很大程度上取决于交战双方的技术水平对比。一旦对方导弹导引头的抗干扰能力得到增强，己方软杀伤技术也必须同步跟上，由此将不可避免地与对手陷入一轮又一轮永无止境、水涨船高式的对抗竞争中；二是加油机的平台特性将会导致机载软杀伤系统的作战难度明显增加：自身信号强度大，往往需要比战术作战飞机更强的干扰信号才能取得较好的软杀伤效果，同时自身速度慢、机动性差，无法像战术作战飞机那样通过合适的机动动作来配合电子干扰。

因此，美国空军认为在未来高技术、高强度的大国间高端战争中，单靠传统的软杀伤手段已经很难为其加油机队提供可靠有效的战场防护，非常有必要另辟蹊径，寻求其他基于不同工作机理的全新自防护措施。近期的一种可行选择就是引入目前已在水面舰艇、坦克装甲车辆和地面军事设施防护领域广泛应用的主动防护概念：通过为加油机配装一套可对来袭面空/空空导弹实施硬杀伤的机载主动防护系统来提高其战场生存力。例如，2026年2月美国空军机动装备项目和空军全生命周期管理中心（AFLCMC）机动装备局负责人明确表示，目前美国空军正在认真研究可用于高价值空中目标战场防护的“动能自防护”技术。

支持这一路线的技术官员认为，动能自防护系统作为一种机载主动防护系统，其工作机理与传统软杀伤自防护系统存在根本不同，它是通过“物理摧毁”方式来彻底消除来袭威胁，而不仅仅是通过干扰/诱骗使其偏离目标，因此使用同一种防护手段就可对付所有种类的面空/空空导弹，并且根本不用考虑来袭导弹采用的是何种制导方式及其导引头抗干扰能力的高低，由此可以有效克服传统软杀伤自防护系统的固有弊端，为提高加油机这类大型军用飞机在未来战场上的生存力开辟一条全新途径。不仅如此，动能自防护系统作为加油机战时的最后一道防线，与机上现有的软杀伤系统之间将是互补，而不是取代的关系，通过二者的有效整合，将可以构成一套“软硬结合”式的综合自防护系统，由此进一步提高任务效能。

尤其需要指出的是，目前美国空军已经启动其新一代加油机——“下一代空中加油系统”（NGAS）项目，考虑到该机今后将不可避免地会面临空前严重的面空/空空导弹威胁和复杂多样的战场环境，如何加强自防护、提高战场生存力一直是该机研发设计工作的重中之重。因此，当前正在开展的加油机主动防护技术研究无疑具有非常重要的现实意义。

NGAS项目想象图。该机采用翼身融合和背负式发动机等技术以降低被探测到的概率

根据美国空军空中机动司令部司令在2025年美国空军与太空军协会（AFA）年度会议上透露的相关信息，目前NGAS项目的所有候选技术方案根据气动外形/总体布局的不同，大体上可以分为隐身构型和传统构型两大类，二者在战场防护理念方面有着明显区别。其中，隐身构型方案将会通过采用翼身融合体（BWB）布局及其他低可观测技术来获得类似B-2A和B-21战略轰炸机那样的隐身性能，可以大幅降低战时被敌方发现和攻击的概率，进而显著提高战场生存力；传统构型方案则仍将由运输机、公务机等常规布局大型飞机改装而来，不具备隐身性能，将会通过加装机载“防御系统”来确保自身战场安全。

在这两种新型加油机方案中，隐身构型方案在提高战场生存力方面的效果固然理想，但在技术方面过于激进，将不可避免地会带来研发周期延长、成本费用上涨、系统可靠性下降等问题；而传统构型方案所采用的平台技术成熟可靠，其计划配装的机载防御系统则可利用美国工业界在军用飞机主动防护领域多年探索论证的技术积累，近期内可考虑以小/微型空空导弹作为拦截武器，不但能有效提升新一代加油机的战场防护能力，还可用于美国空军庞大现役加油机队的改进升级，因此其前景被部分军方官员和专业媒体看好。

三、可供选择的主动防护技术方案

进入21世纪以来，随着微电子、新材料、先进制造等相关技术的飞速发展，美国军方和工业界曾提出过一系列名目繁多、技术路线各异的固定翼飞机/直升机主动防护概念方案，主要包括“小型先进能力导弹”（SACM）、“直升机主动RPG防护”（HARP）、“微型自卫弹药”（MSDM）、“直升机主动防护系统”（HAPS）、“动能空中防御”（Kinetic Air Defense）、“硬杀伤自防护对抗系统”（HKSPCS）以及基于空射无人机和机载定向能武器的相关方案。在这些方案中，“小型先进能力导弹”“微型自卫弹药”“动能空中防御”和“硬杀伤自防护对抗系统” 均以小/微型空空导弹为拦截武器，并且均在方案提出之初就考虑到配装加油机、预警机等大型军用飞机的需要，因此部分美国媒体认为它们最终被美国空军选中的可能性较大，其动向尤其值得外界关注。

“小型先进能力导弹”于2011年2月在美国空军航空武器中心（AAC）的年度报告中首次公布，被视为美国空/海军现役AIM-9X“响尾蛇”近距空空导弹的后继型号。按照美国空军的要求，该弹将具备传统空战/反导自卫双重用途，除了可配装F-22、F-35等战斗机并承担近距格斗/超视距拦截任务外，还可用作加油机、预警机等大型军用飞机的自卫武器，专门用于拦截来袭的敌方面空/空空导弹。该弹将采用先进弹体气动设计、低成本宽视场成像导引头、高密度装药的固体火箭发动机等先进技术，具备极高机动性/敏捷性、大离轴/越肩发射、小型化/轻量化、良好的经济可承受性等性能特点。

“微型自卫弹药”计划由美国空军研究实验室（AFRL）于2015年首次公布，旨在研制一种弹长约1 m（仅为现役AIM-9X空空导弹的1/3）、配装极低成本导引头、具备极高敏捷性/快速响应能力的微型拦截弹，用于近距离拦截来袭面空/空空导弹。该计划招标书于2015年2月发布后，洛马、诺格和RTX等公司均参加了该弹的早期研发工作。其中，洛马公司的竞标方案以固体火箭发动机为动力，其导引头则是在该公司“爱国者”-3“导弹性能增强”（MSE）的主动毫米波雷达导引头基础上改型发展而来，该导引头将具有极高的制导精度，能确保拦截弹以撞击杀伤方式摧毁来袭目标。

“微型自卫弹药”MSDM与现役导弹的尺寸对比，该弹能以撞击方式拦截来袭导弹

“动能空中防御”概念方案由诺格公司于2016年4月推出，并于2017年6月获得美国授权专利。该方案可直接使用载机上原有的雷达、导弹来袭告警系统等设备作为探测跟踪装置，其拦截弹将是一种采用双模/多模制导（由主/被动雷达、红外、半主动激光等制导方式组合）和撞击杀伤体制的微型空空导弹，并且以9枚为一组内置安装在分布于载机机身多处部位的弹出式发射舱内。为了增强防护效果，该方案特别强调与其他软杀伤自防护系统（例如意大利“亮云”空射有源诱饵）配合使用，甚至可与后者共用发射装置。

诺格公司提出的“动能空中防御”概念方案，可集成在大型飞机的机身表面

“硬杀伤自防护对抗系统”是美国海军主导研制的一种可对来袭面空/空空导弹（尤其是先进的中/远程导弹）实施硬杀伤拦截，主要用于配装加油机、运输机、空中指挥机等“无武装”大型军用飞机的机载自防护系统。根据2018年5月美国海军航空系统司令部（NAVAIR）发布的项目信息征询书，该系统将会采用一种高机动微型空空导弹作为拦截武器。这种拦截弹除了可以固定内置或外挂吊舱方式供载机携带外，还可挂载于专门研制的无人机上并用来为载机护航。此外，该系统还将拥有较大的备弹量，以确保载机在单次出航任务中至少能对付4～10枚导弹的攻击。

四、结束语

在军用飞机主动防护技术领域，美国是世界范围内开展探索研究工作最早、取得成果也最显著的国家。早在20世纪50年代初，当时世界首批实用的面空/空空导弹尚未正式入役，美国空军和海军就未雨绸缪，开始考虑为部分大型军用飞机配装主动防护系统，其中最著名的就是XB-70高空高速轰炸机计划配装的“派伊·瓦克特”（Pye Wacket）反导自卫空空导弹。近期对新一代加油机动能自防护系统的论证分析，则是美国军方在大型军用飞机主动防护技术领域的最新一次尝试。从目前情况来看，这种基于小/微型空空导弹的加油机主动防护系统要从概念变为现实，还面临着关键技术突破、经费预算保障、作战观念更新等一系列问题，因此仍有相当长的路要走，但可以预见，这种作战机理迥异于传统机动规避/软杀伤手段的新概念自防护系统一旦投入使用，美国空军加油机的战场生存力将会得到前所未有的提升。

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本文第一作者陈黎先生此前已为《空天防务观察》提供13篇专栏文章，如下所列：

第1篇，剑锋对决！五代机之间的空战刍议，2020年9月3日；

第2篇，未来空战游戏规则改变者——军机主动防护技术，2020年11月9日；

第3篇，纳卡冲突中的无人机攻防战点评，2020年12月29日；

第4篇，军用飞机主动防护技术十六问，2021年4月6日；

第5篇，隐身空空导弹发展现状及关键技术研究，2021年11月30日；

第6篇，从历代战斗机核心性能特征看国外六代机发展方向，2022年3月13日；

第7篇，老鹰抓小“机”：猛禽执行反无人机任务相关研究现状，2022年12月30日；

第8篇，俄乌冲突中俄军机载精确制导弹药使用情况分析，2023年1月14日；

第9篇，光速毁伤！美国现役／在研战斗机配装高能激光武器前景分析2023年11月23日；

第10篇，美制ADM-160“微型空射诱饵”在俄乌冲突中的实战使用情况研究，2024年2月4日；

第11篇，美国海军AIM-174B超远距空空导弹性能特点及发展概况分析，2024年12月23日。

第12篇，美军提高MQ-9“死神”察打一体无人机战场生存力的主要技术措施分析，2025年1月23日；

第13篇，澳洲假蝠之牙！空战新时代——MQ-28A无人机试射空空导弹，2025年12月31日。

有兴趣的读者，可点击上列文章（链接），阅读原文。

另外，本号2020年10月20日发布了陈黎先生《军用飞机主动防护技术》书讯：“军机‘金钟罩’、‘铁布衫’------国内首部军用飞机主动防护技术专著出版”，感兴趣的读者可点击题名可直接访问、了解相关情况。

（陈黎、袁成，中国航空研究院、中国空空导弹研究院；

吴耕宇，中国航空研究院；

张洋，中国航空工业发展研究中心）

主编：张洋

制作：顾鹏程

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如有疑问或需求，可后台私信。但请您说明单位、来意等信息！

本篇供稿：中国航空研究院

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2026年1月15日，美军发布参联会指示CJCSI 5123.01《联合需求监督委员会和联合兵力需求流程章程》指示和参联会手册CJCSM 5123.01《联合需求监督委员会和联合兵力需求流程手册》，明确美国防部层面运用联合兵力需求流程（JFRP）。

2026年1月15日，美军发布参联会指示CJCSI 5123.01《联合需求监督委员会和联合兵力需求流程章程》指示（以下简称《指示》）和参联会手册CJCSM 5123.01《联合需求监督委员会和联合兵力需求流程手册》（以下简称《手册》）等新版文件，明确美国防部层面运用联合兵力需求流程（JFRP）全面取代原有的“联合能力集成与开发系统”（JCIDS）流程，建立从联合作战部队需求到解决方案部署的新流程路径。其核心目的是重构美军联合需求流程，加快以数据和问题牵引的能力建设，并确保战略、资源与能力生成的紧密对接，提升联合部队应对当前与未来作战问题的速度与成效。

参联会指示CJCSI 5123.01J《联合需求监督委员会和联合兵力需求流程章程》指示封面（美参联会图片）

一、背景动因

2025年8月20日，美国防部发布《改革联合需求流程以加速作战能力部署》备忘录（以下简称《备忘录》），要求取消“联合能力集成与开发系统”，对联合需求管理制度进行全面改革，具体要求包括：重新定位联合需求监督委员会、建立需求与资源匹配委员会、设立任务工程与集成活动、创建联合加速储备基金、开展军种需求流程审查等事项。此次新版文件的发布正是落实其具体要求的举措之一。

同时，新版文件提出的总体框架、运行机制及配套流程进一步响应了2025年11月美国防部发布的《采办转型战略》（以下简称《战略》）。该《战略》要求聚焦“以作战为导向、速度优先、体系化转型”，建立能力组合管理模式，强调将能力组合管理嵌入联合能力集成。《手册》在承接《备忘录》的具体事项之外，着重强调了联合兵力需求流程与能力组合管理的融合。

二、主要内容

参联会手册CJCSM 5123.01《联合需求监督委员会和联合兵力需求流程手册》封面（美参联会图片）

此次美《手册》主要内容包括五个方面：

一是明确联合需求监督委员会的重点领域和流程。联合参谋部及作战司令部制定针对特定威胁的联合作战问题，联合需求监督委员会负责对联合作战问题进行年度优先排序，选定的首要问题由能力组合管理进行配套分析。成本评估与项目评价办公室利用联合加速储备金（JAR）机制，纳入各军种的预算执行项目，激励各军种参与联合解决方案开发。任务工程与集成活动主动识别有效方案并对其进行分析和实验验证，推动联合部队的集成与互操作性，从而解决联合作战问题。需求与资源匹配委员会确保最具影响力的解决方案能获得资金支持。各军种则以高效方式执行任务并承担优先任务的具体实施环节。

二是界定联合需求监督委员会与联合兵力需求流程的管理流程。联合需求监督委员在管理遵循以下原则：强调建设性辩论而非共识决策；推行决策权下放，主要通过联合处理标志及赋予职能能力委员会（FCB）决策主体权限的方式实现；简化文档与流程，避免冗余；并建立以数据驱动衡量关键要素的评价体系。联合兵力需求流程将明确定义性能指标（MOP）和效能指标（MOE），并定期代表联合需求监督委员会追踪报告相关指标。

三是针对联合兵力需求流程中的所有需求文件给出指导意见与格式规范，明确三类联合兵力需求文件，即顶层需求文件（CRD）、联合条令、组织、训练、装备、领导力、教育、人员、设施和政策变更请求（JDCR）和联合作战司令部衍生需求文件（CDR）。同时规定所有联合兵力需求文件必须包含封面页、执行摘要、作战背景、威胁概要、联合能力需求与差距、互操作性等要素，并针对不同文件类型细化要求。

四是说明联合兵力需求流程的各项配套要素，包括联合能力领域（JCA）、指标、数字工具及培训。支撑联合兵力需求流程的四项关键配套要素，一是联合能力领域为国防部提供统一通用能力语言；二是指标体系涵盖性能指标与效能指标，通过报告与数字工具实现数据驱动决策。三是数字工具以知识管理／决策支持系统（KM/DS）为权威数据源，并依托“联合兵力需求流程”应用程序（JFRP App）和“资源需求数据仪表盘”（R2D2）实现需求可视化、跨组织协同及生成式人工智能辅助分析。四是培训体系则通过作战采办大学（WAU）实施四级需求管理认证培训，确保专业能力与流程要求匹配。

五是与联合兵力需求流程及联合需求监督委员会协同运作的多个平行流程，具体涵盖各军种、国防部各部门、跨机构及国际层面的配套机制。军种及国防部部门层面，各军种及国防部各部门自主生成并验证其需求，采用自有文档格式与流程，仅向联合需求监督委员会提交关键信息以支持联合能力集成（JCI），确保在加速交付的同时维持联合感知与互操作性。跨机构层面，情报体系通过情报体系能力需求（ICCR）流程独立制定重大系统需求，任务工程与集成活动则为联合需求监督委员会优先问题提供经验证的解决方案建议。国际层面，依托“五眼联盟”建立的国际联合需求监督委员会（I-JROC）及其下属机构，推动盟国共同识别能力差距、制定互操作性需求，并鼓励在需求文件中加入出口能力与盟友兼容性要求。

三、分析

1.精简需求管理流程环节

此次以联合兵力需求流程全面取代联合能力集成与开发系统，显著压缩了需求生成、审查和协调流程时长和复杂度。联合能力集成与开发系统的理论进度周期为40～100天，实际完成周期约300天，联合兵力需求流程理论进度周期仅为55个工作日。同时，联合需求监督委员会停止审查军种与国防部部门需求，以“最小必要信息”为原则，仅在涉及联合影响时介入审查。

2.下放需求管理决策权限

此次重新界定联合需求监督委员会与军种之间的需求管理决策权限边界。各军种和国防部各部门在需求生成和能力建设上获得更大自主权。联合兵力需求流程通过精简流程以及加速能力开发的方式，在满足近期需求与实现长期战略目标之间取得平衡。联合兵力需求流程主要采用“需求管理和能力开发关键环节下放至各军种／国防部部门”的方法，优点是能够加快向作战部队交付战力的速度，缺点是可能增加联合集成和互操作性的风险。对于属于联合处理标志的联合项目，联合需求监督委员会也将决策权限下放至最低层级。联合需求监督委员会通过授予联合能力委员会和职能能力委员会全部权限决策来实施。

3.数据驱动需求管理运行

此次联合兵力需求流程着重强调以数据为核心的管理模式，推动数字化采办转型。一方面利用数字工具，比如应用程序和“资源需求数据仪表盘”，引入生成时人工智能实现对全流程的实时可视化追踪与量化评估。另一方面在管理中运用量化方法，联合需求监督委员会为联合作战问题排序，确定资源分配的优先级，任务工程与集成活动利用建模、仿真与实验，为解决方案选择提供决策依据。

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本文第一作者李若琪女士此前已为《空天防务观察》提供1篇专栏文章，如下所列：

第1篇：临战采办！美空军拟设立关键重大武器系统直报投资组合主任，统管重要装备平台，2025年12月17日。

有兴趣的读者，可点击上列文章（链接），阅读原文。

（中国航空工业发展研究中心  李若琪、于晓伟）

主编：张洋

制作：顾鹏程

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本篇供稿：科技战略与系统工程研究所

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一、引言

在当今和未来的信息化空战中，空战的核心是态势这个深刻的道理被业内所共识。态势的核心是融合，作者十几年来一直关注F-35信息融合团队在AIAA发布的系列文章，尤其以2018发布的《F-35信息融合》为业内所熟知。其实，在该篇文献的前后，F-35信息融合团队在至今15年的时间里，陆续公开发布了数十篇关于分布式空中力量信息融合的文献（参考文献列表见附录部分）。虽然这些文献都是公开发表，但综合集成和统筹所有这些文献后，还是能研判出一些F-35信息融合中所蕴含和采用的理念和方法。

关于信息融合的文献资料浩如烟海，经过再三权衡后，作者还是将绝大部分文献范围局限在了洛马公司信息融合团队发布的文章里：一方面，F-35强大的信息融合功能被欧美飞行员夸赞不已，获得了广泛认可，在工程上得到了充分的应用和验证；另一方面，能够在相对有限的时间里，将注意力高度聚焦，完成相对有意义的研判。

二、信息融合架构（Information Fusion Architecture）

F-35的信息融合逻辑架构采用了业内熟知且公认的数据融合信息组DFIG定义的6层信息融合架构，如图1所示。

图1 F-35信息融合逻辑架构与本报告推送重点

F-35的信息融合系统从设计之初既是从编队级分布式信息融合的角度进行设计的。首先，在Observe阶段，平台自身的有源/无源传感器获取探测数据、编队间通过MADL获取其他编队成员的探测与跟踪数据、以及体系通过Link16等数据链获取体系推送数据，该过程也被称为Level 0级融合。这些数据被标定后，将进入下一级融合。

然后在Orient阶段，数据先进行对齐、格式处理，和关联分析，该过程被称为Level1级融合。关联融合将判断获取的各种新目标观测数据，哪些观测数据可以用于关联目标航迹，哪些不可以。被选中可以关联航迹的观测数据，还要再判断应该关联本机正在持续跟踪的哪个目标的航迹，或者如果没法关联任何一个目标航迹，是否要重新开启一个新目标航迹；然后本机维持的所有目标航迹将结合新的（被较好关联的）观测数据进行新一轮的航迹更新与特征跟新，被过程被称为目标状态估计；编队生成多个目标航迹后，要进行航迹跟踪与上报责任分配，否则如果编队内所有成员上报所有航迹，不但会大幅消耗和增加链路压力与机上融合计算资源，而且很多目标航迹都是冗余的，并不能增加编队整体的态势感知。因此，如何在几乎不增加链路开销负担的情况下，只运用简单的规则即可涌现出编队内成员合理、均匀的分担跟踪责任，使得编队总体的态势感知能力最优的效果，洛马公司在该领域做了大量工作；有个态势后，编队系统与飞行员一起根据态势评估总体上对编队有利还是不利，编队应该做出全进攻、全防御、还是偏向进攻、偏向防御的总体战术研判。整个过程被称为Level 2&3级融合。

在Orient阶段，F-35最与众不同的特点就是通过虚拟接口模型VIM（Virtual Interface Models），将机上/机外的数据来源，以及机上/机外对融合后数据的使用者，彻底隔离开。而由融合算法驱动的融合引擎，被视作一个黑盒。该方法虽然应用的很早，却是一种典型的模块化、开放式架构思想。对于进来的数据，如果数据维度不全，虚拟接口模型VIM将数据维度补全，并将其转换成标注格式进行数据融合。对于离开的数据，虚拟接口引擎被称为融合服务FS（Fusion Server），可根据机外、机上使数据用者的特定需求进行定制化格式推送。这种模式彻底改变了以前来源数据、融合算法与使用数据高度耦合的模式。以前的高度耦合模式使得从新增加数据源，改动数据融合算法，和增加数据使用者的更改代价都非常高昂，而F-35这种模块化隔离模式，可以在F-35的全寿命周期内灵活增添数据来源、更改和升级融合算法，以及增加和改变数据使用方式。

图2 F-35融合功能架构

接着在Decide阶段，结合编队内飞机的机上任务数据文件（MDF，Mission Data File），历史情报数据等信息，动态、实时的制定行动方案，被飞行员修改、确认后，生成在时序、空间的可实施的行动序列规划。该过程在信息融合领域也被称为Level 5级融合。

最后在Act阶段，传感器要根据态势感知的需求，交战决策的需求或飞行员的指定需求，进行传感器自主管理和资源分配。尤其在态势感知需求方面，洛马公司在深刻理解作战需求的基础上，提出了信息球的概念，即根据交战需求，飞行员必须在什么距离，什么方位，什么时间做出什么决策，以及做这些决策所需要的信息。这些信息将主导传感器如何进一步使用、分配，最大化可用资源下的态势感知能力，而不是一味追求比如“最高精度”的融合需求而浪费了大量的宝贵传感器资源与时间，而所得到的结果又对飞行员的态势理解没有提升或提升不大。这种“信息够用即可”的思想，能大量释放传感器资源进行新的方位、距离上的目标探测，F-22/F-35雷达的“快扫”技术也均源于该思想，该过程被称为Level 4级融合。除了传感器资源，机上的平台飞行、武器、通信、电子战等资源也将根据行动序列进行自主管理与分配，该过程被称为Level 6级融合。

由于作者查到的关于F-35信息融合团队发布的AIAA论文中涉及的技术领域主要分布在数据关联、状态估计、跟踪责任分配、传感器自主管理，以及开发集成工具与环境几个部分（图1的蓝色部分），文章也将对这几个部分进行进一步展开。

三、数据关联（Data Association）

F-35在数据关联上做了大量艰深的工作，该部分也最能体现F-35信息融合团队如何以信息论为根理论，从而扎到底，彻底解决实战与理论的巨大屏障，从而为获得独一无二的信息融合效果打下坚固的根基。详细技术理论可参看文献1和文献6。

如图1所示，每个时间步长或融合周期，融合引擎都会不断收到来自本机传感器、编队MADL和体系Link16持续推送的目标探测或跟踪数据。这些数据怎样与本机正在维持的或已有的多个跟踪目标如何正确的关联和匹配将是信息融合的首要问题。

如果理想情况下，背景干净，目标稀少且稀疏，所有的目标关联算法效果都很好。但是当目标多、密编、或者电磁环境复杂，电磁干扰严重时，将会产生多种、多类真真假假的目标，对飞行员正确理解态势造成了极大困难。因此，实战情况下目标关联工作就变得极为重要。而F-35信息融合团队在该领域以信息论为根理论，在前人大量的融合工作基础上，做了很多复杂、艰深、独特性和开创新的工作。

数据关联工作一共分成四步，如图3中的红框所示。第一步，在数据初始化阶段，关于传感器/数据链等推送过来的M个目标的新观测数据和关于本机上正在维持的N个目标的新估计数据要进行时空一致性初始化，在统一的时间系统内，转换成统一的坐标系下数据，并组成M×N矩阵：即所有的观测数据要和所有的跟踪数据进行逐一匹配；

图3 数据关联的核心步骤以及与信息融合其他环节的输入输出关系

第二步门限初筛。首先实时设定数据关联的门限（这个门限表征了满足正太分布的所有跟踪目标的估计点迹周边，以多大范围来关联新观测的目标点迹），然后利用信息论相关定义和理论构建的初始数据关联鉴别器（preliminary data association discriminator）计算两组数据之间在信息层面的散度值（divergence，散度值越小越好，如果距离为0代表着完美匹配），如果计算结果低于门限，则两个数据相关，将进入下一个信息度量过程，如果计算结果高于门限，则认为两组数据不相关，不应该进行关联。为什么要先筛掉一些点而不直接进行信息度量（第三步）然后全局优化进行匹配呢？洛马团队认为，第二步完成后可以将关联矩阵相当一部分元素数值变为0，从而能使得整个矩阵变为稀疏矩阵，然后再进行信息度量后，从全局优化匹配估计值与观测值，这将大大减小每个步长的计算量和消耗的计算资源，这对于实时信息融合是至关重要的。

第三步是信息度量。对于两个相关的数据，进一步利用信息论相关定义和理论构建的数据关联鉴别器（data association discriminator）计算两组数据在信息论层面的散度值（散度衡量两个概率分布之间的差异和距离a divergence measures the distance between two probability distributions）。数据融合中经常设定两组数据分别服从多维变量正太分布下的概率密度函数。

第四步是匹配矩阵。从全局将观测点和跟踪点进行最优匹配，比如匹配完成后所得到的所有散度值的和最小。匹配完成后，将匹配给跟踪点的观测点用于这个目标跟踪的下一次状态估计，而没有得到匹配的跟踪点将用于生成新目标。

从上述过程可以看到，第二步和第三步的数据关联鉴别器是数据关联中最核心的工作。洛马团队花了大量篇幅阐述这两步涉及的关联器之间的天然一致性关系，以及如何从信息论中的微分熵（differential entropy）、互信息（mutual information，信息论中描述两个随机变量之间信息相关性的一种度量）、散度（divergence）的定义中建立起评价两组多维变量信息之间差异的多种信息度量方法，如图4所示。洛马公司对各种信息度量方法进行了充分的比较和研究，得到了各自优缺点，甚至修正和改变了传统在应用信息论的一些经典结论和方法，比如，洛马团队一直强调经典的基于KL散度的数据关联鉴别器并不是一种最优鉴别器，这与传统业内的共识并不一致。洛马公司还暗示了其应用的辨别器可能是多假设跟踪方式（MTH，multiple hypothesis tracker），区别于单假设跟踪方式（STH，single hypothesis tracker）全程只有一种辨别器，多假设跟踪方式可能根据不同数据关联辨别器的度量结果动态切换辨别器。

图4 洛马团队展示的多种信息度量方法

在这些理论后面，洛马团队举了一个生动且具体的例子来描述整个数据关联的运行过程。例子是以二维平面进行的，且描述目标的状态量只有二维位置量，没有速度量。假设一个节点接收到5个观测量，而这个节点自身维持了2个目标的跟踪，这两个目标新的跟踪估计量为。该例子中，假设第一步中需要完成的观测数据和跟踪数据的时空一致性已经初始化完成。

五个观测量为

假设这5个观测量有着相同的协方差矩阵：

该节点维持的2个跟踪目标的最新状态估计值为：

两个估计值的协方差矩阵为：

定义为满足分布的在椭球体积中的概率，则图5分别展示了围绕在两个跟踪目标周围的值分别为0.68（虚线）和0.9973（虚点划线）的两个圆，以及5个观测值的圆（实线）。以为0.9973为例，根据门限值定义的表达式，可以计算出为11.83。根据几个典型的数据关联辨别器之间的关系，可以得到其他几组辨别器的门限值分别是：。

图5 洛马团队例子中描述的5个观测值和2个跟踪值在二维空间的数据关联问题

利用5个初始数据关联辨别器分别计算每个观测数据和每个跟踪估计数据的散度值构成的矩阵如表1所示。

表1 初始数据关联辨别器计算的“观测-跟踪”散度值

在门限值之下的散度值保留，门限值之上的散度值删掉。并按照第三步信息度量中给出的辨别器进行重新计算，得到“观测-跟踪”信息度量矩阵如表2所示。由于在第二步门限初筛中筛掉了很多矩阵值，因此表2变成了稀疏矩阵。

表2 “观测-跟踪”信息度量矩阵

然后从全局总的信息度量值（散度值，divergence）最小为原则，得到最优的全局匹配值在表2中以上标小a的方式进行了标示。可以看到，该例子中，利用5种数据关联辨别器得到的匹配矩阵是一样的，即：

该矩阵的意义是：将第2个观测数据分配给跟踪目标1，将第3个观测数据分配给跟踪目标2，而留在表2中未匹配的观测数据将生成新的目标航迹，本例中即第4个和第5个观测数据，将被生成新目标的航迹。

从洛马团队发表的数据关联方法中，可以看到观测数据和跟踪数据协方差矩阵的重要性。其实不止在信息关联环节，在运动状态估计环节，协方差矩阵也异常重要，用来计算和评估新观测数据的质量和权重，这将在状态估计章节中予以描述。

四、状态估计（State Estimation）

将观测数据与跟踪数据进行正确关联后，即可进入信息融合的状态估计环节。状态估计分为运动状态估计（kinematic state estimation）和特征（或识别，identification state estimation）状态估计，如图3所示，本章将分别进行介绍。F-35编队被先天设计成具有典型的分布式信息融合与状态估计能力的节点，即每架F-35都在根据所有的机内和机外信息实时进行融合。这种不依赖中心节点进行统一推送的方式，极大增加了编队作战的灵活性、弹性和适应性，也使得每架F-35飞机都可以灵活进行或退出。但分布式融合如何保证每个节点融合出来的态势是统一或一致的呢？洛马在该领域也做了大量的理论和实践工作，本章将予以介绍。

4.1 运动状态估计

本质上，F-35在信息状态估计以及状态更新时，依然选用的是以卡尔曼滤波为基础理论的状态估计模型。但是，F-35做到了无论是本机传感器来的数据，还是编队其他F-35来的数据，本质上都是新的观测数据，也就是说其他编队的F-35可以看作是本机F-35的舷外传感器，这种强大的点迹融合是如何做到的呢？同时，F-35的机内机外传感器有时观测和推送同一个目标的数据时会有大量冗余，甚至达到10多倍的冗余（In some cases greater than 10 of the same track from onboard and off-board sources simultaneously），如何做好有效的运动状态估计与融合对飞行员的态势感知意义重大，文献11、14、19重点阐述了F-35再进行运动状态估计时采用的核心原则和方法。

原则1：用运动状态量（位置、速度、加速度等）的协方差矩阵用来精确描述传感器的观测数据或其他节点推送过来的跟踪数据的误差特征非常关键。正如信息融合领域长久面临的关键问题，如何没法精确表征观测数据与跟踪数据的误差特征，融合只会越融越差，甚至崩溃。从第三章的数据关联部分也描述了观测量和跟踪量的协方差矩阵在信息度量中的关键作用，由此可见协方差矩阵对于获得高质量融合态势是非常关键的。因此，F-35的MADL数据链在设计之初即在编队内不断传输本地对目标的跟踪状态数据、以及相应的协方差矩阵，特征状态历史信息、射频历史信息和其他和跟踪数据相关的一些必要的元数据。传统像Link16等数据链根本无法传送这些信息，因此只能对跟踪数据标注一个跟踪质量因子。而F-35对于这类跟踪信息只能按照最差精度去处理，这无形会降低或者浪费一些质量较高的跟踪数据，从而降低融合质量。

原则2：非常重视数据“血统”，避免喝自己的“洗澡水”。对于一个跟踪航迹，如果说所有贡献给这个航迹的观测数据都来源于本机传感器，且这些数据只被处理过1次，则这个航迹被称为是独立航迹（independent track），否则如果这个航迹的数据既有机上观测数据，又有数据链等传来的跟踪或观测数据共同融合得到，则这个航迹被称为非独立航迹（dependent track）。对于高质量的信息融合需求，一般假定用来融合的数据是独立航迹信息，否则就会出现A的观测数据给B，B用A的观测数据融合完成后将跟踪更新数据又回传给A，A再用B传来的包含着自己观测数据的信息进行二次融合，就出现了“自己喝自己洗澡水”的情况（drinking your own bathwater），这从卡尔曼滤波的原理上来说，会降低观测数据的权值，会导致跟踪不稳定，跟踪质量大幅下降，甚至崩溃。F-35是如何处理这个问题的呢？F-35融合引擎内部同时实时维持了两套跟踪航迹：一套是只使用自身机上传感器观测数据进行跟踪的独立航迹，被称为Tier1；一套是同时使用机上传感器观测数据和通过链路传来的机外跟踪数据共同融合产生的非独立航迹，被称为Tier3。F-35给编队中其他F-35只分发Tier1的独立跟踪数据，但是给飞行员呈现的态势画面，包括火控、武器等其他数据使用者推送的是综合了机上/机外所有数据的Tier3跟踪航迹，如图6所示。

图6 每架F-35的融合引擎内部同时保留了2套跟踪航迹

因此，F-35在进行跟踪时的逻辑如图，每当接受到本机传感器得到的观测数据后，F-35同时更新独立航迹和非独立航迹；每当接收到数据链传来的机外信息时，则只更新非独立航迹，如图7所示。

图7 F-35的独立/非独立航迹跟踪逻辑

原则3：如果向别的节点分发的是非独立航迹，要标注清晰。并不是所有情况下都能分发独立航迹。比如典型的例子就是多机使用角度信息后的测距信息，虽然每架F-35使用的角度信息是独立的，但融合得到的距离信息并不是。贡献这个角度信息的F-35飞机再用这个距离信息进行二次融合后，便出现了对观测信息二次处理的情况。这种情况下，要对这类非独立航迹信息标注清晰，洛马团队使用了“协方差相交更新”（Covariance Intersection Update）的方法来处理这类跟踪信息，这种方法也帮助了F-35可以使用多种类型数据链传来的血统不明的跟踪数据进行融合。

原则4：向编队其他F-35发送的跟踪数据应该是最新一次得到观测数据后的航迹更新数据，并将最后更新的时间同样标注出来。传统数据融合算法，被设计为需要其他节点以固定频率发送跟踪数据（比如1Hz）。这需要发送节点在最后一次的航迹更新值和发送时刻之间进行插值，从而满足固定频率发送需求。但是发送节点在进行插值时，必然会使用节点自身的对于目标的机动模型进行外推，这会带来协方差的增大，从而降低观测信息在卡尔曼滤波算法中的权重。因此，F-35在进行发送跟踪信息时，只发送最后一次更新时刻的跟踪航迹数据，因为此时的数据是最准确的，并同步标注出这个时刻，一并发送。

原则5：同时发送独立航迹的跟踪航迹数据和观测数据。作者在消化F-35系列文献以及整理其融合逻辑时，始终在思考每架F-35在发送Tier1数据时，发送的是滤波后的跟踪估计值，还是传感器的观测值，最后从文献14中得到答案，即F-35对这两个值都发送。如此，作为接收节点的F-35可以自主灵活选择是使用其他F-35推送过来的Tier1跟踪数据，还是独自关联推送过来的观测数据（作为舷外传感器）。正如原则4所述，无论是观测值还是跟踪值，都是最新一次观测的时刻所得到的值，并把这个时刻标注出来一起发送。

原则6：发送的观测数据误差要同时标示出传感器的随机误差（random errors）和固有误差（bias errors）。随机误差随着观测数据的不断更新和滤波算法平滑后，总会变小或降低到一定范围内，但像天线误差、传感器安装误差等固有误差是无法通过滤波消除的。如果不考虑固有误差，协方差矩阵会比真实值小很多，这会导致第三章中的数据关联不正确，或者在该节中所述的跟踪质量严重下降甚至丢失。因此，传感器在集成测试时要同步提供传感器的固有误差描述，如果没有，融合算法只能保守的估计和使用这些观测数据，以获得可接受的跟踪性能，这使得关联和估计算法异常复杂，并显著增加集成难度和集成时间。

原则7：对于目标的更新跟踪速率要和目标的动力学特征相匹配。这一点对于只依赖外部传感器保持态势跟踪的情况尤其重要。如果得到的跟踪航迹更新频率下降或者周期太长，融合引擎只能根据假想的目标动力学特征进行外推，这种外推会带来误差随时间增长的的非线性增加，如图8所示。因此，会导致在第三章进行数据关联时，新得到的观测数据与本节点自身维持的跟踪数据之间信息散度（divergence）太大，从而错误关联或无法关联。一般来说，跟踪一个高机动目标，需要0.5-2Hz的跟踪更新速率，对于火控级跟踪更新频率需要更高一些；对于低机动目标，更新速率一般在0.25-1Hz量级。对于地海面目标洛马团队指出F-35对于这类目标的更新速率同样需要维持在0.25-1Hz量级，以获得最低的发现时延，或者对其突然变化（比如突然辐射能量）进行快速捕捉。

图8 随着时间延长基于假定的目标动力学特征进行外推的协方差不断增大

原则8：要选用最优的坐标系来保证数据的稳定性。坐标系的选择对于F-35信息融合中的数据关联和运动状态估计非常关键。F-35会将跟踪航迹的状态量（位置、速度）、这些状态量的协方差矩阵，或传感器的观测量与观测量的协方差矩阵一并上传和推送给其他编队，这些数据需要选用欧几里得坐标系（Euclidean coordinate system）进行发送，以保证各种误差在每个坐标轴（每个向量维度）下是独立的。非欧几里得坐标系，比如经纬高坐标系（LLA，Latitude Longitude Altitude）数据会不稳定或经常有预想不到的误差产生。F-35在对地海面目标探测时选用以地球为中心的地球固定坐标系（ECEF，Earth-centered，Earth-Fixed）坐标系，避免极点的奇异性和地球中不同地区的特殊地形地貌的描述（比如海平线或者地球这个椭球的详细描述）。从观察者的角度来说，测量值要在本地传感器的坐标系下进行，比如利用干涉原理进行角度测量的传感器数据，这样能避免一切坐标系转换带来的非必要误差。测量信息完成后，要将观测平台的位置、姿态信息和传感器的位置、指向信息，以及自身平台的导航误差等信息再一起填充进来后，发送给接收飞机。接收飞机节点再将接收到的测量信息转换到本机坐标系下。如果跟踪空中运动目标，F-35选用的是类似于北-西-上（North-West-Up）的相对坐标系。F-35飞机之间的精确定位与识别信息PPLI（Precise Participant Location and Identification）被用来将发送飞机的观测数据转换到接收飞机坐标系下。因此，PPLI的更新频率将影响总体融合效果。一般来说，PPLI的更新速率在1-4Hz是合适的。各种坐标系如图9所示。

图9 F-35进行各类数据发送接收时使用的多种坐标系

4.2 分布式融合一致性研究

F-35采用的是典型的分布式融合算法，即每个飞机节点都会在不断接收机上/机外推送数据的同时，在用节点自身的融合算法给出在本机坐标系下的态势。而集中式融合算法，采用在中心节点融合整体态势，然后由中心节点向编队其他节点进行统一推送的方式。集中式融合的优势是天然的保证了编组在态势上的统一性和一致性，但编队结构固化，调整难，且中心节点一旦故障、损失或性能降级，整个编队的态势将全盘下降或损失。而分布式融合算法采用的是去中心化方法，保证了飞机弹性的进入/退出飞行编队，以及在编组的灵活性和适应性方面有着巨大的优势。单架飞机的融合能力下降或损失不影响其他节点。但分布式融合需要在态势一致性上做艰难的理论和开发工作，即如何保证不同的分布式节点融合出来的态势是高度一致且统一的呢？比如所有节点看到的都是同样数量的目标，而且A节点坐标系下的甲目标运动航迹转换到B节点坐标系下，与B节点维持的甲目标航迹是高度一致或重合的（误差非常小）。洛马团队采用图论（graph theory）、分布式的扩展卡尔曼滤波（EKIF，Extended Kalman Information Fusion）、分布式异步一致性滤波器（Distributed Asynchronous Consensus Filter）等理论和方法，从最基础的方面开始，对F-35编队的分布式融合态势一致性问题进行了系统的研究，详细内容请见参考文献4。

解决思路的核心是每个节点维持了两套状态更新的动力学模型，一个是本地的，一个是全局的。本地跟踪模型在进行下一步航迹预测时用的状态转移矩阵模型核心思想是基于所跟踪目标的运动特征相匹配，如下式所示，状态转移矩阵A_i表征了编队中第i个节点对目标的运动学特征建模（不同运动特征目标对A_i的建模不同）

而每个节点下的全局跟踪模型的航迹估计要在编队的网络拓扑架构约束下，把所有传送过来的其他飞机（包括本地F-35）的观测值，航迹预测值（Tier1），进行统一处理后，共同形成全局信息状态的最新一次估计，如下表达式所示。所有节点的全局跟踪航迹在该算法下能否收敛与编队间的网络拓扑架构密切相关，这涉及利用图论理论描述网络拓扑架构的邻接矩阵和拉普拉斯矩阵的特征值和特征向量特性，这些特性决定了这些分布式节点的态势能否收敛或趋于一致。比如拉普拉斯矩阵的第二个特征值决定了多节点的全局状态量收敛时间的快慢。

全局信息状态估计：

全局信息状态协方差估计：

F-35在进行数据关联时，本机传感器获得的观测数据会实时和本地维持的航迹（Tier1）和全局航迹（Tier3）都进行数据关联。如果发现全局航迹的状态值和本地传感器观测值偏离太大，该节点会重启全局变量的跟踪航迹以避免航迹丢失。同时，根据上式（全局状态估计和误差表达式）可以判断，所有节点必须同时同步地发送、接收和更新航迹状态，这与4.1中原则4要求的在最新观测时刻推送航迹与观测信息（不能插值）的原则矛盾，因此洛马公司改进了算法，采用异步方式完成两两节点间的相互航迹推送和更新，结果表明，不同节点对同一目标的航迹估计值转换到统一坐标系后会收敛到一个值。分布式节点依然取得了较好的全局态势统一性和一致性，洛马团队的仿真结果如图10所示。

图10 分布式异步一致性滤波器算法下多节点的态势一致性仿真

4.3 特征状态估计

与目标运动状态估计同等重要，且同步进行的，还有目标特征状态估计，也被称为作战识别（Combat ID），这同样是飞行员进行态势感知时必不可少的输入信息。文献14和文献19介绍了F-35在这个方面采取的理念和方法。

F-35采用的是基于概率的证据推理方法（probabilistic evidential reasoning approach）进行作战识别，这与传统的识别方法有着根本的不同。传统识别方法中为了以确定的方式展示识别结果而被迫从多种可能结果或事件中选择一个结果或事件。如果两个候选结果的概率分别是51%和49%，传统方法虽然被迫选择了较大概率的结果，即51%，但选错的概率却高达49%！所以，洛马团队认为传统识别方法不具备处理信息不确定性的能力。F-35采用的基于概率的证据推理方法，不做选择题，全程保留多种选择结果的不确定性，不断通过多源、多传感器、多类数据的证据的逐步累积，当某种结果的概率达到设定的阈值后，来明晰和确定结果。

在设计之初，F-35对贝叶斯概率理论和D-S证据理论（Dempster-Shafer）两种方法进行了大量的权衡工作。贝叶斯理论虽然直接以事件作为计算对象（比如目标是否是F-16），更加直接易懂，但大量的条件概率计算使得该理论需要大量的先验知识，而在实战环境下这种先验知识很难获得；D-S证据理论以不同的事件集合（或证据集合）作为研究对象，通过不同证据集合的交集逐渐确定或逼近事件的真实概率，如下面的表达式所示。因此，D-S理论不依赖于先验知识，对冲突的事件有更多的包容性，以及天然的适合表达传感器和目标特性之间的匹配关系，而被洛马团队所采用。

运用D-S证据理论首先需要构建起一套完整的对所有威胁目标分层分类的识别框架（洛马团队特意强调，80、90年代的飞机受限于存储和计算能力，无法做到，而F-35得益于相关技术的进步，可以做到），如图11所示。目标被严格框定在这个分类框架里，从低向上分别为子类型（subtype）、类型（type）、类别（class）、从属（affiliation）、作战域（domain）5层识别目录里。F-35信息融合算法中对每个级别所有可能结果分配不确定性列表（ambiguity lists）或对应的信心（associated confidence）。每个层级的不确定性或信心都是从下一层级的信心中推理出来。因此，这种方法保证了上一个层级对目标的识别信心总是高于下一个层级。

图11 F-35作战识别中对目标构建的分层分类识别框架

该方法需要F-35的多种传感器对目标类型特征有较好的匹配程度。这种匹配，包含在F-35机上的数据库里，也包含了在实时观测到目标子类型的特征时应及时赋予的转移概率（transitional probability）。F-35的每种类型传感器在声明目标特征匹配时，要有相应的概率作为表征声明的信心，这和运动状态估计时需要传递协方差矩阵是一样的道理。在F-35项目开始之初，没有任何传感器具有表征匹配信心的概率值，洛马团队承认这种对传感器进行基本概率匹配（BPA，Basic Probability Assignment），使得匹配的概率能准确表征目标的不确定性，是F-35信息融合中最具挑战性的工作之一，更不要说这种匹配概率还必须在一定的误差范围内。

虽然这种“软决策”的融合模式准确表征了F-35对目标不确定性的掌握程度，即哪些特征知道，哪些特征不知道，但飞行员需要可支持其作战行动的“硬信息”，这需要将F-35信息融合系统对这些“软决策”转化为“硬声明”（hard declaration）。当D-S证据理论对F-35署于某层级的某种类型的概率累积达到设定的阈值后，F-35作战识别系统将发出该目标属于哪个层级的哪一类型的硬性声明。如果这个层级始终没达到阈值，F-35将向上一层级转移累积证据，直到匹配概率达到用户设定的阈值。

4.4多机协同探测

从上述内容介绍可以深刻的感受到，F-35被天然（或源生）设计为具备多级协同探测和感知能力。每架F-35在通过MADL数据链向其他编队内的F-35分发数据时，包含这三类信息：一是基本的运动跟踪航迹数据，即在完成最新一次观测更新后，发送包括Tier1独立跟踪航迹的状态量信息（位置、速度），这些状态量的协方差矩阵，以及最新的观测时刻。需要指出的是，这个航迹信息既允许是带有距离的航迹，也允许是只有角度信息的航迹。本小节后面将介绍洛马团队在进行多机协同测距方法时的一些独到见解和发现；二是扩展的作战识别（XID，eXtended combat ID）信息，包括在F-35构建起的分层分类的目标识别框架中声明对目标类型识别的不确定性概率列表，以及声明该概率列表的信心（误差）；三是射频参数信息，包括电子信号测量的一些性能参数（ESM，electronic signal measurement）。这些信息能充分发挥和利用F-35编队在空间上的分布和拓展性。

在只利用角度信息对目标进行多机协同定位时，洛马团队同样做了大量的工作，尤其是在计算测距误差方面，开发了独特的方法，获得了一些独到的见解，并发表出来，具体参考文献10、文献15和文献19。一是在对空中目标进行探测时，由于观测节点和目标都处于高速运动状态，F-35采用了传统的交叉定位原理与方法，如下表达式所示。

该方法的核心在于多机多目标协同探测时会产生大量鬼点（ghosts）并去除掉，如图12所示。该技术洛马没有详细展开。但作者研判，利用洛马提出的数据关联方法，自然会将鬼点去除。在如何计算定位误差问题上，洛马采用了两个探测节点对于定位点的协方差矩阵的相交方法进行计算，如下表达式所示。

图12 多机对空中目标的协同测距

对于地海面目标，尤其是主动辐射源目标，F-35采用的是业内经典的时差估计（TDOA，Time Difference of Arrival）方法进行精准定位。首先所有飞机在时间和频率上同步ESM信号的驻留信息，然后将接收到的脉冲和时间发送给动态指定的融合F-35节点，这个融合节点根据其他节点发动的信息形成共脉冲对（common pulse pairs），这些共脉冲对会在多机两两形成的等时线中相交（N架飞机会形成N-1个等时线，从几何数学可以证明这些等时线都是以两个观测飞机为焦点的双曲线），这个交点即可确定目标的位置和距离，如图13所示。

图13 多机对地海面辐射目标被动测距时形成的系列等时线（等时线相交确定目标位置）

传统方法利用TDOA测距时将此运用的CRLB（Cramer Rao Lower Bound）方法来计算定位误差，洛马公司实践证明当测量数据存在固有误差（biased errors）时，该方法无法正确反应固有误差的影响，计算结果太乐观，从而影响正确的态势认知和战术决策。洛马公司开发了独有的利用多个等时线几何相交模型来计算定位误差，获得的对误差的准确描述程度大幅提高，如图14和图15所示。

图14 洛马开发的用来计算定位误差的多等时线几何相交模型来

图15 洛马团队方法计算的定位误差与传统CRLB方法的误差仿真对比

五、跟踪责任分配（Distributed Track Reporting Responsibilities）

每架F-35都有多种传感器（雷达、ESM、EOTS、DAS），每个传感器都可能探测多个目标，甚至有些目标的虚假的，这会导致多节点在通过MADL数据链进行多目标航迹传递时造成大量的冗余和重复，这不但对整个编队的态势感知没有增加，还大幅加大了对链路和融合计算、存储的压力与资源消耗。因此，洛马团队对于如何在有限通信、降级通信，甚至不直接通信情况下，能合理有效分配不同节点、不同传感器对不同目标的分配责任，在达到整体态势感知目标的同时，最小化链路和计算资源消耗方面同样做了大量的工作，并在十五年间发布了多篇论文，详细情况请参考文献5、文献7、文献8、文献9、文献12、文献13、文献16、文献17。

许多融合算法假设通信带宽是无限大的，可以传递任何信息，但实际上链路带宽是有限的，随着距离拉大、干扰干扰等因素的影响，可通信的容量是动态变化的，有时会降低的非常严重。如何在这种情况下，只需节点间保持必要的隐性的（implicit）沟通，节点就可以动态的进行跟踪责任分配，从而最大程度保持编队的整体态势，是非常有重要意义的研究课题。

洛马团队充分借鉴了自然界的Stigmergy现象，被翻译为激励法则，一种自然界蚁群、蜂群、鱼群等涌现出来的重要的间接协调机制，不需要复杂交互和集中指控，每个节点通过“信息素”（pheromones）等方法来刺激和影响别的节点的行动，最终涌现出好似每个节点都在独立行动，但总体效果却看起来是通过复杂协调和交互分配才能实现的现象。本报告团队理解stigmergy法则本质上是制定简单的，本地的、基于个体执行的系列核心规则。放到编队信息融合研究领域，即每个节点只要遵守这些规则，不需要通过节点间的复杂交互（甚至不需要交互），即可实现在保证整体态势感知达到要求的情况下，对编队的链路开销和每个节点的计算资源开销最小（洛马团队自己的仿真分析可以下降2个数量级）。下面将简要介绍这些核心规则。

规则1：报告责任规则（Reporting Responsibility Rule）。如果两个节点都在同时上报同一个目标的航迹（假定都满足精度需求），那么离目标最近的节点负有上报目标航迹的责任。规则1对于编队节点都是同构节点，且目标均匀分配的情况下效果非常好。如果编队内有异构节点，有的节点没有配装规则1，则还是会出现跟踪大量冗余的情况。因此，洛马团队继续开发了如下规则。

规则2：默许规则（Acquiescence Rule）。如果一个节点在持续上报本应该是我的上报责任的目标航迹，那么我将交出这个目标的航迹上报责任。在规则1和2的约束下，每个节点还在持续根据整个编队的跟踪目标数和自己上报的目标数评估自己是处于超负荷、欠负荷、还是平衡负荷。比如前后编组的节点在进行探测时，处于靠前位置的节点总是离目标最近的，按照最近原则，上报责任是最多的，因此会导致目标跟踪上报负担会过重。因此，洛马团队开发了规则3。

规则3：平衡负荷规则（Loading Balancing Rules）。该规则又由三个子规则构成：1）如果我超负荷了，那么我将通过默许规则接收其他节点的帮助；2）如果我处于平衡工作负荷的状态，那么我什么也不做；3）如果我欠负荷，我可以从超负荷的节点中接过跟踪责任，但为防止剧烈变化，还应遵守以下三个更低层级规则：a）只能从超负荷的节点中接收跟踪责任；b）如果两个欠负荷节点同时要接一个目标，那么离目标最近的节点将接收；c）每个欠负荷节点从超负荷节点中最多接收的跟踪目标数量为超负荷节点超出平衡负荷的跟踪目标数除以所有欠负荷节点的总数。

洛马团队进行的仿真分析结果如图16所示。

图16 激励法则下的编队间自主动态跟踪目标责任分配

六、传感器自主管理（Autonomous Sensor Management）

F-35战斗机的传感器复杂程度高、传感器数量多和相互之间的交互、整合程度愈发强大，这导致了对这些传感器的控制远远超出了飞行员可接受的工作负荷，这需要开发一套基于传感器自主反馈的控制逻辑来实现传感器套件的闭环融合与控制，这在JDL融合模型中被称为4级融合。详细内容请参考文献2、文献19。

在F-35最早的功能划分中，洛马团队把数据融合和传感器管理独立设计，但随着设计的深入，洛马团队强烈感受到传感器自主管理是提升信息融合质量和传感器使用优化必不可少的关键环节，是闭环融合最基本的支撑，因此很快将传感器自主管理重新划归到信息融合功能里（the sensor manager was repartitioned to the F-35 fusion design soon）。

F-35传感器的自主管理既包括对单机多个传感器的自主管理，也包括对不同空间分布的传感器的自主管理。如何实现自主管理呢？核心策略是制定一个目标函数，然后从生成的多个传感器使用策略中优选出对目标函数收益最大的策略，从而实现传感器优化使用。传统策略由利用信息熵理论制定提高跟踪精度，减小跟踪协方差矩阵的目标函数，本质上是减小不确定性，信息熵熵减的过程。但一味强调提高跟踪精度，会忽略信息融合功能与最终任务目标达成的之间的关系。对于战斗机，信息融合的核心只能还是为飞行员提供态势感知能力，从而支撑飞行员在复杂的和多变的战场环境下做出关键的战术决策。

洛马团队提出了信息球的概念。信息球从实战环境下飞行员态势感知的视角，定义了在什么时间、什么距离下，必须做出什么样的战术决策，以及支撑飞行员做出这些战术决策许需要什么样的信息支撑。从F-35飞行员的角度看，不关心获取支撑决策的信息是由哪个传感器来完成的，这是信息融合系统的综合解决方案和给出的信息。因此，从信息球的信息边界（information boundaries，也就是时空距离）和每个边界所需要的信息需求（associated information needs）可以动态生成传感器自主管理策略中所需的目标函数，融合系统根据这些目标函数去自动化管理传感器套件的使用策略，以实现高效、快速的达到信息需求目标。除了支撑传感器自主管理，信息球理念还可以在设计之初支撑传感器的需求生成与分解。

洛马团队举了以本机为中心的远距离和中距离的信息需求为例进行了说明，如图17所示。当目标在远距离时，二维信息即可，飞行员需要知道目标的关键信息包括敌我、距离、方位、速度/接近速度、朝向，有了这些信息被认为足以支撑飞行员在这个距离对目标信息的掌握程度和决策能力；当目标不断靠近到中距离后，飞行员除了上述信息，还需要知道目标的平台类型，以及将目标二维信息拓展到三维，即增加高度和仰角信息等，这将支撑飞行员对本机与目标间的生存和杀伤态势进行战术评估。

图17 不同距离下飞行员对于目标所需的信息掌握程度不同

F-35的信息融合系统负责对航迹跟踪的优先与重要度排序，自主管理多种传感器资源和使用策略以维持对现有目标航迹的跟踪，不断收集和整合目标的识别特征信息，以及合理平衡维持现有目标跟踪和搜索发现新目标对探测资源的需求。不同航迹的重要度和精度需求如何确定呢？F-35主要根据信息球的信息需求、目标类型以及飞行员的指令来确定。F-35融合系统提供了与飞行员进行高效交互与协同合作的接口，飞行员指定或强调的航迹融合系统要将其重要度提升到最高，如果飞行员指定了对空或对地海面的某块区域的搜索任务，融合系统将自动管理和分配机上的主动、被动等多种传感器等指定的区域进行高效探测。

洛马团队在F-35信息融合系统里提出的是“精度够用即可”的思想（concept of sufficiency），而不是一味追求比如“最高精度”的融合需求而浪费了大量的宝贵传感器资源与时间，而所得到的结果又对飞行员的态势理解没有提升或提升不大。而什么样的精度精度被定义为足够，与信息球里定义的战术距离，飞行员的强调与指令有关。如此，能大量释放传感器资源进行新的方位、距离上的目标探测，掌握不同战术距离下的所有目标动向才是飞行员态势感知的根本需求，这也是飞行员F-22/F-35雷达的“快扫”技术的源头思想。这种传感器自主管理能力能真正将飞行员从“传感器管理者”角色中解放出来，变成真正意义上的战术家（tactician）。

洛马团队用一个理想传感器举例说明。假设这个传感器在目标上的不同驻留时间代表了不同的探测精度，而传感器对目标的不同更新频率又表征了对目标的不同跟踪精度能力，那么单位时间内（比如1秒内），传感器可同时跟踪的最大目标数量与驻留时间和跟踪更新频率的关系为：

计算得出的在不同驻留时间下，最大可同时跟踪目标数量与跟新频率的关系如图18所示。正如图中所示，采用“精度够用即可”的思想，放宽更新频率和减少驻留时间可以极大释放传感器可同时跟踪最多目标数量的能力。毕竟，在信息球的远距离，维持足够多目标的航迹跟踪比获得每个航迹的最高精度对于飞行员态势感知来说重要的多。

图18 系统驻留时间、更新频率与最大同时跟踪目标数量之间的关系

七、开发集成工具与环境

为支撑庞大、复杂、以编队视角为核心的融合概念开发、算法设计、软件开发、软件测试、集成硬件测试和试飞测试，洛马团队开发了F-35信息融合集成工具与环境，文献3和文献18详细介绍了这方面内容。

该工具环境主要包括两大部分，一是联合攻机战斗机集成航电性能预测与分析融合仿真（Joint Strike Fighter Integrated Avionics Performance Prediction and Analysis Fusion Simulation），简称JIFS融合开发与仿真环境，可以基于Windows系统的工作站上允许该环境，如图19所示。该环境包括想定生成模块、传感器模型、数据链模型，以及最重要的信息融合算法模块。真实的作战飞行程序OFP（Operation Flight Program）可以部署在该环境中，所有传感器和数据链随着开发工作的不断成熟和模型颗粒度的不断提升进行持续更新。该环境不但对于单机的融合算法、不同传感器和机上数据线路的消息格式、接口等进行了高可信的仿真，对于以4机编队为研究对象时，不同数据链路的格式、协议与接口同样进行了高可信仿真，如图20所示。通过该仿真环境，大量的早期关键问题可以在该环境中发现和解决，不必非得在地面测试环节或试飞环节去解决，那样的成本将是巨大的。

图19 F-35的JIFS信息融合开发环境

图20 单机与多机模式下的融合开发环境运行机制

二是数据分析工具套件。主要包括三个部分：1）数据分析与可视化工具，支撑设计人员更好理解传感器与融合算法之间的交互过程与交互机制；2）数据挖掘工具，能从海量数据中将关键时间序列、事件、打标签的一些信号挖掘出来，以供设计人员进一步分析；3）数据回放与异常处置模块。数据回放不但包括JIFS自身运行的数据结果，洛马团队同时开发了具备支撑回放地面测试和飞行测试数据的能力，可以将全寿命周期测试与验证阶段的问题在仿真环境中重现，从而更好的、更快的、更准确的理解问题和修复问题。图21展示的时数据分析中，设计人员可以查看任何一个航迹的连续性，以及这个航迹是由哪些传感器贡献的。这些工具一起，支撑了洛马团队在F-35的全寿命周期内，不断开发、验证、测试和改进复杂的融合系统与能力。

图21 F-35数据融合分析与可视化工具

八、几点思考

F-35从开始2000年左右开始研发、2011年正式服役，到2024年8月6日正式突破1000架，洛马公司在这漫长的时间里对信息融合系统做了大量的研发工作，其中部分核心的理念和方法被技术人员披露出来，形成了数十篇AIAA公开论文。从这些艰深的理论、智慧的方法中可以看到洛马工程师背后的努力。本章中作者将阐述一些思考和发展建议。

思考1：搞信息融合理论与方法团队如繁星般众多，信息融合的文献浩如烟海，搞战斗机的外国公司不在少数（达索、波音、诺格、洛马、苏霍伊、米格等），为什么只有洛马走到了顶峰，在空战领域的信息化层面走的如此彻底呢。洛马公司的宣传语“Your Mission is Ours!”（你的任务就是我的任务），其实充分表达了F-35的理念：谁能将需求和技术集成的最好，对战场需求理解的最透彻，并付诸技术集成和实现，谁将获得最好的能力。

思考2：在未来是人工只能赋能一切的时代，信息融合与人工智能如何更好的结合呢？美国空军实验室在2019发布的《自主地平线—未来之路》中，或许给出了关键方向和道路，如图22所示。自主系统的所有功能环节，从信息融合/感知、态势评估、推理决策、规划/重规划、到管理/执行，都需要和学习算法深度耦合。这些艰深/专业的专家知识/理论和深度学习/强化学习算法如何结合，也是行业面临的关键挑战。

图22 美空军实验室建议的未来自主系统架构

思考3：好的融合一定需要信号级融合吗？至少从洛马披露的信息看，都属于点迹融合的范畴。即使如此，洛马团队一再强调这种冗余交互给MADL数据链带来的巨大的负担，如何减轻链路压力始终是洛马的重要工作方向。洛马在F-35的Block4.3/4.4开发计划中透露过要开发多站虚拟雷达，这必须涉及信号级融合的处理技术，但没有找到更详细的技术资料予以佐证。信号级巨大的数据量，以及为这些数据打各种时间、脉冲、极化等标签，当前链路远远无法满足需求，更别提平台之间还有严苛的时空一致性要求。

综合来看，F-35是一型真正意义上的信息化战斗机。美空军作战司令部司令为此表示，战场上即使F-35已经没有武器，但只要有油，指挥官就想让F-35继续留在战场中。F-35在2025年的午夜之锤行动和2026年初的“绝对决心”行动中承担了核心的防空系统压制任务，主要原因就是F-35强大的信息融合能力和隐身能力。随着未来各类协同作战飞机的加入，以及电磁频谱对抗的加剧，以及人工智能和机器学习技术突飞猛进的发展，信息融合只会面临愈发复杂和艰辛的挑战，需要行业认真思考和对待。

本报告附录列出了本文参考的所有AIAA公开文献。

附录 参考文献

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窦相民先生此前已为《空天防务观察》提供3篇专栏文章，如下所列：

第1篇：再出招：从美空军部长肯德尔提出“七大优先发展事项”看美空军未来发展，2022年10月8日；

第2篇：“重回制海”—从分布式海上作战看美海军未来发展，2024年1月12日；

第3篇，化整为零：对美空军指控与作战管理的发展分析，2025年5月7日；

第4篇，正在照进现实：对美空军CCA的全面解读与评估，2025年8月10日。

有兴趣的读者，可点击上列文章（链接），阅读原文。

（航空工业 窦相民、白杨）

主编：张洋

制作：顾鹏程

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本篇供稿：航空工业

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以下文章来源于：先进工业技术

依托中国航空工业发展研究中心资源，围绕先进工业技术和军民两用技术，跟踪报道国外工业技术、工业基础领域的重大动向，提供分析和解读。

2025年，在新一轮科技革命和产业变革的推动下，军工材料作为孕育新兴产业、引领未来产业发展的关键领域，持续保障国家国防科技工业安全、装备现代化发展。世界主要国家均将军工材料技术作为科技争夺的制高点。过去六年，我们连续推出了“国外军工材料技术重大发展动向”，通过系统梳理该年度军工材料领域技术进展，评选出具有重大影响的十项技术，研判材料领域未来发展趋势，用以启发读者和科研工作者，提供探讨平台。七年以来，该项工作取得了不错的成效，受到了读者的广泛欢迎。

2025年，钼合金、钛合金、大幅面增材制造复合材料、隐身吸波材料、超高温陶瓷等关键材料突破了长期制约行业发展的关键问题，实现性能跃升；瑞典斯凯孚公司依托近十年技术积累，在欧盟“清洁天空”计划推动下研发出新一代ARCTIC15航空轴承钢，助力航空发动机行业整体升级；拓扑导体材料首次成功应用在量子芯片上，为量子计算的大规模应用奠定了基础；DARPA“水晶宫”计划聚焦复杂单晶材料的规模化制造难题，通过“材料博览会”“过渡池”等机制推动实验室技术向国防微系统应用转化。2026年1月，中国航空工业发展研究中心在北京组织专家开展了“2025年度国外军工材料重大动向”评选工作，本着重大性、先进性、引领性、基础性四大原则，从高性能金属材料、先进复合材料、特种功能材料、电子信息功能材料、关键原材料等五大领域共计180余条发展动向中，遴选出以下十条重大技术动向，供决策机构、科研单位和广大读者参考。

一、美国增材制造Molyclast钼合金强度提升60%

钼合金是以钼为基体加入钛、锆、铪、钨、铼及稀土元素构成的难熔金属合金，具有高熔点、耐高温、耐腐蚀及优异的1100-1650℃下高温强度，主要应用于火箭发动机喷管、核反应堆构件、电子管等领域。钼合金一般通过粉末冶金、熔炼工业生产，存在低温脆性、焊接脆性以及高温氧化等缺点，需要复杂的后处理工艺来提升其性能。2025年8月，美国麻省理工学院下属企业基础合金公司推出其新一代高性能钼合金产品Molyclast。该技术基于公司专有的MetalsFIRST工艺，融合了先进粉末冶金与烧结技术，有效绕过传统材料开发与生产瓶颈。Molyclast合金适用于3D打印，具备比现有同类材料细100倍的晶粒、更优的各向同性力学性能，以及高达60%的强度提升，并减少了冗长的后处理步骤，避免了传统钼合金零件制造过程中使用有害氢气及常见的脆化污染。Molyclast零件生产速度更快、成本更低，在热工、电性能以及极端温度下的稳定性方面具备明显优势，尤其适用于航空航天、国防、能源和其他工业高温领域，推动装备用高强度、耐高温材料的升级。

图 1 采用Molyclast合金制造的零件（来源：美国基础合金公司）

二、澳大利亚皇家墨尔本理工大学开发新型低成本3D打印钛合金

钛合金因其强度高、重量轻、耐腐蚀等优点，非常适合用于飞机部件。但钛合金价格昂贵，且熔点高、反应活性强，打印过程中容易形成不均匀的柱状晶粒结构，导致部件的强度随受力方向的不同而变化。2025年7月，澳大利亚皇家墨尔本理工大学增材制造中心从两个方面着手解决这个问题。首先，重新设计了合金配方，用更便宜、更常见铁、铜、镍等元素替代了昂贵的钒，大幅降低了生产成本。其次，开发了一种用于增材制造合金成分设计的新方法，可快速选择与3D打印兼容的合金元素，控制金属在打印过程中晶粒的形成方式，减少反复试验。测试表明，使用激光束定向能量沉积(DED-LB)技术生产的这种新型合金生产成本比常规Ti-6Al-4V合金低29%，且形成了均匀的晶粒结构，避免了柱状晶粒，打印的部件具有一致的强度和延展性，强度高于标准3D打印钛合金，延展性更好，更耐断裂。虽然目前新合金的确切成分仍处于保密状态，但研究团队已提交临时专利申请，并正在寻找合作伙伴以推进商业化生产。该合金有望推动3D打印钛合金的大规模商业化应用，对许多需要钛合金优势但又无力承担其高昂价格的行业产生深远影响。

图2 皇家墨尔本理工大学研制出更坚固、更便宜的钛合金（来源：皇家墨尔本理工大学）

三、瑞典SKF公司推出新型航空发动机轴承钢ARCTIC15

轴承钢是用于制造滚动轴承的滚动体和套圈的钢，需要高而均匀的硬度和耐磨性，对轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格，是所有钢铁生产中要求最严格的钢种之一。2025年11月，瑞典SKF轴承公司推出新一代航空发动机轴承钢ARCTIC15，是30多年首个针对航空航天应用的创新钢材，其承载能力是前代产品的1.5倍，可在400℃环境下保持硬度，能够承受更高的载荷、速度和恶劣的条件，性能远超当前航空航天钢材。为实现性能显著提升，采用新型材料的轴承开发将分两步推进：第一步是用陶瓷滚动体替代钢制滚动体，第二步是将陶瓷滚动体与新型轴承钢ARCTIC15进行配合。新型轴承钢材料的成功研发源自SKF轴承公司航空航天团队近十年的技术积累。在欧盟“清洁天空”计划推动下，航空航天团队通过从元素分析到全尺寸测试的全面验证，成功开发出新型轴承钢ARCTIC15。目前，SKF轴承公司航空航天工厂已经制造出轴承样件和全尺寸轴承原型，并完成断油运行等严苛条件下的极端工况测试，预计航空发动机公司将于2026年初开展地面测试，进一步验证其技术成熟度。目前这款新型轴承钢ARCTIC15数据已经在SKF轴承公司开放式平台“专利湾”进行共享，供业界免费使用。这款耐高温、耐腐蚀的特种轴承钢将助力新一代航空发动机实现更高功率密度与运转效率，推动航空业向2050年净零排放目标迈进。

图 3 航空发动机轴承（来源：网络）

四、美国赫氏合作推出新型高模高压缩强度单向预浸料

复合材料在压缩下的失效模式复杂且对缺陷敏感，所以复合材料的压缩强度通常是复合材料设计的限制因素。高模量纤维通常会导致复合材料的压缩强度下降。2025年5月，美国赫氏公司与特种材料公司宣布，合作开发的新型高模量碳纤维技术取得重大进展。特种材料公司Hy-Bor®技术将赫氏公司高模量HexTow® HM63碳纤维与硼纤维相结合，开发出了创新的Hy-Bor®混合单向预浸料。与纤维体积相近的纯碳纤维复合材料相比，这种新型高模量、高压缩预浸料使复合材料的零度压缩强度、开孔压缩强度和弯曲强度提高了2倍以上。该预浸料在减轻重量的同时，显著提高了复合材料的压缩强度，为商用航空以及军用飞机、卫星和导弹开辟了广泛的应用领域。这项技术缓解了纤维模量增加带来的复合材料压缩强度下降问题，满足了美国国防部下一代平台对碳纤维材料性能的要求。新产品的推出确保了美国高性能复合材料产品的稳定供应，拓宽了高模量碳纤维的应用范围，并使其在国防部各系统中保持性能优势。美国国防后勤局现已授予特种材料公司一份第二阶段小型企业创新研究项目合同，推进高模量Hy-Bor®复合材料技术。新资金将用于优化预浸料，增强其与手动铺层和自动纤维铺放制造工艺的兼容性，致力于以最低成本实现最佳性能。

图 4 美国赫氏公司与特种材料公司合作开发的新型混合碳纤维预浸料（来源：美国赫氏公司）

五、美国国家实验室利用真空辅助挤出法改进复合材料大幅面增材制造

图5 美国橡树岭国家实验室的大幅面增材制造复合材料（来源：美国橡树岭国家实验室）

大幅面增材制造（LFAM）技术能够直接打印用于航空航天、汽车及工装领域的米级结构件，大幅降低复合材料的制造成本，是未来航空航天制造业的主流技术方向。然而，大幅面增材制造技术的广泛应用一直受到材料内部孔隙的制约，这些孔隙会降低打印零部件的强度。减少孔隙率是提升材料强度、耐久性及整体性能的关键所在。2025年5月，美国橡树岭国家实验室开发出一种真空辅助挤出法，可减少75%的大幅面增材制造复合材料零件的内部孔隙率。美国橡树岭国家实验室的真空辅助挤出法的关键点在于，在挤出工艺中集成真空料斗，去除材料内部滞留气体，最大程度减少纤维增强材料中的孔隙。该技术可将孔隙率降至2%以下，且在不同纤维含量的情况下仍能保持这一性能。这项创新技术不仅解决了大幅面聚合物打印件孔隙率过高的关键问题，还为开发更高强度的复合材料开辟了新路径。这是大幅面增材制造行业的重大飞跃。虽然当前方法还不适用于批量化生产，但橡树岭国家实验室已开发出一种适用于连续沉积系统的专利待审方案。

六、美开发出选择性激光反应热解工艺实现超高温陶瓷高效制备

高超声速飞行器鼻锥、蒙皮、发动机喷嘴等热端部件对材料耐高温性能要求严苛，多采用具有高温抗氧化性、抗热震性、高热导率、低热膨胀系数的碳化铪等超高温陶瓷材料。传统制备工艺需大量机加工和高温处理，工艺复杂、周期长、能耗高；材料微观结构在制备过程中难以保持一致，成品率低；需采用模具，开模周期长、成本高，且难以制备复杂形状部件。2025年5月，在美空军研究实验室支持下，美国北卡罗来纳州立大学推出一步成形的选择性激光反应热解工艺，实现超高温陶瓷高效制备。该工艺的核心流程：在基板上涂覆液态超高温陶瓷前驱体薄膜，在真空或惰性气体环境下用120瓦二氧化碳红外激光局部加热前驱体薄膜，数秒内升温至2000℃以上，触发前驱体交联与热解反应，使前驱体直接转化为高结晶度、相纯纳米晶陶瓷。使用这种工艺，成品率可达50%~55%，传统工艺仅为20%~40%。这种工艺利用激光快速局部加热，仅需数秒即可完成碳化铪陶瓷制备，具有高效节能、成品率高等特点，且生产设备便于运输、部署，可有效支撑高超声速飞行器热端部件快速低成本制造，在高超声速飞行器的热防护涂层沉积与复杂热结构成形方面具有较大应用潜力。

图6 超高温陶瓷激光制备新工艺示意图（来源：美国北卡罗来纳州立大学）

七、德国新型多材料融合复合材料展现超高效雷达吸波性能

当前吸波材料仍聚焦于解决吸波效率低、对雷达波入射角度敏感两大突出问题。2025年7月，德国纤维涂层公司（FibreCoat）宣布研发出一种轻薄柔软的新型碳纤维增强吸波复合材料，核心技术在于以双组分复丝纱线为增强体，树脂基体中添加了精细化配比的亚聚甲基丙烯酸甲酯、碳纳米管、短切Alucoat纤维。与现有吸波复合材料相比，这种新材料具备两大优势：一是重量轻、吸波效率高。材料厚度0.5~6毫米可调，重量轻、设计灵活，X波段频（8~12吉赫兹，对空探测关键波段）雷达散射截面降低40分贝平方米，雷达波吸收率达99.99%，是现有雷达吸波复合材料的100倍。二是适用于曲面和斜面。横电模式60°与横磁模式45°入射角下，雷达散射截面均降低10分贝平方米以上，表明该材料在斜入射时仍可保持良好吸波性能。这种材料已完成实验室试验，2025年完成外场试验。这种新型多材料融合的复合材料，改进了传统吸波材料吸波效率低、需依赖厚重涂层、对雷达入射角度敏感等难题，为武器装备隐身设计提供了新的技术途径，可大幅提高飞机、航天器等的雷达隐身性能。

图7德国纤维涂层公司研发的新型雷达吸波材料（来源：德国纤维涂层公司）

八、美国极速自愈聚合物开拓航天器防护新路径

当前数据显示有超过32000块可追踪的、大于10厘米的太空碎片在近地轨道上空运行。即使是一小块碎片也能穿透航天器透燃料箱、摧毁电池或撕裂电子设备和结构。传统的体防护措施如惠普尔屏蔽罩，依赖于金属层，这些金属层会增加质量、阻挡射频信号，并且在受到撞击时会产生更多碎片。2025年5月，美国德州农工大学研发出一种新型瞬态自修复聚合物。德克萨斯农工大学的新材料属于狄尔斯-阿尔德聚合物，核心结构基于可逆动态共价键网络，由呋喃与马来酰亚胺基团通过狄尔斯-阿尔德反应形成。当直径3.7微米的高速硅颗粒冲击厚度小于0.5微米的聚合物膜时，局部迅速液化，冲击后减缓再度固化，在纳秒至微秒内完成“断键-熔融-拉伸-重组”的修复循环，修复后孔洞小于弹丸本身，展现出前所未有的响应速度与重复自愈合能力。与现有自修复材料相比，该材料展现出两大显著优势：一是高效动能吸收与瞬时修复能力。材料在受到高速冲击时，动态共价键断裂吸收动能并触发局部熔融，冲击结束后迅速冷却重构共价键，修复过程在亚微秒级内完成，远快于需分钟至小时级修复的传统材料；二是损伤孔洞最小化。材料修复过程中液态流动，最后形成的穿孔尺寸仅为撞击物的几分之一，相较于普通聚合物，极大保证了冲击后的结构完整性。该材料比传统金属防护系统重量轻，且没有二次碎片损害风险，有望为航天器舷窗、卫星等应对微陨石和太空碎片撞击，提供超强在轨防护。

图8 美国德州农工大学的自修复聚合物可吸收高速撞击能量并快速自我修复（来源：美国德州农工大学）

九、美国微软公司首次将拓扑导体材料成功应用在量子芯片上

拓扑材料是一类非常有前途的量子计算载体，其关键结构通常基于量子线与量子点的组合。2月，美国微软公司发布全球首款拓扑量子芯片“马约拉纳1号”（Majorana 1），首次在单片8位拓扑量子比特阵列上实现误差率低于容错阈值，验证了“干涉单次奇偶测量”技术，核心创新在于采用拓扑导体材料，首次实现对马约拉纳粒子的稳定控制。

拓扑量子比特因具有天然抗干扰特性，在纠错能力上显著优于传统超导量子比特。该芯片采用由半导体砷化铟与超导体铝合成的拓扑导体材料制成，通过操控马约拉纳粒子实现高稳定性量子比特运算，作为微软近20年拓扑量子研究的核心成果，已用于数学问题验证与量子计算机原型研发，为大幅降低量子纠错开销、构建实用型容错量子计算机开辟新道路。马约拉纳零能模（特定条件下量子信息载体的特殊稳定态）呈现出独特的能态结构：存在一个满态和一个空态，构成非局域的双粒子态，并可通过编织操作实现量子逻辑门。该特性使得基于马约拉纳粒子的量子计算能够利用量子纠缠来实现，同时有效避免外界噪声干扰。“马约拉纳1号”基于这一原理，具备更强的抗干扰能力，显著提高了计算单元的稳定性，且具有很强的量子比特扩展性，为量子计算的大规模应用奠定了基础。

“马约拉纳1号”芯片采用4英寸砷化铟-铝三维纳米线，构建“H”型拓扑岛阵列，优化了马约拉纳零能模的空间分布和耦合可控性，为实现复杂拓扑编码提供了物理基础；单芯片集成8个拓扑量子比特，单量子比特的宽度仅0.01毫米，单量子比特门保真度98%；干涉单次奇偶测量错误率0.5%，低于表面码1%阈值。“马约拉纳1号”芯片的问世，标志着量子计算技术发展达到新的里程碑。该芯片展现的拓扑量子比特材料和架构、可扩展性、快速测量和纠错技术，为构建大规模量子计算机提供了一条新路径，微软还将在“马约拉纳1号”基础上，进一步强化高密度集成、快速操作、拓扑保护等能力，推动拓扑量子比特计算的实用化进程。

图9 微软拓扑量子芯片“马约拉纳1号”

十、美国DARPA启动变革单晶材料生产工艺的“水晶宫”计划

尽管当前的半导体行业已经熟练掌握了硅等简单材料的生长技术，但未来先进雷达、自主飞行平台的微系统将日益依赖结构更为复杂的多元晶体材料。然而，现有的材料生长工具主要依赖于温度、压力和流速等宏观层面的全局控制，而决定材料生长的物理过程实际上发生在纳米尺度的局部。这种全局控制能力与局部生长物理过程之间的不匹配，导致了复杂材料在扩大生产规模时极易出现缺陷、不均匀甚至完全失败。这使得许多在理论上具有优异性能的材料长期受困于实验室，无法被集成到实际的国防系统中。2025年12月，美国国防高级研究计划局（DARPA）公布名为“水晶宫”（Crystal Palace）的项目计划，通过从根本上重新思考物质的生长方式，推动国家安全技术的重大进步。该项目由DARPA微系统技术办公室主导，核心目标是革新下一代微系统所需的单晶无机材料的生产工艺，解决新材料从实验室走向规模化制造的难题。“水晶宫”项目为期36个月，分两个阶段实施。第一阶段为期18个月，要求项目参与者演示在至少2英寸的尺度上，对一种复杂材料的成分、结构和单晶均匀性进行精确控制的可行性。第二阶段则进一步提高要求，需证明所开发技术的通用性，并在项目结束时成功演示四种不同复杂材料的规模化均匀单晶生长。该项目明确排除了体块生长和材料转移等传统技术，专注于开发能够直接在微系统相关衬底上进行生长的新型工具，以实现对原子级生长过程的局部控制。此外，该项目还意在填补人工智能辅助材料设计与实际制造能力之间的鸿沟。虽然深度学习模型已能预测出大量高性能的新型化合物，但缺乏相应的生长技术限制了其应用。DARPA计划通过“其他交易”协议机制，并设立“材料博览会”和“过渡池”等环节，积极推动技术向政府和工业界转移，确保新型单晶无机材料能够快速转化为实际的国防生产力。

图10 DARPA“水晶宫”项目图标（来源：DARPA官网）

（中国航空工业发展研究中心 胡燕萍、陈济桁、徐冬翔、马筱逸等）

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本篇供稿：工业技术研究所

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以下文章来源于：国际航空

来，交个朋友，聊聊全球航空航天业。

2025年12月8日，波音防务公司澳大利亚分部与澳大利亚空军合作，利用一架MQ-28A“幽灵蝙蝠”（Ghost Bat）无人机成功地试射一枚AIM-120空空导弹，并摧毁了“战斗机级”靶机。

本文已发表于《国际航空》2025年第12期。

主编：张洋

制作：顾鹏程

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本篇供稿：中国航空研究院

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欧盟27个成员国中除马耳他外均已成为“佩斯科”机制成员国。截至2025年10月，该机制已征集并启动六个批次共83个项目，目前66个项目已从孵化阶段进入执行阶段。

本文发表于《环球财经》2025年第12期。

2025年10月1日，欧洲防务局（EDA）依据欧洲理事会决议编制并发布《“佩斯科”永久结构性合作（PESCO）项目进展报告》更新版，对该机制下的欧盟防务项目进展等进行了阶段性总结。该机制是欧盟推进欧洲先进国防技术发展和转化的核心举措，目前处于运行的第一阶段（2017年底至2025年），已启动83个项目，多数已进入执行阶段，有力推进了欧洲国防能力建设。

图1 “佩斯科”永久结构性合作（PESCO）机制示意图

一、机制概况

欧盟于2009年在《里斯本条约》中正式确立《共同安全与防务政策》，其中“佩斯科”永久结构性合作机制是唯一的实质性军事合作条款，它允许部分意愿更高、能力更强的成员国积极探索强化防务合作，从而共同发展欧盟防务能力，同时最大限度提高防务开支效益。2017年12月，欧洲理事会批准《关于建立“佩斯科”的决定》，此时25个欧盟成员国签署了该机制框架协议。协议要求参与成员国行使增加防务开支、共同规划和共享防务资源、联合使用现有和未来的防务力量、强化欧盟战略自主并加强欧洲防务技术与产业合作等20项承诺（下文简称“约束力承诺”）。在丹麦于2023年5月加入该机制框架协议后，欧盟27个成员国中除马耳他外均已成为“佩斯科”机制成员国。截至2025年10月，该机制已征集并启动六个批次共83个项目，目前66个项目已从孵化阶段进入执行阶段。

“佩斯科”机制项目的资金来源主要是成员国、欧洲防务基金（EDF）以及欧洲防务局。首先，参与该机制成员国必须为达到约定目标定期提高防务预算，将全部防务支出的20%进行防务投资，增加联合与合作的战略防务能力项目；将约2%的防务支出用于共同防务研究与技术，并建立对上述“约束力承诺”的审查机制。其次，作为欧盟内防务合作的激励措施，“佩斯科”机制下项目有资格通过欧洲防务基金获得欧盟预算的共同资助（使投资金额增加10%），其中原型开发活动可获得30%的投资，最高投资占比可达50%。目前获得欧洲防务基金资助的项目中，近三分之一都关联到了“佩斯科”机制下启动的项目。最后，应成员国要求，欧洲防务局可直接设立“佩斯科”机制下的重点项目并予以资助。

二、项目安排

1. 总体情况

从2018年3月至2025年5月，欧洲理事会通过“佩斯科”机制，分六个批次批准启动了83个合作项目（见表1），涵盖训练、陆上、海上、空中、太空、网络、战略赋能要素与力量倍增器（该领域在2025年前称为“赋能与联合作战”）这7个作战领域。截至2025年10月，正在运行项目共计74个。

表1 “永久性结构合作”各批次启动项目情况

已完成或终止的项目中，有6个是已完成预期成果或已将初期成果转入新批次的“佩斯科”后继项目，如“欧盟部队危机应对行动中心”已建成全面的部队／能力数据库以支持欧盟快速部署能力；“欧洲医疗司令部”促成了常设跨国实体“多国医疗协调中心”的成立；“综合无人地面系统”已交付了原型系统；“欧洲攻击直升机”已授出能力升级合同等。另有3个项目（“间接火力支援能力”“共享基地”“欧盟试验与鉴定中心”）的终止原因无说明，研判是因相关参与国未达成一致或进展不及预期。

2. 项目分布

从领域分布看，7大领域均有覆盖，以空中和战略领域最多。“佩斯科”机制下，当前正在实施的74个项目在7个作战领域分布上较为均衡，除太空领域（4个）外，其余6个领域的项目数量均在9～13个之间，其中空中、战略赋能要素与力量倍增器领域项目最多（均为13个），陆上、网络领域次之（均为12个），此外海上领域11个项目，训练领域9个项目。

图2 “佩斯科”机制下各领域项目数量（本文作者制图）

从批次分布看，不同批次的项目安排和参与情况各有侧重。首批项目侧重提升各参与国之间协调行动的互用性与可部署性，增强参与国参加“佩斯科”机制的信心与积极性，因此第1批项目的平均参与国数量要明显多于后续5个批次，如“军事机动”项目涵盖24个欧盟成员国与英国、美国、加拿大、挪威、瑞士等第三方国家，是全部74个项目中参与国最广泛的项目；第2批项目的领域分布较为均衡，侧重陆上、海上、空中、网络领域；第3批项目侧重训练和联合作战能力发展，“赋能与联合作战”与“训练与设施”两个领域项目数量占该批次七成；第4批项目侧重航空航天领域的共同投资和发展，仅空中领域项目就达到了6项；第5批项目涉及了除太空领域外的其余6个领域，项目分布均衡，包括了未来军用旋翼机、空射导弹、通信基础设施等项目。第6批项目覆盖更广泛的战略领域（如防空反导和网络）和更具体的应用（如士兵系统和野战医疗设施），其中陆上领域新增5项；项目主要由德国、法国和意大利牵头，其中德国牵头6项，数量超过本批次的一半。

从国家分布看，牵头国家较多，但法德意明显处于优势地位。在26个参与“佩斯科”机制的欧盟成员国中，共有18个国家成为至少牵头1个项目的“协调国家”（coordinator）。但在其中，9个国家仅牵头协调1个项目，而法国、意大利、德国则牵头最多，分别牵头协调16个、14个、14个项目，占总项目数的60%，是“佩斯科”机制项目的主导者。

图3 “佩斯科”机制各成员国实体牵头项目数量（个）（本文作者制图）

3. 项目进展与成果

根据《“佩斯科”项目进展报告》，当前7个领域多数项目已进入执行阶段，已取得的成果呈现多样化特点，其他进展中的项目也展现了良好前景。

① 战略赋能要素与力量倍增器领域

正在实施13个项目，重点围绕优化军事行动保障体系，推动关键技术研发以提升战略支援能力。其中参与国最广泛的“军事机动”项目推动跨境军事运输程序简化和标准化，将于2026年形成完全作战能力；“后勤枢纽网络”基于欧洲各地现有后勤能力和基础设施，建立了跨境后勤网络解决方案，促进军事运输；“天基战区监视下的及时预警与拦截”通过整合天基预警和拦截器，建立欧洲自主的防空能力并强化对北约反导体系的贡献；“战略优势量子赋能计划”旨在开发应用于网络安全和防空反导的量子技术。

② 空中领域。

正在实施13个项目，以打造未来空中作战优势为核心，覆盖防空、无人系统、空中运输等关键方向。其中重点项目“空中力量”正着力明确未来空中优势系统所需的技术要素，提高欧盟成员国武装部队的空中优势能力；“一体化多层防空反导系统”致力于开发分层导弹防御概念；“未来近程空空导弹”正在协调并制定需求方案；“欧洲无人机”已于2025年10月通过关键设计评审，将从设计阶段转向原型开发、试飞和认证阶段；“反无人机系统”已进入收尾阶段，后者正在开发可探测并拦截小型无人机的模块化指挥与控制系统，同时“下一代小型无人机”已按计划进入孵化阶段；“超大型货物战略空运”和“未来中型战术运输”均在减少对外部空运支援依赖方面取得进展。

③ 陆上领域。

正在实施12个项目，主要推进地面作战装备升级与协同作战能力建设，聚焦无人系统与火力打击体系研发。其中“综合无人地面系统-2”在此前一期项目基础上继续开发用于地面作战支援的无人装备原型系统，将与其他平台为实现有人／无人编组协同作战提供全面的战斗支援；“主战坦克仿真与试验中心”已通过制定明确路线图并确定关键仿真建模组件，为联合训练与仿真提供了平台；“欧盟超视距陆地战场导弹系统”将推动可集成于多平台的中程导弹系列研发；“反炮兵火力传感器系统”继续集成目标截获、指挥与控制和效应器，用于快速响应对抗火炮威胁的作战行动。

④ 海上领域。

正在实施11个项目，以构建欧洲自主海上作战与防御体系为目标，重点推进舰艇研发与海底安全监测。其中“欧洲巡逻舰”在欧洲联合军备合作组织框架下已完成需求统一并进入采购阶段，计划于2030年代初交付首批舰艇；“欧洲护航核心要素”继续推进水面作战舰艇的五大系统关键能力，包括作战系统、通信和信息系统、导航系统、平台管理系统和系统集成；“关键海底基础设施保护”近期参与成员国数量增加，将重点构建水下监测网络实现水下态势感知能力。

⑤ 网络与C4ISR领域。

正在实施12个项目，聚焦构建欧盟统一军事信息基础设施，强化网络空间态势感知与高空情监侦能力。其中“网络快速反应小组与网络安全互助”已投入运作并定期部署能力以监控和防范网络入侵；“网络和信息域协调中心”已实现初始作战能力，为欧盟范围内的网络防御协作奠定了基础；“未来联合情监侦合作中的电子战能力和互用性”已进入收官阶段，完成了从欧洲视角评估电子战能力缺口及应对方案的可行性研究；“用于北极的指挥与控制效应器和传感器系统”进入实施阶段，将开发新一代可扩展多功能电子战系统。

⑥ 太空领域。

正在实施4个项目，提升欧盟自主太空军事应用能力，重点突破图像共享与导航技术。其中“政府图像通用枢纽”正向一个用于安全分享图像的统一平台迈进；“欧盟无线电导航解决方案”推动了欧盟关键军事能力的发展，例如基于“伽利略”卫星导航系统的定位、导航与授时技术及导航作战理论体系。

⑦ 训练与设施领域。

正在实施9个项目，完善欧盟军事人才培养体系，推动训练、作战仿真、化生放核防御等培训机构和基础设施建设。其中“欧盟联合情报学院”已开设多门情报课程，并计划于2025年底前达成完全作战能力；“欧洲防务空运训练学院”推进了运输机飞行员标准化培训工作。

三、几点认识

1. 深化细化需求牵引研究，有效高效牵引能力发展并强化实战化检验标准

俄乌冲突爆发以来，欧盟各成员国迫切需要缩小仅靠单一国家难以生成的能力差距，此后通过“佩斯科”机制开展的项目重点强调作战导向，提升欧盟综合防务能力。如第6批启动的11个项目重点填补防空反导、电子战、后勤医疗等关键缺口，直接响应潜在的高强度作战需求。

2. 深入研究借鉴“佩斯科”机制，打造军工合作体系，强化安全塑势能力

“佩斯科”机制实施双层运行管理，在欧洲理事会层负责政策指导与评估，从顶层统筹、约束力承诺监督入手，确保合作方向的一致性，全流程监管合作项目实施效果；项目层则允许成员国依据能力与意愿自主选择参与，减少防务合作中“一刀切”的合作阻力。

3. 重视充分培育和整合利用全国全球优势资源，推动军工产业技术协同发展，进一步壮大和建强供应链

“佩斯科”机制下的项目依托欧洲产业协同反哺其合作机制，形成双向赋能效应，推动欧洲防务一体化和战略自主。如“后勤枢纽网络”整合各成员国分散资源，打破地域与行业壁垒，建立了国防工业协同平台；“欧盟无线电导航解决方案”依托欧盟“伽利略”卫星导航系统构建军事应用能力，形成泛欧的技术军民转化通道，同时孵化量子技术等新兴防务产业方向。

（中国航空工业发展研究中心  刘天易）

主编：张洋

制作：顾鹏程

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本篇供稿：科技战略与系统工程研究所

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2025年11月，美空军为响应美国防部采办改革，成立了“关键重大武器系统直报投资组合主任” （the Direct Reporting Portfolio Manager for Critical Major Weapon Systems，DRPM），将空军重要装备建设项目（B-21下一代轰炸机、F-47下一代战斗机、“哨兵”下一代陆基洲际弹道导弹、“空军一号”VC-25B下一代总统专机）从传统军种采办管理中剥离，直接向国防部副部长汇报。此举旨在打破美采办体系的官僚层级、加速决策与交付，是传统采办体系向“备战”状态转型的关键一步。 

一、背景动因

此次美空军成立的项目组合经理，是自2025年1月特朗普再次上台后，延袭大国竞争战略，不断推出一系列国防采办体系改革的具体落实。

此前，美国总统特朗普于2025年4月签署《实现国防采办现代化并刺激国防工业基础创新》行政令，要求全面改革现有国防采办系统；美国防部（2025年9月更名为战争部）同月发布《美陆军转型和采办改革备忘录》，要求美陆军部长改革陆军军种的采办系统。6月美国国会众议院发布《简化采办流程以实现有效执行和交付》法案，要求通过改革国防部采办系统，将为满足作战需求的采办活动交付周期控制在90～150天以内。8月，美国防部发布《改革联合需求流程以加速作战能力部署》备忘录，终止已实施二十余年的“联合能力集成与开发系统”。至此，拉开了对原有“三位一体”（需求生成、预算分配、采办执行）的采办体系的全面改革。

截至11月7日，美战争部针对此前的采办改革举措试点，发布了《采办转型战略》及三份相关备忘录文件（取消“联合能力集成与开发系统”、采办转型初步实施方案、调整对外军售），作为前期一系列采办改革措施的总结升华，明确大国“备战”思想。

2025年的一系列采办改革，十分符合特朗普政府的执政风格。特朗普政府拥有较为明晰的政策路线图，高度重视扩张总统权力，力图改造美国政府体制，强调政府办事要更像企业管理，减少官僚体系，重视效率，倾向更多使用商业技术和民营力量。

二、主要内容

此次美空军成立的“关键重大武器系统直报投资组合主任”，由空军采办执行官军事副手戴尔·怀特中将担任（目前空军采办执行官职位暂缺），负责统筹管理F-47战斗机、合作式作战飞机（CCA）／无人战斗机僚机、B-21轰炸机、LGM-35A“哨兵”洲际弹道导弹和“空军一号”VC-25B总统专机，直接向美战争部常务副部长史蒂文·范伯格汇报工作。

此前，美战争部已表示将改革采办项目管理模式，传统采办项目管理分为“国防部采办执行官－军种采办执行官－项目执行官－项目主任”四级层级，此次管理改革主要聚焦在对“项目执行官”的管理层级与职能调整。

项目执行官（ProgramExecutiveOfficer，PEO）：项目执行官是指在军种采办执行官领导下，负责审查若干个项目的工作计划和执行情况，协调和解决项目主任提出的问题。项目执行官可能负责特定项目（例如F-35战斗机项目），也可能负责一系列类似项目（例如美海军数字和企业服务项目执行办公室）、项目主任负责管理大型项目中的各个子项目。

投资组合执行官（Program Acquisition Executives，PAE）：此前，美战争部在11月发布的《采办战略转型》中设立“投资组合执行官”，明确要求各军种将“项目执行官”转变为“投资组合执行官”。投资组合执行官仍受军种采办执行官管理，并按照能力以项目组合的方式统筹管理多个项目执行官的项目（例如美陆军可能会重组其现有的12个项目执行办公室，将其纳入6个与陆军作战概念和职能相符的项目组合)。投资组合执行官将获得更大的资源分配权、需求调整权和采办决策权，能够直接管理采办、合同、试验和系统工程等领域的专业人员。同时要求设立支撑投资组合执行官的配套管理体系，例如相培养课程、技术专家，全面保障投资组合执行官能在项目之间灵活权衡。

关键重大武器系统直报投资组合主任（the Direct Reporting Portfolio Manager for Critical Major Weapon Systems，DRPM）：本次美空军设立的关键重大武器系统直报投资组合主任直属国防采办执行官管理，绕过军种采办执行官，主要管理美空军面向作战的核心装备项目和重大问题装备项目。前者包含F-47战斗机，合作式作战飞机和B-21轰炸机，属于美空军下一代空中装备系统簇。后者则包含LGM-35Ａ“哨兵”洲际弹道导弹和VC-25B“空军一号”总统专机，LGM-35Ａ“哨兵”洲际弹道导弹成本严重超支800亿美元，VC-25B“空军一号”进度严重滞后且成本超支。目前，该职位的具体职能还尚不清楚。

三、简要分析

1.PEO、PAE和DRPM管理对象虽都是多个装备但内涵不同

传统采办项目管理对象以“平台为中心”，项目执行官（PEO）聚焦重大单一装备（如F-35战斗机）或同类装备（如轰炸机），缺乏跨项目管理理念。美国防部要求设立的“投资组合执行官”（PAE），旨在面向作战能力，以任务工程与能力组合理念为指导，对军种内项目进行跨领域统筹。美空军设立“关键重大武器系统直报投资组合主任”（DRPM）在形式上看似是跨平台进行管理，但其内在组合逻辑并非“能力组合管理”强调的任务导向和杀伤链闭合，而是以“重要平台、问题突出”进行项目筛选。

2.采办管理模式由多级管控向扁平集权转变

此次改革，显著压缩采办管理模式权力结构与审批链条，“投资组合执行官”将需求管理、预算分配与项目执行管理权力集中，而关键重大武器系统项目组合主任，则绕过军种采办执行官。这种采办管理模式能加快跨项目资源调配，强化顶层对成本与进度的统筹权衡，契合特朗普政府“效率优先、去官僚化”的执政风格。但风险亦不容忽视，过度集权可能削弱在技术细节和作战适配性上的专业判断，这种“战时式”扁平集权，虽可短期提速，但若缺乏任务工程与数字工程支撑，未必能真正实现“快速、灵活、高效”的深层转型目标。

3.采办管理改革目标聚焦减少官僚干预，加快装备交付

此次改革新设立的“投资组合执行官”与“关键重大武器系统直报投资组合主任”，核心管理目标仍是通过在项目组合中设立单一责任人，将关键决策高度集中，以便在进度、性能与成本之间做出平衡取舍，从而避免责任分散导致决策滞后；管理目标仍是压缩审批链条、减少中间层级，以提高决策速度，提升采办效率，以实现快速、灵活、高效地交付装备。

（中国航空工业发展研究中心 李若琪、于晓伟）

主编：张洋

制作：顾鹏程

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本篇供稿：科技战略与系统工程研究所

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其他交易授权（OTA）形式的合同，从数量、金额、类型等方面都在扩大，在美国防合同中发挥着越来越大的作用。

2025年4月9日，美国总统特朗普签署14265号行政命令《现代化国防采办并刺激国防工业基础创新》，指示国防部（当时尚未改名战争部，故沿用旧称，下同）提交一项改革国防采办流程的规划。该命令指示国防部“在自适应采办框架（AAF）之内……采用现有授权加快国防部采办进程，包括优先使用其他交易授权（OTA）。”

特朗普总统于2025年4月签署行政命令（美国白宫照片）

同年11月7日，美战争部长皮特·赫格塞斯在国家战争学院发表了题为“自由兵工厂”的演讲，正式启动国防采办系统的战时改革。在当日签署的战争部长备忘录《将国防采办系统改革为战争采办系统，加速给我们的战士部署紧急需求能力》中，赫格塞斯要求优先选择其他交易授权等灵活的资金机制签订合同，以绕过传统的联邦采办条例（FAR）限制，确保“我们的合同/协议主管官员最大化合同签订的灵活性并加速武器交付”。

皮特·赫格塞斯在国家战争学院演讲（美战争部照片）

一、战争部全面提升OTA使用优先级的背景

1.对战时总统罗斯福的模仿

1940年12月29日，罗斯福总统发表炉边谈话，向美国人民强调法西斯国家对美国的威胁，号召大家加班加点生产军事装备，早日帮美国完成军事重整，帮助欧洲国家抗击侵略者，并宣布美国是“民主兵工厂”。赫格塞斯效仿罗斯福，以“自由兵工厂”为题发表演讲，一是作为特朗普总统的忠诚战友，效仿特朗普借用里根总统“让美国再次伟大”（MAGA）的竞选口号，将特朗普的“美国优先”理念与里根“以实力求和平”的保守主义遗产进行历史对接，并唤起民众对美国二战时期昔日荣光的追忆；二是抨击五角大楼的官僚体系效率危机，指出其对美国国家安全的“隐蔽威胁”，为“战时速度”正名，正式接过“过去24年多位国防部长试图撼动官僚体系”的接力棒；三是重振美国原本“自由的”国防工业基础，引入商业领域的竞争和创新速度，打破少数承包商巨头的垄断枷锁，构建一个充满活力的供应商生态。

2.对战争部十年来战时采办改革的具体落实

2015年，美国国会众议院和参议院武装部队委员会对当前的国防采办系统表示担忧，认为它不能应对美军竞争对手日渐迫近的技术压力，这些对手不受类似美国国防部繁琐的采办条例的约束，因而能够更快的进行技术革新。美国国会认为，国防部必须使其采办系统以战争时期的速度运行。

2018年1月，美国《国防战略摘要》指出，胜利不再偏爱首先开发出新技术的国家，而是率先将新技术更好地集成并用于战争的国家。当前过度合规性的流程并不对需求响应，因而必须进行改革从而以相关速度交付性能。

2020年1月，美国防部正式发布自适应采办框架（AAF）及所有六种不同采办路径的指导文件，旨在加快采办速度并使流程更加敏捷，将美军的采办文化从“千篇一律”转向“自适应”，从购买者遵循完美的流程转变成购买者为战士交付正确的能力，及时给联合部队在所有军事行动中提供压倒性优势的杀伤力。

2023年7月，美国防创新委员会（DIB）《决定性十年的创新战略》指出，美国防部的行动速度不能满足美国的国家安全需求，必须缩短科技创新和作战人员的距离，快速采用和扩展创新解决方案，并建立一个更广泛、更多样化的创新者网络，整合全国和盟友的创新资源。

赫格塞斯延续了十年来的国防部改革主线，在演讲中强调战争部的基本目标是“速度”，共重复该词达28次，并发挥其媒体评论员特长搞个大新闻，将国防采办系统更名为战争采办系统。OTA完全为“速度”这一目标而生，一是能够大幅缩短合同签订时间，二是能为战争部快速吸纳非传统国防承包商的科技创新。

3.对OTA应用现状进行法理性强化

1958年，美国国会首次赋予美国航空航天局（NASA）签订其他交易协议的权力，以便在太空竞赛中赶上苏联。1989年国会将此权力扩大到国防部国防高级研究计划局（DARPA），国防部才开始获得此权力。但数十年来OTA的应用一直不温不火。直到2015年，国会为加速其国防采办系统的运行，持续放宽有关OTA的规定，允许国防部更激进地授予更大金额的OTA协议，并尝试使用OTA签订生产合同。美国国会809小组2018年6月发布的改革报告中，建议澄清并扩大其他交易授权的使用。报告指出当前的法规授权没有充分允许使用OTA进行后续生产，也不能利用OTA在必要时快速部署现有技术。此后OTA的授权条件不断放宽，授权机构不断增加，整体数量和规模激增。

自美国《2016财年国防授权法（NDAA）》授权中间层采办（MTA）之日起，就常与OTA结合使用，并带动OTA快速增长，但更多出于一种“天生联合”而非强制要求。2025年3月6日，赫格塞斯发布了题为《指导现代软件采办以最大化杀伤力》的备忘录，重点聚焦扩大软件采办路径（SWP）的使用范围，并加快国防部的软件采办流程。在备忘录中，赫格塞斯要求项目经理将OTA作为“默认招标方式”。这标志着OTA开始与自适应采办框架中的软件采办路径有了正式的强制绑定关系。

同年4月30日，赫格塞斯发布了题为《陆军转型与采办改革》的备忘录，指示“利用OTA加快关键技术的原型开发和部署；这包括软件和软件定义的硬件。”尽管陆军多年来在国防部中已经是使用OTA最多的军种，该备忘录依然加强了OTA使用的正当性和优先级。

二、战争部十年来的OTA应用趋势

1.OTA的法律授权不断扩大

2015财年以来，美国国会不断通过历年《国防授权法》（NDAA）扩大OTA的法律权限以促进其应用。