2020年9月15日, 时任美国空军采办、技术与后勤助理部长威尔·罗珀在空天网年会线上会议中宣布，“下一代空中主宰”(NGAD)项目的全尺寸验证机已经首飞[1]；2020年8月18日美国海军研究协会网站报道，美国海军航空系统司令部(NAVAIR)成立了NGAD办公室(PMA-230)，正加速下一代舰载战斗机的发展[2]。在当前大国竞争与大国博弈的背景下[3]，随着美国空海军紧锣密鼓地加速下一代战斗机研制，关于未来空战形态演变的研判和未来战斗机发展趋势的讨论也愈发激烈[4-11]。通过回顾空战制胜机理的演变历程，结合当前美国的技术布局和学界研究，对未来空战形态进行了研判，并就战斗机的能力与规模，装备结构的专用与多用，以及数字工程与快速采办等影响战斗机发展决策的几组重要关系进行了讨论，最后给出了作者对未来战斗机发展趋势的理解。
1 空战制胜机理演变历程 1.1 能量机动制胜时代按照战斗机的攻击方式，能量机动空战时代包括了航炮时代和尾后攻击红外导弹时代，并一直持续到20世纪70年代末，按照CSBA整理的1965—2002年的空战统计，这两种攻击方式造成的杀伤之和占到了该时代下总空战杀伤数的90%以上[11]。如果说博伊德提出的OODA决策循环是人类进行博弈认知的公理式模型，适用于过去、现在和未来的所有空战形态，那么博伊德提出的能量机动理论则总结和提炼了数十年能量空战时代的本质特征，并深深影响了第三代、甚至是第四代战斗机的设计与发展。
经历了短暂的枪支上天进行空空作战后，空战迅速进入了航炮时代[12]。航炮空战主导了20世纪半个多世纪的空战模式，跨域了螺旋桨飞机和喷气式飞机两大类机型。航炮空战时代在信息域和认知域的博弈主要依靠飞行员的眼睛和大脑，在物理域的行动和攻击环节依靠飞机平台和航炮。受限于人眼的视线距离、范围和大脑的注意力等生理限制，常常会给对手从视线盲区偷偷接近，并一击脱离的机会，这也是二战，甚至包括朝鲜战争中所有王牌飞行员屡试不爽的攻击模式。如果双方态势平等交战，可以说航炮攻击模式是对飞机平台的能量机动要求最为苛刻的攻击模式，因为不但攻击距离极短(二战、朝鲜战争时期战斗机航炮有效攻击距离普遍在500米左右[13-14])，而且如果想获得较好的攻击机会，不但要满足攻防双方在同一平面，守方在攻方的射击距离和合适的前置角域内等诸多空间条件限制，还要满足攻方能正确预判守方行为，精确预测双方的距离速率和角度速率等时间条件限制。这一切，都是在守方拼命机动摆脱的情况下实现的。
这种攻击难度也导致了航炮空战有极大的偶然性。比如朝鲜战争中，中国英雄飞行员张积慧，虽然在喷气式飞机上的飞行时间才100多小时，总共飞行时间300多小时，但凭着过硬的技术和坚强的意志击落了飞行时间超过3000小时的美国王牌飞行员戴维斯，后者在两个月内击落了11架战斗机和3架轰炸机。双方空战示意图如图 1[14]所示。
由于航炮空战太过依赖于飞机平台的高度速度和空间机动能力，以及由此带来严重不确定性，军事强国开始纷纷开发攻击距离更远，攻击时空条件也更为宽松的空空导弹。到了20世纪50年代中期，美国、苏联和英国等军事强国都研制出了第一代空空导弹，但直到1965年越战中的“滚雷行动”，AIM-7麻雀雷达制导导弹和AIM-9响尾蛇红外制导导弹才被大规模应用于空战中，只是相比战前预测的可分别达到71%和65%的命中概率，实际结果只有8%和15%，与预期相去甚远[15]。究其原因，有以下两方面：
一是作战概念和作战场景与实际战争情形完全不符。当时美国海军和美国空军的F-4B和F-4C战斗机被设计为用来拦截对美国本土和西欧进行攻击的苏联轰炸机群，当时的设想里美军战斗机不需要和苏军战斗机进行空战，因为苏军战斗机没有足够的航程来执行护航任务，同理，美军战斗机也不具备护航己方轰炸机攻击苏联的能力[16]。因此，F-4B和F-4C装备了麻雀和响尾蛇导弹后，作战对象是高空飞行，机动能力较弱或不机动的大目标。在这种作战概念的指导下，敌我战场背景泾渭分明，目标识别压力小，只需视距外发射导弹即可。航炮被认为是过时的武器而被放弃，空战格斗训练被认为是过时的战术而被取消[17]。但是到了越南战争上，作战目标变成了高机动，低空性能出色的米格-17/21战斗机，战场环境充斥着己方各类作战飞机，为防止误伤不得不制定目视识别的交战规则[18]，也使得视距外发射导弹的距离优势变得荡然无存；
二是对未来技术的成熟太过乐观。虽然理论上雷达制导导弹具有全向攻击能力，但使用电子管器件的第一代AIM-7麻雀导弹可靠性极差，导弹发射不出去，导弹不满足发射条件下发射，和导弹发射包线外发射的情况都是经常发生的，再加上早期机载雷达的不稳定性，复杂的使用程序，和极差的探测性能与下视能力，更增加了雷达制导导弹的使用难度。据记录在F-4C最初取得的两次击落中，美军一共发射了15枚导弹；在随后不久的一次拦截任务中，两架F-4C向两架米格-21发射6枚导弹，一无所获[19]。敌我识别设备的可靠性和精确性也无法满足导弹视距外发射使用需求。最后为了弥补导弹可靠性太差的不足，不得不临时为F-4C增加了外置航炮，并在后续采购的F-4E战斗机中内置了航炮。
虽然与航炮相比，响尾蛇导弹攻击方式放宽了攻防双方必须在同一平面，攻击距离限制在百米量级，前置角和前置角速率需要精确预判等诸多攻击约束，但由于第一代格斗弹的红外导引头没有应用冷却技术，只能捕获目标机发动机和尾气的红外辐射特征，攻击角度还是被限制在了尾后30°的圆锥域内，攻击距离被限制在5千米(高空)和2千米(低空)内[20]。因此，为有效使用尾后攻击红外导弹，本质上还是切入和控制目标的6点钟方向，空战模式依然严重依赖于飞机平台的速度与机动能力、飞行员的训练与战术运用、战场上的沉稳判断与创造性决策、以及勇气和战斗意志。能量机动理论依然主导着空战形态。
总的来说，能量机动对飞机平台的要求是要有较快的速度来快速接近或脱离对手，较高的升限来增加高度与能量优势，较好的爬升率以在垂直平面稳定截获或摆脱对手，优秀的滚转敏捷性和转弯盘旋机动能力以获得或阻止对手获得开火机会。博伊德正是源于数十年的空战历史和自身丰富的空战经验，提炼出了能量机动理论。
1.2 信息机动制胜时代随着电子、通信、计算机等技术的迅速发展，战斗机在机载雷达、数据链、导航、飞控、武器等方面都有了长足的进步，空战进入了信息机动制胜时代。隐身技术的出现极大颠覆了隐身平台和非隐身平台在信息获取方面的巨大差距，隐身飞机之间的对抗更是空前加剧了信息获取、处理、融合、传输，使用等多个方面的机动与博弈。如果按照战斗机的攻击方式划分，信息机动时代飞机平台以使用超视距中远距空空导弹和近距全向红外导弹为主，从20世纪80年代初开始一直持续至今。
虽然美军的F-15、F-14战斗机对飞机平台物理域特征的设计要求来源于越战空战的经验教训和对能量机动空战的深刻认识，强调平台的高推重比，低翼载荷、优秀的高亚音速机动性能，和极高的升限与最大速度，但飞机在信息域的雷达性能倍数提升和在物理域的导弹射程倍数拓展使空战真正进入了超视距，“先敌发现，先敌发射，先敌命中”也成为了信息机动时代的制胜机理。信息机动中，先发现与先识别对手是空战杀伤链启动的首要条件，也是空战双方在信息域激烈博弈的原因所在。
F-15C飞机配装的AN/APG-63(V)2脉冲多普勒雷达对1 m2目标探测距离超过了125 km，F-14飞机配装的AN/AWG-9雷达对战斗机类目标的探测距离更是超过了160 km；AIM-7F麻雀空空导弹由于使用了双推力火箭发动机和固态电子技术，实现了射程加倍和可靠性大幅提高，AIM-54不死鸟空空导弹最大射程甚至超过了200 km；同时，吸取了越战中超视距攻击时无法可靠识别的经验教训，F-15使用了可以从目标的回波信号中自动检测目标类型的技术(提取对手发动机压缩机和涡轮叶片的信号特征)，从而具备了非合作目标识别能力。这些技术的共同进步理论上将催生发起距离超过100 km的空战对抗，但事实上，自从80年代后，一场军事大国间势均力敌的空战从未发生过。
E-3、E-2等新一代预警机的出现更是将信息机动空战形态推向了新的巅峰，走向了“网络中心战”，预警机巨大的态势感知、目标识别和指挥控制优势在海湾战争中体现的淋漓尽致，几乎所有的空战中，盟军战斗机在本机雷达探测到目标之前，都受到了预警机的目标指示与引导[11]。最终盟军和伊拉克的固定翼飞机杀伤交换比为33∶1，伊拉克空军对盟军的唯一一次杀伤是依靠米格-25突出的速度和机动性等物理域优势单刀赴会取得的。
随着地面防空体系的逐步完善，三代机面临的地面威胁愈发严峻，为了解决突防难题，美军早在20世纪70年代(如果不算SR-71“黑鸟”)开始了隐身飞机F-117的研发，并在海湾战争中投入实战，取得了巨大收益[21]。隐身技术的应用极大破坏了攻防双方在信息域内博弈的平衡，正因如此，自20世纪80年代末以后，美军研制的所有高威胁环境下的作战飞机基本都具有隐身能力或特征，正如美国空军参谋长梅瑞尔·麦克匹克1991年所说，“我很难想象未来空军会买一型没有隐身特征的飞机”[22]。
为空优而生的F-22定义了四代机的4S标准：隐身、超巡、超高机动(目前中国将F-22的超高机动更多理解为飞行包线左端的过失速机动能力，作者认为更应包含飞行包线右端的大稳盘、强力加速等高机动能力)、超级航电，对三代机形成了碾压优势。在2006年的“北方利刃”演习中，F-22取得了对三代机144∶0的骄人成绩[6]。很多观点将F-22取得的巨大优势归结为由高隐身和大功率有源相控阵雷达共同构成的信息作战能力[23]，如图 2所示。事实上，这只占了4S中的两个S。相比三代机F-22在物理域同样构建了无可比拟的性能优势，从而实现了在信息域和物理域对三代机的双杀与全面升级，这正是另外两个S的意义所在。
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| 图 2 先敌发现是信息机动的首要需求 Fig. 2 Preemptive enemy detection: primary requirement of information maneuverability |
F-22在超音速巡航状态下发射导弹，能大幅提升导弹的动力射程，F-22的超声速大稳盘过载为其提供了优异的攻防转换能力，使其在不损失速度的情况下，能够快速掉头，并利用超巡速度迅速消耗掉来袭导弹动力射程。攻防两方面相综合，F-22对三代机形成了牢不可破的不可逃距离优势，如图 3所示。
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| 图 3 F-22和典型三代机相互之间的不可逃逸区(动力学维度) Fig. 3 No-escape zone between F-22 and typical third generation fighter (dynamics dimension) |
F-35被认为是当前信息化程度最高的战斗机，有着不错的雷达/红外/射频综合隐身能力，配置了先进一代的光雷与有源相控阵雷达，配装了4π空间感知的分布式孔径系统和隐蔽高速的通讯系统，具有着优异的数据融合与态势感知能力，并将编队级协同和跨域协同的作战能力(NIFC-CA)提升到前所未有的程度。得益于现代航电与任务系统技术的快速发展，F-35天生有着优秀的多任务能力，但却并不被认为是高威胁强对抗环境下纯正专用型的空优战斗机[8]，这也是美国拉着诸多盟友研制F-35，却从不肯分享F-22的重要原因。
综合来说，由于传感器技术和导弹技术的快速进步使得空战范围显著拓展，信息机动空战时代追求“先敌发现、先敌发射、先敌命中”的制胜原则，并在体系作战的支持下空战效能实现了倍增。隐身技术的出现立刻打破了攻防双方在信息领域的博弈平衡，但为空优而生的F-22确是在信息域和物理域对三代机实现了全面升级。这表明信息机动绝不是对能量机动的摒弃和否定，恰恰相反，能量机动以另一种形式完成了拓展和升华，和信息优势一道，共同构建了信息空战时代下的制胜能力。
1.3 超视距与近距空战的辩证关系近距空战并没有因为超视距空战的到来而被忽视，相反，近距空战技术得到了突飞猛进的发展。20世纪80年代发展的AIM-9L响尾蛇导弹采用了可被氩气冷却的全新导引头技术，使其能足够敏感地捕获到除了飞机发动机和尾气外的其他机体部分的红外辐射能量，从而实现了全向攻击。近距全向攻击导弹的出现终于解除了必须控制对手六点钟方向来实施攻击的严苛限制，但为了实现率先发射，各军事大国开始研究和探索除能量机动理论外的另外一条道路，即飞机的机头快速指向能力，尤其是推力矢量技术支撑下的过失速机动能力。美国就曾研制或改装了F/A-18HARV、X-31和F-16VISTA等多个过失速机动验证机，验证了过矢速机动在1V1近距空战中的有效性[24-25]。但针对过失速机动带来的巨大能量损失问题，开始有观点质疑这种空战模式在实际作战中带来的限制问题[26]。随着AIM-9X等新一代红外近距导弹的服役，因其具备了大离轴角发射、超高机动、焦平面阵列红外成像、与头瞄一体化联动和发射后截获等多项能力，使载机真正具备了实战意义下的、近乎全向的发射能力，将近距空战的危险性推到了前所未有的高度。未来高端飞机之间对抗时，将力求避免进入近乎一换一的近距空战，而更多寻求在中远距战胜对手。
2 未来空战制胜机理 2.1 空战将进入认知机动制胜的时代从20世纪百年航空技术发展规律看，战斗机的发展正向复杂空战系统方向快速演变。20世纪的第1个25年航空技术聚焦于空气动力学、推进系统、结构、航空材料、飞行控制等基础学科领域；第2个25年人类进入了喷气式飞机时代，致力于使飞机飞的更快、更高、更远，现代火箭技术开始支撑空天飞机的发展；第3个25年航空技术聚焦于飞机座舱内部的信息化技术，大气测量、通信、显控等技术逐渐发展起来，计算机技术在该段时间起到了关键的支撑作用，飞机的作战效能得到了显著提升；第4个25年航空技术聚焦于飞机座舱外部的信息化技术，通信、计算与电子技术被广泛应用于数据链、导航、数据融合等多个领域[27]。到21世纪前20年，随着自主、人工智能、无人、计算、通信等增量技术和变量技术的井喷式发展，航空平台之间将实现更深程度的互联互通、更广范围的协同增能，这直接激发了复杂空战系统的研究与应用。
设想这样一个203X年类似思想实验的空战场景：A国两架高隐身战斗机正在执行空中巡逻任务，突然受地面指挥控制中心和地面预警雷达引导，前出拦截B国的空中突防编队。A国战斗机在合适的距离雷达开机进行猝发探测，却发现了前后2个编队共10个目标，由于双方距离在快速接近中，在A国战斗机雷达无法准确识别目标的情况下，2名飞行员无暇进行过多思考，协同目标分配后各选了两个目标，向每个目标发射二枚导弹。在制导过程中，突然雷达告警接收到对手雷达制导信号，但无法判断是前后哪个编队发射了导弹，情急之下，放弃中段制导而掉头脱离。
事实上这是一个广义上2V2的空战场景，B国除了2架有人高隐身战斗机外，还配飞了4个无人忠诚僚机，2个远射前置空中节点，和2个诱饵/探测/灵巧干扰三能一体的对空巡飞器共8个低成本/可消耗无人机。该空战场景并不遥远，可以从美军当前的技术布局找到线索。
2016年，美国空军正式对外发布公开版《空中优势2030飞行规划》[28]，明确提出面向2030年后威胁环境，为了继续维持跨代的空中优势，美国空军需要迅速构建新一代空战系统和下一代空优战斗机PCA。2020年8月，美国海军航空系统司令部(NAVAIR)成立了NGAD办公室，以加速下一代舰载战斗机的发展[2]。以DARPA为典型代表的美国国防部和空海军一道，上下一心，层次化、密集、系统的部署了一系列项目，以保障下一代空战系统的能力生成[29-40], 如表 1所示。
| 序号 | 项目名称 | 项目内涵 | 项目主导机构 | 瞄准空战系统维度 |
| 1 | 体系集成技术和试验(SoSITE)[29] | 通过创新的开放式体系架构发展和演示新概念以保持空中优势能力 | DARPA | 通信/功能/物理架构 |
| 2 | 忠诚僚机(Loyal Wingman)[30] | 实现有人机和无人机之间的互用性，有人/无人机共同完成作战任务，从而验证有/无人协同的相关关键技术、指挥控制、战术战法等。主要技术关键技术包括有人/无人协同编队飞行技术、有人/无人协同指挥控制技术、无人机自主智能技术等 | AFRL | 指控/功能架构 |
| 3 | 远射 (LongShot)[31] |
开发和试飞验证一型使用多模发动机的导弹发射节点，通过前置发射来显著增加对空中威胁的打击距离和打击效能的同时，大幅缩减对手的反应时间 | DARPA | 功能/物理架构 |
| 4 | 拒止环境中协同(CODE)[32] | 发展一套包含协同算法的软件系统。这套系统可以适应带宽限制和通信干扰，减少任务指挥官的认知负担；除此之外，还能够与现有标准相兼容，并通过经济可承受的方式集成到现有平台中 | DARPA | 通信/指控架构 |
| 5 | 分布式作战管理(DBM)[33] | 将决策辅助整合进机载软件中，帮助空中作战管理者和飞行员保持态势感知、推荐任务、生成详细作战计划和保持飞行控制 | DARPA | 指控/功能架构 |
| 6 | 全球闪电[34] | 利用“商业空间互联网进行国防试验”计划来建立和试验在各种固定和移动操作地点之间使用持续可用、高带宽、超视距通信无缝移动和共享数据的能力 | 美太空司令部 | 通信架构 |
| 7 | 任务优化动态自适应网络项目(DyNAMO)[35] | 解决强对抗环境下各种不同空中战术数据链的通信及信息共享问题，支撑分布式作战的通信组网 | DARPA | 通信架构 |
| 8 | 强韧组网分布式马赛克通信(RN DMC)[36] | 通过分布式、低重量、小功耗和高经济性的收发机元素，或“瓷砖”天线，能通过信号处理而不是通过物理天线孔径来集中能量从而实现高增益，代替大功率放大器和大型定向天线，支撑分布式作战的远程通信 | DARPA | 通信架构 |
| 9 | 复仇女神[37] | 采用网络化协同电子战系统，能对敌方传感器网络实施大规模的电子战攻击 | USN | 通信/功能架构 |
| 10 | 空战演进(ACE)[38] | 实现空中视距内机动的自动化和智能化，建立飞行员对无人系统自主能力的信任，使飞行员能够从空中格斗的任务中解放出来，聚焦于制定交战策略、选择目标、目标排序等高层次的认知活动，成为真正意义的空战指挥官，为实现有人-无人编队奠定基础 | DARPA | 指控/功能/物理架构 |
| 11 | 马赛克战[39] | 使杀伤链由串行转并行，大幅提高OODA循环效率；核心表征是节点分散、功能分解、战场弹性、智能决策，适应现有技术特征与装备体系、降低装备系统易损性、提高采办速度、降低战场可预测性 | DARPA | 通信/指控/功能/物理架构 |
| 12 | 先进战斗管理系统(ABMS)[40] | 最初目的是更新和现代化空中警戒与控制系统(AWACS)的能力。国防部提出联合全域作战(JADO)概念后，空军决定将先进战斗管理系统作为空军响应国防部联合全域指挥与控制(JADC2)系统的空军版本解决方案。目标是通过实现传感器、通信系统和数据的融合，让陆海空各平台与武器之间共享目标数据，确保美军作出最有效、最致命的威胁响应，将美军的“联合作战能力”提升到一个新的水平 | USAF | 通信/指控/功能/物理架构 |
从美军当前的技术布局可以研判，美军正以“下一代空中主宰”为抓手，以点带面，围绕未来空战系统的通信架构、指控架构、功能架构等诸多关键维度，进行全面的技术攻关与验证，加速构建一个分布、高生存、强杀伤、动态、弹性、高效的复杂空战系统。
美国学界和相关智库也已对未来空战系统的运用进行了充分的讨论。
1) 2019年米切尔研究所在《恢复美国军事竞争力：马赛克战》中指出将少量高端平台和大量低端专用功能平台一起以高度协同、动态、灵活的方式进行编队，在大幅提高美军整体军事架构生存力的同时，可为指挥官提供应对不同环境下全任务谱的多种兵力配置选择[41]。
2) 2020年战略与预算评估中心在《美国空军未来空中作战力量的五项优先事项》中，指出利用无人僚机的可消耗、低成本、高自主性特性，与下一代有人机协同后可在高威胁环境下执行扫荡式攻势制空和巡逻式区域控制任务，与F-22/F-35等第五代战斗机配合(中国称第四代)，可执行竞争环境下的高价值目标保护任务[42]。
3) 2020年米切尔研究所在《理解Skyborg和低成本可消耗无人机的前景》中，强调这些低成本、可消耗、模块化的无人机在人工智能技术的加持下具有高自主能力，可自组网或与有人机协同，在高威胁环境下执行作战任务。这些无人机可不依赖于机场进行发射和回收，因此可大幅减缓A2/AD威胁带来的影响，并可广泛预置在亚太方向，大航程能力也支撑其与有人机进行协同，共同执行纵深穿透任务[43]。
4) 2020年兰德公司在《竞争环境下的使用低成本可重复使用无人机：初步作战概念评估》中，指出利用低成本可消耗无人机在淹没对手防御系统的同时，在自主、通信、人工智能等技术的支撑下，可凭借数量优势将脆弱的杀伤链升级为强壮的杀伤网。这些无人机具有不依赖机场起降、远航程、易维护使用的特性，可有效破解A2/AD对美军大型机场和关键节点进行齐射攻击的策略，并建议应马上启动原型系统试飞验证[44]。
从当前美军的技术布局和学界讨论研判，未来空战必然是空战系统的对抗，至少美军正在塑造空战系统对抗的新模式，并加速研发和构建相关能力。其核心理念是：以PCA等下一代战斗机平台为核心节点，通过将少量的PCA等高端平台和大量的低成本、可消耗、模块化、强自主的无人僚机/巡飞器等相组合，构建原生空战系统。从防守角度，将高端平台隐藏包裹在低端无人机群之中，既保证了高端平台的生存力，又充分保留和发挥了整个空战系统的高端功能；从进攻角度，以PCA为核心的空战系统构成了弹性、动态、灵活、复杂的“探-射-导-扰”杀伤网，在充分迷惑对手的同时，己方杀伤链路可在多变的威胁环境下，面对多种威胁对手时、执行多种使命任务中，实现可靠闭环和动态适应。未来，空战系统之间的对抗，核心追求在于识别和认知对手多节点间的关系、系统架构和复杂杀伤链路的同时，阻止对手识别和认知己方的系统架构和杀伤链路，并寻求在全杀伤链环节迟滞、破坏和打断对手的闭环功能，空战将进入认知机动制胜时代，如图 4[27]所示。
认知机动时代的空战系统设计属于复杂系统设计范畴。不同于传统单一系统，复杂系统内充满了自主性、普遍连接性和无处不在的相互影响、交互性，能够涌现出仅靠单一系统的简单堆砌或数量叠加所无法达成的全新能力和更高级别的任务目标，但同时也能产生设计之初不曾预料的或不希望产生的行为[45]。单一系统依赖于集中控制、全局可见性、严格分层、简化假设条件、相对固化的活动调解方式和追求最少变量等机制来实现简单或复杂功能，复杂系统更多通过分布式控制、系统自主决策、局部可见、灵活分层、协同合作、系统间相互影响和追求最少约束等机制来完成设计目标[46-50]。因此，需要寻求新的方法和手段来设计复杂系统，以产生和管理涌现性行为来满足认知机动空战的应用需求。未来空战系统设计的总体目标是：从通信架构、指控架构、功能架构和物理架构等诸多层面，以下一代制空作战飞机为强节点，通过多种有/无人节点间的广泛信息交互和不同程度的自主决策运行，实现杀伤链的快速、高效、精准、并行闭环，在效率、鲁棒性、适应性、弹性及准确性等诸多维度实现能力涌现。
自主和人工智能技术是实现复杂空战系统的必要条件。未来认知机动空战充满着在时间、空间和频谱等所有维度的激烈对抗，空战系统的可用通信链路将是一个高度时变的，充满复杂交互的网络系统，无人机节点必须具备在不同通信环境，不同协同对象和不同交战对手的条件下具备相适应的自主能力。人工智能技术将实现多节点复杂交互条件下的分布式控制功能和需要的自主行为决策能力。通过将人的创造性、任务式指挥能力和人工智能的算力与算速优势集成在一起，将是在认知域赢得未来空战的关键。
2.2 单域机动制胜与“三位一体”机动制胜的思辨虽然当前空战形态经历了能量机动制胜和信息机动制胜两个时代，随着自主、智能、无人、通信、计算等先进技术的快速进步，未来空战将进入认知机动制胜时代，但需要说明的是，下一代空战形态的出现绝不是对上一代空战形态的否定和摒弃，恰恰相反，是对上一代空战形态的继承和拓展。通过争夺信息域、认知域和物理域“三位一体”机动的综合优势来击败对手，始终是空战制胜机理不变的指导思想，如图 5所示。
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| 图 5 空空对抗贯穿于信息域/认知域/物理域 Fig. 5 Air combat throughout information/cognitive/physical domains |
飞机的物理域特征在认知机动空战时代依然关键。在信息机动时代，超巡速度和超音速大稳盘机动在中远距空战中赋予了F-22无与伦比的攻击赋能、防御脱离和攻防转换优势，实现了物理域上对三代机的碾压。在认知机动时代，虽然有观点称从进攻角度看，飞机速度对导弹的赋能优势会随着远程空空导弹和前置导弹发射节点等技术的发展而缩减，但从防御角度看，速度和机动性依然是高端战斗机的最后一道生存屏障，是飞行员最信得过的生存手段，虽然使在用频率上相比四代机会有下降的趋势(由于复杂空战系统的构建和主/被动末端综合防御技术的应用，会使未来空战攻防形态和攻防能量分配上出现较大变化)。
需要指出的是，如果说以前和当代空战对战斗机速度的要求更多来源于交战层，那么未来对战斗机速度的要求会更多来源于任务层。随着美军采取后撤、分布、加固等系列措施后，强调飞机必须从更远的距离发起，甚至从反介入作战距离以外发起[9]。更远的发起距离将至少带来两个重大变化，一是飞机的出动架次率会大幅下降，二是需要繁重的加油保障支援才能实施纵深穿透，这两个变化对攻防两方的战斗机速度都有着较大的影响。从攻方来说，战斗机全程以马赫数1.5~2.0巡航，至少比马赫数0.8巡航增加了1.9~2.5倍的出动架次率，大幅提高了攻击效率；从守方来说，基于来之不易的情报，抓住稍纵即逝的机会，攻击对手加油保障区域对于切断对手任务链条是至关重要的，这同样对飞机的大巡航速度有着迫切需求。
飞机的信息域能力将是认知机动空战时代的基础和前提。主要表现在两个方面：首先是基于低零功率的空战系统电磁频谱战能力，通过主被动隐身、低零功率探测、灵巧干扰、协同探测、电磁诱饵等关键技术发展，实现对战场电磁频谱的控制权；其次是基于电磁传播的制信息权能力，通过网络攻击、信息安全、电磁隐身/示假、电磁照明弹等关键技术发展，实现对战场信息主导权的控制。
信息机动始终追求的是比对手更快的获取信息并有效使用信息，衡量的标准依然是信息熵、信道容量、传输量与传输速度。未来空战系统的信息机动能力将以上述四个维度作为设计出发点，通过电磁频谱对抗、赛博攻防、卫星进座舱的能力手段，获取在信息域的博弈优势。未来空战系统的发展要紧密贴合赛博技术、信息技术与电磁机动技术的发展脉络，利用好此次军事变革的重大优势，积极求变，尽早占据战略主动，满足认知机动空战中对信息域的控制与使用需求。
3 几个关系的探讨 3.1 能力与规模并重装备的能力、规模、组合是装备结构设计的最核心因素，也是一型装备在设计之初必须考虑的不可或缺约束。由于一直以来中国的装备论证较侧重于能力需求论证，因此本文将针对战斗机规模对交战层和任务层的影响进行简要探讨。
1942年，德军与美军的空战损失比大致为1∶1，考虑到德军飞行员的战场经验优势，这是一个能让美军接受的损失比。到了1944年初，美军的空战飞机架数优势与德军相比来到了3∶1，但德军与美军的空战损失比只有少许增加，来到了1.2∶1。受益于美军强大的工业产能优势，随后的半年内美军的空战飞机架数优势与德军相比增加到了6∶1，而双方的空战损失比也跃升到了6.8∶1[51]。
2009年，空军中校W·Locke在其《红旗军演中的空中优势：数量、技术与赢得下一场战争》的硕士毕业论文中，通过系统的整理和分析红旗军演中的训练数据，提炼出了战斗机数量优势对空战交换比影响的规律，如图 6[52]所示。图中横轴代表F-15C和SU-27的参战架数比，右端纵轴代表空战损失比，结论显示双方的参战架数比来到2∶1以后，SU-27与F-15C的空战损失比出现拐点并迅速上升。当参战架数比在0.1∶1和2∶1之间时，SU-27与F-15C的空战损失比表现的极为平缓，几乎定格在3.5∶1，当参战架数比小于0.1时，损失比迅速下降(F-15C的损失迅速增加)。从二战空战的历史数据和红旗军演的训练数据统计结果来看，当双方战斗机处于同代对抗时，数量优势对交战级空战的影响极为明显。随着交战层飞机间协同程度的不断提高，数量优势对交战结果的影响还将继续增加。
2015年，兰德公司发布《中美军事计分卡》的研究报告，对中美在机场打击、空中优势、反舰作战等10个任务方面的军事能力进行了全面对比[53]。其中，在对比中美空中优势力量时分析了美军为获取并控制住台湾上空空中优势所需的兵力规模，如图 7[53]所示。研究表明，在最严苛的情况下，美军需要从关岛基地或同等距离的其他基地出动7个空中联队，才能实现对台海上空的持续控制。事实上，中远距离的区域控制和绵长国境线的防御要求对每个军事大国的战斗机规模都有着强大需求。考虑一场7天24小时的区域控制任务，防御方要保持足够规模的飞机持续存在，以顶住进攻方的一次涌入攻击。空战结果不但与上述交战层的规模影响强联动，甚至还是在机场受到猛烈攻击的情况下进行作战，难度不可不察。因此，规模需求是装备论证阶段必须考虑的核心约束之一。
在2018年战略与预算评估中心发布的《重夺海上高地：为大国竞争变革美国海军航空兵》研究报告中指出[5]，美国海军航空兵的装备结构发展体现了这样一个规律：大国对抗追求效能。每当环境恶化或大国对抗时代的到来，美国海军就打造和构建一支专用任务装备结构，以充分释放专用飞机在执行这些关键任务时的装备潜力，不同任务种类的飞机通过联合与协同实现整体效能的提升，代价就是保障压力较大；和平时期追求效率。每当环境宽松或和平时期的到来，美国海军就追求多任务装备结构，在较好支撑海军广泛的任务谱需求的同时，能以较少保障代价，提高效率。随着大国竞争时代的又一次到来，战略与预算评估中心为美国海军建议了面向2040年的3种航空兵装备结构方案，分别为传统型，均衡型和专用任务结构型，并对3种方案进行了评估。评估结果表明，专用任务装备结构方案能在更远的距离以更高的生存能力投送更多的火力，是支撑大国博弈的有效解决方案。
从当前美国空海军的发展布局看，尤其在作战装备结构的项目安排上，确实呈现了这种特点。美国空军的PCA专注于空优任务，B-21则专注于远程穿透纵深打击。2020年12月，美国海军、海军陆战队、海岸警卫队联合发布了《海上优势：以一体化全域海军力量制胜》的海上战略文件，文件中指出海军的下一代飞机将在防空反导战中承担重责，联合打击战斗机F-35C将在MQ-25无人加油机的保障下，在力量投射与打击任务中承担首要职责[54]。从装备建设角度看，美国空海军根据自身在联合作战概念中承担的角色，并结合各自独特的军种需求，对装备的定位有不同之处，但均选择了一条相对专用任务型装备结构道路：充分发挥严酷环境下专用装备在执行匹配任务时的装备潜力，通过全域协同和一体化指控作战，实现整体效能最优。
3.3 数字工程与快速采办创新2018年6月，美国国防部正式对外发布“国防部数字工程战略”[55]。核心思想是利用全生命周期内可跨学科、跨领域连续传递的模型和数据，开展系统论证、设计、试制试验和鉴定等科研活动。当前，美军陆海空三军已全面推进实施数字工程战略，希望实现跨域联合智能化作战及其装备体系能力快速生成与重构，以绝对的快和好与相对的多和省，应对不断动态变化的威胁环境，集成日新月异的先进技术、形成相对对手的升维优势，遏制后发国家的赶超势头。
2019年，空军负责采办、技术与后勤的助理部长罗珀提出“数字化百系列”概念，旨在通过综合运用数字工程、敏捷软件开发以及模块化开放系统架构的“三位一体”工具，对战斗机进行每四年一次的高频率升级，实现快速迭代研发[56]。罗珀的目标是将下一代战斗机的平台发展周期压缩至五年以内甚至更短[57]。2020年9月，罗珀透漏美空军的下一代飞机全尺寸验证机已经开始试飞，同时打破了一系列记录，并表示数字工程技术是支撑开发全新、尖端作战飞机的关键一步。波音公司利用数字工程技术实现了由分布在全球的不到200人的研发队伍来完成“红鹰”教练机eT-7A的设计、制造和测试等全流程研发工作[58]。
为与数字工程相适应，美国防部也不断推进采办改革策略。2020年1月，美国防部正式发布5000.02指示《适应性采办框架的运行》，推出应急能力采办、中层采办、重大能力采办、软件采办、国防业务系统采办和国防服务采办等六种采办路径，以适应不同的采办对象，力求实现灵活、快速、敏捷的能力集成、快速原型与快速部署[59]。至此，针对数字时代的能力开发，和敏捷灵活创新的适应性能力采办，美军力求两手抓，两手都要硬，意图在不断迷惑对手的同时，彻底拉开与对手在时间、节奏和能力上的差距。
4 结束语经过一个多世纪的空战实践，人类已经历了能量机动制胜、信息机动制胜两个空战时代，随着自主、人工智能等诸多增量与变量技术的快速发展，未来空战将迅速进入到认知机动制胜时代，以有无人协同为核心特征的复杂空战系统间的对抗将是未来空战的主要模式。认知机动空战的核心追求是识别和认知对手多节点间的关系、系统架构和复杂杀伤链路的同时，阻止对手识别和认知己方的系统架构和杀伤链路，并寻求在全杀伤链环节迟滞、破坏和打断对手的闭环功能。立足于大国竞争与大国博弈下的时代需求，立足于未来联合作战概念下的使命定位，立足于数字化时代下的技术变革，下一代战斗机必将是一型在装备结构中专注于空优的、规模化的，在任务层面具备快速响应的、在交战层面能赢得认知机动空战的复杂空战系统中的核心骨干节点。
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