Joint Strike Fighter - En status, sommeren 1997

Af Henrik Hornhaver, teknisk chef ved Flyvematerielkommandoen.

Det amerikanske forsvarsministerium gennemførte i 1993 en kritisk gennemgang af sine planer og materiel i det såkaldte Bottom-Up Review, med henblik på at fortsat at kunne optræde som supermagt med moderne udstyr trods dalende budgetter. Det indebar bl.a. at Flådens og Luftvåbnets selvstændige programmer for udvikling af nye jagerfly blev stoppet og et fælles nyt udviklingsprojekt benævnt Joint Advanced Strike Technology (JAST) blev etableret. De sammenlagte omkostninger ved de to programmer var alt for omfattende. Kongressen bestemte i 1995 at en række projekter under Defense Advanced Research Project Agency (DARPA), der er Pentagons udviklingskontor, skulle indgå i JAST-projektet. Det drejede sig primært om projekter med lodret startende og landende fly (det såkaldte Advanced Short Take O ff and Vertical Landing (ASTOVL)). Den engelske flåde, der ønsker en efterfølger for SEA HARRIER flyet, havde startet et samarbejde med DARPA om videreudvikling af ASTOVL-konceptet.

JAST- projektet blev omdøbt til JOINT STRIKE FIGHTER (JSF) i 1995. JSF projektet skal udvikle og producere et fly, eller rettere en serie fly, der kan overtage og løse flg. opgaver, der blev opstillet ved projektets start af de enkelte værn:

• -  US Navy - et fly, der som et “ first-day-of-war, survivable strike fighter” kan supplere og komplementere de hangarskibsbaserede F/A-18E/F. Et fly, der skal kunne operere mod et fuldt kampdygtigt luftforsvar, hvor det skal kunne kæmpe sig igennem til våbenaflevering.

• -  US A ir Force - et “multirole”-fly (primært air-to-ground) til erstatning for F-16 og A-10 og supplement og komplement til F-22. Et fly til direkte kampstøtte med stor våbenlast og god beskyttelse til supersonisk jagerfly.

• -  US Marine Corps - et STOVL-fly til erstatning for Harrier (AV-8B) og F/A-18. Et fly til direkte kampstøtte og operationer sammen med landstyr­ ker i områder uden normale luftbaser.

• -  Royal Navy - et STOVL-fly til erstatning for skibsbaserede Sea Harrier. Et skibsbaseret multi-rolle fly, der bl.a. supersonisk kan yde luftforsvar af en flådestyrke.

• Der blev nedsat et projektkontor i Washington under Forsvarsministeriets Undersecretary for Aquisition and Technology (DoD USD (A&T)). Det var Dr. Paul Kaminsky, der havde denne stilling indtil foråret 1997. Projektkontoret ledes  af en kontreadmiral med en brigadegeneral som næstkommanderende. Stillingerne skal rotere mellem værnene ca. hvert andet år.

  Projektkontoret skal ikke blot udvikle et nyt fly, men også få særdeles modstridende sædvaner og praksis i de forskellige værnsgrene til at mødes og arbejde sammen, og de mange indkøbsbestemmelser og bureaukratiet i øvrigt gør ikke sagen nemmere. Projektkontoret er dog meget motiveret for at indføre reformer og ændre praksis. Anbefalingerne fra den såkaldte Packard kommission fra 1986 udnyttes ihærdigt:

• 1. Operative og teknikere skal i samarbejde udføre afvejning af pris og ydeevne.

• 2. Ny teknologi skal anvendes til at billiggøre systemet, ikke til at forbedre ydeevnen.

• 3. Kun moden teknologi må anvendes.

• 4. Alle løsningerne skal være værnsfælles.

• 5. Indkøbsbestemmelserne skal gøres smidigere.

• Det overordnede krav til udvikling er, at de kommende fly skal være billige både i anskaffelse og i drift. De indledende studier begyndte med studier af sikker­ hedspolitik, koncept for operationer, operative mål og heraf blev udledt specifikke kampopgaver. Sammen med trusselsanalyser og scenarier blev der gennemført en række krigsspil, hvor alle kampsituationer blev modelleret og afprøvet både i dueller og op til “A major regional contingency”. Ved disse spil afsløredes en række svagheder og ønsker om forbedringer. Det var så muligt at ændre på grund­ designet samt den anvendte taktik, doktrin og procedure. Herefter kunne man gentage spillene og vurdere resultaterne. Hermed opnåedes en god analyse af svagheder og en mulighed for at afprøve en leverandørs ideer senere. Modellering og simulation vil hele projektet igennem blive udnyttet til at vurdere forslag til ændringer.

  Det næste trin bestod i gennemgang af rådige teknologier, der ville kunne opfylde de operative ønsker, og en afvejning af pris og ydeevne. Hver enkelt teknologi blev gennemgået med life-cycle-cost og cost-of-ownership metoder, for derefter at blive sammenholdt med de andre teknologier for at finde det mest kosteffektive. Alle disse data er tilgængelige for alle de deltagende industrier, og ikke blot for det firma, der foreslå en specifik metode eller teknologi. Det oplyses fra projektkontoret at denne nyskabelse fungerer fint, selv om der er hård konkur­ rence mellem firmaerne.

  Det første samlende dokument, der blev præsenteret efter ovenstående proces, var JIRD (Joint Initial Requirement Document), der er grunddokumentet indtil JO R D (Joint Operational Requirements Document) kan blive formuleret og vedtaget i 1999. JIRD vil blive opdateret ca. en gang om året.

  De indledende undersøgelser og krigsspillene pegede hurtigt på to områder, der må koncentreres om for at opnå slagkraft for en flystyrke - Sortie Generation Rate og Logistics Footprint. Der er ikke noget særligt underligt i det, mange stabsstudier peger på det samme. Logistics Footprint defineres her som det antal C-141 laster, der skal til for at udsende en eskadrille JSF og understøtte krigsoperationer, som defineret i computermodellerne. Sortie Generation Rate er evnen til at producere missioner, og her er det organisationens evne til vedligeholdelse, reparation, optankning, armering d.v.s at bringe flyet i kamp igen der skal optimeres. Det anføres at en forøgelse på 25% i sortie generation rate og en samtidig reduktion på 50% i footprint har vist sig som optimal ved beregning af resultatet af visse kampagner. Disse tal er i hvert fald målet i JIRD udgave 1.

  Muligheden for at kunne producere flyene billigt afhænger bl.a. af at flyene, der ønskes af de forskellige værnsgrene, er så ens som muligt, og anvender samme komponenter. Hele Logistik-koncepten er foreslået bygget op så de operative resultater kan opnås med de basalt samme fly, hvor der er lagt vægt på interoperabi- litet, høj pålidelighed, lave vedligeholdestider, servicevenlighed og mulighed for let at deployere til nye områder. Under arbejdet med disse ideer blev det klart, at en traditionel organisation ville få svært ved at opnå de ønskede resultater. Det er derfor tanken med JSF Autonomic Logistics Support at flyet selv registrerer og diagnosticerer behov for vedligeholdelse og reparation, og på vejen hjem fra en mission giver basen besked, så de nødvendige reservedele og teknikere er bestilt og klar når flyet lander. De forskellige systemer kommunikerer indbyrdes og varetager selv konfigurationskontrol. På denne måde kan flyet hurtigt blive serviceret, klargjort og gå på vingerne igen.

• 

• Flyenes IR og RF signatur er blevet sammenholdt med forskellige typer selvbeskyttelsesudstyr og aktive og passive modmidler i en række analyser. Resultaterne peger på at flyenes overlevelsesevne i kampsituationer afhænger af signaturens størrelse, og S T E A L T H er derfor nøglen til både overlevelse og mulighed for en reduktion i antallet af missioner pr. mål. Stealth-egenskaberne opnås dels ved geometrisk form dels ved valg af materialer.

  Flyenes rækkevidde er fremkommet ved en analyse af alle tænkelige mål­ komplekser. Da en Joint Force Commander råder over andre våbenplatforme, som f.eks. B-2, har det vist sig alle udpegede mål højst ligger 400 n.m. inde i land. Et hangarskib opererer på den anden side af 200 sømilegrænsen, og det giver en ønsket rækkevidde på 600 n.m. Det er naturligvis kun med internt brændstof og våben, for ikke at kompromittere signaturen. De andre værns krav til rækkevidde er mindre.

  Operationer fra og landing på hangarskibe kræver et solidt landingsstel, der kan klare både katapult og hårde landinger. Flyene må endvidere udstyres med halekrog til at gribe opbremsningswiren og specielle high-lift anordninger for ar reducere landingshastighed. Der må endvidere foretages særlige ændringer for at dæmpe signaturen af de ekstra anordninger hangarskibsbaseringen kræver. USMCs krav til flyet er de mest specielle. Basering i felten tæt på egne styrker, operationer til direkte kampstøtte med stor våbenlast under beskydning, og lodret landing.

  Hastighed og manøvreevne er egenskaber, der traditionelt er øget for hver generation kampfly, for at opnå luftoverlegenhed. De yderste hjørner af hastigheds­ manøvrediagrammerne koster imidlertid ekstra meget at opnå, og det har givet anledning til at dette område har været underkastet nøje studier for JSF-flyene. Analyserne peger dog på at flyene bør have manøvreegenskaber, der ikke er væsentlig ringere end dagens kampfly, for at kunne overleve angreb med fremtidige overflade-til-luft missilsystemer.

  Fra den første begyndelse af projektet har de totale omkostninger ved at erhverve og operere med flyene været i fokus. Projektkontoret citerer gerne Norman Augustine, der i 1972 forudsagde, at såfremt priseskalationen på kampfly fortsatte, ville U S A F i 2036 have råd til præcis et fly. Alle krav prissættes og evalueres både operationelt og økonomisk i livscyklusanalyser, og en proces kaldet Cost and Operational Performance Trade (COPT) foretages løbende for at sikre at budgetter­ ne kan holdes. Det er endvidere planlagt at foretage uafhængige analyser af alternativer før hvert større skridt i projektet.

• Virtueltforsøgsområde

  Projektkontoret er ved at færdiggøre et analyseværktøj Virtual Strike Warfare Environment (VSWE), der linker flysimulatorer, våbensimulatorer, taktiske arbejdsstationer sammen med cockpit-prototyper og avionic-software. Formålet er at kunne simulere angreb, og herunder kunne indføre “medspillere” lige fra satellitter, til cruisemissiler og UAVer, med realistiske flyveprofiler, sensorer og kommunikation. Herved kan test-flyvning og senere træning gøres enklere, hurtigere og billigere. V S W E tænkes anvendt til studier af den bedste udnyttelse af den informationsmængde, der er til rådighed for en moderne pilot, når alle typer ammunition skal afleveres optimalt mod forskellige målkomplekser. Pilotens mulighed for at skabe overblik - Situational Awareness - i cockpittet, hvor data fra interne og eksterne sensorer og kommunikationssystemer strømmer ind, forsøges forbedret med sensor fusion og information management. Såfremt eksterne kilder udnyttes smart og anvendes til hjælp til detektion, ved at sammensætte eksterne data med informationer fra flyets egne sensorer, indikerer de indledende studier at flyets avionicspakke kan reduceres væsentligt. De piloter, der har “prøvefløjet” de tidlige udgaver af VSW E er begejstrede. Der skal naturligvis gennemføres et omfattende analyseprogram, før ændringerne besluttes. Resultaterne vil danne grundlag for krav til både avionics og våbensystemerne i den tredje udgave af JIRD.

• Ny teknologi

  I et projekt som JSF er en af metoderne til at forbedre performance samtidig med at omkostningerne skal holdes i ave, at anvende ny teknologi og nye fabrikations­ metoder. Projektkontoret har gennemgået ca. 1000 igangværende forskningsprojek­ ter forskellige regeringskontorer og statslige udviklingsanstalter har syslet med, for at se om de kunne anvendes i JSF. Det har naturligvis afsløret en række glimrende ideer og metoder, der vil blive anvendt, men også en række parallelle tiltag, og projekter af mindre relevans. Projektkontoret har selv iværksat en lang række teknologi-modningsprojekter, hvor en teknologi har potentiale til at kunne komme på tale i produktionsudviklingsfasen (Engineering and Manufacturing Development (E&MD)), med en lav risikoværdi.

  De forskellige undersystemer i fly designes traditionelt individuelt af forskel­ lige leverandører, der hver optimerer og forfiner deres produkt. Integration af de forskellige undersystemer kan derved blive en større opgave. JSF Integrated Sub­ systems Technology (J/IST) er derfor i færd med at tilpasse 13 “sædvanlige” undersystemer til nu at blive 5 integrerede systemer. APU Auxillary Power Unit, Emergency Power Unit, Environmental Control System og Thermal Management System bliver f.eks. til Thermal/Energy Management Module og derved kan teoretisk spares 3-4% af driftsudgifterne i flyets levetid. Ideerne i J/IST forventes færdigtestede og afprøvede i 1998-99 og kan derefter overføres til E & M D i 2001 som fuldt integrerede enheder.

  Et andet program, der forventes stort udbytte af, er Virtuel Fabrikation. Moder­ ne C A D /C A M programmer er nu så udviklede at design, konstruktion og tilpasning af alle enkeltdele kan færdiggøres på “tegnebrædtet” , der er en række computer­ skærme, der kan være milevidt adskilt. Maskinen, der skal støbe eller dreje delen, kan stå i et andet land, og delen vil passe perfekt, når den endelig skal bygges ind i flyet et tredje sted. Selve fabrikken er naturligvis også “testet” på alle måder i det 

  virtuelle rum, før den opføres.
  Advanced Lightweight Aircraft Fuselage Structure (ALAFS) er et projket, der

  omfatter et redesign af center fuselagen, hvor vingerne skal fastgøre på F/A-18E/F. Målet er dels en vægtreduktion på 20% og dels en besparelse på fabrikationsprisen på 30%. Antallet af enkeltdele reduceres, der anvendes kompositmaterialer, og strukturen forenkles. Da test-sektioneme fremstilles i fuld størrelse er det muligt at foretage en sammenlignende test med baseline flyet, og derved direkte få verificeret fordelene. Projektkontoret deltager aktivt i dette projekt for at kunne overføre resultaterne til JSF. Såfremt tallene holder kan livstidsbesparelsen blive af en størrelsesorden på 6-8 %.

  JSF Paintless Aircraft Program (JPAP) er et projekt, der eksperimenterer med overfladebehandling, der kan fjernes let med ugiftige midler når det underliggende skrog skal inspiceres eller repareres. En af teknologierne anvender let klæbende film, der er nemt at sætte på og fjerne igen. For nærværende er metoden ikke billigere, men fordelene ligger specielt i at de farlige stoffer elimineres.

  Det forventes at simulation og træningsudstyr udvikles parallelt med selve flyet, og vil dække hele spektret fra initial træning til indsættelse af flere eskadrilller samtidig i avancerede simulerede øvelser.

  JSFs sensorer er genstand for et meget målrettet udviklingsarbejde. Der påtænkes en “fælles” antennekonfiguration, således at radar, ESM og LIN K anven­ der samme antenne/antenner (Shared Integrated RF Sensing Apertures), der understøtter navigation, aktiv eller passiv varsling, detektion og identifikation. Elektrooptiske og IR-systemer integreres og data “blandes” med radar- og måldata i den centrale computer.

  Våbensystemerne er dels specielt udviklet til JSF dels standard våbensystemer. En speciel 1000 Ibs bombe til angreb på forstærkede stillinger benævnes JAST- 1000.

• Tidsplan

  Teknologi-modningsprojekterne som nævnt ovenfor videreføres, men JSF projektet har afsluttet Fasen kaldet Concept Definition and Design Research (CDDR). Formålet med denne fase var at undersøge, om der kunne findes et koncept, der kunne matche design karakteristika og ideerne om integrerede systemer, så både ideen om et fælles fly for værnsgrenene om muligheden for at opnå besparelse kunne opnås. Resultatet angives at være, at det anses for muligt at oprette en fælles produktionslinie, hvorfra der kan produceres en familie af fly med høj grad af fælles komponenter. Der stiles mod fly med ens computer, software, displayudstyr, avionics, sæder, testudstyr og værkstedsudstyr med ialt mere end 70% fælles dele. Dette vil betyde en væsentlig livscyklusbesparelse. I november 1996 blev to firmaer, Boeing og Lockheed Martin udvalgt til at deltage i Concept Demonstration Fasen, hvor firmaerne skal demonstrere deres koncepter, og forsøge at overbevise  projektkontoret om at deres ideer er modne og med lav risiko. Der skal gennemføres flyvninger og undersøgelser på jorden og i laboratoriet. Specielt S T O V L egenska­ berne, overgang til og fra vandret flyvning og egenskaberne ved langsom hastighed skal demonstreres. Pratt and Whitney har fået en kontrakt på motoren, der er en variant af en type benævnt F-l 19 og General Electric har fået en udviklingskontrakt på en alternativ fremdrivningsmotor F120-GE. Der er fortsat et stærkt moment af konkurrence i projektet.

• Boeing Company

  Boeings koncept anvender en modulær opbygning med fælles strukturelle moduler (forreste af kroppen, midterste del af kroppen og vingen) for at reducere prisen. Vingestrukturen, der består af et stykke i meget let kompositmateriale, udgør den bærende konstruktion og denne deltaform gør flyet meget karakteristisk. Vingen, der kan rumme både en stor brændstofmængde og nyttelast, vil kunne give flyet lang rækkevidde. Midterste del af kroppen rummer mulighed for placering af STOVL løfte-systemet. Alle varianter har de samme ydre mål, og herved er fremstilling og drift gjort så enkel som muligt. (Boeings fly har en tom vægt på ca. 22.000 Ibs, 36-ft spændvidde og ca 45-ft længde).

• Lockheed Martin Corporation

  Lockheed Martin Tactical Aircraft Systems, Forth Worth, Texas står i spidsen for et virtuelt firma, der tilbyder et koncept, der minder om et nedskaleret F-22 fly. Ved at genanvende komponenter og metoder fra dette fly nedbringes projektrisikoen. Det virtuelle firma har bundet afdelingerne sammen via computernetværk, ligesom både fly og samlefabrik testet i Virtual reality. Alle varianter af flyene har mulighed for at vektorisere motorkraften via udstødsdysen, der kan drejes 100 grader nedefter. STOVL udgaven får ekstra løft ved at anvende en kraftig blæser, der drives via en kobling og en aksel til jetmotoren.

• Kilder

  Projektkontorets hjemmeside på http://www.jast.mil Flight International
  Aviation Week & Space Technology