NESTE GENERASJONS KAMPFLY

USA bekrefter at de flyr superhemmelig jagerfly av 6. generasjon: – Imponerende at de har klart dette på kun ett år

Har minst ett testfly i lufta som allerede «har satt rekorder».

Dette er Skunk Works-tegninger til F/A-XX-programmet fra 2016. Når NGAD nå har klart å bygge et fly i løpet av et år, er en av grunnene trolig at de har hatt noen design å ta utgangspunkt i.
Dette er Skunk Works-tegninger til F/A-XX-programmet fra 2016. Når NGAD nå har klart å bygge et fly i løpet av et år, er en av grunnene trolig at de har hatt noen design å ta utgangspunkt i. (Foto: Lockheed Martin)

Har minst ett testfly i lufta som allerede «har satt rekorder».

USA har lang tradisjon for å utvikle militærfly i det skjulte. For eksempel hadde stealthflyet F-117 vært i lufta i over sju år på 80-tallet før myndighetene gikk med på at det fantes.

40 år senere er det et nytt kampflyprosjekt som nok har passert under radaren for de fleste. «Next-Generation Air Dominance» (NGAD) heter programmet, som i seg selv er velkjent.

Det som derimot slo ned som ei lita bombe, var da teknologi- og anskaffelsessjef Will Roper i det amerikanske flyvåpenet i forkant av en konferanse i september slapp nyheten om de allerede var i lufta med neste generasjons kampfly.

Her snakker vi altså om systemet, eller systemene, som etter hvert skal supplere eller følge etter F-22 og F-35. Prosjektet er imidlertid meget hemmelig. Det er ikke engang offentlig hvilke selskaper som jobber med dette, selv om det naturligvis er et begrenset antall kandidater. Ei heller hvor mange testfly som allerede er bygget.

Stian Betten leder kampflyforskningen på FFI. Foto: Forsvarets forskningsinstitutt

Amerikanerne hevder at de allerede har «satt rekorder», uten at de vil definere hva slags rekorder eller ytelser de snakker om.

– Dette er ikke noe vi ønsker at våre motstandere skal vite, heller ikke når de kan forvente å møte dem, fortalte Roper på pressekonferansen.

Denne såkalte teknologidemonstratoren har blitt designet, testet virtuelt og sammenstilt lynkjapt. Jomfruferden ble gjennomført kun ett år etter at programmet hadde fått tillatelse til å starte.

– Det mest imponerende er ikke at de har klart å designe, bygge og teste et nytt kampfly i løpet av ett år, men at US Air Force er i ferd med å endre hvordan kampflyene utvikles – og finansieres, sier sjefsforsker Stian Betten ved Forsvarets forskningsinstitutt (FFI).

Teknisk Ukeblad har vært i kontakt med Betten for å få hans analyser av NGAD. Her til lands er det få som kan mer om kampfly enn ham. Flyingeniøren har blant annet jobbet med den norske kampflyanskaffelsen helt siden 2003. 

Les også

Digitale tvillinger

Mannen som gikk ut med nyheten om at USAFs nye 6.-generasjons kampfly hadde hatt sin første flytur, var dr. Will Roper, som har tittelen «Assistant Secretary of the Air Force for Acquisition, Technology and Logistics».

Dr. Will Roper. Foto: Staff Sgt. Chad Trujillo

Betten mener dette er imponerende, spesielt siden avanserte kampfly tradisjonelt sett har tatt årevis å komme fra designfasen frem til første flyvning.

Bakgrunnen for aktiviteten er altså NGAD-programmet som skal utvikle et knippe teknologier som sammen skal bli det nye 6.-generasjons kampflysystemet til US Air Force. Samtidig er det et sentralt ledd i Will Ropers strategi å endre måten den amerikanske forsvarsindustrien utvikler, bygger, moderniserer og understøtter avanserte kampfly.

– Som et ledd i denne strategien, ble «The digital centuries series» startet i oktober 2019 (se forklaring lenger ned). Dette initiativet ser på å utvikle og bruke et sett digitale verktøy for å endre måten flyindustrien jobber på. Will Roper har en visjon der modellene for ytelse i luften, produksjon av flyet, samt vedlikehold sammenstilles i samme digitale verktøy. Dette vil gjøre flyprodusentene i stand til å vurdere konsekvensene av endringer i designet både for ytelsen, for hvordan flyet bygges, samt hvordan det skal vedlikeholdes. Konseptet med digital tvilling, der hele flyet representeres digitalt før det bygges, vil strømlinjeforme måten design og bygging gjennomføres, skriver Betten i sin analyse for TU.

Boeing/Saab T-7 Red Hawk. Foto: Kevin Flynn

Det første eksemplet på dette er det nye treningsflyet T-7A Red Hawk som skal erstatte gamle T-38C Talon og som skal brukes til å utdanne framtidige jagerflypiloter – inkludert norske. Boeing vant i 2018 kontrakten som kan være verdt hele 9,2 milliarder dollar, der de har med seg Saab som partner. Det kan bli behov for så mange som 475 fly i USA.

18. september 2018 ble Saab ble tildelt det som kalles en EMD-kontrakt («engineering & manufacturing development») med Boeing. Bare et drøyt år senere, i januar i år, meldte Saab at de var i gang med å bygge sin del av flyet. Dette skjedde seks år etter at Boeing og Saab slo seg sammen i det som het T-X-konkurransen om å designe et nytt treningsfly fra blanke ark.

Allerede etter tre år var det første flyet i lufta. Ifølge produsentene har de lykkes med å mer enn halvere utviklingstida. Dette er en prosess som vanligvis ville tatt seks til åtte år. De gikk fra «critical design review» (CDR) til jomfruferd på under ett år.

Åpen arkitektur

Betten påpeker at i tillegg til bruk av digitalisering i design, ønsker Will Roper også å endre hvordan industrien arbeider – og tjener penger.

– Hvis man ser på de nyeste, store utviklingsprosjekt som er gjennomført for USAF, ser vi at F-22 Raptor, F-35 Lightning II og B-2 Spirit involverer store forsvarsaktører. Det sies at produsentene taper penger på utvikling av kampfly, går i null når de bygger flyene, men tjener penger på vedlikehold, oppgraderinger og understøttelse. Samtidig har flere av de store industrigigantene bibeholdt rettighetene til programvaren som er utviklet for flyene, både «Operational Flight Program» (OFP), som er kritisk for at fly skal holde seg i lufta, men også «Mission Systems» – det som gjør at flyene kan gjennomføre oppdragene sine. USAF opplever altså at IPR beholdes av leverandøren, selv om det er USAF som har finansiert utviklingen, og dette betyr at man er låst til den opprinnelige utvikleren av programvaren, påpeker Betten.

USAF ønsker å endre dette, ved å beholde rettighetene og kildekoden, noe som medfører at man kan sette vedlikehold og oppgradering av sentrale systemer ut på anbud til andre aktører enn den opprinnelige utvikleren. Dette medfører en helt annen forretningsmodell enn det som har vært vanlig så langt.

Les også

– De store aktørene vil da måtte tjene penger på en annen måte, og kritikere er skeptisk til at denne forretningsmodellen vil kunne medføre noe kostnadsreduksjon, all den tid de store produsentene ofte går inn med egne penger i utviklingsfasen av nye fly. Denne kostnaden må nå USAF stå for. For å kunne få til dette på en god måte, snakker Roper nå om å endre drastisk programvarearkitekturen om bord i flyene. I stedet for tett integrerte system, utviklet i henhold til fossefall-metoden, skal de nye flyene ha en åpen arkitektur, med containere tilgjengelig for applikasjoner som kan lastes inn i flyet slik man laster apper inn i mobiltelefoner. For å få til dette vil man benytte seg av teknologi som Kubernetes (k8s). Software skal utvikles i henhold til Agile-metodikk, og det legges opp til hurtige oppdateringer, og høyt tempo i utviklingen, skriver Betten.

Dette knyttes sammen med USAFs ønske å oppmuntre til innovasjon. Amerikanerne har lagt merke til at Kina investerer aggressivt ikke bare i egen industri, men også i gründer-bedrifter i Silicon Valley.

For å øke temperaturen i innovasjonsmiljøet, unngå at gode ideer blir kjøpt opp av Kina, samt sørge for at oppstartsbedriftene kommer til det punkt at de kan tilby produkter til det amerikanske forsvaret, benytter USAF seg av såkorn-midler gjennom innovasjonsnavet AFWERX, for å bidra til å løse ut risikokapital til innovative oppstartsbedrifter. Innovative produkter kan settes inn i operativ drift raskt, dersom arkitekturen er til stede.

Få fly brukes kort tid før de kasseres

Det overnevnte er sentralt for det nye konseptet. Betten påpeker at NGAD kan spores tilbake til 2014. Darpa, som er det amerikanske forsvarsdepartementets avdeling for teknologiutvikling, gjennomførte flere studier på begynnelsen av 2010-tallet med fokus på Luftforsvarets neste kampfly, noe som kulminerte i at USAF publiserte sitt «Air Superiority 2030»-veikart.

F-22A Raptor fra Lockheed Martin/Boeing har vært operativt i 15 år og finnes i dag i 182 eksemplarer i US Air Force. Foto: Airman 1st Class Jacob Thompson

Her var spesielt PCA-systemet («Penetrating Counter Air») sentralt – et system de store flyprodusentene hadde designforslag til, der flere tegninger ble publiserte. Inkludert den som ligger i toppen av denne artikkelen. Pentagon planla å produsere 414 eksemplarer av denne typen fly, der de første flyene ville bli tatt i bruk i 2030, og enhetsprisen ville være 300 millioner dollar.

– Det er klart at på dette tidspunktet minnet PCA om F-22 og F-35 med å være svært avanserte og sofistikerte multirolle-plattformer, med en enorm enhetskostnad. Da Roper kom i februar 2018 ble det en endring i programstrukturen. Det er tydelig at man går vekk fra tanken om et «monolittisk» kampfly, og at man begynner å tenke på NGAD som et system av flere mindre farkoster, som er mer spesialisert. Dette ser vi i budsjettallene til USAF. I februar 2018 regnet USAF å bruke 13,2 milliarder dollar på NGAD i perioden 2020-2024. Ett år etterpå, er budsjettet redusert til 6,1 milliarder dollar for perioden 2020-2024, opplyser Betten.

Han skriver at USAF begynte å investere i teknologier som har vist potensial for å kunne bli brukt på mindre plattformer, og peker også på at disse teknologiene kommer til å bli rullet ut på forskjellige plattformer, alt etter behovene til det spesifikke oppdraget. Ved å bruke den nye digitale produksjonsteknologien, vil det være mulig å designe, teste og bygge fly i små antall, det vil si rundt 70-80 stykk, som kun brukes i 15 år før de kasseres. Dermed har man mulighet til å fornye flåten jevnlig, og injisere ny teknologi på en hurtig måte.

– Dette refereres til som «The digital centuries series». Dette begrepet henspiller på «the century-series» jager- og jagerbombefly fra 50- og 60-tallet: North American F-100 Super Sabre, McDonnell F-101 Voodoo, Convair F-102 Delta Dagger, Lockheed F-104 Starfighter, Republic F-105 Thunderchief og Convair F-106 Delta Dart. Det som var felles for disse flyene var høy ytelse, samt avansert avionikk, noe som bidro til et generasjonsskifte fra foregående fly.

USAF mener altså at det å gå over til fly med lavere flytimeuttak skal kunne redusere driftskostnadene. I tillegg ser de på konsepter der man benytter seg av det som kalles «Low Cost Attritable UAV», det vil si ubemannede fly med lav kostnad og som man har råd til å miste.

– Her driver US Air Force Research Lab med en spennende aktivitet kalt Skyborg, der hensikten er å utvikle ubemannede fly som skal kunne operere sammen med eksempelvis F-35, kontrollert av kunstig intelligens (AI). Fire selskap ble i juli 2020 tildelt kontrakt på å utvikle og produsere teknologidemonstratorer som skal evalueres i 2026.

Les også

Motorteknologi 

I forbindelse med NGAD er det nevnt at USAF konsentrerer seg om fem teknologiområder, men det er kun ett av dem som nevnes eksplisitt: «Next Generation Adaptive Propulsion», som skal utvikle, sertifisere og levere en «Adaptive Cycle Engine» innen 2025.

Dette er en teknologi der motoren avhengig av bruk tilpasser det såkalte bypass-forholdet, det vil si mengden luft som passerer gjennom motorkjernen og lufta som sendes utenom. Dette reguleres hovedsakelig av to faktorer: Forholdet mellom trykket etter vifta («fan discharge pressure») relativt til turbinens innløpstrykk, og forholdet mellom luftmengden som går gjennom kjernedelen (høytrykkskompressor og turbin) og den mengden som presses ut langs periferien av motoren.

Slik har kommersielle fly og militære transportfly motorer med høyt bypass- og lavt vifteforhold for å oppnå høyere virkningsgrad og lavere brennstofforbruk, mens jagerfly har motorer med lavere bypass- og høyt trykkforhold, for dermed å oppnå mer skykraft for større fart – på bekostning av forbruket.

Eksempelvis gjennomførte GE i 2014 en demonstratortest av en tre-strøms adaptiv syklus-motor. Her kan den tredje luftstrømmen varieres og tilpasses behovet: Man kan redusere bypasslufta og dermed øke luftstrømmen gjennom høytrykksdelen for å få økt skyvkraft og tilpasse motorens konfigurasjon til overlydsflyging, og vil motsatt kunne gå tilbake til maksimal bypass for bedre økonomi og større rekkevidde - alt under flyging.

– Det er derfor nærliggende å tenke at de teknologiområdene som er sentrale for NGAD, er nevnte motorteknologi,  plattformteknologi (inkludert kontroll på radar og termisk signatur), kommunikasjon/nettverk, sensorer og kunstig intelligens/autonomi. Det er det sistnevnte som virkelig kommer til å skille sjette generasjons kampfly fra femte og fjerde, sier Betten.

Motortest på Boeing ATS-dronen tidligere i høst. Foto: Bruce.D.Gibson

Dette er bruk av kunstig intelligens, gjerne forsterket med maskinlæring, til å kontrollere fartøy uten at mennesker er direkte involvert.

Betten mener det ser ut som at det som kommer til å definere et 6.-generasjons kampfly er evnen til å nyttiggjøre seg kunstig intelligens i flere av beslutningsprosessene om bord i eget fly, og ikke minst bruk av kunstig intelligens i en sverm av
ubemannede farkoster som fungerer som vingmenn til det bemannede flyet.

Å la kostbare, bemannede kampfly ha med seg mer erstattelige ubemannede «vingmenn» er selvsagt ingen ny tanke, det har vært under utvikling lenge. Men det stiller krav til dronenes autonomi. Skyborg er ett eksempel på dette, et annet «loyal wingman»-konsept ble avduket av Boeing i Australia i mai. Dette var den første dronen i et utviklingsprosjektet «Airpower Teaming System» (ATS) som selskapet har ambisjoner om å selge globalt. ATS-dronen, som har jagerflylignende ytelser, skal etter planen fly for første gang i løpet av 2020.

Europeiske prosjekter 

Betten mener åpen arkitektur og bruken av software-containere virker å være en sentral forutsetning for å kunne integrere kunstig intelligens i de avanserte kampflyene og samtidig kunne sikre en hurtig kapabilitetsutvikling, uten at man risikerer at den nyutviklede programvaren påvirker annen programvare som er kritisk for at flyet skal kunne holde seg i lufta.

Når det gjelder utviklingen i Europa er det to teknologiutviklingsprogram som peker seg ut. Ett britisk-italiensk-svensk og ett tysk-fransk-spansk.

Det første heter «Tempest» og ble lansert på Farnborough sommeren 2018. Det ledes av britiske BAE Systems som har med seg flere partnere: Rolls-Royce, Leonardo, Saab og MBDA. Dette blir et kampfly som skal kunne velge om det skal bemannes eller ikke, samt inkludere lav signatur, støttes av droner i sverm, benytte seg av strålevåpen samt hypersoniske våpen.

FCAS-konseptet visualisert. Foto: Airbus

Det andre programmet heter Future Combat Air System (FCAS) og ble lansert på Le Bourget i fjor sommer. Her er det Airbus og Dassault som leder an sammen med Thales, Safran, MTU og MBDA for å utvikle et kampfly støttet av svermende droner, nødvendig motorteknologi, samt  omkringliggende støttesystemer.

Målet er å ha et FCAS-demonstrasjonsfly i lufta i løpet av 2026. Det er ikke oppgitt noen dato for Tempest, annet enn at målet er at systemet skal være operativt en gang på andre halvdel av 2030-tallet.

– Utvikling av høyteknologi er ikke rimelig. Frem til 2025 kommer den britiske regjeringen til å bruke to milliarder pund på Tempest-utviklingen. Den tyske regjeringen godkjente i februar å finansiere sin del av utviklingen i fase 1A av FCAS-programmet med 77 millioner euro, som faktisk ikke er et høyt tall når man sammenligner det med totalkostnaden for programmet, som er anslått å ligge mellom 50 og 80 milliarder euro. NGAD er som tidligere nevnt finansiert av USAF med 6,1 milliarder dollar i perioden 2020-2024. Nå kommer ikke NGADs til å bestå av PCA, men Congressional Budget Office anslo i januar 2020 at «Penetrating Counter-Air»-system kom til å koste totalt 130 milliarder dollar i perioden 2028-2050, forutsatt at det ble anskaffet 414 enheter, noe som viser hvilke summer USA opererer med, kommenterer Betten.

Også de britiske ingeniørene snakker mye om digitalisering i design når de jobber med Tempest. Foto: BAE Systems

Ressurs-allokering 

Så til det sentrale spørsmålet om hvordan alt dette vil påvirke fremtidens kampflyoperasjoner. 

Fremtidens kampfly vil måtte beskytte seg mot våpen som beveger seg gjennom lufta mot dem, avfyrt fra landjord, havoverflaten eller lufta. Dette kan være granater skutt fra kanoner/maskingevær eller missiler som styrer mot målet ved hjelp av IR/UV/RF-søkere. Fremtidige trusler vil også kunne bestå av avanserte elektroniske krigføringsmidler, inkludert strålevåpen avfyrt fra overflaten eller fra rommet, samt missiler som beveger seg svært fort.

Oppgavene til fremtidens kampfly vil være å finne, identifisere og engasjere mål i lufta, på landjorda og på havoverflaten – eller å bidra til at målene blir engasjert. Dette skjer ved at de bruker sensorene sine, identifiserer mål, finner koordinater og så overfører koordinatene til noen andre som avfyrer våpen. Flyene vil deretter kunne fortsette å overvåke målene, oppdatere koordinatene, bidra med informasjon til våpnene eller i siste instans ta over kontrollen av våpnene og passe på dem helt frem til de treffer målet. De kan også støtte engasjementet ved å forstyrre fiendens sensorer gjennom elektronisk krigføring.

– Dette betyr at evnen til å bruke nettverket, overføre informasjon og å ha kontroll fra engasjementet starter til det avsluttes blir sentralt i fremtidens engasjement. Bruk av AI i egne systemer, samt i tilhørende våpen og støttesystemer vil gjøre piloten til en beslutningstaker og ressursallokator heller enn en operatør. Militære systemer er svært dyre å utvikle, anskaffe og drifte, ikke minst fordi de skal være svært robuste for forstyrrelser og «feltmessige forhold», og det er derfor viktig å prøve å bryte kostnadsspiralen, noe amerikanerne forsøker å få til med NGAD, og «low cost attritable aircraft». Små og spesialiserte enheter med lav kostnad, koblet sammen i en «military Internet of Things» blir veien å gå, skriver Betten.

Kunstig intelligens blir altså en viktig aktør:

Fra automatisering til autonomi

Darpa har et program som heter «Air Combat Evolution» (ACE). Målet å øke tiltroen til at kunstig intelligens skal ha en rolle i autonom utførelse av kamphandlinger.

Som et ledd i dette, ble det i august gjennomført en finale i det som ble kalt «AlphaDogfight Trials». Dette gikk ut på at en F-16-flyger fra US Air Force satte seg i simulator for å møte den flinkeste algoritmen i en visuell nærkamp én mot én, også kjent som «dogfight».

– Agenten utviklet av Heron Systems slo den menneskelige piloten 5-0. Dette er i og for seg et interessant resultat, men vi ser her hvordan man prøver å komme fra automatisering til autonomi, sier Betten.

Forskningslederen påpeker at automatisering i luftfart har kommet langt. Automatisk navigasjon, autopilot, autoland, «terrain avoidance» og «traffic avoidance» er alle eksempler der man med stor sikkerhet og nøyaktighet klarer å identifisere et problem, finne en løsning og å beslutte å gjennomføre handlingen, også inkludert koordinering mellom flere aktører.

Utfordringen ligger i å fatte beslutninger i mer komplekse situasjoner, der man ikke har samarbeidende systemer, men en motstander som ønsker å gjøre situasjonen du er i komplisert, og uoversiktlig:

– Enn så lenge har mennesket et fortrinn i å tolke en avansert situasjon, og å fatte beslutninger for å gjennomføre et oppdrag. I fremtiden vil kunstig intelligens være et kraftig hjelpemiddel, noe ACE-programmet prøver å komme frem til. Syretesten for et slikt system, vil være hvorvidt det kommer til å klare å håndtere en svært komplisert situasjon, der man koordinerer stridsmidler, plattformer og effekter fra land, sjø, luft, rom og cyber. Hensikten vil være å kunne nøytralisere et fiendtlig integrert luftvernsystem, slik at vi kan utnytte luftrommet slik vi selv ønsker – til å gjennomføre en koordinert militær fellesoperasjon med høy sannsynlighet for å lykkes, med så lav risiko som mulig, avslutter Betten.

Les også

Kommentarer (8)

Kommentarer (8)

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå