美国空军的电动垂直起降飞机

近年来，电动垂直起降技术取得了巨大发展，越来越多的公司开始从事电动垂直起降飞机的研发工作，并且已经取得显著成果。目前已有数十家公司制定了有关电动垂直起降飞机的计划，多家公司推出了自己的电动垂直起降原型机，并进行了多次试飞，甚至已有数家公司从原型机研发阶段过渡到生产阶段。截至2022年6月，已有六家公司拥有与电动垂直起降飞机相关的成熟技术和生产能力，并且已通过合并和收购等手段实现了上市，总市值达150亿美元。电动垂直起降公司和投资者正在推动该技术的大规模生产和应用，并与美国联邦航空管理局（FAA）和地方政府等监管机构合作，在美国城市试飞这种新型飞机。电动垂直起降技术的蓬勃发展，以及各型电动垂直起降飞机的不断涌现，使美国空军看到了该技术和机型在军事领域的应用潜力，并已经开始对其进行评估。本文将对该技术在美国空军中的潜在应用、美国空军对电动垂直起降市场的影响以及美国空军针对电动垂直起降飞机的可能战略进行简要介绍。

对于美国空军来说，电动垂直起降飞机在中长期范围内可能拥有广阔的应用前景。然而，此类飞机目前的主要性能还相对有限，其有效载荷还相对较小、续航能力相对较弱，因此该飞机的潜在应用也较为受限。现在，电动垂直起降飞机在美国空军中的潜在应用主要有3种，分别是测试场和训练场内的人员运输、导弹发射场内的人员运输以及“敏捷作战部署”中的作战支持空运。

1.测试场和训练场内的人员运输

美军的测试场和训练场往往占地面积广阔，地面设备区域众多，工作人员的通勤和往来交通可能面临极大的挑战。以内华达测试和训练场为例，该设施占地面积12139平方公里，拥有大量的地面设施、5000平方英里的军事专用空域和7000平方英里的军民共享空域，能够为作战人员提供灵活、逼真和多维的战斗空间，以进行战术研发测试和高级训练。当内华达测试和训练场正常运作时，大约200多名场站的工作人员将在多个地面设施内操作各种专业设备，而这些工作人员每天需要驾驶私家车到训练场入口，再换乘训练场内专用车辆到达工作岗位，期间的通勤时间很长。由于通勤时间较长的原因，训练场的工作人员离职率一直维持在较高的水平，并且训练场内25%到30%的岗位长期缺乏工作人员。此外，训练场内各种设施之间的人员流动也需要很长的时间，这也极大的限制了训练场的运作以及工作人员的活动范围。

图1：内华达测试和训练场的地面设施以及设想中的垂直起降机场位置

电动垂直起降飞机的应用可能可以解决以上这些问题。美国兰德公司的分析团队设想了将电动垂直起降飞机应用于内华达测试和训练场的场景（如图1所示），并对该训练场中的相关起降设备和电力设备进行了评估。在这一设想场景中，电动垂直起降飞机的应用能够使训练场内的工作人员节省十分可观的通勤时间，平均节省通勤时间0.4小时，最多节省通勤时间1.4小时，最少节省通勤时间0.1小时。然而，这样的通勤方式所需成本可能较高，所有人员每天的通勤成本可能在9到12万美元之间，而美军目前在该训练场人员通勤方面一年付出的成本大约仅为71.7万美元。此外，训练场内的大型设施附近基本都有充足的电力供应，可以满足电动垂直起降飞机的能源需求，但像托利查峰直升机停机坪（Tolicha Peak helipad）这样的小型设施附近可能缺乏必要的电力供应。

总体而言，电动垂直起降飞机在测试场和训练场中具有较大的应用前景，并且在人员通勤时间节省方面能够发挥巨大的作用，但是其运营成本较高的问题可能会限制该设备的应用范围，使得仅有部分关键人员或团队能够使用。随着未来相关技术和生产流程的进一步发展和完善，电动垂直起降飞机的采购成本和运营成本可能会大幅下降，而其在训练场的应用可能会不断扩展。

2.导弹发射场内的人员运输

根据美国空军全球打击司令部于2019年公布的数据，作为国家战略核威慑力量的一部分，美国空军拥有400枚装有核弹头的LGM-30G“民兵”洲际弹道导弹。这些武器主要部署在马尔姆斯特罗姆空军基地（Malmstrom）、米诺特空军基地（Minot）和F.E.沃伦空军基地（F. E. Warren）周围的450个加固发射井中，如图2所示。在这三个基地中，马尔姆斯特罗姆空军基地占地面积最大，是美国空军最大的导弹发射场。

图2：“民兵”-3洲际弹道导弹发射场

与测试和训练场主要依靠陆路交通不同，美国空军全球打击司令部运营着一支由63架UH-1N“休伊”（Huey）武装直升机组成的机队，以在导弹发射场上空执行安保、警戒和快速反应任务。这些直升机很快将被能力更强的MH-139A“灰狼”（Grey Wolf）直升机取代。在执行这些任务时，这些飞机携带有专门的传感器，并且还需要选配两挺通用电气公司生产的M134型7.62毫米机枪或两具40毫米榴弹发射器；以及两具七管2.75英寸火箭发射巢。此外，这些飞机还必须具备全天候飞行能力，并且能够在不额外补充燃料的情况下飞到最远的发射井，然后带着全部有效载荷和储备物资返回。这些要求超出了目前电动垂直起降飞机的能力，因此美国空军目前还无法使用现在的电动垂直起降飞机取代UH-1直升机或MH-139直升机。

不过，美国空军全球打击司令部的参谋人员表示，电动垂直起降飞机可能有助于将安全部队和维护人员运送到警戒设施和发射井，以取代单程需要数小时的驾车通勤。作为确保导弹发射场安全的一部分，安全部队必须每月对所有450个发射井进行实地检查，处理各种警报情况，并在例行维护活动期间提供安保服务，这使得该部队人员需要更为便利的交通工具，而电动垂直起降飞机就是一个不错的选择。美国空军全球打击司令部的参谋人员认为，电动垂直起降飞机的应用可使安全部队人员覆盖更多发射井，有效提高工作效率，并且这些安保小组的规模也可适当缩减，以让美国空军可以将多余的安保部队部署到其他地方。

图3：导弹发射井和导弹警报设施与马尔姆斯特罗姆空军基地的相对位置

（蓝色圆点为导弹发射井，橙色圆点为导弹警戒设施，粉色圆弧为距离马尔姆斯特罗姆空军基地100海里范围）

具体来说，在兰德公司分析团队的设想中，美国空军可在马尔姆斯特罗姆空军基地部署3架电动垂直起降飞机（2架主要用于执行任务，1架用作备用机），并在选定的导弹警戒设施内部署另外3架电动垂直起降飞机。安全部队可使用这些飞机来替代原来的地面交通工具，以对较为常见且严重程度较低的安全事件做出响应。此外，兰德公司分析团队还设想将3架部署在马尔姆斯特罗姆空军基地的电动垂直起降飞机，用于执行运输安全部队和维护人员的任务，以使其能够对需要实地检查的发射井进行检查和维护，而部署在发射场的3架电动垂直起降飞机则可用于安全巡逻任务。这一应用设想能够将导弹警戒设施的执勤人数从原来的6人减少至3人，导弹发射场的巡逻小队人数也可从原来的5人减少至3人。

兰德公司分析团队还设想仅在马尔姆斯特罗姆空军基地内部署电动垂直起降飞机，而不在导弹警戒设施内部署此类飞机。导弹发射场内的运输任务仍然由地面车辆执行。这一设想也将使安全部队的执勤人数有所减少，但效果可能没有上文中设想的部署那么有效。

电动垂直起降飞机的应用可有效提高安全部队的作战灵活性，使其能够有效应对各种突发情况，并减少基地内的地面交通需求。除了减少约210万美元的地面运输成本外，电动垂直起降飞机的应用还将大大减少汽车尾气排放。美国空军全球打击司令部的官员表示，在冬季，UH-1直升机有时会用于导弹警戒设施间的人员运输，以代替地面车辆。在这种情况下，电动垂直起降飞机可能比UH-1直升机更具成本效益。

此外，电动垂直起降飞机还可节省可观的通勤时间，使美国空军的工作人员拥有更多私人时间。据估计，如果将电动垂直起降飞机用于执行巡逻任务，那么任一导弹警戒设施到发射井之间的通勤时间都可控制在30分钟以内，并且相比于车辆巡逻，平均单程的飞行巡逻能够节省1.1小时。如果将电动垂直起降飞机用于执行后勤保障任务，那么任务所需平均时间也可缩短1.6小时。

3.敏捷作战部署

电动垂直起降飞机还可为美国空军的“敏捷作战部署”概念提供支持。该概念预计将提高部队对机动性的要求，增加部队对C-17运输机和C-130运输机等飞机的需求。2022年，美国运输司令部（USTRANSCOM）指挥官在国会作证时表示：“C-130运输机数量从‘沙漠风暴’行动中远超过500架飞机的最高水平下降了近50%，降至目前的计划水平。‘机动能力要求研究-20’强调了这一任务领域在未来作战环境中的潜在价值，因此，战区内空运成为该部越来越感兴趣的领域”。在这种情况下，电动垂直起降飞机机队可用于支持“敏捷作战部署”空运任务，使较大型的C-17运输机和C-130运输机可以执行其他任务。这些电动垂直起降飞机机队可为“敏捷作战部署”集群提供人员和小型部件（包括药品和医疗用品）的重要运输，例如将F-35A战斗机的雷达电路板送回部队，或在紧急情况下将外科医生运送到前沿地点。在机场受到攻击时，跑道和燃料仓库往往是首要目标，两者很难在攻击中不受影响，而电动垂直起降飞机只要有充足的电力供应便可起飞，更易于在条件恶劣的情况下部署。此外，同样得益于其能力，电动垂直起降飞机应比传统固定翼飞机更容易分散到机场上，从而避免出现集中损失。

具体而言，电动垂直起降飞机十分适合部署于太平洋岛屿上的机场中，以为“敏捷作战部署”提供支持。以菲律宾为例，该国由众多岛屿组成，岛上大约有31个机场（如图4所示），在战时，美国空军可能会在这些机场中分布式部署大量飞机，但机场之间的交通情况可能较为恶劣。这些机场大多由道路网络和渡轮连接，机场间的交通十分耗时。据估计，如果将电动垂直起降飞机部署在菲律宾岛上的机场，那么机场间的交通时间平均可减少21.5小时。此外，电动垂直起降飞机还能在战时执行小重量的紧急运输任务。战时，菲律宾的机场可能将受到毁灭性打击，作战人员可能会面临跑道尽毁且燃料不足的问题，此时C-17运输机或C-130运输机就无法发挥作用，传统的直升机可能也会因为燃料不足而无法持续作战，这时电动垂直起降飞机就能派上用场。

图4：菲律宾岛上机场的大致位置

此外，电动垂直起降飞机还可在欧洲国家部署，以为美国空军的“敏捷作战部署”提供支持。以波兰为例，该国与俄罗斯、立陶宛、白俄罗斯、乌克兰、斯洛伐克、捷克和德国接壤，地理位置优越，并且其境内有30多个机场（如图5所示），方便美国空军在战时实施分布式部署。在可能的欧洲冲突中，美国空军可能在波兰境内的多个机场进行分布式作战部署。然而，波兰机场之间主要通过道路网络进行连接，机场间的交通主要依靠车辆，所需时间较长。如果在波兰境内机场部署电动垂直起降飞机，那么机场间的交通时间也将显著下降，平均节省交通时间为3.5小时。

图5：波兰境内机场的大致位置

不仅如此，在战时阶段，道路上可能会设有大量安全检查点，并且敌人可能会对关键道路和节点进行打击，地面交通可能会耗费更多时间，严重时可能会完全中断。此时，军事指挥官可能需要在波兰的“敏捷作战部署”集群基地之间空运重要部件和人员。电动垂直起降飞机可能可以成为替代C-17运输机或C-130运输机完成这项任务的有吸引力的选项，尤其是在基地本身的跑道受损或燃料库被破坏或摧毁的情况下。

鉴于美国空军可能主要将电动垂直起降飞机用于执行货物运输和人员运输任务，其对该飞机的技术规格要求可能与商业市场存在一定程度的重叠。这使得美国空军可以直接采购现有的电动垂直起降飞机，而无需另外进行独立研发。然而，美国空军在某些特定任务领域（如在战斗或拒止环境中进行伤员转移）可能有特别的需求，并且需要对电动垂直起降飞机进行定制或改装，这可能导致其所提出的要求与商业市场产生分歧。在遇到此类分歧时，美国空军可能很难推广其技术规格要求，因为其需求在整个电动垂直起降市场中可能是微乎其微的，而需求占比较少可能使得大多数电动垂直起降公司，甚至整个行业不愿因为一些微小的利润而大费周章。据兰德公司分析团队估计，到2050年，电动垂直起降市场需求将达到900亿至9万亿美元，而美国空军的需求至多占2030年全球需求的9%，占2050年全球需求的0.25%（如图6所示）。这意味着美国空军在塑造市场或推动特定技术规格方面的影响力十分有限。

图6：多家金融和咨询公司对电动垂直起降市场需求的预测

此外，电动垂直起降飞机未来的供应链结构和规模可能将与汽车行业十分相似，即实现高度的全球化水平。原因有以下几点。首先，电动垂直起降飞机的主要定位是私人和公共陆地交通运输工具的替代品，而非其他航空平台的替代品，因此其特性可能与汽车更为接近。其次，电动垂直起降飞机的许多零部件与最新一代汽车的组件类似，包括微电子、复合材料和先进的光学组件，以及各种增强自主性的功能，这使得现成的汽车供应链可为其所用。再次，电动垂直起降市场总规模可能将非常庞大，汽车行业也是如此，而如此规模的市场很可能需要高度全球化的供应链。最后，电动垂直起降初创公司与汽车行业巨头之间的合作关系也从根本上影响了电动垂直起降市场的发展，例如丰田汽车公司与乔比航空（Joby Aviation）建立了深度的合作关系。因此，电动垂直起降飞机未来的供应链很可能是高度全球化的，不可能由单一国家主导，而这也意味着美国空军可能难以建立完全基于国内的供应链，而其供应链安全目标的实现也可能会面临挑战。

根据兰德公司分析团队的评估，电动垂直起降技术为美国空军带来的是现有能力的替代品，而非全新的能力。虽然这一替代品能够减少目前的后勤保障压力，降低部队的声学特征，并减少部队的碳足迹，但是这些优化并未转化为显著的作战优势，无法为美国空军的战力提升带来立竿见影的效果，更无法为其带来较大的军事变革。然而，军事变革绝非仅靠一种技术的突破或一款新装备的出现就能实现，与之相匹配的战术、组织、理论和技术的创新也是必不可少的。这些因素的适当组合以及由此带来的作战变化很少能事先得到理解或预测，而是要经过一个杂乱无章、错综复杂的过程才能显现，这一过程可能需要十几年，甚至几十年的时间。在极少数情况下，像核武器这样威力惊人的新技术才能够产生立竿见影的巨大效果，并瞬间改变战略格局。对于电动垂直起降技术来说，其所带来的变革可能也需要一定的时间才能逐步显现，这既取决于相关的战术、组织和理论创新，也取决于技术本身。因此，短期内美国空军对新兴商业电动垂直起降市场的态度应更多受市场特征而非军事价值的驱动，美国空军很可能将继续对电动垂直起降技术的发展保持关注，并不断思考该技术能够为哪些任务领域带来巨大优势。