読者がもしアメリカの次期制空戦闘機（21世紀で最も厳しい戦闘地帯の上空を支配する航空機）の開発を任されたら、どう実行するだろうか？どんなシステム、能力、最先端技術で新しい戦闘機をつくるだろうか？
これは、空軍の次世代制空機（NGAD）や海軍のF/A-XXのような極秘開発計画でアメリカの防衛関連企業に実際に投げかけられている質問だ。
Original artwork courtesy of Rodrigo Avella. Follow him on Instagram for more incredible aviation renders.
F-35共用戦闘機は、各部局の異なるニーズを満たそうとしていると広く批判されているが、同戦闘機は、全く異なる取得プロセスで開発されている。まず、空軍と海軍は、NGADで協力して開発されたサブシステムを共有するものの、別々の機材を配備する見込みである。このためアメリカの次期制空戦闘機として登場するプラットフォームでは空母任務は期待できないことはほぼ間違いない。
しかし、この話を進める前に、素晴らしい画像を提供してくれたロドリゴ・アヴェラの素晴らしいアートワークと、その他の画像に謝意を表する必要がある。作品は本人のウェブサイトでご覧ください。また、TwitterやInstagramのフォローもお忘れなく。
編集部注：以下の記事はあくまで仮定の話ですが、取り上げたプログラムや技術はすべて公表されています。
アメリカの次期戦闘機に搭載される機能や技術について、さまざまな憶測が飛び交っているが、一部は公式発表で裏付けされているとはいえ、詳細は明らかになっていない。
そこで筆者は、伝説の戦闘機F-22ラプターに代わる新たな空の王者として、現在実用化されている、あるいは開発中の最新・最先端のシステムで、妥当な時間枠で機体に搭載可能なものを組み合わせて、独自の制空戦闘機の設計を始めてみた。言い換えれば、この新しいジェット機は今後5年から10年以内に飛行開始する必要があるため、極超音速飛行用のコンテナ型常温核融合や完全デュアルサイクルのスクラムジェット推進システムの採用は合理的ではない...しかし、GEのXA100などの先進ジェットエンジンは、戦闘機に未搭載だが現在テスト中なので、採用してもいいだろう。
また、現在公開されているプログラムではないものの、技術的には確実に新型戦闘機に搭載される可能性のある、やや仮説的なコンセプトも採用する（アクティブフローコントロールなど...後ほど取り上げる）。
言い換えれば、まだ実現していないシステムも、NGAD開発で動作させる前提で、リストに含まれている可能性がある。
この取り組みでは、実際のプログラム、実際の科学、そして実際の研究から多くを学びますが、結果はもちろん現実のものではない。空軍の次期戦闘機に搭載される技術の内訳ではないが、NGADが最終的に公開された後、今回の推論が新機能を正しく理解できていたかを見るのは非常に興味深い。
早速だが...筆者なら、最高の技術を使って、空軍の次期戦闘機をこんな感じで作る。
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新型戦闘機には、空を完全に支配する能力が必要だが、必ずしも高性能戦闘機に期待するような方法でそれを実現しなくてもよい。目視範囲を超えるセンサーと非常に高性能な長距離空対空兵器の出現により、アクロバティックな近接戦闘の時代は終わったと広く考えられている。言い換えれば、新しい戦闘機には、Su-35やF-22ラプターのような接近戦の能力は必要ないが、世界で最高性能の戦闘機に勝ちながら、紛争空域で高い生存能力を持つ必要がある。
デルタ翼は、F-16（F-16XL）やF-22ラプター（FB-22）の能力向上実験と同様に、ヨーロッパの多くの最新戦闘機で成功裏に使用されてきた。デルタ翼の追加面積は、揚力を劇的に増加させ、積載能力と航続距離を向上させながら、燃料のスペースを提供し、航続距離や滞空時間をさらに増加させる。他のステルス機と同様に、低視認性を優先するため武器を機体内部に搭載するが、F-22よりわずかに大きな胴体で、内部収納の拡大が可能になる。ただし、この機体も無人機で攻撃する恩恵を享受するだろう。
アクティブ・フロー・コントロールを推進システムに活用することで、戦闘機が依存している制御面の多くを不要にすることができる。F-22やF-35のようなステルス戦闘機は、早期警戒システムの低スペクトル・レーダー・アレイで探知できるが、B-2スピリットやB-21レイダーの全翼機デザインは、防空システムによる検出を遅らせるのに役立つ。
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GEとプラット＆ホイットニーの両社がテスト中の先進新型アダプティブ・サイクルエンジン（それぞれXA100とXA101）は、次期制空戦闘機のニーズを満たす有力な候補だ。新型エンジンは、従来型よりも大きな推力とパワーを生み出すと同時に、燃料経済性と熱管理の面で大きな飛躍をもたらし、発電容量も拡大する。
XA100はアフターバーナーで45,000ポンド推力を発揮し、2基を搭載した場合、90,000ポンド（F-22ラプターのプラット＆ホイットニーF119-PW-100ターボファンエンジン2基より2万ポンド多い）の推力を得られる。しかし、これは同エンジンの抜きん出た性能の一部に過ぎない。
GE-XA100 engine prototype (GE)
XA100は、パイロットの入力を解釈し、各種「モード」で動作する。パイロットが戦闘中にエンジン性能を最大限に発揮させたい場合は、スロットルを強く傾ければ、エンジンのマネジメントシステムが、燃焼量が多い高推力モードに切り替える。逆にパトロール中は、燃費や滞空時間を伸ばす高効率の低燃費モードで待機する。GEの最新のエンジンテストでは、F-35で既存のプラット＆ホイットニーF135-PW-100と比べて、飛行プロファイルの大部分で推力が20％向上し、燃費が50％も向上することが確認された。また、同様に重要な点として、従来型エンジンに比べて熱管理能力が2倍になる。
現代のジェットエンジンが発する熱は、実は搭載システムのパワーを制限する要因になっている。しかし、GEのXA100のようなアダプティブサイクル・エンジンは、熱をうまく管理することで、高度な対抗手段や指向性エナジー兵器で必要となる余電力を確保できる。
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おそらく、筆者の戦闘機設計が現在の戦闘機と最も異なる点は、アクティブ・フロー・コントロールを推力ベクトル制御と同時に組み込むことで、操縦性を犠牲にせずレーダーを反射する制御面や垂直安定板を劇的に減らす努力だろう。フラップやエルロンなどの従来の可動部品なしに、航空機の方向転換を可能にする。
アメリカ航空宇宙学会が発表したこの技術には、航空機のジェットエンジン排気を胴体の特定の穴に通して、飛行中の航空機の軌道を変えるアプローチもある。これは基本的に、宇宙船が軌道上で位置を調整するのと同じで、非常に高度かつ高速な方法だ。しかし、航空機に使用すると、はるかに精密かつ強力な実行が必要となる。応用物理紀要Journal of Applied Physicsに別のアプローチが掲載され、航空機の胴体と翼表面に電極を配列して使用する提案がある。電極は、特定の間隔と場所で放電を発生させ、近くの空気を加熱し、空気密度を変化させ、その結果、航空機の飛行に影響を与える。
アクティブ・フロー・コントロールは空気の流れを利用する
AFC構想には、何十年も前からのものもある。AV-8Bハリアーでは、垂直離着陸時に同様の原理で動作するリアクションコントロールシステムを長い間使用してきたが、航空機の主要推進系から大きなパワーを奪うことなく、実現可能なアプローチとなったのはつい最近のことだ。また、XA100の熱管理の改善では、余剰電力を利用したシステムも可能になる。
推力ベクトル制御（TVC）は、航空機のエンジンの推力を、パイロットがノズルで文字通り（機体とは関係なく）方向付ける。F-22は180度（上下）だが、Su-35のような360度TVCを持つジェット機もある。AFCの効果によっては、360度TVCのノズルを使い、最小限の制御面で航空機の制御を補正できる。
AFCは可動部品が少ないため、メンテナンスコストの削減や、ステルス性を損なう機体継ぎ目や隙間の削減が期待できる。尾翼が必要なら、YF-23のようなステルス性の高い角度付き尾翼を組み込むばよい。
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現代のステルス機は、レーダーを反射する設計を採用し、電磁波を受信機に直接返すのではなく、機体からそらすように設計されている。しかし、これらのデザインだけでは、最新のジェット機を本当の意味で「ステルス」にならない。さらに、レーダー吸収材（RAM）で覆われているため、レーダー反射を劇的に減少させることができる。
アメリカの戦闘機に使われているRAMは、入ってくる電磁エネルギー（レーダー波）を70〜80％以上吸収するという評価がある。しかし、その維持には費用と時間がかかり、F-22やF-35の運用経費が莫大になっている。また、現在のレーダー吸収材は、熱による損傷を非常に受けやすく、超音速で問題となる。実際、F-35Cでは尾翼のレーダー吸収材が破損の危険性があるため、超音速飛行は60秒以下のショートスプリントに制限されている。
昨年、ノースカロライナ州立大学のChengying "Cheryl" Xu率いる研究チームが、戦術戦闘機への応用が可能な新しいセラミックベースのレーダー吸収材料の開発を発表した。この新形態のRAMは、さらに多くの電磁エネルギーを吸収し（90％以上）、同時に耐水性があり、砂よりも硬く、華氏3200度の高温に耐えると言われる。現代のレーダー吸収材は480度程度で壊れ始める。SR-71の場合、マッハ3以上の速度で飛行すると、950度になった。
この素材を使うことで、超音速飛行を長時間維持しながら、各戦闘機のメンテナンスの必要性を劇的に減らすことができる。新型ジェット機は、他のステルス化設計要素との組み合わせにより、前世代機を上回るステルス性と性能を発揮する。
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今日、F-35共用戦闘機が搭載するノースロップ・グラマンの AN/APG-81 アクティブ電子走査アレイ（AESA）火器管制レーダーシステムは、世界最高性能と一般に認識されている。このシステムは、F-35に比類ない状況認識能力を提供するだけでなく、電子戦の一部になる必要な能力を備えている。
しかし、英国と日本がそれぞれ第6世代戦闘機計画で共同開発している新システムは、同レーダーの能力を上回るものを目指している。
機首のレーダーディッシュを小型レーダーモジュール数百個に置き換えたAESAレーダーのように、新しいシステム（Jaguarの名称で開発中）は、モジュールあたりのプロセッサ数を増やす一方で、受信した信号をよりデータへ変換することで信号劣化が軽減すると期待されている。
このシステムは従来のレーダーの1万倍ものデータを吸収し、処理が可能となる。2020年に英空軍が行った主張によると、このシステムは1秒間に大量のデータを処理するため、都市全体のインターネット利用を管理可能とある。
F-35共用戦闘機のAN/AAQ-37電気光学分散アパーチャシステムは、機体各所にある6つの高解像度赤外線センサーで構成し、戦場を360度完全に見渡せる。このシステムは、付近を飛ぶ他の航空機や飛来するミサイルを識別・追跡し、夜間運用時にはヘルメットのビューイングシステムで自機を覗き込むことも可能だ。
2018年、レイセオンはノースロップ・グラマンからAN/AAQ-37 DASシステム生産を引き継ぎ、画像解像度の向上と異なるフィードのステッチングを提供し、次世代戦闘機はこの方向性をさらに進める必要がある。現在、改良型DASシステムの開発プログラムは公開されていないが、前回のDAS更新から4年が経過しており、計算能力とセンサーの改善により、現在の「空のクォーターバック」F-35を上回る状況認識能力が新しい戦闘機に搭載されることは理にかなっている。
(U.S. Air Force)
無人機との併用により、ミッションのハードウェアを簡単に変更できるが（詳細は後述）、筆者たちの新しい戦闘機プログラムに関わる有人機と無人機では、ハードウェアとソフトウェア双方でモジュラーアプローチの採用が必要となる。モジュール構造により、各種システムを共有できるようになり、開発・試験コストを全面削減し、維持コストも削減できる。
モジュール設計アーキテクチャは、現在の戦闘機設計よりも低い価格で、より頻繁なアップデートを可能にする。しかし、重要なのは、モジュール構造アプローチの恩恵を十分に受けるためには、航空機のソフトウェアが対応できる設計にすることだ。
この問題で、空軍参謀長のCQブラウン大将が触れ、NGADのミッション・システムが機体の飛行制御ソフトウェアから完全に独立すると強調している。これまでの戦闘機では、飛行制御とミッション・システムが絡み合っていたため、ミッション・システムを変更した場合、航空機の安全性や戦闘能力を損なわないようにするため、飛行システムで高価で長時間のテストが必要だった。だが、2つのシステムを分離することで、航空機の基本機能に影響を与えずに、ミッションシステムに変更を加えることが可能になった。
このようにハードとソフトをモジュール化することで、標準的な適合要件を満たせば、各社が開発した新技術を迅速に導入することが可能になる。
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NGADは、単体の機体ではなく、支援用UAV（無人航空機）を含む「システム・ファミリー」として以前から理解されている。XQ-58Aヴァルキリーのような低価格無人機は、この役割に非常に有効であるが、筆者は今年初めにフランク・ケンドール空軍長官が行った発言に傾く。長官は、NGADとB-21の無人機ウィングマンの目標価格ポイントは、有人機コストの約半分になると主張した。現在、NGADのコストは戦闘機1機あたり2億ドル程度と見積もられているので、無人機版の単価は1億ドル程度となる。
1億ドルといえば、現在のF-35Aの単価より高い。つまり、支援機は、予算をオーバーさせずに、アメリカの既存機と同様のステルス性能を提供できるはずだ。こうした無人機は生産とメンテナンスのコストを低く抑えるため、制御システムや構造部品で可能な限り共通性を持たせるべきだが、まったく別のペイロードに対応できるはずだ。
これらの無人機では以下3点を、専門分野ごとに設計開発の必要がある。
空中戦
地上戦
センサーリーチと電子戦
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空戦用無人機には、ロッキード・マーチンが開発中の長距離空対空ミサイルAIM-260 JATMやレイセオンの長距離交戦兵器（LREW）と、同社のペレグリンミサイルを組み合わせ搭載することになる。ペレグリンミサイルは、同様の性能を持つにもかかわらず、現在のAIM-9Xよりも低コストで、設置スペースもはるかに小さい。地対空戦機には、AGM-179 JAGM、新型AARGM-ERレーダー探知ミサイル、AGM-158C LRASM（長距離対艦ミサイル）など、さまざまな空対地・対艦弾を搭載する必要がある。
センサーとEW用機は、現在F-35が搭載するAN/APG-81アクティブ電子走査アレイ（AESA）火器管制レーダーと、EA-18Gグラウラー用に開発中の次世代ジャマーポッドを電子戦任務に搭載する。AN/APG-81を空戦用と対地攻撃用無人機に搭載すると高価で重いことが判明した場合、レイセオンの軽量で安価な窒化ガリウムAESAが代用品となる。各ドローンに火器管制レーダーを搭載するのは実現可能であり、無人機を戦闘で喪失しても、ミッションの達成が確実になる。
パイロットは、ミッションのパラメータに応じて、空戦、地上戦、EWの能力を必要に応じ追加し、ペアを組む無人機を交換するだけで、ミッションに応じた装備になる。各無人機は、Skyborgや同様のシステムを通じてパイロットの指示を受け、人工知能を活用してパイロットと暗号化データリンクを通じて複雑なコマンドを実行する。
新型アダプティブサイクルエンジンが、必要なパワーを提供できるかは不明だが、遠くない将来、航空機に応用されるのは間違いない。
ステルス性が向上しても、新型戦闘機は、その他航空機や地上から発射される敵ミサイルの脅威に直面する。21世紀のバトルゾーンで生存能力を確保するため、アメリカの新型戦闘機は、チャフ・フレアシステムを強化する高度対抗策を必要とする。
まず指向性エナジー兵器、つまりレーザーだろう。これは、飛来するミサイルを過熱し、爆発させるか、あるいは目標に接近できなくなるまで加熱することができる。このようなシステムは何十年前から開発されており、空軍研究所の自己防衛型高エナジーレーザー実証（SHiELD）プログラムが最も有力な選択肢を生み出している。2019年の地上試験で空中発射ミサイル多数の撃墜に成功し、2024年に飛行試験を開始する。SHIELDでは、ポッド内蔵型レーザー防衛システムに焦点を当てているが、システム本体は新型戦闘機の機体に統合されるだろう。
US Patent office
新型戦闘機に標準搭載されるもうひとつのあまり知られていないシステムは、2018年の海軍特許の形で、"System and Method for Laser-Induced Plasma for Infrared Homing Missile Countermeasure" という、著しくセクシーでないタイトルのものだ。この技術は、基本的にプラズマホログラムの「レーザー誘起プラズマフィラメント」を投影し、航空機の赤外線シグネチャーを再現し、熱探査ミサイルを混乱させることができる。
この特許は4年前に申請されているが、現在、航空機用に開発・実用化する取り組みは公表されていない。しかし、この技術はすでに小規模で実証されているため、今後10年間で実用化を目指す機密プログラムとして実現可能のはずだ。
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ここまで検討して、読者はふたつ認識しているはずだ。一つは、新型戦術機の設計と実戦配備には信じられないほどの労力が必要だということ、もう一つは、その努力を一つの記事にまとめるには、非常に大雑把な表現でなければ不可能だということだ。
米国は、航空技術の黎明期から軍事航空技術で世界をリードしてきた。世界初の軍用機となった1909年のライト・ミリタリー・フライヤーは、アメリカ陸軍信号隊所属であった。わずか40年足らずで、アメリカ空軍のチャールズ・"チャック"・イェーガー大尉が人類初の音速の壁を越える機を操縦し、そのわずか14年後にはロバート・ホワイト空軍少佐のX-15がマッハ6を超える極超音速の壁を破った。1981年、F-117ナイトホークは、アメリカの航空戦のあり方そのものを変えるステルス革命の先駆けとなり、わずか8年後には世界中を飛び回るB-2スピリットがその後に続いた。
そして1997年、F-22ラプターが初めて空を飛び、その驚くべき新機能は、新世代の戦闘機の原型となった。
そして、2020年代の終わりになると、アメリカのNGADとFA-XXは、再びゲームを一変させる可能性を持っている。もし、その期待に応えることができれば、上記のような画期的技術が盛り込まれる可能性は十分にある。■
Alex Hollings | April 21, 2022
The Air Force is eyeing groundbreaking new engines for the F-35
Alex Hollings is a writer, dad, and Marine veteran who specializes in foreign policy and defense technology analysis. He holds a master’s degree in Communications from Southern New Hampshire University, as well as a bachelor’s degree in Corporate and Organizational Communications from Framingham State University.
