美国X系列飞行器启示：平衡创新风险 欣然接受失败

美国x系列飞机

　　美国X系列飞行器项目管理机制

　　X飞行器项目主要由美国空军与NASA合作开展，大致可划分为技术攻关、系统集成与飞行试验三个发展阶段，其项目管理具有阶段管理特征。

　　项目管理机构

　　X系列飞行器最初是由美国陆军航空兵（后来的美国空军）与NACA（后来的NASA）合作开展的，旨在管理飞行研究计划。二战后，随着冷战的开始和国防预算的增长，进一步推动了预先飞行研究，NACA在这一时期迅速发展，与美国军方的合作带来了X-1～X-8及X-15等项目。这些项目使NACA在传统的研究和飞行试验业务领域外又增加了设计和项目管理职责。到20世纪50年代末，因为“太空争霸”的兴起，NASA发起了一系列X飞行器项目，带动了军事与民用航空航天技术的繁荣；并且由于美国对新概念、新技术先期演示验证的高度重视，DARPA作为美国国防部预先研究计划管理部门在X飞行器发展的中后期也介入进来，发起并资助了一大批X飞行器项目。

　　在已有的X系列飞行器中，由DARPA直接管理的项目有11项，各军兵种负责的有18项，NASA管理的有22项，NASA与DARPA共同负责的有2项，民营机构自筹资金发展的有2项。X飞行器具体的研发机构除NASA下属的各研究中心外，还有各军兵种的航空航天研究机构、民营航空航天公司及高等院校的研究机构等，军事概念演示验证在X系列飞行器的任务中占了主导地位。

　　项目运行机制

　　X系列飞行器是技术演示验证项目，仍然属于科学研究范畴，应遵循武器装备科研工作规律。根据美国防务采办阶段的划分，其对武器装备项目的管理都是从方案阶段开始直至生产使用阶段结束，体现了全寿命管理的思想，具有阶段管理特征，一般可分为项目立项、过程管理与调整决策等几个阶段。

　　值得一提的是，NASA、DARPA和军方会对那些目标定义不当、受技术困扰或经费紧张的项目进行调整，所以许多X飞行器型号在研制过程中会被取消。当然，这其中也有一些项目是国家决策失误导致的，像X-20这样的项目。但是应当看到，在未知领域里的探索完全不犯错误是不可能的，在启动X飞行器项目计划时就把取消计划看作是抛弃不好想法的正当途径，欣然接受失败，重要的是从失败中学习，汲取经验教训。

　　X系列飞行器项目风险管理

　　X系列飞行器项目具有探索性强、技术风险大、技术管理复杂且耗资巨大的特点，其研制过程充满极大的风险，如不重视风险控制与管理，极可能导致失败。美国庞大的国防需求推动了国防领域技术验证的发展，新世纪里仍有很多X飞行器项目继续在研，随着对技术验证活动规律和重要性的认识不断提高，美国已形成了一整套非常清晰的技术验证风险控制与管理策略，同时这也是美军高度创新的科研体系下采取相对保守措施的体现。

　　采用渐进式协同开发方法推动技术发展

　　以美国发展高超声速技术为例。X-15原型机试飞时典型速度增量是M0.5，这样可以较好地处理速度增加后的热损伤问题，而X-15A-2从M4.94直接增加到M6.7的飞行几乎造成飞机失事。又如与渐进式技术开发和飞行研究项目不同的X-30项目尝试开发全尺寸操作原型飞行器系统，期望在单个项目和短暂时间内，涵盖完全的研制范围，从几乎所有基础性研究到单级入轨原型机的飞行试验。但很快就发现所要求的技术范围过于庞大，项目被终止。

　　从中可总结出：首先，在飞行试验时应逐步扩展飞行包线；其次，在类似于X-30这样大型的飞行器研制之前，需要完成超燃冲压发动机推进系统、材料、其他系统和热管理方面的大量开发工作。在进入完全的飞行器系统开发项目之前，需要有早期的飞行试验和渐进式技术验证这样的关键工作。应把复杂的技术问题分解为可处理的多个部分，使试验方案的成本降低。开发像X-30这样复杂的系统和高度综合的技术最好是采用系统性的、渐进式的步骤来处理，而不是花费大量工作研究非常大型的、高成本的单独操作的原型飞行器，不能过度追求技术的先进性而忽视了技术本身发展的渐进性。

　　限量分批突出重点进行新技术飞行验证

　　X飞行器项目成功实施的指导方针之一就是要限量分批突出重点进行新技术飞行演示验证。就是说X飞行器项目应对一项集中的新技术进行重点攻关，而项目中应用的所有其他技术应处于当前的技术发展水平（SOTA，State of the Art）或者低于SOTA，所有使用的其他技术应对项目实现任务目标来说风险很小或者没有风险。

　　20世纪90年代美国空军和NASA启动了许多与航天有关的X飞行器项目来验证所需要的技术，这类技术远远高于当前SOTA。有一个现象值得注意，那就是所有的关键技术飞行演示验证样机（如DC-X、DC-XA、X-36、X-40等）都完成了其任务目标。成功的主要原因就在于这类项目需演示验证的新技术集中，挑战性适度。

　　利用技术成熟度分析模型进行评估

　　20世纪90年代，X系列飞行器中与航天飞行有关的项目不成功的比例很高。NASA利用技术成熟度评估模型（即PDA方法，Phased Development Approach）对X飞行器（X-33、X-34、X-36、X-37、X-38、X-40、X-43等）及一些关键技术演示验证样机进行了技术风险评估，以降低后续相关项目的风险。PDA又称为“分阶段开发途径”，是NASA与美国空军RLV技术飞行演示验证研究组的研究成果之一。PDA模型主要以技术成熟度（TRL）和综合集成成熟度（IRL）两个指标为基础。

　　NASA利用PDA模型首先对各项目所采用的技术进行了TRL级别评估，尤其是那些需要通过飞行进行鉴定的技术，然后应用综合集成成熟度的定义对飞行演示验证样机的IRL进行了评估。之后各项目按照完成其任务目标的程度评估项目成败。大多数成功的X飞行器项目都采用了有较高TRL需飞行鉴定的关键技术和部件。那些在IRL较低的飞行器系统上应用TRL较低需飞行鉴定技术的X飞行器，往往都不能达到其任务目标。值得注意的是，所有的关键技术演示验证样机都完成了它们的任务目标。这表明利用演变型飞行器方法（高IRL）飞行测试低TRL部件是一种成功的技术成熟度策略。

　　利用TRL评估方法，美国空军和NASA还对RLV技术验证飞行器X-33和X-37进行了研究。X-33在2001年初被取消；X-37在2002年被取消，2003年重新恢复研制，但是其任务已改变，转为主要验证空天飞机的自主进场与着陆能力。

　　开展竞争确认优势承包商

　　美国防务采办系统采取的是一种竞争机制。美国国防部在经费允许的范围内，想尽一切办法维持国防工业的竞争态势，以长期、全面地保持国防工业在武器装备研制、生产、保障方面的全套能力以及多个厂商之间的竞争。X飞行器项目的竞争色彩主要体现在承包商的确定上，项目合同会授予通过竞争确认的优势承包商。

　　需要说明的是，在新技术的结果不可预知或者任务目标不同时，竞争性飞行演示验证的方法十分有效。也就是说，如果新技术可以以很大差异的方式得到应用，那么制造不同的演示验证样机进行对比竞争是确定最优构型的一条合理途径。但是，如果性能差异很小，竞争性飞行演示验证就可能是一种昂贵的途径。

　　经济可承受性成为项目考虑的主要因素

　　二战后，由于冷战的紧张局势和美国国防预算经费充裕，推动了预先飞行研究的发展，NACA（NASA）与军方合作带来了X-1～X-8及X-15等项目。这时，X飞行器项目大多以政府资助为主，工业部门的投资比例很小。但是，随着冷战结束，美国国防部的武器装备采购费用下滑很大。同时，随着飞行器性能的不断提高，项目复杂性不断攀升，需要进行演示验证的技术项目也越来越多，相应地验证飞行器的研制和飞行试验费用也越来越高。X系列飞行器发展的中后期，其性质发生了变化，特别是20世纪90年代的X飞行器，经济可承受性成为主要考虑的因素，而安全性和可靠性成为决定任务成本的关键。因此，探索低成本、高效率验证飞行器的途径显得十分必要。（冷洪霞　卢亮）