裴毅東

2014年1月，美國防部作戰(zhàn)試驗與評估局（DT&E）公開發(fā)布了一份關(guān)于美軍重大武器采辦項目的年度報告，報告指出：“F-35項目的軟件存在可靠性欠缺、保障程度不佳等問題，軟件是該項目當前最大的問題”。2014年3月，美國政府問責署（GAO）向國會提交的一份評估報告顯示，F(xiàn)-35項目持續(xù)不斷的軟件問題，將使美海軍陸戰(zhàn)隊F-35B初始作戰(zhàn)能力的形成時間被迫延后13個月，并可能導致項目的研制成本和進度再次面臨嚴峻風險。事實上，自2001年10月F-35啟動系統(tǒng)研制工作以來，該項目所采用的“開發(fā)、測試、生產(chǎn)并行開展”的采辦策略，已造成項目成本不斷上漲、進度一再拖延、風險持續(xù)加大。雖然2012年3月項目在經(jīng)歷第三次重組、確定新的采辦基線后，采辦成本與進度評估保持相對穩(wěn)定，并在發(fā)動機、供應鏈、制造生產(chǎn)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)取得一定的進展，然而持續(xù)不斷的軟件研制問題拖延了F-35任務系統(tǒng)的試飛測試，成為制約整個項目研制與部署的最大障礙，并已嚴重影響到美軍初始作戰(zhàn)能力的形成。本文對F-35項目軟件的基本情況、研制與測試進展、測試工作的難點，以及軍方、主承包商的改進措施等進行了剖析和研究。

F-35軟件基本情況

F-35“聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機”是美國防部歷史上規(guī)模最大、復雜程度最高的多國聯(lián)合研制武器采辦項目之一，需要完成“常規(guī)起降型”F-35A、“短距起飛/垂直降落型”F-35B及“艦載型”F-35C三個型號飛機的研制與生產(chǎn)任務。F-35項目的系統(tǒng)設(shè)計采用開放式架構(gòu)，引入大量的商用現(xiàn)貨軟件為系統(tǒng)提供快速技術(shù)更新，軟件代碼采用C、C++和Ada語言編寫，以模塊化形式進行代碼封裝。軟件為F-35提供了傳感器融合、武器與火力控制、維護診斷、動力推進等功能，需要軟件執(zhí)行的功能約占飛機功能總數(shù)的80%。軟件總代碼量超過2400萬行，機載軟件代碼行總量達到1000萬行，是F/A-18E/F“超級大黃蜂”戰(zhàn)斗機的8倍、F-22“猛禽”戰(zhàn)斗機的6倍，而隨著F-35系統(tǒng)集成與測試工作的不斷深入，整個軟件的代碼規(guī)模仍在不斷增加。自F-35完成初始設(shè)計審查以來，軟件代碼量增加了40%，完成關(guān)鍵設(shè)計審查后，軟件代碼量又增加了13%。

F-35項目需要研發(fā)Block 0.1、Block 0.5、Block 1.0、Block 2.0、Block 3.0共五個版本的軟件，每個版本通過迭代開發(fā)方式成為前一版本的升級版，最終完成F-35完整作戰(zhàn)能力所需要的軟件開發(fā)、測試、交付工作。其中Block 1.0包括Block 1A和Block 2B兩個版本，Block 2.0包括 Block 2A和Block 2B兩個版本，Block 3.0包括Block 3I、Block 3C、Block 3F三個版本。

截至目前，F(xiàn)-35項目組已完成Block 0.1、Block 0.5、Block 1A、Block 1B、Block 2A軟件的研制與測試。其中，Block 0.1用于飛機基本飛行功能測試，提供基本的導航、系統(tǒng)演示與驗證工作；Block 0.5用于任務系統(tǒng)建設(shè)，提供初始傳感器功能和基本的任務系統(tǒng)保障；Block 1A是Block 1.0的初始迭代版本，已于2012年1月完成測試，該版本具備基本的導航、通信、傳感器功能以及任務規(guī)劃能力，可供飛行員和地勤人員進行基本的任務科目訓練；Block 1B版本是在Block 1A基礎(chǔ)上的迭代版本，已于2012年3月完成測試，除具備基本的傳感器功能外，該版本還增加了“光電目標系統(tǒng)”（EOTS）、“光電分布式孔徑系統(tǒng)”（EODAS）及本機數(shù)據(jù)融合等功能，提升了飛機的多級別安全性能；Block 2A于2010年開始測試，該版本擴展和完善了傳感器功能，增加了基本的數(shù)據(jù)鏈功能，具備擴展訓練能力。

延期13個月交付給美海軍陸戰(zhàn)隊的Block 2B版本在2011年開始試飛測試，具備基本的近距空中支援作戰(zhàn)能力和初始的空對空作戰(zhàn)能力，可以掛載AIM-120C、GBU-31/32、GBU-12三種武器。目前正在研發(fā)的Block 3F軟件計劃于2017年8月交付美海軍，該版本將具備完整作戰(zhàn)能力，實現(xiàn)全部系統(tǒng)研制與驗證階段所要求的武器功能和作戰(zhàn)能力，可以掛載6枚AIM-120C、JSM、SDBII。

目前F-35軟件研制與測試進展

目前，F(xiàn)-35軟件的代碼編寫工作取得了較大進展，大約已完成3/4的軟件代碼編寫和集成工作，部分軟件版本已通過了測試驗證。

2007年底，洛克希德·馬丁公司就開始計劃Block 1.0軟件的飛行試驗，但直到2009年第3季度，Block 1.0軟件才具備傳感器融合能力。

2009年2月，時任國防部長羅伯特·蓋茨宣布為F-35項目追加25億美元重組資金，其中部分資金用于F-35軟件的一體化集成。

2011年2月，F(xiàn)-35B在海上進行了短距起飛與垂直降落試飛，通過了垂直降落包線測試，但由于Block 1.0軟件只有到2012年3月才能完成研發(fā)測試，因此，美海軍陸戰(zhàn)隊只能暫時使用Block 0.5軟件完成F-35B的訓練和測試工作。

2011年5月，在美眾議院武裝力量委員會舉行的例行聽證會上，美空軍表示，如果Block 2B軟件測試成功，在不存在安全隱患的情況下，其采購的F-35A將考慮放棄裝備原計劃的Block 3I軟件，轉(zhuǎn)而部署能夠盡早交付的Block 2B軟件。

2013年10月，F(xiàn)-35項目組在對先前發(fā)現(xiàn)的缺陷逐個處理后，新迭代版本軟件Block 2B開始進行飛行測試，然而Block 2B軟件的首次測試結(jié)果表明，軟件在數(shù)據(jù)融合、雷達、電子戰(zhàn)、導航、光電目標系統(tǒng)、分布式孔徑系統(tǒng)、頭盔顯示系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈等方面仍然存在缺陷，這些缺陷使測試團隊無法對Block 2B測試進行規(guī)劃。

2013年12月，在加利福尼亞州愛德華空軍基地的飛行測試中心，編號為BF-18的F-35B從內(nèi)置彈倉中投放了1枚1000磅（454千克）的GBU-32“聯(lián)合直接攻擊彈藥”（JDAM），彈藥從7620米的高度投放，直接命中了靶場內(nèi)的標準集裝箱，此次精確武器成功投放標志著Block 2B軟件控制AIM-120、GBU-31/32、GBU-12三種精確投放武器的測試取得成功。endprint

除了研制測試外，F(xiàn)-35計劃在2015年6月開始作戰(zhàn)測試，驗證各型號飛機在實際戰(zhàn)場環(huán)境中完成規(guī)定任務的能力。

綜合美軍近年來開展的多項試驗與測試活動，F(xiàn)-35項目已完成的關(guān)鍵飛行科學與武器系統(tǒng)測試如下：成功驗證了F-35A通過內(nèi)置武器艙發(fā)射AIM-120導彈及飛行狀態(tài)下補充燃油的能力，持續(xù)測試了飛機在高垂直角度條件下完成導彈發(fā)射和燃油補充的能力，但該項驗證工作將花費比原定計劃更長的時間；成功驗證了F-35B垂直起飛、通過內(nèi)置武器艙發(fā)射武器及丟棄副油箱的能力。此外，該型機的上述能力已在“黃蜂”號兩棲攻擊艦上完成了海上測試，成功驗證了F-35C在高垂直角度條件下的飛行性能及丟棄副油箱的能力；在“雷克赫斯特”海軍基地對艦載攔阻裝置進行了測試，新攔阻鉤系統(tǒng)成功完成了攔阻試驗。

然而，軟件研制與測試的整體進度已嚴重滯后于原定計劃，仍有大量測試工作需要完成，成為制約整個項目部署的最大障礙。主要問題體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）軟件開發(fā)進度拖延，開發(fā)效率較低。由于軟件開發(fā)工作進度緩慢，用于任務系統(tǒng)建設(shè)的Block 0.5軟件版本直到2008年才完成發(fā)布，比原定2006年的發(fā)布日期晚了兩年。由于Block 1.0軟件遲遲無法交付，直到2010年11月，功能有限的Block 1.0軟件才完成了首次試飛測試。而根據(jù)目前進展，后續(xù)Block 2.0和Block 3.0軟件版本的交付時間將比2011年制定的計劃推遲2～3年，阻礙了F-35項目飛行測試、訓練和實驗室認證等工作。

（2）軟件質(zhì)量不高，代碼缺陷眾多，使得項目組不得不反復查找和修改軟件缺陷，且這一問題長時間內(nèi)難以有效解決。例如，綜合頭盔顯示系統(tǒng)存在較為嚴重的軟件缺陷，在傳感器數(shù)據(jù)傳輸方面出現(xiàn)時間延遲，而且成像系統(tǒng)使圖像發(fā)生重疊，造成飛行員出現(xiàn)頭暈等不良癥狀。

（3）供應商對軟件集成未達成一致。F-35項目主承包商一直未將機載軟件集成測試列為關(guān)鍵跟蹤指標，在如何跟蹤軟件集成方面，多家供應商之間始終未達成一致，導致F-35難以進行集成測試。

任務系統(tǒng)測試成為限制F-35作戰(zhàn)能力形成的關(guān)鍵因素

任務系統(tǒng)是實現(xiàn)F-35增強型作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵系統(tǒng)，通過對來自電子戰(zhàn)系統(tǒng)、通信/導航/識別系統(tǒng)、光電目標系統(tǒng)、光電分布式孔徑系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈等系統(tǒng)的信息進行融合，提升飛機的整體作戰(zhàn)效能。

F-35軟件測試包括任務系統(tǒng)測試和飛行科學測試兩部分。任務系統(tǒng)測試主要驗證提供關(guān)鍵作戰(zhàn)能力的軟件密集型系統(tǒng)能否達到飛機正常飛行的功能要求，而飛行科學測試主要驗證飛機的基本飛行性能，由于F-35飛行科學測試已經(jīng)完成原計劃的各項試飛和功能點測試，因此，目前飛行科學測試進展較為順利。

F-35項目總共需要完成48619個測試點的測試任務，其中飛行科學測試點數(shù)量為23855個，約占總測試點數(shù)量的50%。其中，F(xiàn)-35A、F-35B、F-35C三個型號分別需要對13985、19988、14646個測試點進行測試，飛行科學測試點的數(shù)量分別為8878、9500、5477個。盡管在2013年初，飛行科學測試工作因為解決F-35發(fā)動機葉片裂縫和燃油軟管漏油問題暫停了2次，但飛行科學測試工作仍然取得了較大進展。截止2013年12月，F(xiàn)-35項目已完成原計劃的大部分飛行科學測試任務，包括完成了2013年計劃的武器系統(tǒng)測試。具體測試情況為：F-35A項目總共需要完成13985個測試點，2013年計劃完成8878個飛行科學測試點，實際完成8212個，占測試點總量的59%；F-35B項目總共需要完成19988個測試點，2013年計劃完成9500個飛行科學測試點，實際完成9886個，占測試點總量的49%；F-35C項目總共需要完成14646個測試點，2013年計劃完成5477個飛行科學測試點，實際完成6241個，占測試點總量的43%。

然而，由于軟件交付拖延、已交付的軟件性能不達標、軟件需要解決的問題太多、多個軟件版本需要重復測試等問題，整個2013年F-35任務系統(tǒng)軟件的開發(fā)與測試進展緩慢。2013年，F(xiàn)-35項目原計劃完成329次任務系統(tǒng)飛行測試，共包含2817個測試點，但實際上飛行測試完成了352次，測試點只完成了2518個，仍有11%功能點尚未測試。

Block 2B軟件開發(fā)測試進度緩慢導致F-35B預期的作戰(zhàn)能力難以正常交付。根據(jù)此前計劃，美國海軍陸戰(zhàn)隊“短距起飛/垂直降落”（STOVL）F-35B戰(zhàn)斗機將于2015年7月最先形成初始作戰(zhàn)能力。按照原計劃，該項目應該在2014年1月前完成27%的機載軟件功能測試工作，但實際只完成了13%，剩余測試被安排在2014年10月前完成。

F-35軟件問題將導致項目的研制成本和進度面臨嚴峻風險

按照2012年3月設(shè)定的技術(shù)基線，海軍陸戰(zhàn)隊將于2015年7月獲得裝備Block 2B軟件的F-35B初始作戰(zhàn)能力，空軍于2016年12月獲得裝備Block 3I軟件的F-35A初始作戰(zhàn)能力，海軍將在2018年8月～2019年2月獲得裝備Block 3F軟件的F-35C初始作戰(zhàn)能力。

按目前軟件研制與測試進度，F(xiàn)-35項目還需要投入大量的時間與人力解決Block 2B軟件存在的問題，使F-35項目的成本、進度、生產(chǎn)、初始作戰(zhàn)能力再次面臨嚴峻風險。主要存在以下幾個方面：

軟件測試進展不順將導致F-35項目增加額外的研發(fā)成本

美國防部計劃到2017年投入702億美元采購359架F-35，如果國防部繼續(xù)維持該采購計劃，即使到2018年能夠完成軟件研發(fā)測試，國防部設(shè)想2018年投入834億美元采購459架F-35的計劃已基本不可能實現(xiàn)。

根據(jù)最新的估算，F(xiàn)-35項目的研制、部署和維護總投入將超過1萬億美元，國防部將在未來五年大幅提高F-35的預算投入，到2037年之前將保持平均每年增加126億美元的額外預算，數(shù)年之后，預算需求峰值將達到150億美元。F-35項目如此大規(guī)模的預算顯然將給美國國防預算的承受能力帶來巨大考驗。endprint

軟件延期交付影響其他軍種作戰(zhàn)能力的形成

任務系統(tǒng)軟件延期交付直接影響到美海軍陸戰(zhàn)隊2015年7月獲得F-35B初始作戰(zhàn)能力的計劃，Blcok 2B軟件最早要等到2016年8月才能交付。而且，由于軟件測試工作仍在繼續(xù)，美軍目前仍無法確定F-35任務系統(tǒng)軟件的最終能力究竟如何。如果任務系統(tǒng)軟件測試工作始終不能按原定計劃完成，空軍和海軍的初始作戰(zhàn)能力也將受到影響。F-35項目組承認，“軟件開發(fā)仍然是該項目最大的技術(shù)風險，對工程團隊幫助海軍陸戰(zhàn)隊和空軍按時達到初始作戰(zhàn)能力仍有信心，但海軍F-35C要按時達到初始作戰(zhàn)能力則存較大風險”。F-35C戰(zhàn)機的完全作戰(zhàn)能力版本軟件計劃2018年交付海軍，但能否按原定計劃交付還取決于之前版本的交付情況。

美國防部將考慮測試與采購同時進行，項目可能因此面臨更大的風險

按照原計劃，國防部期望2017年完成飛行測試，但是目前任務系統(tǒng)飛行測試計劃已出現(xiàn)延期，F(xiàn)-35項目的軟件測試與工程技術(shù)人員需要在此項工作上花費更長時間。GAO之前發(fā)布的多項報告已經(jīng)得出一個結(jié)論，考慮到F-35項目持續(xù)延期，國防部不得不在進行飛行測試的過程中，同時進行飛機采購。然而此舉可能面臨更大的風險，如果在測試后期發(fā)現(xiàn)了問題，就必須對已采購的飛機返廠重新修理，再次帶來成本上漲和時間增加的問題。

解決之道

面對F-35項目軟件研制與測試中出現(xiàn)的種種問題以及面對的嚴峻風險，長期以來，F(xiàn)-35項目組和項目主承包商承受著來自國防部、國會、盟國及媒體的巨大壓力，國會和國防部為F-35項目組提供了多項改進建議，項目主承包商也積極采取措施應對軟件研制與測試出現(xiàn)的各種問題。

GAO建議國防部客觀評估F-35軟件的真實能力

從2001年F-35項目完成演示驗證、啟動系統(tǒng)研制開始，GAO一直密切關(guān)注該項目的關(guān)鍵技術(shù)成熟度、研制與生產(chǎn)進度、研制與生產(chǎn)成本等情況，對項目在風險、成本、開發(fā)進度方面面臨的問題進行專門分析，對審查發(fā)現(xiàn)的相關(guān)問題向國防部提出建議，并將最終審查結(jié)果以正式報告的形式同時報送美國國會參、眾兩院的武裝力量委員會和撥款委員會。2010財年出臺的新版美國《國防授權(quán)法案》更是做出強制性規(guī)定，自2010年起，GAO必須連續(xù)6年對F-35項目進行評估審查。2014年3月，GAO發(fā)布的《F-35軟件測試問題阻礙作戰(zhàn)能力的交付》報告中建議：“國防部應該對F-35軟件的真實能力進行一次客觀評估，根據(jù)各軍種原定的初始作戰(zhàn)能力交付日期，分析相關(guān)軟件是否有可能按照預定的初始作戰(zhàn)能力時間節(jié)點交付各軍種，確定哪些性能最終能夠通過軟件實現(xiàn)，哪些性能無法通過軟件實現(xiàn)，并在2015年7月之前將評估結(jié)果與國會及各軍種共享”。

國防部對項目承包商的軟件開發(fā)、集成與測試過程進行了全面、獨立審查

2011年4月，GAO在向國會提交的名為《聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機：重組堅定了F-35研制的腳步，但進度仍在拖延》的報告中建議：“國防部應該采取類似審查生產(chǎn)制造的方法，對項目承包商的軟件開發(fā)、集成與測試過程進行一次全面、獨立審查?！眹啦拷邮芰舜艘庖姡瑢浖ぷ鬟M行重新部署，對主承包商洛克希德·馬丁公司的軟件研制與測試進行了全面審查，重點審查和評估了F-35地面實驗室和仿真模型認證過程，確保軟件研制各項活動合理化，以滿足軟件測試與驗證符合F-35的各項要求。此次審查效果明顯，項目開發(fā)團隊解決軟件缺陷的時間從之前的180天縮短到55天。

主承包商調(diào)整軟件測試策略，不同機型相同功能點只測試一次

盡管F-35項目軟件測試問題重重，但項目主承包商洛克希德·馬丁公司仍然希望能按預定計劃向美軍交付F-35所需的各類軟件。為了能夠盡可能縮短軟件測試延誤時間，洛·馬公司決定改進軟件測試方法，對于F-35三個版本都具有的功能點，在對一個版本的F-35相關(guān)功能點測試后，可以將該項的測試結(jié)果用于其他兩個版本的F-35，無需再對這兩個版本的相同功能點進行測試。F-35測試人員認為，通過測試其中一款的功能點，即可完成三個版本F-35大部分任務系統(tǒng)的測試，各版本F-35只有少量特定功能需要進行特殊測試。改進軟件測試流程后，項目開發(fā)團隊進行軟件編譯、發(fā)布、測試的時間從之前的187個小時縮減到30個小時。

總 結(jié)

經(jīng)過歷時12年的研制和7年的生產(chǎn)，美軍的F-35“聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機”項目并未完全展示出該機具備穩(wěn)固的設(shè)計、成熟的生產(chǎn)流程以及可靠的系統(tǒng)性能。研發(fā)成本達到552億美元，采購成本達到3306億美元，總采辦成本更是接近4000億美元，相比2001年設(shè)定的初始基線，成本分別增加了60%、71%和70%，各型號飛機初始作戰(zhàn)能力形成時間平均延后5年，全速生產(chǎn)時間推遲了7年。項目經(jīng)過2003年、2007年、2012年的三次重組，雖然在發(fā)動機、供應鏈、制造生產(chǎn)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)取得一定的進展，然而軟件代碼量不斷增加、軟件研制效率低下、軟件集成與測試進展不順等一系列問題拖延了F-35任務系統(tǒng)的試飛測試，已經(jīng)成為制約整個項目研制與部署計劃的最大障礙，嚴重影響到美軍初始作戰(zhàn)能力的形成。

考慮到F-35的定位、系統(tǒng)復雜度、項目管理等各種因素，可以發(fā)現(xiàn)F-35項目軟件研制與測試暴露出各種問題有其必然的因素。究其原因，F(xiàn)-35技術(shù)跨度大、系統(tǒng)復雜性高，軟件研發(fā)、集成與測試難度均不斷加大；項目組低估了軟件研制與測試所需的時間、工作量及預算；項目實施過程存在疑點，項目管理問題頻出；在美國國防預算削減背景下，項目面臨較大的預算壓力等等，都是導致形成當前局面的重要原因。endprint