Por que demora tanto tempo para desenvolver jatos militares modernos?

Primeiro de tudo, foram necessários pelo menos cinco anos mesmo naquela época, mas sua observação está absolutamente correta. Você precisaria voltar mais uma década para encontrar um lutador da linha de frente que foi projetado dentro de dois anos.

Os motivos são:

• Urgência: Naquela época, a corrida armamentista da Guerra Fria obrigou os dois lados a melhorar continuamente. Juntamente com os avanços na armas e tática, isso significava que a atualização de estruturas antigas não era suficiente.
• Uma força de trabalho treinada: Experiente engenheiros da época haviam trabalhado em uma dúzia de novos designs (ou mais), então eles desenvolveram um pressentimento de como projetar o próximo. Hoje, alguém pode ter a sorte de ter trazido um único ao ar durante a vida.
• Complexidade: À medida que as aeronaves se tornam cada vez mais caro, suas especificações são refletidas por anos. O tempo necessário para escrever as especificações de hoje se reflete nas demandas contraditórias impostas a um novo design. Todo novo design deve ser um Jack de todos os negócios, o que aumentará o tempo de desenvolvimento. Muito.
• Cultura: A cultura de hoje é muito avessa a riscos. Compare isso com os anos 50, quando o Visto F-100 ficou supersônico em seu segundo voo de teste e se envolveu em acidentes da 889, causando a morte de pilotos da 324 ao longo de sua carreira operacional. O design e o teste foram muito menos detalhados, deixando efeitos mais complicados, como vibração ou fadiga, ao acaso e aceitando outros como características perigosas de estol. Hoje, avaliamos e testamos muito mais, porque podemos e tentamos evitar contratempos a quase todo custo. Isso leva tempo.

Não posso enfatizar a importância do segundo ponto o suficiente. Quando o primeiro conjunto de dados aerodinâmicos para o TKF-90 foi enviado para a equipe de simulação da MBB, foi rejeitado porque os coeficientes estavam obviamente "errados". Como se viu, o cara em simulação passou toda a sua carreira com Tornado dados, então isso era tudo que ele sabia. Na minha época, tentei fazer lobby por um design barato apenas para manter as pessoas treinadas, mas não cheguei a lugar nenhum com os contadores de feijão que dirigiam a empresa. Para eles, todo engenheiro era o mesmo. Para eles, a experiência pode ser julgada pelo grau de engenheiro e o treinamento financiado pela empresa é um desperdício de dinheiro. Veja, a questão do treinamento vai até o topo! Se mesmo os chefes têm pouca ideia do que é necessário para projetar uma boa aeronave rapidamente, você obtém o que temos hoje.

Observe que a complexidade não se refere apenas à estrutura da aeronave. Os programas modernos são majoritariamente multinacionais e se espalham pelo maior número possível de constituintes. A quantidade de coordenação de uma força de trabalho artificialmente aumentada é imensa. Além disso, testar todos os estados de uma estrutura complexa leva muito mais tempo e o gerenciamento de riscos significa que testes rápidos são impossíveis. Naquela época, a estratégia era principalmente julgamento e erro, enquanto hoje todos os programas são testados até a morte para evitar falhas.

Você já leu Leis de Agostinho? Este é um ótimo livro com muitas idéias profundas sobre o negócio da aviação militar. E quando até o CEO da Lockheed não pode prejudicar o sistema, mesmo que ele tenha demonstrado uma profunda compreensão de suas falhas, você sabe o quão pouco pode ser alterado.

Porque você usou o SR-71 como exemplo: isso combina todos os pontos ao extremo.

• Após Incidente U-2 e sem os satélites em funcionamento, a urgência era extrema. As pessoas trabalhavam quase o tempo todo para colocar o novo design em operação. Compare isso com hoje, onde um teste de vôo é adiado pelo menor risco. Atrasos? Quem se importa!
• Kelly Johnson escolhidos a dedo os melhores engenheiros da Burbank escritórios e trabalhava nos projetos Mach 3 por quase uma década antes. Além disso, os detalhes mais demorados da família de aeronaves Blackbird, o motor deles, estava pronto quando ele começou. Eu lembro de Ben RichA autobiografia de que Kelly poderia prever a carga de calor de uma onda de choque com apenas alguns graus de erro apenas adivinhando naquela época. Para desenvolver esse tipo de experiência, são necessários muitos dados do túnel de vento! E ele tinha quase total liberdade para decidir como proceder. Nenhum contador de feijão ousou adivinhar suas decisões - o desempenho ainda era mais importante que os lucros. Compare isso com hoje ...
• A família de aviões Blackbird deveria fazer apenas uma coisa. Voe rápido. Não há exigência de taxa de rotação, comprimento de campo ou uma grande variedade de cargas externas. Também não existem dezenas de perfis de missão, alto e baixo, mais veloz e penetrante, superioridade aérea e bombardeios com uma única plataforma. Isso ajudou a tirá-lo da porta rapidamente.

O fato de a família Blackbird não ter sido substituída por algo melhor foi causado por ... espere ... pela sempre aumento do custo de novos projetos. Simplesmente foi o último de uma longa fila.

Existem várias razões para isso - tecnicamente falando, a principal é que a complexidade do sistema aumentou tremendamente. Mais sistemas significam mais interfaces, mais redundâncias, o que significa mais chances de falha e mais solução de problemas. Espera-se que as modernas aeronaves de combate executem uma ampla variedade de missões, que teriam sido executadas por diferentes aeronaves no passado.

Os aviões de combate modernos são multifuncionais (ou omnirole, se você usar os franceses), com o desempenho de mais coisas e melhor do que seus antecessores e duram mais. Considere o caso do F-35. A aeronave deverá desempenhar funções desempenhadas por uma variedade de aeronaves (F-16, A-10 e F / A-18) em diferentes serviços. Comparada a isso, a missão principal do SR-71 era: ir rapidamente sem ser detectada (sendo a principal a rápida).

Além disso, espera-se que a aeronave tenha sistemas integrados para permitir sua operação no futuro. Os sistemas eletrônicos ainda estão em andamento e seus custos de desenvolvimento são significativos, eclipsando facilmente o custo envolvido no desenvolvimento da estrutura da aeronave. De fato, o sistema eletrônico será desenvolvido muito tempo após a aeronave ser finalizada, resultando em custos de P&D até a aeronave entrar em campo (e bem depois disso), pois o cliente deseja colocar o máximo de sistemas possível na aeronave.

A imagem abaixo mostra o tipo e o número de aeronaves de combate em serviço da USAF desde os 1950s.

Aeronaves em serviço da USAF; imagem de math.andyou.com

Isso mostra claramente o problema - espera-se que menos aeronaves modernas tenham um desempenho melhor que seus antecessores mais numerosos e que apenas se torne mais grave.

Há outra coisa que não é óbvia no gráfico: o número de fornecedores disponíveis. Por exemplo, no 1960, você tem o Sabre F-86 feito pela América do Norte, Thunderjet de F-84 feita pela Republic Aviation, a Escorpião F-xnumx feita pela Northrop e Dardo Delta F-106 Convair, e esta é apenas uma lista parcial. Hoje, se a USAF quiser comprar um caça, terá a Lockheed (e a Boeing por um fio) e mais ninguém. Não há competição aqui.

À medida que o pool de seleção diminui, fica mais difícil para o comprador impor qualquer disciplina fiscal, especialmente quando o contrato tem custo adicional. Outra coisa é que a tendência a correr riscos diminui - ninguém quer que o próximo caia ao cometer um erro quando os custos superam os benefícios. Você tem essa situação em que o último sujeito em pé tem certeza de que o governo o financiará tanto e desde que não importem os custos excedentes - simplesmente porque não existe um plano 'B'.

Existe outra faceta para isso: se os contratos de desenvolvimento não são contínuos, ou seja, repetidamente, o conhecimento do desenvolvimento dos sistemas precisa ser reaprendizado a cada vez, resultando em mais atrasos. É mais fácil desenvolver a base de conhecimento disponível do que aprender algo novo. As pessoas que trabalharam no SR-71, por exemplo, já haviam trabalhado em Cygnus A-12. As habilidades que não são atualizadas continuamente perecerão facilmente, especialmente no setor aeroespacial, onde o pool de talentos é bastante pequeno. Portanto, não se surpreenda se a próxima aeronave levar mais tempo e dinheiro para se desenvolver.

ATUALIZAR:

Quero esclarecer / enfatizar algumas coisas na minha resposta.

#1: Por fim, o principal fator do tempo de desenvolvimento está aumentando a complexidade.

Ameaças mais avançadas significam sistemas mais avançados, o que geralmente significa mais complexidade.

• Seu oponente recebe um radar maior, então você precisa de um maior para vê-lo primeiro. Você adiciona bloqueadores para reduzir seu alcance efetivo de detecção de radar; ele muda para sensores de infravermelho para aumentar seu radar; você precisa reduzir sua assinatura de infravermelho (motores enterrados / isolados, bicos serrilhados).
• Ele coordena com controladores de solo e seus enormes radares; você toca as comunicações dele; ele adiciona funcionalidade anti-jam a suas comunicações; você coordena com o AWACS para estender seu próprio intervalo de detecção e adicionar comunicações padronizadas para que todos possam conversar entre si.
• Você vai baixo para esconder sua assinatura de radar na bagunça do chão; ele adiciona a filtragem Doppler.
• Ele recebe mísseis de infravermelho; você recebe bloqueadores de infravermelho; ele recebe candidatos a infravermelho resistentes a congestionamentos; você recebe lasers para queimar seus buscadores.
• Você constrói um lutador mais manobrável; ele recebe mísseis de combate super manobráveis ​​que podem travar em ângulos extremos.

Esses recursos avançados não são opcionais. Eles são necessários para a sobrevivência. Mesmo amoras é necessária capacidade para realmente executar uma missão.

• Nenhuma abordagem de mísseis e sistema de aviso? Você pode nunca ver o míssil chegando.
• Sem bloqueadores de radar, bloqueadores de laser IR, sem chamarizes? Então é mais provável que seus mísseis atinjam.
• Sem baixa probabilidade de funcionalidade de interceptação (radar e comunicação)? Então ele poderia detectá-lo a longa distância (tornando sua furtividade menos útil) ou bloquear seu radar.
• Não há modos de mapeamento no solo? Então você tem que gastar mais tempo no espaço aéreo hostil à procura de um alvo. Ou você precisa confiar em outra pessoa para encontrar metas para você (agora você precisa dois aeronaves).
• Não há pod de segmentação por solo integrado? Então você precisa de um pod externo, que é mais pesado e aumenta o seu RCS.
• Sem discrição? Não está tocando? Divirta-se estrelando radares de longo alcance e SAMs.
• Sem comunicação resistente a congestionamentos? Divirta-se conversando consigo mesmo.

#2: Então, por que não projetar tudo de forma incremental?

Por que não fazer um projeto rápido e sujo, encontrar os problemas e corrigi-lo no próximo bloco?

Primeiro, ainda fazemos isso (até certo ponto). Todos os F-22, F-35 e B-21 possuem caminhos de atualização.

Segundo, isso pode ser amoras caro e demorado, projetando tudo de uma só vez.

• Uma falha de \ $ 1 no design custa \ \ 10 em produção e \ $ 100 em campo. Quando as aeronaves já são tão caras, as falhas também serão caras de consertar.
• Quando as aeronaves são tão complexas, o design / desenvolvimento puramente serial levaria uma eternidade.
• A produção de baixa taxa é ineficiente / cara. Parar a produção entre blocos é ainda mais caro.

Mas projetar tudo simultaneamente é mais complexo (mais bolas para fazer malabarismos).

Portanto, existe um equilíbrio entre desenvolvimento serial e simultâneo.

#3: o tempo de desenvolvimento é contado de maneira diferente

Better testing and greater safety imposing more time demands. - [from the updated question]

Não apenas o teste moderno é mais rigoroso / completo / seguro, mas também o tempo de desenvolvimento moderno contados diferentemente.

• O tempo de desenvolvimento do F-16 é maior do que parece, porque o F-16 entrou essencialmente em serviço antes da conclusão do teste. (Lembre-se de como a cauda teve que ser aumentada em 25% para resolver o problema de estolamento profundo? Essa correção não aconteceu até o Bloco 15, após 329 Os padrões das aeronaves já estavam construídos.) Pelos padrões modernos, os primeiros F-16s ainda estariam em teste.
• E a insatisfação da USAF com o motor do F-16 (e do F-15) levou a uma amarga disputa com a PW, levando ao programa de motores alternativos. Eventualmente, os motores da GE alimentam a maioria dos F-16s hoje.
• O F-14 também é famoso por seus motores derivados de bombardeiros, que tiveram um desempenho ruim em alta AOA.

Portanto, não se trata apenas de segurança, mas também de funcionalidade básica.

Em comparação, hoje existem algumas centenas de F-35s (~ 300, ~ 210 em campo, ~ 90 saindo de produção), mais do que os F-15C / D (~ 180), F-22 (~ 180) ou frotas F-15E (220 +). (Alguns já estão em serviço com a Força Aérea dos EUA e o Corpo de Fuzileiros Navais dos EUA, outros estão finalizando testes e outros ainda estão treinando nos Estados Unidos o quadro inicial de pilotos para várias nações parceiras.) Enquanto a maioria deles não está em serviço, eles já está em um estado de teste "mais avançado" do que o F-16 depois de já havia entrado em serviço.

Obviamente, além da segurança e do rigor, são necessários mais testes / desenvolvimento, porque aeronaves mais complexas têm mais coisas a serem testadas / desenvolvidas.

4: Multiroles podem economizar dinheiro e fornecer mais recursos

I still have great difficulty in accepting that... Having fewer airframe types saves cost and/or development time, this seems evidently incorrect. - [from the updated question]

Primeiro, se duas aeronaves forem semelhantes o suficiente, você poderá usar a mesma aeronave para desempenhar as duas funções. Você desenvolve uma aeronave em vez de duas, teoricamente reduzindo seus custos de desenvolvimento pela metade. Ou você pode usar essas economias para projetar um plano melhor. Na prática, pode ser necessário fazer alguns mods para atender a diferentes funções / clientes, mas a estrutura e os sistemas são [esperançosamente] similares o suficiente para gerar economia líquida (ou uma aeronave melhor).

Isso não é sem precedentes. O YF-16 e o YF-17 lutaram pelo mesmo programa da Força Aérea dos EUA, mas a USAF levou o F-16 e a Marinha desenvolveu o YF-17 no F-18.

Em segundo lugar, o F-16 já faz isso. Ele já desempenha uma variedade de funções anteriormente executadas por vários tipos diferentes de aeronaves. É usado para tudo, desde suporte aéreo próximo, interdição / suporte aéreo profundo e supressão das defesas aéreas inimigas, superioridade aérea e reconhecimento.

O Super Hornet também é uma plataforma multi-funções potente. Até o F-15E Strike Eagle, construído para interdição de longo alcance, tem basicamente a mesma capacidade de superioridade aérea que o F-15C. Até o F-14 ganhou o apelido de "Bombcat". De fato, as mais modernas e os combatentes legados [sobreviventes] são multifuncionais: F-15, F-16, F-18, F-22, F-35, família Su-27, Gripen NG, Rafale, Typhoon, J-10, J-20, etc.

As funções múltiplas são flexíveis e aumentam o total disponível capacidade. Exemplo:

• Dizer Avião A (asuperioridade aérea) "superioridade aérea" 100 "e ataque terrestre 0.
• Dizer Avião G (gataque redondo) faz superioridade aérea 0 e ataque terrestre 100.
• Dizer Avião M (multirol) faz superioridade aérea 75 e ataque terrestre 75.
• Digamos que você compre aviões 100. Você tem duas opções:

.

                          | Opção 1 | Opção 2 | papel único | multirole -------------------------- | ------------- | -------- --- número de plano A (100 / 0) | 50 Número 0 do plano G (0 / 100) | 50 Número 0 do plano M (75 / 75) | 0 Suporte de ar 100. capacidade | 5000 Terra 7500. capacidade | 5000 7500

O multirole Avião M pode não ser tão bom quanto A or G em qualquer função específica, mas você obtém mais capacidade geral. Mas se você criar multiroles, você potencialmente tem planos 100 disponíveis para cada função.

Isso funciona porque as missões mudam. No dia 1, você pode precisar de muita superioridade aérea, e no dia 2, pode precisar de muitos ataques ao solo. Bem, com apenas caças de papel único (opção 1), metade da sua frota é inútil nos dois dias. Porém, com várias funções (opção 2), todas elas são úteis nos dois dias. (As missões podem até mudar da mesma sorte, por exemplo, um grupo de interdição se defende contra combatentes adversários antes de prosseguir para o alvo. Os combatentes do F-16 que podem se defender podem ser mais eficientes do que sempre atribuir "apenas no caso" de escoltas do F-15 .)

Isso é ainda mais verdadeiro se você tiver mais papéis. Se você tiver funções diferentes do 10, poderá criar planos 10 (média) para cada função (na opção de função única). Portanto, até 90% da sua frota pode ser inútil em um dia específico. (Este é obviamente um exemplo extremo.)

Mas mesmo no ponto menos ideal (máx. Ae max G), as várias funções ainda oferecem boa capacidade (7500) em comparação com as funções únicas (10,000). O recurso de funções únicas variará entre o 5,000 e o 10,000 (dependendo do dia), enquanto os multiroles sempre podem trazer o 7,500.

Há uma exceção. Se vocês saber de antemão você sempre precisa de superioridade aérea no valor "5000"; sim, é mais eficiente criar caças de superioridade aéreos 50. Mas A) é difícil saber que de antemão (prevendo o futuro) e B) esse número mudará com o tempo, independentemente. Mas se você sabe que sempre precisará finalmente Superioridade aérea "1000", então é mais eficiente comprar caças de superioridade aéreos 10 (na verdade mais do que o 10, dependendo do uso esperado). Na prática, você criaria pelo menos caças de superioridade aérea 10 e forneceria algumas funcionalidades de múltiplas funções.

(Há outra exceção. Este modelo assume todas as Superioridade Aérea or Ar para Terra a capacidade é idêntica, independentemente da fonte / tipo. Obviamente, isso nem sempre é verdade.)

Observe o ponto de equilíbrio no exemplo acima. O plano M era 75 / 75, mas se fosse menos capaz (50 / 50), as opções 1 e 2 oferecem os mesmos recursos disponíveis. Portanto, o plano multifuncional deve ser competente em suas funções típicas, caso contrário, a composição da frota é ineficiente. Por outro lado, o plano multifuncional não precisa se destacar em seus papéis típicos, apenas precisa ser competente.

Felizmente, combatentes com várias funções podem desempenhar uma variedade de papéis muito bem apenas trocando cargas úteis. Veja o F-16, por exemplo. Precisa de ar de contra-ataque? Carregue os AMRAAMs. Precisa de CAS? Pegue os pods de navegação / segmentação e carregue alguns JDAMs / LGBs. Recce? Pod de reconhecimento de foto. SEAD? Danos, chamarizes e bloqueadores. Anti-armadura? Mavericks e SDBs. Antiship? Arpões. Não esqueça o combustível.

Lembre-se de como as missões podem mudar no meio do vôo. Os F-16s com escolta automática desempenham ambas as funções simultaneamente, digamos 25 / 75, portanto, sua capacidade total usada é 100 e a capacidade da frota é 10,000 (igual às funções individuais no melhor dia ou 2x as funções únicas no pior dia).

O F-35 pode executar múltiplo papéis simultaneamente. Eles podem se escoltar, encontrar alvos, atingir um alvo terrestre, atolar aeronaves inimigas e radares terrestres e até derrotar SAMS SAMS, enquanto atuam como mini-AWACS / JSTARS para amistosos. Digamos que seja o total de 75 / 75 / 75 / 75 / 75 / 75 ou 450 por aeronave e 45,000 para a frota.

Isso faz parte do valor dos caças furtivos com múltiplas funções. Eles precisam de muito menos apoio.
^{(Fonte da imagem: Além do "bombardeiro": as novas aeronaves sensor-atiradoras de longo alcance e a segurança nacional dos Estados Unidos - Tenente-General David A. Deptula, USAF (Reforma), 2015.)}

É em parte por isso que você vê as lutas vencedoras do F-35 20 vs. 8 e acumulando> Razões de extermínio 20: 1 na Red Flag:

#5: [exemplo de múltiplas funções] O F-35

[Esta seção realmente merece sua própria pergunta / resposta, mas vou abreviá-la aqui.]

Custo

O F-35A (\ $ 94.6 milhões (FY16 \ $)) custa menos que o Typhoon, Rafale, Gripen NG e Super Hornet. No 2019, custará um toque mais (\ $ 80 milhões) do que um bloco 50 F-16 (\ $ 65 - \ $ 80 milhões).

Capacidade

Em comparação com o F-16, Hornet, Super Hornet, Harrier, A-10, Rafale, Gripen e F-117, o O F-35 é mais capaz em quase todos os aspectos relevantes. Possui o melhor radar, o melhor conjunto de EW (provavelmente) e o melhor conjunto de sensores de IR. Tem o melhor alcance e carrega a maior carga útil. Ele tem as "excelentes características de manuseio em baixa velocidade e manobrabilidade pós-estol" do Hornet e a aceleração de um F-16 (um 'Hornet com quatro motores', observou um piloto). No equivalente cargas de combate, o F-35 é mais rápido e acelera / sobe mais rapidamente. A fusão de sensores e a integração de rede oferecem excelente percepção situacional (talvez a segunda apenas do AWACS) e facilitam muito os ataques coordenados.

Mesmo contra o Raptor no ar-a-ar, não está claro que o F-22 dominaria. Alguns sistemas F-35 (o radar APG-81, suíte ASQ-239 EW, sensores AAQ-37 DAS) são atualizações diretas dos sistemas F-22 (APG-77, ALR-94, AAR-56). O mapeamento do solo do radar F-35 e a capacidade de direcionamento foram realmente adaptados ao F-22. A suíte EW do F-35 detectou e atolou os radares do F-22. Também é duas vezes mais confiável e quatro vezes mais barato que seu antecessor no F-22. E o EODAS do F-35 transformou o AAR-22 do F-56 em muito mais do que um detector de lançamento de mísseis, fornecendo também geolocalização de fogo no solo, sugestões de armas e conhecimento da situação IRST (o famoso "ver através do cockpit"). Pilotos de teste e oficiais da USAF também observaram que o F-35 é mais furtivo que o F-22.

O F-35 também possui um sistema integrado de busca e rastreamento por infravermelho e sistema de sinalização montado no capacete. Ambos foram cancelados no F-22. O F-35 também carregará AMRAAMs internos do 6 (o mesmo que o Raptor) ou Meteoros MBDA internos do 4.

Tempo de desenvolvimento

• F-16: anos 2 para demonstração (1972-74), anos 4 até o primeiro voo (1972-76), anos 8 até a entrada em serviço (1972-80)
• F-35: anos 5 para demonstração (1996-2001), anos 10 até o primeiro voo (1996-2006), anos 19 até a entrada em serviço (1996-2015)

No geral, o desenvolvimento do F-35 levou ostensivamente o tempo 2.5 a mais do que o desenvolvimento do F-16. Dada a enorme quantidade de novas tecnologias, é notável que o tempo de desenvolvimento foi comparável a outros caças modernos, que também têm uma média de anos 20 (veja abaixo), apesar de serem muito menos tecnicamente desafiadores.

Ao executar um programa conjunto, o JSF eliminou muitos sistemas potencialmente redundantes de RDT & E e reinvestiu essas economias em sistemas mais avançados (e mais sistemas). Por exemplo, em vez de projetar três radares diferentes, eles projetaram um único radar (mais avançado) - evitando reinventar o mesmo radar duas vezes, evitando três programas de teste e validação separados e evitando o gerenciamento de três programas separados.

#6: pontos / adições menores

1).

I still have great difficulty in accepting that...

A reason would be the complexity of the problem, which is very often quoted. All aerospace problems are extremely complex, that is nothing new. But now nobody can tackle them anymore? That was the basis of my question.

Eu acho que a complexidade simplesmente cresceu mais rápido do que a capacidade das ferramentas de acompanhar o ritmo.

Penso que, com ferramentas e processos modernos, seria muito fácil projetar qualquer avião antes da 1980.

2).

You only do these new programs every so often, there's so much of a backlog of stuff you want to get done---you throw too much at it. You want to do all the new technology, all the new manufacturing processes, new tools, new everything all at once. It makes the complexity exponential. [So] You need to find things to advance outside of these programs to get yourself ready for these programs, so when the opportunity comes up... the technologies [will already be] in the market, so you know what you're doing so you can execute... instead of "it's been so long that we need to start at ground zero [with] a new program plan, a new organizational structure, a new teaming"---all that at once makes it hard to execute. - David Kusnierkiewicz, Mission Systems Engineer (NASA), Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory. Speaking at AIAA ("Whatever Happened to the Four Year Airplane", @31:00)

Muitas razões:

1. Aeronaves modernas são muito mais complexas

   • Escala.
     • Um F-16 pesa tanto quanto um B-25 (toneladas 9). Um F-22 (tonelada 20) pesa 60% tanto quanto um B-29 (tonelada 34).
   • Software.
     • O F-16C tinha linhas de código 150,000. O F-22 tinha um milhão de linhas de código do 2. O F-35 tem 8 + milhões. O sistema de logística da F-35 possui um milhão de linhas de código 24.
     • Automação / software é basicamente AI limitada, substituindo vários membros extras da tripulação: mapeamento do terreno por radar, análise de alvos no solo por meio de múltiplos sensores (óptico, infravermelho, radar), reconhecimento automático de alvos, abordagem e aviso de mísseis, ataque eletrônico, contramedidas defensivas, etc.
     • Até a partida do motor é simples ", exigindo apenas três seleções de chave, uma para a bateria, o bloco de força integrado e o motor ... Iniciado por um botão no cockpit, o [sistema de veículo construído em teste (VS BIT)] -prova quase todas as funções imagináveis ​​na aeronave ... Após segundos de 90, se não houver problemas, a aeronave se declara pronta para o voo "(Mark Ayton).
     • Em comparação, o SR-71 é praticamente apenas uma estrutura com câmera e jammer.
   • sistemas
     • Os sistemas são muito mais complicados do que a estrutura básica:
     • Uma baixa probabilidade "furtiva" de interceptação do radar AESA, sistema de abertura distribuída para aproximação e aviso de mísseis e observação esteradiana 4pi, visor montado em capacete, sistema de mira eletro-óptica para pesquisa por infravermelho e sistema de mira e rastreamento, suíte de guerra eletrônica (que, no O F-35 tem reputação muito mais complexa do que o radar), baixa probabilidade "furtiva" de interceptação e comunicação de alta taxa de dados, atuadores eletro-hidrostáticos (cada atuador é autônomo em vez de depender de um circuito hidráulico em toda a aeronave) e, é claro, furtividade (desde as comunicações LPI, radar LPI, skin até o bico).
     • Fusão de sensor. Então você deve fundir todos esses sensores e comunicações e integrar-se ao restante da frota para que todos vejam a mesma imagem. Se um drone solitário vê um caça / tanque / míssil distante, todos imediatamente o vêem também. A fusão de sensores é responsável por grande parte da complexidade do sistema / software. Mas você não pode separar os sistemas da aeronave. Eles são parte integrante da experiência da geração 5 ... e, portanto, são responsáveis ​​pelas incríveis capacidades necessário para o futuro.
     • Em outras palavras, grande parte da complexidade é necessário para fornecer os recursos necessários.

2. Mais desenvolvimento e teste antes da entrada em serviço

   • Normas de segurança modernas
   • As aeronaves anteriores entraram em serviço antes que muitos de seus sistemas icônicos fossem finalizados. Na prática moderna, os primeiros cem Os F-16s ainda estariam em desenvolvimento / teste, em vez de entrar em serviço antes mesmo que as leis de estrutura e controle fossem concluídas.
   • Por exemplo, apenas em seus primeiros anos de serviço, o F-16 teve falhas no 50. Foi apelidado de Lawn Dart por um motivo. Por outro lado, o F-35 teve zero acidentes e apenas dois percalços de Classe A, uma vez quando voaram muito forte sem primeiro quebrar o motor e outra quando tentaram dar partida no motor com vento de cauda excessivo.

3. A física é melhor compreendida

   • Os 50s, 60s e 70s viram uma enxurrada de novos designs à medida que novas fronteiras foram exploradas. Eles eram pouco compreendidos, de modo que, à medida que o conhecimento básico era acumulado, os projetos mais antigos rapidamente se tornaram obsoletos. E como os quadros eram relativamente simples e a mão-de-obra era alta, os projetos evoluíram de forma incremental, mas contínua (em vez de saltos descontínuos hoje). Em frente à OTAN, os soviéticos estavam fazendo o mesmo e, assim, geravam uma concorrência contínua.

Vinte anos é bastante típico para o desenvolvimento de aeronaves modernas. O F-22, F-35, Typhoon, Rafale, Hornet (incluindo os anos 8-10 de desenvolvimento do YF-17) e até o PAK FA levaram (ou levarão) cerca de anos do 20 do início ao COI.

Uma nota rápida sobre o SR-71. Não foi desenvolvido em dois anos. Foi derivado do Lockheed A-12, que voou antes que a maquete do SR-71 fosse exibida. O programa A-12 começou no final dos 50s, e os mecanismos J58 começaram o desenvolvimento antes mesmo disso, inicialmente para o Barco voador estratégico P6M, que voou pela primeira vez no 1955.

Uma observação rápida sobre os problemas do O2. Muitos jatos de alto desempenho tiveram problemas recentes de hipóxia, não apenas o F-35, incluindo Hornets, Super Hornets, T-45se [infame] os F-22s. O F-15, U-2, e a SR-71 também teve sua parcela justa de problemas com o O2.

Apenas por diversão: AIAA AVIATION 2015, "O que aconteceu com o avião de quatro anos"

Na era do design, desenho, teste e fresagem computadorizados, podemos desenvolver produtos mais rapidamente do que nunca. Definitivamente, não é a tecnologia que desacelera o desenvolvimento.

Quando desenvolvemos um avião para o futuro, seja para a Força Aérea ou a aviação comercial, tendemos a nos concentrar no planejamento e no desenvolvimento de planos para o futuro. Quando a Boeing e a Airbus desenvolveram o 787 e a A380, ambos tiveram que prever no futuro a melhor maneira de gastar seu dinheiro para atender às demandas de hoje e de amanhã. Cada empresa apostou se as companhias aéreas prefeririam um hub e falavam modelo ou voos diretos. Planejamento semelhante acontece com a Força Aérea dos EUA. Esse planejamento a longo prazo nem sempre enfatiza mais rápido e mais barato.

No caso da Força Aérea dos EUA, eles querem aviões que sejam rápidos, avançados e que não correspondam ao céu. Outros já mencionaram algumas das desvantagens e vantagens de programas como o F-35. Vou focar no que pode ser feito hoje.

Meu exemplo da velocidade de desenvolvimento possível é o Textron AirLand Scorpion. Este é um caça composto, projetado com peças prontas para uso, que se apóia fortemente na tecnologia desenvolvida para a Cessna, que é a construtora de armações real. Ele foi projetado para ser uma plataforma leve de ataque e inteligência, vigilância e reconhecimento (ISR). Foi proposto no 2011 e teve seu primeiro voo no final do 2013 e é vendido por US $ 20 milhões pelo avião. Isso é menos de dois anos de desenvolvimento.

Este avião não é páreo para o F-35 em termos de velocidade ou flexibilidade. O avião não faz VTOL, pousos de transportadora, a velocidade máxima em que a 518 mph, o teto é 45,000 'e o alcance é inferior a milhas 3,000. O custo e o tempo para o desenvolvimento não incluíram itens como o assento de ejeção, os controles de vôo emprestados de outros desenvolvimentos. Se o Escorpião incorporasse todos esses aspectos no desenvolvimento, o preço e o tempo de desenvolvimento teriam aumentado dramaticamente.

Este avião é de baixo custo e pode lidar com treinamento ou defesa. Ele mostra o que poderia acontecer no desenvolvimento no século XIX, quando você remove muitos requisitos políticos, de planejamento e outros do desenvolvimento de aviões e se concentra na construção de algo de baixo custo, baixa manutenção e confiável.

Mais informação:

• http://www.scorpionjet.com/
• https://en.wikipedia.org/wiki/Textron_AirLand_Scorpion

Este é apenas um ponto adicional, mas um pouco mais que um comentário.

No final dos 60s, ainda havia um grupo de pessoal de design / teste cujas habilidades e atitudes foram formadas durante a Segunda Guerra Mundial e os estágios iniciais da Guerra Fria.

No lado do teste, pessoas como Chuck Yeager e John Stapp ainda estavam ativos. Suas carreiras foram construídas para assumir riscos pessoais de um tipo que seria impensável hoje.

Os designers não tendem a ser tão famosos, mas Alexander Kartveli liderou as equipes de design do P-47 Thunderbolt, do F-84 Thunderjet e do F-105 Thunderchief, e não como gerente, mas como designer, tendo participado de diversos projetos anteriores. Quantas pessoas têm experiência em projetar várias aeronaves atualmente?

Obviamente, a necessidade de integrar quantidades cada vez maiores de primeiros eletrônicos, depois o software aumenta a complexidade. Isso aumenta a força de trabalho para um tamanho maior que o ideal, o que atrasa ainda mais as coisas (especialmente porque envolve subcontratação).

Outro fator a ser considerado: a supervisão do governo de projetos militares também aumentou em complexidade. A papelada e as aprovações necessárias são surpreendentes. Muitos dos problemas com o F-35 estão mudando os requisitos. Seus requisitos de missão mudaram muito desde o início dos 2000s, quando o protótipo foi lançado pela primeira vez. O 'capacete transparente' não fazia parte do protótipo original. E, até certo ponto, a situação global mudou durante o período de gestação da F-35.

Um dos motivos pelos quais a Lockheed foi capaz de desenvolver o P-80, P-104e U-2 foi tão rápido - supervisão mínima do governo sobre esses projetos e uma situação mais simples de lidar.

Outro motivo foi Kelly Johnson.

Não esqueça as horas (anos) de simulação de fluxo, resposta dinâmica, FEA e outras simulações de computador exigidas pelos veículos modernos. Eles são necessários e bons, pois reduzem o custo dos testes e, por fim, levam a produtos mais robustos em uma fração dos testes no mundo real. Eles não têm suas desvantagens (alto custo inicial do computador, software e treinamento etc.), mas no geral é muito melhor do que construir um protótipo $ 40m e vê-lo travar só porque alguém se esqueceu de converter lbf em kg.

O primeiro caça a jato apenas tinha que ser melhor do que um caça a jato.

O próximo caça a jato só precisava ser melhor que o primeiro caça a jato do emprego único foi criado para.

Muitos tipos diferentes de jatos militares foram criados, um pouco melhores do que os que vieram antes deles, para a única tarefa que eles foram projetados para realizar.

Decidiu-se então que seria melhor ter menos tipos de jatos e que eles deveriam poder fazer tudo o que todos os jatos diferentes que estão substituindo poderiam. Foi então decidido que eles tinham que ser melhores do que todos os jatos que estavam substituindo de todas as formas.

Como os jatos mais antigos ainda estavam trabalhando, obter um jato “perfeito”, “fazer tudo”, “manter um único jato” foi considerado mais vital do que manter o tempo de design ou o custo baixo ... o próximo projeto pode não vir por outros anos 20, os requisitos foram aumentados ainda mais ....

Ciclo de vida da tecnologia
Na primeira década do século XIX, os aviões foram inventados e começaram a voar com motores de pistão; em meados do século, obtivemos os avançados motores turbofan. Ambos solicitaram e permitiram muitos planos e projetos novos e iterações rápidas com melhorias, porque eles avançaram em tudo. Basicamente, vimos "só" melhorias desde então, primeiras melhorias maiores e agora melhorias menores. E melhorar uma coisa que já está funcionando bem fica cada vez mais difícil ao longo do tempo.

Se conseguirmos uma nova virada na tecnologia de vôo, provavelmente veremos em breve muitos novos aviões e uma segunda onda com novos aviões aprimorados e assim por diante.

Além disso, os pontos já mencionados estão certos. Especialmente a guerra fria acabou e, portanto, a necessidade de grandes frotas de novos aviões é pequena. Os computadores tornam tudo confortável, mas muito mais complicado. E o cliente quer um avião multifuncional, o que torna as coisas ainda mais complicadas.

Característica Creep

Isso está em andamento há décadas: Menos tipos para cada vez mais funções. Onde os aviões militares foram originalmente projetados para um conjunto restrito de missões, houve a tendência de substituir vários tipos por um único tipo de múltiplas funções.

O que torna isso tão problemático para o designer é que papéis diferentes têm requisitos muito diferentes nas habilidades dos aviões:

• A Marinha exige um avião que possa operar com seus transportadores
• O Exército exige um avião para o papel de greve / apoio aéreo próximo
• ... e um assassino de tanques também.
• A Força Aérea exige um caça interceptador / superioridade aérea

Agora, cada uma dessas funções tem demandas que conflitam mais ou menos diretamente com as demandas de outra função. Você acaba projetando um macaco de todos os planos de negócios, tentando conciliar a velocidade do traço, o longo alcance, o tempo de espera prolongado, a estrutura reforçada para uso da transportadora (adicione asas dobráveis ​​por espaço), a pistola anti-tanque de alta penetração.

Para colocar tudo isso em um único plano, é necessário fazer compromissos que não serão ideais. Para compensar as deficiências do compromisso, você precisa ir até a ponta da tecnologia para cancelar pelo menos parte da perda de desempenho que veio com o compromisso (por exemplo, você precisa de mais potência do motor porque sua estrutura de ar não foi projetada principalmente para alta velocidade, você precisa de tanques maiores do que um caça puro precisaria e assim por diante). Tudo isso tende a adicionar subsistema após subsistema, complexidade e peso.

Para combater o peso cada vez maior (e o tamanho da estrutura da aeronave) exigido por todos os recursos, a única opção é optar por sistemas tão compactos e leves quanto possível. Projetar no limite do que a tecnologia permite, é caro. Ninguém fez isso antes exatamente dessa maneira, não existe uma cadeia de suprimentos industrial para os materiais e ferramentas desejados. Tudo isso aumenta os desenvolvimentos e os custos de aquisição.

Ao mesmo tempo, seu orçamento é limitado para qualquer ano fiscal, se você exceder o orçamento, precisará obter mais orçamento, o que adicionará atrasos burocráticos e assim por diante. Em suma, tudo isso resulta em um aumento constante do custo, tanto em tempo quanto em dinheiro.

Do ponto de vista do desenvolvimento de software, a F35 possui linhas de código 8M por conta própria. Linhas 24M se você incluir todos os sistemas relacionados. Esses códigos levam muito tempo para os desenvolvedores trabalharem, sem mencionar os testes.

Se você quiser entrar em detalhes, o Escritório de Prestação de Contas do Governo produziu repetidamente relatórios sobre o estado do programa F-35 e fez recomendações correspondentes ao DOD, a maioria das quais não foi seguida. Um lugar decente para começar é o ano passado GAO-16-390 (pdf), “F-35 Joint Strike Fighter: Supervisão Contínua Necessária como Plano de Programa para Iniciar o Desenvolvimento de Novas Capacidades”, que começa com uma visão geral do histórico do programa e inclui links para relatórios anteriores.

Versão curta: o DOD exigiu que o F-35 incorporasse uma série de novas tecnologias, muitas das quais não eram totalmente compreendidas, e sobre as quais era extremamente otimista, e apressou-a a testar sem P&D adequado e a produzir sem testes adequados; quando isso foi apontado, o DOD gastou o 2001-2008 em negação e o presente no 2009, reduzindo as compras e diminuindo as taxas de produção para lidar com os excessos de custo resultantes.

As respostas acima forneceram informações muito boas sobre os problemas associados ao design de um novo avião de caça. A questão era particularmente sobre o longo tempo de desenvolvimento, vinte anos no total. Destilando todas as respostas, pode-se chegar a uma conclusão, mas primeiro gostaria de abordar alguns dos itens específicos levantados.

Para começar, não acho que o problema seja baseado em comparações de ordem de magnitude:

• Não é furtivo. O F-35 é comparado com o F-16 em relação à observação por radar. Este vídeo menciona como o discrição já foi incorporado ao SR-71 - o SR-71 da pergunta! A tecnologia Stealth tem mais de meio século! Um pouco mais adiante, no clipe, é mencionado que o SR-71 possui uma assinatura de radar 100 vezes menor que a de um F-14, que tem metade do tamanho.
• Não: cada vez mais armas melhores do adversário. As corridas de armas e suas consequências nos tempos da guerra civil americana já foram mencionadas por Jules Verne em seu livro 1865 Da terra para a Lua. Novamente no vídeo mencionado acima, os oficiais de armas estão descrevendo o bloqueio do radar dos sistemas de armas travados no avião. A crescente corrida armamentista tem sido um problema cada vez maior há mais de dez anos. Sim, os problemas estão crescendo mais rapidamente, mas as soluções estão nos ombros de gigantes em constante crescimento.
• Não: o número de linhas de código de software. Embora um bug no software de sistemas aeronáuticos / armas tenha consequências mais graves do que um bug no Microsoft Office, não é o número de linhas por si só. O F-35 possui 8 milhões de linhas de código (MLOC) a bordo, comparável a um Chevy Volt. A logística da F-35 possui o XNOCX MLOC, comparável ao Apache Open Office. Isso representa uma quantidade considerável de horas de trabalho e tempo de desenvolvimento - implementados de forma incremental, como os sistemas de armas. Software para sistemas aeronáuticos e de armas
• Não: os problemas são tão complexos. É aeroespacial! A questão se resume a: por que novos problemas incrivelmente complexos poderiam ser resolvidos com muito mais rapidez no passado. Sim, a missão do SR-71 estava voando rápido com uma câmera, sem ser abatida por qualquer arma avançada disponível. A Apollo 11 também tinha apenas uma missão: o que isso tem a ver com o preço do peixe? Foi realizado em oito anos, menos da metade do tempo necessário para colocar o F-35 em serviço.

O que então contribui para o longo tempo de desenvolvimento? A questão compara a situação atual com mais de meio século atrás, quando a guerra em grande escala entre as nações ainda era uma lembrança vívida, e as nações ainda estavam armadas até os dentes. Felizmente, as nações de alta tecnologia não estão em guerra entre si desde então.

Este artigo que apareceu em uma edição 2010 do The Economist aborda o custo crescente dos sistemas de armas. Uma citação:

Philip Pugh, author of “The Cost of Seapower”...also identified another intriguing trend: the race for bigger, better weapons is fiercest in peacetime but tends to fall once war actually breaks out. At that point, he argues, quantity takes precedence over quality.

Portanto, pode-se concluir que é uma tendência geral do tempo de paz em todos os sistemas de armas que eles devem ser percebidos como superiores. Não testado pela guerra, seu valor dissuasor pode ser tão importante quanto sua capacidade de destruição real. E isso é uma coisa boa.

O F-35 acaba por derrotar a lei de Agostinho XVI: No ano 2054, todo o orçamento de defesa comprará apenas uma aeronave. Esta aeronave terá que ser compartilhada pelos dias da Força Aérea e da Marinha 3-1 / 2 a cada semana, exceto no ano bissexto, quando será disponibilizada aos fuzileiros navais por mais um dia. Gostei muito de aprender sobre As leis de Agostinho da resposta de Peter Kämpf - parece que ele estava apenas sinalizando uma tendência antiga do tempo de paz.

Como afirmado na parte final da pergunta do OP, não quero derrubar o produto final, o F-35, que acaba sendo uma arma competente que derrota tendências de aumento de custo mais amplas. Mas por que demorou tanto tempo e por que acumulou uma imprensa tão ruim no processo?

Opinião à frente

É claro que nem todos os fatores que impulsionavam a urgência estão presentes, o que é uma coisa boa. É muito mais fácil viver em tempos pacíficos. Além disso, os inimigos se tornaram simétricos e diferentes tipos de armas foram necessários. Não temos mais os gerentes de programas de combate a incêndios, criados pelo desenvolvimento em guerra de armas cada vez melhores. Como Kelly Johnson, quem é o registro não deixa de surpreender. Ele desenvolveu o Starfighter no ano 1, nove anos após a Segunda Guerra Mundial com seus Spitfires.

Pode ser que o rápido desenvolvimento do jato esteja em um estágio adormecido agora e que todos entendam isso. É bom que a capacidade seja mantida à tona. A F-35 será uma máquina boa e econômica, que demorou um pouco mais para ser desenvolvida. O que há duas décadas na vida, certo?