F-35が生まれ変わるアップグレードの数々 | Lengthy Upgrade List To Transform F-35's Role

これがこの先10年間のF-35プログラムの見通しだ：

• 全世界で2,000機以上が運用され、顧客は増え続けていく。第4世代戦闘機と比較しても、調達価格と飛行時間あたりのコストは僅かに高価という程度であることが販売に拍車をかけている。新たな近代化仕様であるF-35ブロック4は、現在運用されている機体の25倍の処理能力を持ち、搭載されているソフトウェアベースのフュージョンエンジンにより、はるかに先進的なアクティブ/パッシブセンサーからのデータ収集を可能にしている。
• コクピット内の状況把握能力が拡張されるにつれて、パイロットにはより多くの兵装の選択肢が与えられる：6発のロッキードマーチン社製AIM-260またはレイセオン社製AIM-120 AMRAAMの機内搭載、Joint Strike Missileによる対艦攻撃能力、さらには長射程対地ミサイル搭載の可能性もあり、Stand-in Attack Weapon（SiAW）の機内搭載や極超音速巡航ミサイルの外部搭載などが想定されている。一方、2030年にロッキード社の生産ラインを出るF-35の第22ロットでは。再使用可能な空中発射型UAVとの連携能力を獲得し、センサー能力の拡大、搭載兵装の増加、作戦内容によってはUAV自体をミサイルとして扱うことも可能になる。
• F-35の任務は、もはや一般的な対空・対地任務を超えたものになっている。米陸軍・米海軍では、すでにF-35のセンサーをミサイル防衛任務における迎撃ミサイルの誘導に用いており、米空軍の分散型指揮統制システムはあらゆる領域からの幅広い攻撃に対処するために、F-35の処理能力・センサー情報・通信機能を活用している。F-35のパイロットは旧来の戦闘任務の訓練も受けているが、もはや同機が受け持っている任務は「戦闘機」という言葉の枠に収まらないものになっている。

単一のプログラムをこれほど進化させるのに10年は短すぎると感じるかもしれないが、実現は可能だ。10年前、F-35プログラムは危機的状況にあった。2009年の大半で飛行試験は中断されており、サプライチェーンは動揺していた。当時、国防次官（調達・技術・ロジスティクス担当）を担当していたAshton Carter氏は後に、この頃はプログラム中止も検討されていたことを明らかにした。

今日までにロッキード社は9カ国に向けて500機以上のF-35を納入し、さらに3カ国が購入する。2022年に納入される第14ロットでは調達価格は7,790万ドルにまで低下する。

しかし、プログラムのこれからの10年間を細かく見ていくと、初期の混乱と似たような話が明らかになってきた。

F-35 Joint Program Office（JPO）は2019年5月に議会に提出した報告書の中で、ブロック4においてアップグレードされるハードウェア・ソフトウェア66項目を示した。そのうち最初の8項目は2019年までに運用開始予定だったが、予期しない混乱により、地上衝突自動回避システムのみが期限内に配備された。その他の改良、たとえば海兵隊のF-35向けに導入される予定だった暫定的なフルモーションビデオ機能などは、ハードウェアの納入遅延により先延ばしにされたと、政府説明責任局（GAO）が5月に発表した報告書に記載されている。

また、JPOはブロック4に対してアジャイル開発手法を適用した。アップグレードはブロック4.1、4.2、4.3、4.4の4段階に分けられている。そして、継続的な能力向上および配備（Continuous Capability Development and Delivery：C2D2）プロセスに基づき、より細かな新機能が6ヶ月おきにリリースされていくことになる。たとえばロッキード社は、30P5ソフトウェアを今年の第3四半期に完成させ、2021年第1四半期には30P6を、第3四半期には30P7を完成させる予定だ。アジャイル開発手法は、2年おきの大規模リリースに不具合が含まれていた場合の遅延リスクを軽減するためのものだが、これは万能ではない。GAOによると、C2D2によるソフトウェアの最初のリリースがテストに入った際、それまでは正常に機能していたブロック3Fの機能がブロック4のコードにより問題を引き起こすなど、新たな問題も発生している。

ブロック4プログラムが次に大きく進展するのは2023年になるはずだ。このブロック4.2仕様は、新型の統合型コアプロセッサ、メモリシステム、パノラマ式コクピット表示装置といったTechnical Refresh 3（TR-3）ハードウェアを初めて搭載する仕様となる。2016年にブロック3iが登場してから、F-35初のコクピットコンピューティングが実現することになり、TR-3はBAEシステムズ社製ASQ-239電子戦装置を中心に、センサー能力が飛躍的に向上する。

しかしTR-3アップグレード計画も開発上の課題に直面している。F-35 JPOはTR-3の「技術的複雑性」に対処するため、2021年度に4,200万ドルの追加予算を求めている。

空軍は、2021年度予算説明資料の中で「サプライヤーは1つの統合されたハードウェア・ソフトウェアシステムの開発で厳しいスケジュールに対応する必要がある。このため、暫定的なハードウェアをリリースすることでリスクを軽減し、並行してソフトウェア開発を進めることができる」と記載している。

国防総省が7月初頭に発表した最新の選定調達報告書（Selected Acquisition Report：SAR)ではTR-3と同様の問題が報告されており、特に新型のプロセッサシステムで用いられるフィールドプログラマブルゲートアレイの複雑性に対処するサプライヤーの追加サポートのコストが高くなっていることを挙げている。年次SARによると、統合型コアプロセッサやメモリシステムの開発も遅延している。

TR-3が装備されたブロック4.2が配備されれば、F-35がパッシブセンサーで目標や脅威を探知する能力が劇的に向上する。このアップグレードはBAE社の電子戦システムを構成するASQ-239のラック2A・2Bが持つジャミング技術ジェネレーターの重要な更新も含まれる。またBAE社は、翼端に搭載されたバンド2・3・4の受信機を更新し、さらに超長波からミリ波までの周波数帯をカバーするバンド5を使用可能にすることも計画している。TR-3によって導入される強力なプロセッサにより、F-35は機内のミッションデータに含まれていない新たな信号を探知した時でも、それに対するジャミングをかけることも可能になるかもしれない。このような、いわゆるコグニティブ電子戦能力は、仮想敵がソフトウェア無線や周波数ホッピング式レーダーの使用に移行していく中で重要度を増している。

もし現在のスケジュールが守られれば、第15ロットで配備されるTR-3およびブロック4.2アップグレードを受けた機体には処理能力以外の性能向上も含まれることになる。ロッキード社は機内ウェポンベイを改良し「サイドキック」アップグレードを可能にする予定で、これによりレイセオン社製AIM-120空対空ミサイルの搭載数は現在の5割増となる6発になる。ロッキード社製AIM-260が配備されれば、AIM-120と同じ全長なので同じ搭載数が実現し、しかもはるかに長射程だ。

この改良により空軍の新しいSiAWも搭載可能となる。これは海軍のAARGM-ER（発展型対レーダーミサイル：射程延長型）に新型弾頭を搭載したものだ。また、イスラエルが出資した主翼搭載型燃料タンク開発計画もこの頃には完了する見込みで、レーダー断面積の最小化が必要ないミッションにおいては航続距離を25％増加させることができる。

2020年代末には、F-35の運用形態は1990年代後半に開発者が予想していた形とは大きく異なっているかもしれない。空軍のSkyborg計画では、地上/空中発射型のUAVをF-35パイロットが僚機として扱えるシステムを作り上げようとしている。Skyborgそのものは、多彩な作戦を実施するための訓練が可能な自律操縦システムのことを指している。空軍では、F-35のパイロットがこのSkyborg搭載UAVを「再使用可能な弾薬」として使うことを想定している。言い方を変えれば、ミサイル代わりにも使用でき、それに値する目標が現われなければ帰投させ、再使用するというものだ。

20年前にF-35の設計者が構想した能力は、数年の遅延や調達/運用コストの高騰はあったものの、現在配備されている機体で実現した。次の10年が進むにつれ、JPOとロッキード社は最近になって登場したSkyborgやSiAWのような、この10年で見えてきた新技術の適用を目指していくだろう。F-35プログラムの歴史は、開発段階における過大な約束と期待外れを特徴としてきた。ブロック4の開発がコンセプトから現実になっていく中で、同じような失敗を避けることが課題となるだろう。

この記事はコロナ危機からの脱出を目指す航空業界の将来について考察した「Flight Paths Forward」からの抜粋です。詳細はこちらをご覧ください。

This is the vision for the Lockheed Martin F-35 program in 10 years:

• A worldwide fleet of more than 2,000 fighters is in service with a still-growing list of customers. Sales are spurred by a unit procurement price and cost per flight hour equal to or only slightly higher than a fourth-generation fighter. Yet the newly modernized Block 4 fleet of F-35s boasts 25 times more computing power than the version of the aircraft operating today, enabling the software-based onboard  fusion engine to mine data from a far more advanced set of active and passive sensors.
• As the situational awareness in cockpit expands, the pilots have a variety of new weapon options available: the ability to carry six Lockheed Martin AIM-260 or Raytheon AIM-120 advanced medium-range air-to-air missiles internally; a maritime strike capability of the Joint Strike Missile; and the use of new long-range strike missiles, such as the future Stand-in Attack Weapon (SiAW) internally and possibly a hypersonic cruise missile carried externally. Meanwhile, the Lot 22 F-35 rolling off Lockheed’s assembly line in 2030 also can access a new class of air-launched attritable stores that add vast new sensing capacity, multiply weapon loadouts and, depending on the mission, serve as kinetic options themselves.
• The F-35’s role has already evolved from standard counterair and strike missions. The Army and Navy now use the F-35’s sensor data remotely to guide their interceptors to knock down incoming missiles. The Air Force’s decentralized command-and-control system relies on the F-35’s processing power, sensor data and communication hooks to orchestrate a wider attack in all domains. F-35 pilots still train to perform traditional fighter missions, but the role the aircraft plays defies the vocabulary of the Air Force’s designation system.

A decade may seem too short for such an evolution in one program, but it is possible. Ten years ago, the F-35 was still in crisis mode: With the flight-test fleet grounded for most of 2009, the supply chain was reeling. Ashton Carter, who was then the undersecretary of defense for acquisition, technology and logistics, later acknowledged that proposals to cancel the program had been briefly considered during that period.

To date, Lockheed has delivered more than 500 F-35s to nine countries, with another three countries signed up for still more. The unit flyaway cost of an F-35A will fall to $77.9 million for aircraft delivered in 2022 as part of the 14th lot of yearly production.

In plotting the program’s next decade of development, a similar narrative of early struggles is becoming clear.

The F-35 Joint Program Office (JPO) identified the first 66 hardware and software upgrades listed under the Block 4 Follow-on Modernization in a report to Congress in May 2019. The first eight upgrades were due to enter service in 2019, but because of unexpected complications, only one of them—an automatic ground-collision avoidance system—was released to the operational fleet on time. Other improvements, such as an interim full-motion video capability for the Marine Corps’ F-35B fleet, fell behind due to later hardware deliveries, according to a Government Accountability Office (GAO) report released in May.

The JPO also adopted an agile development process for Block 4. The upgrades are still organized in four major increments—Block 4.1, 4.2, 4.3 and 4.4—and smaller batches of new capabilities are released in six-month cycles, a process called Continuous Capability Development and Delivery (C2D2). Lockheed, for example, is scheduled to complete development of 30P5 software in the third quarter of this year, which will be followed by software drops called 30P6 in the first quarter of 2021 and 30P7 in the third quarter of 2021. The agile development method is intended to reduce the scale of delays caused by a release of a large batch of flawed software every two years, but it is not a panacea. As the software from the first C2D2 release entered testing, new problems appeared, such as Block 4 software code causing “issues” for Block 3F functions that had been working, according to the GAO.

The next major advance for the Block 4 program should arrive in 2023. This Block 4.2 configuration will be the first to include Technical Refresh 3 (TR-3) hardware, which includes a new integrated core processor, an aircraft memory system and a panoramic cockpit display system. As the first cockpit computing for the F-35 since Block 3i appeared in 2016, the TR3 will enable a leap in sensing capability, especially for the BAE Systems ASQ-239 electronic-warfare system.

The TR-3 upgrade, however, also is facing development challenges. The F-35 JPO is seeking a $42 million increase in spending on TR-3 in fiscal 2021 to offset higher “technical complexity.”

“Suppliers are challenged to meet a demanding schedule with one holistic hardware-software system; therefore, interim releases of hardware [will] reduce risk and enable parallel software development,” the Air Force said in a budget justification document for fiscal 2021.

The latest F-35 selected acquisition report (SAR), which was released by the Defense Department in early July, reports similar issues with TR-3, citing specifically higher costs due to additional support needed to help one supplier manage the complexity of a field-programmable gate array used in the new processor system. The development of the integrated core processor and the aircraft memory system also are suffering delays, according to the annual SAR.

As the TR-3-equipped Block 4.2 configuration arrives in the fleet, the F-35’s power to sense targets and threats passively should rise enormously. The upgrade also paves the way for a critical update to BAE’s electronic-warfare system, especially the jamming techniques generators embedded in Racks 2A and 2B of the ASQ-239. BAE also plans to upgrade the wing-leading-edge-mounted receivers in Bands 2, 3 and 4 as well as activate new Band 5 receivers from broad spectrum coverage from very low to extremely high radio frequencies. Aided by the more powerful processors introduced by TR-3, the F-35 may be able to develop jamming techniques as it encounters new signals not previously stored in the aircraft’s mission data files. Such a capacity for so-called cognitive electronic warfare is becoming critical as adversaries shift to software-defined radios and frequency-hopping radar arrays.

If the current schedule is maintained, the TR-3 and Block 4.2 upgrades arriving in Lot 15 aircraft will include more than improved computing power. Lockheed is modifying the internal weapons bay to enable the “sidekick” upgrade, which increases the Raytheon AIM-120 missile loadout by 50% to six missiles. As the Lockheed AIM-260 becomes available, the same loadout will become possible with a missile measuring the same length as the AIM-120 but with significantly more range.

The same modification also accommodates the dimensions of the Air Force’s new SiAW missile, which adds a new warhead to the Navy’s Advanced Antiradiation Guided Missile-Extended Range. An Israeli-funded program to add wing-mounted fuel tanks to the F-35’s loadout options also should become available and would increase the range by 25% if the mission does not require minimizing the aircraft’s profile on radar.

By the end of the decade, operating the F-35 could be very different from how the aircraft’s designers in the late 1990s had anticipated. The Air Force’s Skyborg program seeks to introduce a new family of ground- and air-launched aircraft that can serve as autonomous teammates, or wingmen, for F-35 pilots. “Skyborg” itself refers to the development of a new autonomous control system that can be trained to perform a diverse set of missions. The Air Force expects F-35 pilots to use the Skyborg-equipped aircraft much like reusable munitions; in other words, a missile that can be fired and, if no worthy target appears, recovered and used again.

The capabilities envisioned by the F-35’s designers two decades ago are now available in operational aircraft, albeit several years later than originally envisioned and for higher procurement and operating costs. As the next decade unfolds, the JPO and Lockheed will seek to add capabilities that have become defined only within the last decade and to adopt several concepts, including Skyborg and SiAW, that have emerged only recently. The history of the F-35 program is characterized by overpromising and underperforming in the development phase. As Block 4 development transitions from concept to reality, the challenge will be avoiding similar missteps.