Il piano dell'US Air Force per il futuro caccia "F X" - “Next Generation Air Dominance”(NGAD).

Il piano dell'US Air Force per il futuro caccia "F X" - “Next Generation Air Dominance”(NGAD).

L'USAF si sta preparando a modificare radicalmente la strategia di acquisizione per la sua prossima generazione di caccia da combattimento, con un nuovo piano che potrebbe richiedere all'industria di progettare, sviluppare e produrre un nuovo caccia in cinque anni o anche meno.

L’Usaf riorganizzerà il suo programma di caccia di nuova generazione, noto come Next Generation Air Dominance, o NGAD.

Il programma NGAD adotterà un approccio rapido allo sviluppo di piccoli lotti di caccia con più società costruttrici.

In questo momento, la stima è per cinque anni. L'approccio “Century Series” sarebbe un notevole allontanamento dal precedente pensiero dell'Aeronautica Militare statunitense sul suo futuro caccia di prima linea di sesta generazione. Nel suo studio "Air Superiority 2030", pubblicato nel 2016, l'Air Force ha descritto un sensore-shooter a lungo raggio e furtivo chiamato "Penetrating Counter Air", che fungerebbe da nodo centrale del NGAD collegato in rete con sensori, droni e altre piattaforme. L'USAF utilizzerebbe la prototipazione per velocizzare le tecnologie chiave nella speranza di far maturare abbastanza presto per l'inclusione in velivoli avanzati messi in campo nei primi anni 2030.

Il nuovo approccio "Digital Century Series" cambierebbe questo paradigma: invece di maturare le tecnologie nel tempo per creare un nuovo caccia, l'obiettivo dell'Aeronautica Militare statunitense è quello di costruire rapidamente il miglior caccia combattente che l'industria può mettere a punto in un paio d'anni, integrando qualsiasi tecnologia emergente esistente. Il servizio avrebbe abbassato la selezione, messo un piccolo numero di aerei sotto contratto e poi riavviare un altro giro di concorrenza tra i produttori di caccia, che avrebbero rivisto i loro progetti di caccia esplorando nuovi passi avanti nella tecnologia.

Il risultato sarebbe una famiglia di caccia connessi in rete - alcuni più interconnessi di altri - sviluppata per soddisfare esigenze specifiche e che includerebbe le migliori tecnologie a bordo di un'unica cellula. Il nuovo velivolo potrebbe essere ottimizzato intorno ad una capacità rivoluzionaria, come un laser aeroportato. Un altro caccia potrebbe dare la priorità a sensori all'avanguardia e includere l'intelligenza artificiale. Uno potrebbe essere un velivolo trasporto-armi senza equipaggio.

Invece di cercare di affinare i requisiti per far fronte a una minaccia sconosciuta tra 25 anni di distanza, l'Aeronautica Militare statunitense produrrebbe rapidamente aerei con nuove tecnologie; una tattica che potrebbe imporre incertezza a concorrenti come Russia e Cina e costringerli a trattare con l'Usaf alle proprie condizioni.

Tre tecnologie industriali permetteranno un approccio “Century Series” per il NGAD e stabiliranno i requisiti per i partecipanti: 

• Il primo è lo sviluppo agile del software - una pratica in cui i programmatori scrivono, testano e rilasciano rapidamente il codice, sollecitando il feedback degli utenti lungo il percorso.
• La seconda, l’architettura aperta, che è stata a lungo una parola d'ordine nella comunità della difesa, che l'industria la usa spesso per descrivere un sistema con hardware plug-and-play. NGAD, idealmente, sarebbe completamente aperto, con hardware intercambiabile e la possibilità per una terza parte di sviluppare software per il sistema.
• La tecnologia finale, l'ingegneria digitale, è la più nuova e forse la più rivoluzionaria. Mentre gli ingegneri aerospaziali hanno usato i computer per decenni per aiutare la creazione di aerei, solo di recente le società della difesa hanno sviluppato strumenti di modellazione 3D in grado di modellare un intero ciclo di vita: progettazione, produzione e supporto, con un elevato livello di precisione e fedeltà. Questo processo consentirebbe alle aziende non solo di mappare un aereo in modo estremamente dettagliato, ma anche di modellare come funzionerebbe una linea di produzione utilizzando diversi livelli di equipaggio o come i manutentori effettuerebbero le riparazioni in un deposito. Si potrebbe iniziare ad imparare così tanto prima di piegare il primo pezzo di metallo e girare la prima chiave, in modo che quando l'hai fatto per la prima volta, l'hai già imparato.

Pochi programmi di difesa hanno usato l'ingegneria digitale finora. L'Aeronautica Militare ha richiesto a Northrop Grumman ed alla Boeing di utilizzare la tecnica per sviluppare le rispettive versioni del Ground Based Strategic Deterrent.

Boeing ha anche dimostrato la tecnologia con il suo clean-sheet T-X trainer, portando il suo design dal concept al primo volo in tre anni e battendo due concorrenti che hanno offerto versioni modificate di jet esistenti.

Durante una visita presso lo stabilimento di produzione della Boeing, Paul Niewald, ingegnere capo del programma T-X, ha descritto come l'azienda ha realizzato il suo progetto digitale T-X con una precisione tale che i pezzi potevano essere uniti senza spessori - il materiale utilizzato per colmare le lacune tra i pezzi di un aereo - e durante la produzione dell'aereo è stato necessario un solo utensile principale.

In totale, Boeing è stata in grado di ridurre dell'80% il lavoro manuale necessario per produrre e assemblare l'aereo.

Ma creare un semplice aereo da addestramento come il T-X è molto diverso dalla produzione di un caccia bombardiere di prima linea come il NGAD, e non vi è alcuna prova che queste nuove tecniche di produzione funzioneranno per un aereo più avanzato.

L’Usaf potrebbe avere una "reazione eccessiva" alle lotte del caccia F-35, dove un approccio "one-size-fits-all" e un focus su software e sensori ha prodotto un aereo molto costoso che ha richiesto quasi due decenni di sviluppo. L’approccio Century Series, potrebbe dare priorità allo sviluppo di nuovi veicoli aerei a scapito degli investimenti in nuove armi, radar, sensori, sistemi di comunicazione o altre tecnologie abilitanti.

Con l'F-35, si sono ottenuti troppi sistemi e non abbastanza veicoli aerei. Forse questo sta andando troppo lontano nella direzione opposta. 

Rebecca Grant, analista aerospaziale con IRIS Independent Research, ha espresso entusiasmo per il nuovo sforzo di progettazione per i nuovi caccia “FX”, dicendo che gli ingegneri potrebbero spingere fuori le opzioni per uno sforzo di stile “Century Series“ molto rapidamente. Tuttavia, ha aggiunto che la scelta del motore, l'integrazione della sua suite di comunicazione e la decisione se rendere la piattaforma presidiata o non presidiata saranno le variabili chiave che influenzeranno il design del nuovo aereo stealth.

La maggiore difficoltà è comunque sempre quando si inizia a fare i compromessi più importanti ed a identificare i criteri più importanti; questi diventano funzioni-guida piuttosto serie e abbastanza rapidamente.

Un (potenziale) piano di gioco

Il nuovo ufficio del programma “NGAD” determinerà la strategia di acquisizione finale per la Digital Century Series, compresa la durata del ciclo di sviluppo, le quantità di approvvigionamento e i meccanismi di contrattazione. Mr Roper ha rivelato il suo pensiero su come potrebbe funzionare il programma:

• Si metteranno almeno due produttori a contratto per progettare un jet da combattimento che  potrebbero includere le aziende esistenti in grado di costruire aerei da combattimento (Boeing, Lockheed Martin e Northrop Grumman) così come i nuovi arrivati che potrebbero portare una nuova tecnologia sul tavolo di lavoro.
• Si chiederà ad ogni azienda di creare un "gemello digitale" iper-realistico del proprio caccia utilizzando una modellazione 3D avanzata utilizzando questi modelli per eseguire una miriade di simulazioni su come la produzione e il sostegno potrebbero verificarsi, ottimizzando ipoteticamente sia l'uno che l'altro e riducendo i costi e le ore di lavoro.
• Si assegnerà un contratto ad un singolo produttore di aerei da combattimento per un lotto iniziale di aerei. L'industria potrebbe costruire uno squadrone di aerei all'anno, o circa 24 aerei. 
• Si includeranno nel contratto opzioni per lotti aggiuntivi di aerei. La direzione di Air Combat Command ha confermato che 72 aerei - circa il numero di aerei in un tipico Wing dell'Usaf  sarebbero sostenibili per le normali operazioni.
• Mentre quel fornitore inizia la produzione, si riavvia la concorrenza, mettendo altre aziende a contratto per iniziare a progettare il prossimo aereo.

Poiché costituisce la strategia di acquisizione del NGAD, il nuovo ufficio del programma esplorerà anche come i primatisti della difesa saranno compensati per il loro lavoro. La maggior parte degli attuali programmi dell'Aeronautica Militare statunitense sono assegnati all'azienda che può fornire la massima capacità al prezzo più basso, il che porta ad uno status quo in cui i fornitori fanno offerte per assicurarsi un contratto e raccolgono profitti solo quando le piattaforme sono prodotte in serie sostenute.

Ma se viene adottata una costruzione Digital Century Series, l'Usaf può pagare alle aziende più fondi in anticipo durante la fase di progettazione e richiedere loro di produrre aerei con una vita di progetto più breve; per esempio, un jet con una durata di 6.000 ore di volo invece di produrre aerei progettati per essere tenuti in volo per 20.000 ore.

Questo stato di fatto offre l'opportunità di fare le cose in modo molto diverso, con diversi disegni strutturali, non facendo prove di fatica su larga scala. 

Un ostacolo all'approccio Digital Century Series può essere quello di persuadere il Congresso ad approvare i finanziamenti necessari. Il Comitato per i servizi armati della Camera ha già raccomandato di tagliare i finanziamenti per il programma NGAD nella richiesta di bilancio fiscale 2020, da 1 miliardo di dollari a 500 milioni.

Roper ha detto che l'idea ha generato una "buona risposta" da parte dei comitati di difesa del Congresso.

ENGLISH

The US Air Force’s radical plan for a future fighter could field a jet in 5 years - next-generation fighter concept, or F-X.

The U.S. Air Force is preparing to radically alter the acquisition strategy for its next generation of fighter jets, with a new plan that could require industry to design, develop and produce a new fighter in five years or less.

On Oct. 1, the service will officially reshape its next-generation fighter program, known as Next Generation Air Dominance, or NGAD, Will Roper, the Air Force’s acquisition executive, said during an exclusive interview with Defense News.

Under a new office headed by a yet-unnamed program manager, the NGAD program will adopt a rapid approach to developing small batches of fighters with multiple companies, much like the Century Series of aircraft built in the 1950s, Roper said.

“Based on what industry thinks they can do and what my team will tell me, we will need to set a cadence of how fast we think we build a new airplane from scratch. Right now, my estimate is five years. I may be wrong,” he said. “I’m hoping we can get faster than that — I think that will be insufficient in the long term [to meet future threats] — but five years is so much better than where we are now with normal acquisition.”

The Century Series approach would be a notable departure from the Air Force’s former thinking on its future fighter. In its “Air Superiority 2030” study released in 2016, the Air Force described a long-range, stealthy sensor-shooter called “Penetrating Counter Air,” which would act as NGAD’s central node networked with sensors, drones and other platforms. The Air Force would use prototyping to speed along key technologies in the hope of maturing them early enough for inclusion in advanced aircraft fielded in the early 2030s.

But what Roper calls the “Digital Century Series” would flip that paradigm: Instead of maturing technologies over time to create an exquisite fighter, the Air Force’s goal would be to quickly build the best fighter that industry can muster over a couple years, integrating whatever emerging technology exists. The service would downselect, put a small number of aircraft under contract and then restart another round of competition among fighter manufacturers, which would revise their fighter designs and explore newer leaps in technology.

The result would be a networked family of fighters — some more interrelated than others — developed to meet specific requirements and including best-in-breed technologies aboard a single airframe. One jet might be optimized around a revolutionary capability, like an airborne laser. Another fighter might prioritize state-of-the-art sensors and include artificial intelligence. One might be an unmanned weapons truck.

But the point, Roper said, is that instead of trying to hone requirements to meet an unknown threat 25 years into the future, the Air Force would rapidly churn out aircraft with new technologies — a tactic that could impose uncertainty on near-peer competitors like Russia and China and force them to deal with the U.S. military on its own terms.

Imagine “every four or five years there was the F-200, F-201, F-202 and it was vague and mysterious [on what the planes] have, but it’s clear it’s a real program and there are real airplanes flying. Well now you have to figure out: What are we bringing to the fight? What improved? How certain are you that you’ve got the best airplane to win?” Roper wondered.

“How do you deal with a threat if you don’t know what the future technology is? Be the threat — always have a new airplane coming out.”

How does the Air Force get there?

Three industrial technologies enable a Century Series approach for NGAD and will set requirements for participants, Roper said. The first is agile software development — a practice where programmers quickly write, test and release code, soliciting feedback along the way from users.

The second, open architecture, has long been a buzzword in the defense community, but Roper said industry often uses it to describe a system with plug-and-play hardware. NGAD, ideally, would be fully open, with interchangeable hardware and the ability for a third party to develop software for the system.

The final technology, digital engineering, is the most nascent and possibly the most revolutionary, Roper said. While aerospace engineers have used computers for decades to aid in the creation of aircraft, only recently have defense companies developed 3D-modeling tools that can model an entire life cycle — design, production and sustainment — with a high level of accuracy and fidelity. The process would allow companies to not only map out an aircraft in extreme detail, but also model how a production line would work using different levels of manning or how maintainers would carry out repairs at a depot.

“You could start learning so much before you ever bent the first piece of metal and turned the first wrench, so that when you did do it for the first time, you already have learned. You’re already up to a level of proficiency that in the past you would have to be in the 100th aircraft to have,” he said. “And then if you kept going and you modeled the maintenance, then you could go after the part of the life cycle that constitutes the 70 percent of what we pay."

Few defense programs have used digital engineering so far, Roper said. The Air Force is requiring Northrop Grumman and Boeing to use the technique to develop their respective versions of the Ground Based Strategic Deterrent.

Boeing has also demonstrated the technology with its clean-sheet T-X trainer, taking its design from concept to first flight in three years and beating out two competitors that offered modified versions of existing jets.

During a May visit to Boeing’s production facility, Paul Niewald, the company’s chief engineer for the T-X program, described how the company crafted its digital T-X design with such precision that parts could be joined without shims — the material used to fill in gaps between the pieces of an aircraft — and only one master tool was needed during the plane’s production.

In total, Boeing was able to reduce by 80 percent the manual labor needed to manufacture and assemble the aircraft, Niewald said.

But creating a simple training jet like the T-X is much different than manufacturing a penetrating fighter jet like the NGAD, and there is no proof that those new manufacturing techniques will work for a more advanced aircraft, argued Richard Aboulafia, an aerospace analyst with the Teal Group.

Aboulafia suggested the Air Force might be “overreacting” to the struggles of the F-35, where a “one-size-fits-all” approach and a focus on software and sensors produced a very expensive aircraft that took almost two decades to develop. But a Century Series approach, he warned, could prioritize the development of new air vehicles at the expense of investments in new weapons, radars, sensors, communications gear or other enabling technology.

“With the F-35, we had too much [emphasis on] systems and not enough [on the] air vehicle. Maybe this is going too far in the other direction,” he said. “Isn’t the truth somewhere in between where you have two or three air vehicles but a greater resource allocation for systems? In other words, the truth isn’t the F-35 and the truth isn’t the Century Series. Can’t we just think in terms of something in between, a sensible compromise?”

Rebecca Grant, an aerospace analyst with IRIS Independent Research, expressed enthusiasm for a new fighter design effort, saying that engineers could push out options for a Century Series style effort “extremely quickly.” However, she added that the choice of engine, the integration of its communications suite, and the decision whether to make the platform manned or unmanned would be key variables influencing the design of the air vehicle.

“[A Century Series approach] strikes me that it truly is traditional in a way because this is how it was done in the past. And I think that’s what they’re trying to get to. They want fresh designs. But the difficulty is always as you start to make the most important trade-offs and identify the most important criteria,” she said. “Those become pretty serious driving functions pretty quickly."

A (potential) game plan

The new NGAD program office will determine the final acquisition strategy for the Digital Century Series — including the length of the development cycle, procurement quantities and contracting mechanisms. However, Roper revealed to Defense News his thinking for how the program might work:

Put at least two manufacturers on contract to design a fighter jet. These could include the existing companies capable of building combat aircraft — Boeing, Lockheed Martin and Northrop Grumman — as well as new entrants that could bring a unique technology to the table.

Have each company create a hyper-realistic “digital twin” of its fighter design using advanced 3D modeling. Use those models to run myriad simulations of how production and sustainment could occur, hypothetically optimizing both and reducing cost and labor hours.

Award a contract to a single fighter manufacturer for an initial batch of aircraft. Roper said that industry could build about a squadron’s worth of airplanes per year, or about 24 aircraft. Include options in the contract for additional batches of aircraft. Air Combat Command leadership has told Roper that 72 aircraft — about the number of aircraft in a typical Air Force wing — would be a viable amount for normal operations.

While that vendor begins production, restart the competition, putting other companies on contract to begin designing the next aircraft.

As it forms the NGAD acquisition strategy, the new program office will also explore how defense primes would be compensated for their work. Most current Air Force programs are awarded to the company that can provide the most capability at the lowest price, leading to a status quo where vendors underbid to secure a contract and reap profits only when platforms are mass-produced and sustained.

But if a Digital Century Series construct is adopted, the Air Force may pay companies more money upfront during the design phase and require them to produce planes with a shorter design life; for instance, a jet with a lifespan of 6,000 flight hours instead of manufacturing aircraft designed to be kept in the skies for 20,000 hours, Roper said.

"That opens up the opportunities to do things very differently, different structural designs, not doing full-scale fatigue testing and all of things we do on the geriatric Air Force to keep things flying,” he said. “Where is the sweet spot where we are keeping airplanes long enough to make a real difference but not so long that we’re paying a premium to sustain them or not able to refresh them with better aircraft?”

One obstacle to the Digital Century Series approach may be persuading Congress to approve the necessary funding. The House Armed Services Committee already recommended cutting funding for the NGAD program in the fiscal 2020 budget request, from $1 billion to $500 million — a sign that the committee may not be sold on the Air Force’s path forward.

Roper said the idea has generated a “good response” from the congressional defense committees but acknowledged that lawmakers have questions about the approach. He also noted there will need to be a means to pay the bills, particularly in the early stages of the development cycle when multiple companies are on contract to design aircraft.

“I think the theory is sound, it’s the funding required and how big of an industry base we can sustain,” he said. “I don’t want to leave companies out, but I also don’t want to go so big that we fail because of funding, not because of the soundness of the idea.”

(Web, Google, Wikipedia, Defense News, You Tube)