五代机溯源——ATF计划演变与五代机诞生背景
ATF战斗机必须从比利时、荷兰、卢森堡甚至英国起飞，穿越被占地区绵密的防空火力，在已成废墟的中欧上空争夺制空权。
4S标准是美国人提出的，它具化在世界空军史的首款第五代战斗机F-22“猛禽”上，4S的历史其实就是F-22的历史。
追溯源头，F-22是美国先进战术战斗机（ATF）计划的产物，不过该计划并非很多人认为的那样是针对苏联苏-27和米格-29的威胁才提出。早在1971年，美国战术空军司令部就开始对下一代战斗机的相关概念展开研究。在之后大约20年时间里，美国空军从自身需求与战场想定出发，逐步明确该机应具有超声速巡航、高机动性、信息化的航电系统、大航程、隐身和改善的可保障性等特点。
作为一款空战平台，ATF的最大优势在于具备出色隐身性能的同时，成功融合了战后第二代、第三代战斗机的高空高速性能和四代机的亚、跨声速机动性能，并在超声速巡航和过失速机动方面取得了具备实战意义的突破。随着F-22的服役与YF-23的下马，上述性能也成为其他空军大国研制五代机时唯一可供参考的样本。
2010年5月26日，数架来自埃尔门多夫空军基地的F-22A在阿拉斯加上空编队飞行
ATF前传：一款战术轰炸机
1969至1970年，美国空军的FX计划（其最终结果就是F-15）正处于关键的最后选型阶段，战术空军司令部却已经将目光转向了FX的后继机研制。在这段时间，战术空军司令部投资了一项代号为TAC-85的研究项目，对FX后继机技术方案做了初步探索。TAC-85研究报告于1971年完成。随后，研究人员将TAC-85的概念原型称作先进战术战斗机，ATF正式登上历史舞台。这只是一个相当粗略的概念，指望能从这个概念里看到今天“猛禽”的影子很难，但它的确是迈向第五代战斗机的第一步。
除了战术空军司令部外，美国的其他相关部门也没闲着。位于莱特·帕特森基地的飞行动力实验室在F-15首飞成功后不久，就展开了下一代战斗机的全面技术研究，这些研究后来被纳入一个大的技术发展计划，即先进战斗机技术综合应用计划（AFTI）。几乎与此同时，国防高级研究计划局（DARPA）也在进行类似研究。
早期的TAC-85研究项目设计方案
从1971年开始，飞行动力实验室所属的F-8“十字军战士”相继进行了超临界翼型、数字式电传飞控系统，以及随控布局（CCV）的研究试飞。美国宇航局（NASA）还和空军联合提出了高机动飞机技术
ATF项目概览
计划（HIMAT），其研究内容包括：近耦鸭式布局、机身机翼边条融合、变弯度机翼、翼梢小翼、弹性机翼、喷气襟翼、自配平设计、复合材料、飞行推进综合系统、主动控制技术等。这些早期预研无疑为后来的ATF计划打下了技术基础。
1975年初，空军系统司令部提出，准备在1977至1981年间制造两架ATF原型机试飞。第二年，美国空军首次开始考虑在ATF概念中引入低可探测性设计。此时洛克希德的F-117隐身战斗轰炸机方案刚刚被空军选中，这表明美国的飞行器隐身技术渐趋成熟。在此基础上赋予下一代战斗机隐身性能可谓水到渠成。另一方面，发动机推力增大，也促使美国空军开始考虑在ATF上实现不加力超声速巡航的可能，苏联空军现役和未来的超声速战略轰炸机威胁则在截击战术上推动了对超声速巡航的需求。
20世纪80年代初期，北约和苏联在欧洲的前线兵力部署情况
然而，ATF的原型机制造却因为预算困境不得不搁浅。国会不予拨款的理由很充分：苏联空军尚没有一款战斗机能与F-15相抗衡。作为替代方案，美国空军于1978年又提出先进战术攻击系统（ATAS）。该计划的设计重点却并非着眼于空战，空军其实一直对当初设计F-15时受“战斗机黑手党”的影响耿耿于怀——F-15的制空能力的确让人放心，但却不具备对地攻击能力，这几乎让空军无法接受。
当时欧洲大陆的军事态势则成为ATAS确定研制方向的外因。北约在欧洲大陆部署战区核武器后，华约将其纵深的第二、三梯队部署得更加分散，以避免因过分集中在战时遭到北约战区核武器的毁灭性打击。同时，华约将集中到前沿的打击力量比例减少到约20%，其余80%都部署在离前线500千米以内的纵深。
显然，北约若要在与华约的常规战争中确保实施前沿防御战略，就必须具备对华约分散部署的纵深目标进行常规打击的能力，这就需要一款能穿透华约前线和纵深防空火力、具备纵深攻击能力的先进战术轰炸机。对ATF的技术要求，也就是所谓4S标准中的超声速巡航与隐身，这无疑可以提高战斗机执行该类任务时的作战效率和生存概率。当时美国的研究结果认为，这种超声速穿梭轰炸机的巡航高度应达到15240至19812米，最大巡航速度为1.6至2.2马赫。
回归空优、明确4S
计划赶不上变化，几乎就在ATAS方案出台的同时，美国侦察卫星在茹科夫斯基城的拉明斯基先后发现了苏联两款新型战斗机，西方根据发现地点将其分别命名为拉明-K和拉明-L，它们就是日后的苏-27和米格-29原型机。美国情报部门认为这两款飞机将分别在1987年中和1985年初具备初始作战能力，性能至少可与F-15和F-16匹敌。
陈列在莫斯科莫尼诺中央空军博物馆的T-10-1，即美国发现的所谓拉明-K，该机仍采用传统机械飞控系统，性能与最终采用电传飞控系统的量产型苏-27不可同日而语
为继续保持战斗机领先一代的优势，美国空军在1980年4月果断决定，将争夺制空权列入ATAS任务考虑，并把ATAS计划重新改回ATF。1982年米格-29投入批量生产，次年即装备苏联空军前线航空兵，比美国人估算的时间早了两年。迫于压力，1982年8月，美空军首次明确将争夺制空权列为ATF最优先任务，4S标准中的超机动性成为新机研制中被重点考虑的方向。
1981年6月，美国空军发布第一份ATF计划信息需求（RFI），并邀请9家公司参与讨论，它们是波音、费尔柴尔德、格鲁曼、洛克希德、麦道、诺斯罗普、洛克韦尔、沃尔特。接下来，美国空军在仔细研究了9家厂商针对RFI提出的意见后，着手进一步明确ATF的性能要求。首先被确定的是超声速巡航能力，一系列研究表明，此前的ATAS性能需求同样适用于未来空战环境。北约认为，在两大阵营爆发全面战争的情况下，部署于一线的战机几乎不可能幸存。争夺中欧制空权的北约战机必须从比利时、荷兰、卢森堡甚至英国起飞，并穿越被占地区上空。超声速巡航能力将大大缩短ATF在华约防空系统内暴露的时间，提高其生存能力。
当然，超声速巡航所带来的好处还远不止于此。过去ATAS计划所要求的穿梭轰炸能力也需要超声速巡航作为支撑，只不过对地打击此时已不是ATF的优先任务。F-117和F-15E成为ATAS的替补方案。
2007年10月27日，在新墨西哥州霍洛曼空军基地举行的航空航天博览会上，F-22“猛禽”、F-117“夜鹰”、F-4“鬼怪”II与F-15“鹰”编队进行飞行表演，这样四世同堂的“温馨”画面如今已经不可能再现
由于可能需要从西欧基地飞往中欧作战，ATF还必须具有远大于F-15的作战半径，即“跨战区航程”。基于同样的理由，短距起降能力也十分重要。在前沿和纵深机场均被摧毁的情况下，短距起降能力可以有效提高ATF的部署弹性。特别是短距精确着陆能力，对于美军飞机及时增援位于前沿的欧洲盟国来说非常重要。(https://www.daowen.com)
1982年10月，美国大部分战斗机厂商代表和空军代表在加利福尼亚州阿纳海姆开会，ATF概念在这次会议上基本成型。1983年5月，ATF概念详细研究（CDI）阶段结束，空军发布了一份最终方案需求报告（RFP）。1983年9月，美国空军向所有厂商发出概念设计招标，波音、通用动力、洛克希德、麦道、诺斯罗普、洛克韦尔宣布参与竞标。同月，空军宣布普拉特-惠特尼的YF-119，及通用电气的YF-120发动机获准启动原型机研制，以作为ATF动力系统的最终备选方案。
到1984年底，ATF的方案需求进一步明确，这时的ATF与我们今天看到的“猛禽”已经非常接近了：超声速巡航速度不小于1.5马赫；起飞滑跑距离小于610米；执行空优任务时的起飞重量不超过22.7吨；作战半径大于1300千米；在速度为1马赫时可以完成5g过载的盘旋；在9100米高度、1.5马赫速度时的盘旋过载为6g；在3000米高度、0.9马赫时的瞬时盘旋过载为9g；在15200米高度、1.5马赫时的稳定盘旋过载为2g；在海平面从0.6马赫加速到1马赫的耗时为20秒；在6000至9000米高度，从0.8马赫加速到1.8马赫的耗时为50秒；批生产型单价约4000万美元（1985年币值），全寿命费用则与F-15相当。不难看出，上述要求非常明确地规定了超声速巡航和超机动性。不过值得注意的是，在这份性能清单中没有提到隐身能力。事实上，隐身技术此时仍属于“黑计划”之列，保密层级非常高。如果美国空军公开提出ATF计划必须包含隐身能力，必然要被迫解密一系列“黑计划”内容，这是空军高层所不愿看到的。在这种情况下，ATF的隐身需求只能先秘而不宣，低调推进。此外，随着美军在20世纪80年代开始全面启动数字化建设，并高调提出信息化战争概念，作为下一代主战平台的F-22自然也必须具备节点作战能力。五代机的4S标准就此被完整定义。
猛禽脱壳
1986年，美国空军宣布将挑选最有潜力的两款设计进入ATF最终阶段竞标，入选的两家企业可以获得制造原型机的拨款，从而在展示/验证阶段进行为期48个月的设计与试飞评估。同年7月，洛克希德的YF-22和诺斯罗普的YF-23方案脱颖而出。不过对于那些被淘汰的
洛克希德一马丁YF-22
厂家来说，这也并非是一场赢家通吃的传统游戏。空军建议落选的公司与洛克希德或者诺斯罗普组成联合研制团队，一方面可以分摊主承包商的研制工作，加快研制进度；同时也可以将落选方案中的优秀基因融合进最终的ATF战斗机。一番合纵连横后，洛克希德与波音及通用动力公司组成联盟，与之分庭抗礼的则是诺斯罗普与麦道阵营。
1988年4月1日，YF-22的第一批生产图纸出炉，4月27日沃斯堡工厂粗略切削出一块中段机身的钛631壁板，标志着首架YF-22原型机开工。通用动力在沃斯堡的F-16总装线北端保密区制造出这架原型机的中段机身；很快，洛克希德也在伯班克开始制造带起落架舱的前机身。波音则于西雅图制造后机身和机翼。由于采用了太多预研技术，首架YF-22的制造足足花费了两年时间。
正在发射AIM-120的YF-22
1990年8月29日，YF-22在帕姆戴尔的臭鼬工厂首度公开，9月29日成功完成首飞。洛克希德试飞员戴维·弗格森驾驶飞机从帕姆戴尔起飞，在不远处的爱德华兹空军基地降落。随之而来的YF-22试飞项目则成为航空史上最辛苦的工作之一。
F-22生产型的设计在原型机被冻结后仍不断进化，并逐步表现出F-22和YF-22之间的外形差异。如机翼前缘后掠角从48度改为42度、进气口后移、座舱前移、垂尾变小、机翼后缘切尖，全机总长度也从19.5米缩短至18.9米。在这一阶段，美国空军对ATF的航电系统规定了900万美元（1990年币值）成本上限。从如今F-35灾难般的研发历程来看，该做法对后来F-22项目的顺利推进意义重大。
1991年4月23日，时任美国空军部长唐纳德·赖斯宣布洛克希德团队成为ATF项目赢家，同时普惠也击败通用电气成为ATF唯一动力系统承包商。赖斯指出洛克希德和普惠的设计“显然以更低的成本提供了更好的性能。”也许YF-23的隐身和超声速巡航能力的确高于YF-22，但美空军认为该机的设计过于冒险，激进的气动外形不利于机动格斗。此后，以YF-22为代表的均衡4S标准逐渐被广泛认可，成为全球下一代战斗机性能的标杆。
诺-麦团队的YF-23与通用电气的YF120已经被世人淡忘——灰尘和床垫是最好的证明，虽然它相比对手的设计更容易激发人的肾上腺素，但这并不能让美国空军有足够的理由放弃更靠谱的YF-22
随着1991年秋天美国空军授予首批生产型F-22长周期生产合同，ATF正式从研发阶段转入生产阶段。1997年4月9日，F-22A被命名为“猛禽”。2002年9月17日，其编号也改为F/A-22，表示它也可用来对地攻击。这既是对ATAS计划初衷的回归，同时也预示着在上一代战斗机上就已经大行其道的多用途概念也将被“猛禽”继承。
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“猛禽”基因之波音方案
波音参与ATF竞标的机型尺寸比洛克希德和通用动力的方案要大一些，该方案的高速性能尤其出色。其最显著的特点是后机身梯形机翼之后的双垂尾，垂尾尺寸足够大，以便提供与四尾翼相同的垂直和水平控制力。与四尾翼相比，更大面积的双尾翼在满足性能要求的同时，可以更有效地控制重量与雷达反射信号。
波音ATF方案的大型机腹进气口不由得让人联想起日后JSF项目中的X-32（右），从两个方案“悲惨”的命运来看，这个标志性的“波音大嘴”显然不太招人待见
有趣的是，波音的整个设计方案最初是围绕弹舱展开的，波音还为自己的弹舱设计专门申请了专利。设计师们根据风洞测试结果——特别是大迎角测试——调整尾翼的排列、大小、倾斜角度及位置。该设计有一个大型机腹进气口，分成两路通向两台发动机。进气口内有一个可调斜坡（结合有附面层的隔板）来满足较高的速度要求。波音设计师在后期修改时把前起落架后移到进气口之后。后来该公司在竞标JSF时推出的X-32部分参考了此方案。波音在20世纪70至80年代一直为美国空军实验室以及一些秘密项目研制先进复合材料，所以该设计的机翼将采用独特的热塑性复合材料和工艺制造，后来的F-22也因此受益良多。
波音计划把所有空空导弹都装在弹舱内部。但较大的空地导弹则采用半埋方式挂载，这显然会降低隐身性能。波音还为主弹舱设计了一种快速装弹托架，在机鼻安装了三面雷达天线阵列来满足视场要求，其中包括一个较大的前向阵列和两个较小的侧向阵列。此外在机鼻周围还安装了两套红外搜索和跟踪传感器（IRST）。
在竞标第一阶段，波音的设计在7个项目中都拿了高分。该方案经过充分的风洞测试，被认为完善度很高。波音在航电集成方面比其他任何公司都有优势，美国空军的E-3“望楼”预警机就是该公司研制的；其当时还参与了B-2轰炸机的细化设计工作，积累了一定的隐身设计经验。然而，波音的方案却没能进入原型机制造和试飞阶段，只能以“小伙伴”身份协助洛克希德研制F-22。洛克希德在隐身技术和高速飞行器设计领域的确起步较早。不过实力同样雄厚的波音从ATF到JSF一路连败，恐怕就不仅仅是纯技术原因了。
“猛禽”基因之通用动力方案
通用动力最后的ATF方案保留了会形成强雷达反射区的单垂尾，也许从整体构型来看，这已经是比较完美的解决方案，但美国空军显然不会接受一个在娘胎里就注定中庸的孩子
通用动力公司是另一个以配角身份加入洛克希德F-22联盟的“小伙伴”。该公司最初参与竞标的方案从三个设计演变而来：常规、飞翼和半无尾，分别以C、W和T来表示。其中W方案加入了超声速巡航要求，这一点对于一款飞翼飞行器来说难度相当大；T方案则采用单垂尾。在一系列内部设计竞赛和交流后，通用动力向美国空军提交了没有水平尾翼的半无尾设计。
这个方案在气动设计上强调减重，并突出转弯能力和超声速巡航能力。放弃单垂尾的原因是其会形成强雷达反射区，不利于隐身。通用动力公司为此做了大量风洞测试，为后来的半无尾设计测试双倾垂尾的外形和安装位置，此时却又发现前机身和三角翼产生的脱体涡会与双垂尾相互作用，从而出现不稳定的俯仰力矩。没有平尾也就无法产生足够的配平力矩来抵消这些不稳定因素。该公司没有办法，只得又放弃半无尾设计，重新回到原来的T方案上来。通用动力认为尽管存在侧面雷达反射截面积过大的缺点，但在整体上单垂尾布局仍然是最佳的设计，该设计随后被定名为T-330。
通用动力公司为T-330配备了两面雷达阵列和一个IRST（机载红外搜索跟踪系统）。IRST安装在机鼻，雷达阵列安装在座舱后方两侧，每面天线的视场覆盖从前方到侧面的120度。尽管T-330存在先天隐身缺陷，通用动力仍然做了尽可能细致的设计工作，甚至自费制造了一个全尺寸模型及一个1比2的隐身测试模型。该公司在竞标前景很不乐观的情况下，就早早确定了与潜在合作伙伴分工协作的生产地点。总体而言，T-330在概念定义阶段表现出色，7个项目都获得了高分，该公司通过F-16的开发已经拥有了战斗机研制经验，其在原型机制造速度上也有很好的声誉，YF-16就是个无与伦比的例子。
然而，T-330其实从一开始就注定了结果。空军的项目评审团队嘴上不提隐身，实际却早就坚定了将ATF打造成隐身战机的决心。出于保密需要，概念定义阶段的7个评审项目不包括隐身性能评审。波音和通用动力的方案即便拿到高分，却无法弥补在隐身性能上的不足。而洛克希德本身就是大部分“黑计划”的执行者，他们早就摸清了空军的真正意图，能够笑到最后自然不足为奇。