不死“心神”——日本国产五代机野心与实践
如果美国愿意解禁F-22最好，即便不愿意，也可以为诺斯罗普等航空巨头开绿灯，以协助设计和技术转让的形式帮日本研制可与歼20抗衡的重型五代机。
在亚太各国对五代机的追逐浪潮中，日本是比较特殊的。它也许不具备像美国、俄罗斯和中国那样的独立研发能力，却也并不甘心扮演印度、韩国或澳大利亚式的“提款机”角色。与第二类“选手”不同，日本航空工业辉煌过，在活塞时代，日本曾经研制出“零战”“疾风”等世界一流的战斗机。当喷气时代初现曙光时，日本也不甘落后地赶制出“橘花”与“火龙”喷气战斗机。
但一切就此打住，作为一个战败国，1945年后的日本被剥夺了独立发展军工的权利。整个冷战时期，原本基础雄厚的日本航空工业只研制出F-1这一款不算先进的战斗轰炸机。近半个世纪的技术断层让日本与美苏的差距越来越大，当1984年在经济上重新崛起的日本试图独立研制FS-X下一代战斗机时，其最终结果却只是一个被戏谑为“山寨F-16”，且价高质次的F-2，不过从该机被命名为“平成零战”来看，日本渴望航空工业重现二战辉煌的野心却不曾泯灭。
一架零式战斗机正飞越富士山。日本渴望航空工业重现二战辉煌的野心从未泯灭
外界通常认为，日本的第五代战斗机计划是受到日益紧张的中日关系，以及中国可能从俄罗斯引进苏-35并自研歼20的压迫使然。其实，即便中日关系走势良好，即便中国没有自己的五代机计划，日本早已陈旧不堪的F-15J机群也已到了服役生涯末期。在此情况下，航空自卫队考虑下一代战斗机的选型并不值得过度解读。“不差钱儿”并渴望借机“偷师”的日本将目标锁定为全球最先进的F-22，被美国以技术保密为由拒绝后，最终只得不情愿地决定采购F-35。
正当日本下一代战斗机选型似乎尘埃落定之时，早已被人遗忘的日本国产五代机“心神”却突然出现在公众面前，日本方面随后又透漏了一个更加惊人的计划——外形酷似YF-23的F-3战斗机……
三心二意的五代机研发
2014年7月12日，日本电视台突然公开了ATD-X“心神”隐身技术验证机的最新进展。视频画面中，一架编号51-0001的新型战斗机驶出厂房，该机明显采用了隐身设计，并采用与日本国旗一样颜色的红白涂装。
2014年7月12日，编号51-0001的“心神”验证机正被缓缓拖出厂房
ATD-X意为“先进技术验证机项目X”，研发单位是日本防卫省技术研究本部，项目主承包商为三菱重工业公司。该项目始于2000年，此后一直处于秘密研发状态。2005年11月，在东京的一个航空技术研究会上，人们首次看到了1/32的ATD-X模型。第二年春天，一个1/5大小的ATD-X模型进行了首次飞行试验。2006年5月，日本防卫厅（现为防卫省）公开了ATD-X全尺寸雷达反射截面积（RCS）测试模型照片，随后宣布将于2010年以此为基础研制先进技术验证机“心神”。
2007年8月，日本一家媒体首次公开了拥有机体、发动机、推力矢量装置的ATD-X缩比模型，该模型总共制造了4架，其飞行试验在北海道大树町多目的航空公园进行。从9月至11月，ATD-X模型机共进行了40架次飞行试验，以确认高机动性条件下的飞控系统性能。试验结束后，防卫省要求将此前分散进行的各项先进技术研究统一在验证机名目下。
2007年8月10日，日本防卫厅提出到2013年实现ATD-X首飞的计划书，并向国会要求157亿日元开发预算。同年12月5日开发计划通过，开发时间从2008年开始，包含飞行试验预订6年，此阶段预算总额466亿日元。
2012年10月28日，在岐阜空自基地展示的ATD-X“心神”1/10风洞试验模型
然而，随着日本在五代机选型与采购问题上的一再摇摆，ATD-X的后续研发工作明显滞后。直到2012年3月27日，三菱重工才开始在名古屋航空航天系统制造所的爱知县飞岛工厂组装第一架ATD-X全尺寸验证机。整个工程项目由日本最大的三家国防承包商分享，牵头的三菱重工负责机体制造和全机组装，富士重工生产机翼，川崎重工制造驾驶舱。生产和组装工作持续了大约一年，在2013年的组装完成仪式上，三菱重工发言人表示，该机将在今后10年逐步取代其生产的F-2和F-15J战斗机，与从美国订购的F-35战斗机搭档使用。
2014年4月15日，日本防卫大臣小野寺五典表示，计划2014年实现ATD-X首飞。然而，就在7月份的亮相吸引全球目光之后仅一个月，日本方面又决定把试飞推至2015年1月。时至2015年1月初，日本防卫省放出官方消息，表示因飞控软件问题，“心神”的首飞时间又将推迟至2015年底。
“拿来主义”设计原则
从公开的视频画面来看，ATD-X验证机与歼20、F-22等其他国家的五代机有明显不同，“心神”似乎没有弹舱，机腹空间非常狭小，机头尺寸也不大，看来其的确只是一款技术验证机，不具备未来列装服役的可能。
虽然公开的“心神”验证机照片中并未展示尾喷口，但综合先前发布的模型，仍不难判断该机采用了类似美国X-31验证机的折流板式推力矢量技术。这种技术结构简单、成本低廉，但由于它是在喷管外部产生矢量推力，受外流影响较大，且尺寸、重量、阻力、推力损失和雷达反射面积都会增大，因此这种技术一般只用于推力矢量的先期验证。
“心神”（右）采用了类似美国X-31验证机（左）的折流板式推力矢量技术
“心神”采用了与川崎重工T-4中级教练机类似的座舱盖和风挡，且同为侧开式
照片中，“心神”战机的气泡式座舱盖处于密封状态，但从大体形状判断，该机可能直接使用了川崎重工T-4中级教练机的座舱盖和风挡。至于辅助进气口和起落架部分，日本人模糊化处理的原因不得而知，也许那里采用了某种先进到值得保密，或者落后到必须遮羞的设计。不过可以确定的是，“心神”采用了传统的带附面层隔板的加莱特进气口，这与之前人们广泛推测的DSI进气口大相径庭。
“心神”验证机全长约14米，翼展9米。该机的高机动性研究工作由日本防卫厅技术研究本部第三技术开发室完成，此项研究于2000年启动，2008年末结束；而隐身技术研究则由三菱重工自己承担。按照日本防卫省技术研究本部的说法，作为一款超声速飞机，ATD-X的隐身性能测试结果“非常令人满意”，其雷达信号“与一只中等大小的鸟类相当，仅比一只飞虫略大而已”。
该机的设计以隐身为主要原则，采用正常布局，单座、双发。梯形机翼、外倾的双垂尾以及加莱特进气口均与F-22类似。阶梯式升起的座舱似乎借鉴了苏-27，相对靠前的双垂尾和机翼与F-35“雷同”，后机身两侧的边条和平尾安装方式则继承自F-2。和近30年前的FS-X一样，由于缺乏独立的技术积累，日本战斗机设计依然处在“综合借鉴”阶段。这一方面体现出日本航空工业兼收并蓄的“优点”，另一方面也证明其在战斗机设计上的确缺乏独创精神和技术基础。
该机的外形设计遵循“集中反射”等基本隐身原则，前缘与主翼前缘相垂直，而折线形后缘外侧与前缘平行，内侧与主翼后缘平行，不仅保证了足够的气动效率，提高了隐身性，还扩大了机背通信天线及其他天线的视场范围。它之所以采用与F-22类似的加莱特进气口，而非目前流行的F-35式的DSI进气口，可能是出于优化超声速飞行性能的考虑。
“心神”（上）的加莱特进气口与F-22（下）类似
“心神”气动外形与F-22的最大区别是类似F-16的气动侧板，这一将主翼和平尾有机结合成一体的装置有效提高了飞机控制效率，同时后端与平尾相接，使得控制效率进一步提高。该气动侧板与进气口外侧伸展出的边条相连接，保证了飞机机身对面积率的要求，结合其进气口设计，说明“心神”非常强调跨声速及超声速性能。“心神”设计上的另外一个特点是在主翼前缘襟翼内侧有一个闭合锯齿，肉眼平视一般很难注意到这个结构，该设计类似于米格-23主翼前缘的锯齿，可起到类似翼刀的作用，用于控制失速气流的扩展，提高飞机的可控迎角范围。此设计的最大缺点就是凹口会大幅增加飞机迎风面的雷达反射面积。为此，“心神”的锯齿前端向内收拢与机身相接，形成了一个闭合锯齿结构，从而将前向雷达波挡在锯齿外，这也算得上是“心神”为数不多的创新之一。
“心神”的主翼前缘襟翼内侧有一个闭合锯齿，用于提高飞机的可控迎角范围（图中红圈处）
由于还只是一款技术验证机，“心神”的雷达等机载设备选择目前还不清楚。在日本的宣传中，该机使用的光纤飞控系统与智能蒙皮被一再强调。与一般的电传飞控系统相比，光纤飞控的数据传输速度更快，之前在川崎重工的P-1固定翼反潜机上已经有所运用。三菱重工于2011年研制成功的“智能蒙皮”由一种新型复合材料制造，可以直接覆盖瓦片式相控阵雷达天线，从而大幅扩展雷达的探测视场。
“心神”（左）装有将主翼与平尾有机结合成一体的气动侧板，F-16（右）也有类似结构（图中红色框线处）
发动机落后不止一代
一款五代机是否能够达标，发动机至关重要，这在F-22、F-35、T-50和歼20身上已经体现得非常明显。日本的民用级车用发动机研制能力很强，但在航空发动机领域却缺乏技术积累。“心神”技术验证机装备的两台日本国产XF5-1涡扇发动机单台推力49千牛，还不到F-119的156千牛的零头。当然，ATD-X还只是一款技术验证机，起飞重量约为8吨，XF5-1发动机的净重也只有644千克，这么轻的机体并不需要大推力发动机，实际上该机的起飞推重比高达1.25，算是相当不错了。(https://www.daowen.com)
XF5-1涡扇发动机由石川岛播磨重工制造，单台推力为49千牛
在XF5-1的技术基础上，日本已研制出其第一款国产高涵道比涡扇发动机F7-10。后者于2000年开始研制，共花费了200亿日元研制
XF5-1涡扇发动机测试
经费，目前在P-1反潜机上服役。其单台推力约59千牛，涵道比为8，具有油耗低、噪声小的特点。不过以F7-10的推力，装备一款战斗机显然还是远远不够的。石川岛播磨重工业公司正在开发具有150千牛推力的第五代发动机，其原型机将于2020年制造完成，共需花费约400亿日元研制费用。该发动机的压气机和燃烧室很小，其在高压涡轮的静子叶片上将采用碳纤维增强的陶瓷基复合材料，并在转子叶片上采用单晶金属合金。
XF7-10（F7-10的实验阶段代号）在川崎重工岐阜工厂内做鸟撞实验（上），XF7-10在做室外环境结冰实验（下）
本来日本如果要从美国或者欧洲购买成熟的大推力涡扇发动机应该不难，但为了能够在航空动力系统这一国家级战略项目上实现自主，日本不惜投入巨资，并且从开始就定下了很高的技术标准，这必然也面临极大的研制风险，P-1反潜机服役后不断出现的动力系统故障已经证明了这一点。
在位于美国田纳西州的阿诺德工程发展中心内，两名日本工程师正在监控XF7-10的高空台架实验。显然，日本当前的任何军事技术研发项目都不可能脱离美国的支持，或者更确切地说是监管
“心神”的发动机推力矢量技术也极具“验证”色彩。三菱重工的综合飞行/推进控制技术简称为IFPC，其推力矢量喷管区别于俄式的圆截面全向矢量喷管和F-22的矩形二维矢量喷管，而是类似于美德合作的X-31验证机上的三片折流板推力矢量装置，比较特别的是“心神”的矢量折流板带有锯齿，应该是专为隐身性能设计的。“心神”发动机的尾喷管被3块导流叶片在对称位置包围，每块导流叶片的受高温区都包敷着碳化硅面层，且均由单独的作动装置驱动。通过偏转导流叶片来提供俯仰和偏航所需的控制力。其最大偏转角为35度，折流板矢量喷管不能包覆住整个喷流，因而一般情况下只能将气流方向改变15度。
这种推力矢量控制方式的缺点相当明显：首先，导流叶片在同时偏转一定角度时可能发生碰撞，必须在控制软件中做适当优化；其次，折流板内偏5度仅仅10秒后就必须外转10度冷却15秒才能再次使用；最后，导流叶片的偏转角度超过10度时推力将有明显损失。因此，很难相信日本会在未来的国产五代机上真的采用这种推力矢量技术。但如果不用该技术，日本又能用什么？其在推力矢量领域就只有不到10年的技术积累，目前所能达到的最高水平则是美国早在近30年前就验证过的。
山寨YF-23幻梦
显然，日本周边国家对于“心神”的担心有些过度了。日本防卫省并没有谦虚，“心神”的确只是一款彻头彻尾的技术验证机，且与YF-22或者米格1.42这样划时代的验证机不同，“心神”目前所验证的技术还完全够不上五代标准，无论是气动设计、隐身设计，还是发动机、雷达，“心神”几乎没有一项技术能够达到五代标准，如果在这样的技术验证机基础上研发可装备机型，其最终成果恐怕连四代半都够不上，更遑论与歼20或者T-50这样的重型空优五代机相抗衡。
可就是在这种情况下，日本却已经公开了未来F-3战斗机的设计方案，并将其自欺欺人地定义为所谓“第六代战斗机”。日本为“六代机”定下的性能标准为3I，即“信息化、智能化、快速反应”。防卫大臣小野寺五典表示，防卫省从2015年4月1日开始的财年预算中为F-3战斗机的发动机寻求研发资金，并将在2018财年决定F-3战斗机的命运，预计研制费用需要5000至8000亿日元。如果最终确定研发，日本计划在2027年前后开始批量生产“全球第一款六代机”。这不禁让人想起了日本军工另外一项“超越全球一代”的奇葩——10式轻型坦克。
从左至右依次为23DMU、24DMU和25DMU
目前，F-3拥有三种基本构型，分别被命名为“平成23年式”“平成24年式”和“平成25年式”，对应的代号是23DMU、24DMU和25DMU，DMU即Digital Mock-Up（数字化构型）的缩写。从已公开的设计草图看，这三种构型中，23DMU明显是“心神”的放大改进版，采用了简单的切尖三角翼，以及几乎没有夹角的双垂尾，这将对隐身性能造成极大影响，另外，它的内置弹舱布局与F-22相似，主弹舱位于机腹，副弹舱位于进气道两侧。24DMU则参考了诺斯罗普YF-23的设计，比如集平尾和垂尾功能于一身的V形尾翼，以及S形进气道、槽沟形尾喷管等。不过24DMU的机身尺寸稍小一些，边条更大、翼身融合度更高，且两侧进气道与机身紧密贴合，其内置弹舱结构与T-50相似，即主副弹舱在机腹呈纵向布置。24DMU比YF-23结构更紧凑，其理论上的隐身和超声速巡航能力应该比F-35更强。至于25DMU，除后掠的机翼外，总体来说就是F-22的复刻版，V形垂尾加平尾的设计如出一辙。然而，25DMU的公布时间晚于前两者，且日本防卫省宣称其航程和载弹量均有一定提高，可以看作是前两者的综合升级版。
钓鱼工程
战后70年来，日本航空自卫队没有任何实战经验，日本航空工业也没有日积月累的独立设计和制造经验，即便有再先进的设计理念也只是无本之木、无源之水。隐身、超声速巡航和超机动是第五代战斗机的特征，但落实到具体技术要求，却绝非拍拍脑袋或者对着公开资料照猫画虎就可以实现。
研发F-2时，至少日本还有自主一搏的雄心，而接力棒传到F-3手中时，雄心却卑劣地化作了赌博的筹码
就拿ATD-X“心神”来说，其设计不可避免地需要大量风洞数据，但日本却没有系统的风洞群，只能到别的国家去吹风——如美国和法国。日美和日法关系的确很好，如“心神”全尺寸模型的RCS测试就是在法国完成的，日本去做一般的研究性吹风没有问题，但涉及国家机密的具体设计也依靠外国的风洞就成问题了。首先，日本不会希望外国太清楚其最新战斗机的性能和关键设计技术。其次，外国也不希望共用风洞导致本国机密技术外泄。因此，使用外国风洞必定对双方有很多限制，且不说外国自己也有研究项目需要吹风，到时候谁等谁是再清楚不过了。
从这一点来看，日本三心二意的五代机雄心很有可能也只是一种策略。如果日本真想通过“心神”带动本国航空工业的技术升级，则应该大力兴建航空基础研究设施，建立风洞群、高空试验台、电磁波测试室等，就像中国在过去几十年里做的那样。但日本却什么也没做，只是组装出一架空有隐身外形的验证机，并对全世界高调宣传。这就不得不让人对其动机产生怀疑。
在五代机问题上，日本最优先的目标肯定是F-22，F-35的水分日本很清楚，且F-35可以在美国与F-22形成高低搭配，日本却不具备如此条件。F-35J必须直面周边邻国的重型空优五代机。然而，美国却因技术保密原因禁售F-22，并全力向日本兜售已经陷入预算黑洞的F-35。在美国的压力下，日本不得不退而求其次。不甘心的日本此时再提“心神”和F-3计划，其真实目的恐怕也并非要独立研制一款五代机。如果美国出于维持日本军火市场和日美关系的考虑愿意解禁F-22，则皆大欢喜，即便不愿意，也可以为波音、洛马或者诺格这些航空巨头开绿灯，以协助设计和技术转让的形式帮日本研制出可与歼20和T-50抗衡的重型五代机——比如日本版的YF-23。
这其实就是当年F-2曾经走过的路，只不过FS-X最初的确想独立研发，而F-3很可能从一开始就是个“钓鱼工程”，这恐怕也反映出近30年来日本从巅峰滑落的尴尬心态。
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日本最大军火公司——三菱重工
三菱重工全称为三菱重工业株式会社，它是日本最大的军工生产企业。以2003年数据为例，三菱重工在该年度自防卫厅（省）接收的军工订货额为2800亿日元，居日本各家军工企业之首。三菱重工生产的武器装备，如F-2和F-15J型战斗机，以及90式、10式坦克，在航空自卫队和陆上自卫队中都担当了核心角色；而海上自卫队中，三菱重工建造了几乎一半的潜艇和三分之一的驱逐舰。
日本航空自卫队F-15J
三菱重工属于三菱财阀的成员，在2015年度《财富》全球最大500家公司排名中，它名列第334位。其内部有完善的研发、制造、销售体系，与三菱系其他兄弟企业亦形成良好的分工协作关系。其目前的军工生产规模仅处于“维持”状态，与背后真正的军工生产潜力相比，只是冰山一角而已。目前，三菱重工的业务涵盖机械、船舶、航空航天、核能、电力、交通等领域，2004年4月1日的注册资本为2656亿日元，员工人数为34306人。2014财年第一季度财报显示，公司总销售额为8597亿日元（83亿美元），其中，综合防务与空间系统业务分部的销售额达823亿日元。
2011年10月20日，苍龙级5号艇“瑞龙”号在三菱重工下属的神户造船厂下水
三菱重工的历史可以追溯到明治维新年间。1884年，三菱创始者岩崎弥太郎从政府租借了工部省长崎造船局，将其命名为长崎造船所，此后发展为三菱造船株式会社。截至1934年，由于公司业务已拓展至重型机械、飞机、铁路车辆等领域，遂更名为三菱重工业株式会社。第二次世界大战结束后，根据美国占领当局解体财阀的政策，三菱重工于1950年被分割为西日本重工业株式会社、中日本重工业株式会社、东日本重工业株式会社3家公司。随着美国政策以及日本国内政治环境的变化，1964年三家公司合并，重建了三菱重工业株式会社。