F-35 Joint ‚Massive Cost Overrun' Fighter
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Das Nunn-Mccurdy-Zertifikat zum download
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Spärliche Luft/Luft Bewaffnung im F-35 Schacht.
Das Pentagon war heuer gezwungen, genau so ein Zertifikat für das Joint Strike Fighter Programm auszustellen. Die geschätzten Programmkosten des F-35 haben sich von USD 275,88 Mrd. im Jahr 2002 auf USD 382,4 Mrd. gesteigert, die geplanten Anschaffungskosten pro Maschine wurden im Jahr 2002 auf USD 92,4 Mio. geschätzt und mussten heuer auf inzwischen USD 133,1 Mio. nach oben korrigiert werden.
Hintergrund der Kostensteigerung sind teils massive technische Probleme in der Entwicklung, teils gestiegene Arbeitskosten. Mit hohen technischen und finanziellen Risken wird das schwer in Unordnung geratene Programm fortgesetzt - das Pentagon sieht dazu keine Alternative.
Martin Rosenkranz wirft für www.airpower.at einen aktuellen Blick aufs JSF Programm.
Einer für alle und alle für Einen
Hinter dem simplen Kürzel JSF verbirgt sich die größte Kampfflugzeugbeschaffung der USA, ja der Welt. Anfang der 90er-Jahre beschloss das US-Verteidigungsministerium das so genannte Joint Advanced Strike Technology-Programm (gemeinsame fortschrittliche Technologien für Angriffsflugzeuge - JAST), in dem die Anforderungen an ein preiswertes Kampfflugzeug der nächsten Generation definiert wurden. Daraus erwuchs schließlich der Joint Strike Fighter (gemeinsames Angriffsflugzeug), um dessen Bau sich nach dem Ausscheiden von McDonnell Douglas/Northrop Grumman 1996 letztlich Boeing und Lockheed Martin(LM) mit ihren Entwürfen X-32 bzw. X-35 bewarben. Das Konzept sieht vor, eine Familie von Unterschallkampfflugzeugen mit Überschall-und Stealth-Fähigkeit zu bauen, die auf einem gemeinsamen modularen Konzept aufbauen. Das "Gemeinsame Angriffsflugzeug", das - anders etwa als der Eurofighter - nach ursprünglicher Intention der US- Streitkräfte primär für den Kampf gegen Bodenziele dient, wird in drei Varianten gebaut.
- Die F-35A wird als konventionell startendes und landendes agiles Angriffsflugzeug für die U.S. Air Force (USAF) (Conventional Takeoff and Landing - CTOL) gebaut,
- Die F-35B wird als Kurzstart- und Senkrechtlande-Version (Short Takeoff and Vertical Landing - STOVL) entwickelt und ist bzw. war gedacht für das U.S. Marine Corps (USMC) sowie die britische Royal Air Force (RAF) und Royal Navy(RN);
- Und schließlich die F-35C welche als konventionell startende Marineversion von Flugzeugträgern mit Katapulten gestartet und auf diesen mit Hilfe von Fangseilen wieder landen kann - gedacht ursprünglich nur für die U.S. Navy (USN).
Schon die USAF, USN und das USMC planen zurzeit gesamt eine Beschaffung von 2.443 Stk. des neuen Kampfflugzeuges. Hinzu kommen die Maschinen für die Partnerländer im Entwicklungsprogramm sowie sonstige Exportkunden. Insgesamt strebt das Programm somit Stückzahlen an wie sie in den letzten vier Jahrzehnten nur von der F-16 erreicht wurden - die steht derzeit bei über 4.400 produzierten Einheiten.
Unbesiegbar....
Blättert man in Foldern oder Powerpoint-Präsentationen, verspricht die F-35 einen Quantensprung an Effektivität und Kampfkraft im Konfliktfall.
Als vielseitig verwendbares, zuverlässiges und rasch verlegbares Kampfflugzeug soll es aufgrund seiner Stealth-Technologie, Sensorausstattung und Datenlink-Anbindung in der Lage sein Luft/Luft- und Luft/Boden-Kampfaufträge simultan auszuführen, dabei für feindliche Sensorsysteme nahezu unentdeckbar bleiben und mit seiner Sensorik und Bewaffnung jeden möglichen Gegner frühzeitig entdecken und ausschalten können. Die F-35 ist somit der Eckpfeiler im Pentagon-Konzept der vernetzten Luftkriegsführung in den nächsten Jahrzehnten, konkurrenzlos - und ohne Plan-B...
Die DARPA sucht nach Technologien um der Hitze des F-35B Triebwerks Herr zu werden...
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Durchbrüche und Rückschläge
Technologisch ist das Programm höchst ambitioniert - das fängt bei der Sensortechnologie an, geht über Ausstattung an Materialtechnik bis hin zur konzeptionellen Auslegung.
Wie schon bei der F-22 leiden alle drei Versionen (A, B u. C) an Hitzeproblemen - Stealth fordert hier seinen Tribut. Während herkömmliche Jets mit Hutzen, Schlitzen, Klappen, Rippen etc. mehr oder weniger übersäht sind - allesamt gedacht um punktuell mehr oder weniger kalte, frische Luft zuzuführen bzw. heiße, verbrauchte Luft abzuleiten - zwingt das Stealth-Konzept zu einer ‚abgeschleckten' Oberfäche. Das heißt aber auch, dass die Möglichkeiten Wärme abzuführen extrem eingeschränkt sind. Dies gemeinsam mit der bei Kampfflugzeugen typischen extrem kompakten Bauweise, modernen Triebwerken die in Temperaturbereichen arbeiten und Leistung abgeben welche in der vorigen Generation von Kampfflugzeugen technologisch noch Träumerei waren und immer umfangreichere und komplexere Elektronik und Mechanik verteilt im ganzen Flugzeug, führt zum Hitzestau im Rumpf.
Doch nicht nur das Flugzeug selbst hat Hitzeprobleme - die B-Version gibt diese Probleme auch an ihre Umwelt ab. Geplant als Ersatz für die Harrier der USN, der britischen RAF und RN sowie der italienischen Marine und eventuell auch noch anderen Harrier-Betreibern soll die F-35B für die STOVL*-Gemeinde (*Short Take Off and Vertical Landing) vergleichbare Flugleitungen zu herkömmlichen Jets bieten. Dass dieses Vorhaben nicht in vollem Umfang gelingen kann, wird jedem der sich ein bisschen mit der Technik dahinter beschäftigt einleuchten. Die zusätzlichen Klappen, Schwenkdüsen und Gebläse müssen im Rumpf untergebracht werden, steigern das Leergewicht und Verringern den Platz für Nutzlast (Bewaffnung) und Treibstoff. Die F-35B Variante wird nur etwa 2/3 der Reichweite der A-Variante und nur etwas mehr als die Hälfte der C-Variante aufweisen und nur die halbe Bombenlast tragen können. Das ist allerdings nur eine Hälfte der Medaille. Wirklich problematisch werden die Einschränkungen die sich aus dem - verglichen mit dem Harrier (ca. 6-7t / MTOW 14,1t) - hohen Eigengewicht von rund 14,5t (MTOW 27t) und dem für Überschallflug entsprechend leistungsfähigen Triebwerk ergeben.
Temperatur und Luftstrom unter der F-35B werden so gewaltig, dass die Maschine nicht mehr so wie der Harrier vom normalen Rollfeld, vom Deck der aktuellen Schiffe, von einem Supermarktparkplatz oder einer Waldlichtung starten oder landen wird können. Normaler Asphalt würde schmelzen. Der Standard-Beton auf Rollfeldern hält der Kombination aus Temperatur und Druck ebenfalls nicht stand und die Decks der Schiffe, welche heute der Harrier benutzt, ebenso nicht.
Flugplätze die der F-35B künftig benutzen soll müssen daher mit einer speziell gehärteten Stahlbetonoberfläche ausgestattet werden und zwar überall dort wo das Flugzeug mit laufendem Triebwerk zum Stillstand kommen könnte. Noch tragischer ist das bei Schiffen. Die Decks müssen mit anderen Oberflächen und einem Kühlsystem für diese ausgerüstet werden, was bei bestehenden Konstruktionen - im Bezug auf die Stabilität bzw. Kopflastigkeit des Schiffes - erhebliches Kopfzerbrechen bereitet. Freuen dürfen sich die Schiffsbesatzungen jedenfalls auf eine üppige Steigerung der Vibrationen.
....evidence in the canibalisation of production line articles to support flight test aircraft..... |
Mängel im Detail
Noch während der erste Vorserienprototyp (AA-01) gebaut wurde, war klar, dass die Maschine nicht die gesetzten Gewichtsziele erreichen würde. Dies führte nach einem unternehmensweiten Ideenwettbewerb zu grundlegenden Designänderungen, welche das Programm 18 Monate zurück warfen und dazu führten, dass AA-01 beim Erstflug am 15.12.2006 bereits nicht mehr repräsentativ für die Serie war. Inzwischen sind insgesamt über vier Jahre Programmverzögerung zusammengekommen und weitere Verschiebungen sind nicht nur wahrscheinlich sondern mit Sicherheit anzunehmen.
Auch die von LM als Durchbruch gefeierten Eigenschaften werden mit Argwohn betrachtet. Die Radar absorbierende Oberfläche wird anders als bei den bisherigen Stealth-Flugzeugen nicht durch eine Anstrich erreicht sondern durch ein neuartiges Komposit-Material aus welcher 42% der Gesamtmasse der Maschine bestehen. Dies soll vor allem Wartungskosten reduzieren. Unklar ist wie dieses Material auf Beschädigungen reagiert bzw. welche Einfluss dies auf die Stealth-Eigenschaften hat.
Ebenso kritisch beäugt werden Sicherheitskompromisse im Design. So wurden im Zug der Gewichtsreduzierung, zur Lösung von Temperaturproblemen bzw. eventuell auch um punktuell Platz zu schaffen, sowohl einige Rückschlagventile von Treibstoffleitungen als auch einige Feuerlöscher aus dem Rumpf entfernt. Und es gibt eine Menge Treibstoffleitungen im JSF, denn der Treibstoff wird als Kühlmittel eingesetzt und die abgeführte Wärme praktisch durch den Antrieb entsorgt.
Andere Probleme welche jeweils nur ein Variante beeinträchtigten betrafen z.B. die Kupplung für das Hubgebläse (Rolls-Royce ‚Lift Fan') des F-35B sowie dessen Klappen. Bei der Trägervariante F-35C hat sich der Stromgenerator als zu schwach herausgestellt und die an ihn gestellten Anforderungen gleich um 35% verfehlt. Um einiges kritischer ist das Problem der C-Variante, die entgegen der Planung gestiegene Geschwindigkeit zum Abheben welche inzwischen am Limit der Reifen angelangt ist.
Und auf das alles drauf kommt noch der Umstand, dass noch in der Produktion befindliche Serienmaschinen kanibalisiert werden müssen um die Maschinen im Testflugbetrieb flugfähig zu halten....(siehe Faximile)
Fly with the Eagels or scratch with the Chickens ?
Aber nicht nur technisch auch operativ gibt es Zweifel an der Leistungsfähigkeit der Maschine. Der Chef der Abteilung Luftüberlegenheit des USAF Air Combat Command Maj. Richard Koch wird mit den Worten zitiert: "Ich wache auf, gebadet in kaltem Schweiß, bei dem Gedanken, dass die F-35 nur mit zwei Luftüberlegenheitswaffen in den Kampf zieht."
Und diese Gedanken sind zumindest was das Konzept hinter der F-35 betrifft, nicht von der Hand zu weisen. Anders als der Eurofighter wurde die F-35 nicht als Luftüberlegenheitsjäger konzipiert, was u.A. auch klar an der Tragflächenbelastung zu sehen ist. Das war zum Zeitpunkt des Entwurfes aber auch nicht notwendig, war doch für die USAF die Beschaffung von über 600 Maschinen der Type F-22 ‚Raptor' vorgesehen welche spezifisch für Luftkampfaufgaben konstruiert sind und für welche Luft/Boden-Einsätze nur die Zweitrolle darstellen. Aufgrund massiver Kostensteigerungen im F-22 Programm haben sich letztendlich jedoch nur 183 Maschinen der Type F-22 Raptor realisiert. Und damit steigt auch die Wahrscheinlichkeit, dass sich die ‚Lightning II' im Luftkampf wiederfinden und das mit weniger oder keinem Begleitschutz in Form von Raptoren.
Was RAND nicht erledigt hat, besorgte inzwischen der europäische Mitbewerber. Eine simulierte Streitmacht aus vier Eurofightern mit der Unterstützung eines AWACS war lt. den Hallbermoosern in der Lage, in 85% der simulierten Aktionen acht F-35 auszuschalten. Kernstrategie und Technologie dahinter dürfte vor allem eine weit gespreizte Formation in Verbindung mit Datenlink sein. Stealth-Flugzeuge sind nicht rundum gleich ‚unsichtbar' für Radar, sondern der für die Sichtbarkeit entscheidende Radarquerschnitt ist vor allem frontal optimiert. Wird die Maschine hingegen seitlich angestrahlt, ist sie auf sehr viel größere Entfernungen erfassbar. Einer entsprechend breit gefächerten Formation können sich F-35 somit nicht nähern ohne doch geortet zu werden. Ein Datenlink tut dann sein übriges und macht auch für jene Maschinen die Stealth-Flugzeuge sichtbar, deren eigenes Radar noch keinen Hinweis liefert. Was dann passierte ist leicht erklärt. Die Nachteile der nicht auf Luftkampf optimierten Auslegung der Lightning II wirkten sich rasch negativ aus. Die F-35 kann weniger stark beschleunigen, weniger schnell und hoch fliegen, weniger scharf wenden und weniger Luft/Luft-Lenkwaffen tragen - fünf entscheidende Faktoren im modernen Luftkampf mit Lenkwaffen. Denn je höher und je schneller ein Jagdflugzeug fliegt wenn es eine Lenkwaffe abfeuert, desto schneller und weiter fliegt ebendiese. Unmittelbar danach wird eine möglichst schnelle und scharfe Kehre geflogen und mit möglichst hoher Geschwindigkeit vor dem erwarteten Gegenschuss geflüchtet. Fähigkeiten bzw. Eigenschaften die das Spezialgebiet des Eurofighters und der F-22 sind - aber eben nicht der F-35. Die gute Nachricht dabei ist, der Eurofighter ist eine Maschine von mit den USA verbündeten oder befreundeten Nationen. Die schlechte Nachricht - die weit verbreitete Su-27/30/35 Familie kann potentiell noch mehr Lenkwaffen tragen......
Volles Risiko
Trotz alldem, der ‚Point of no Return' im JSF-Programm ist längst überschritten. Vor 17 Jahren wurde das Konzept festgelegt, vor 14 Jahren die Technologiedemonstratoren geordert und vor bald zehn Jahren wurde der Auftrag zur Entwicklung vergeben. Selbst unter der Annahme, dass ein alternatives Crash-Programm nur 15 Jahre in Anspruch nehmen würde, blieben nicht zu schließende Lücken bei den US Luftkriegskapazitäten.
Aktuell schwenkt das Programm geradewegs wieder auf potentiell unkalkulierbare Risken ein. Noch während die Entwicklung läuft, hat nicht nur die Fertigung der ‚Langläufer' (Bauteile mit langen Lieferzeiten) sondern sogar die Serienfertigung begonnen. Das geht schon so weit, dass Flugzeuge für die operationellen Tests ausgeliefert werden, lang bevor die Entwicklungs-Testflüge abgeschlossen sind. Zwar gab es ab und an Überlappungen in div. Programmen aber die zu erwartende Überschneidung im JSF Programm ist bei weitem ohne Beispiel.
Das USMC plant tapfer mit der IOC (Initial Operational Capability / beginnende Nutzbarkeit) für ab 2012. Und das obwohl die B-Version noch mit keiner ausgereiften Software für die vertikalen Landeanflüge ausgestattet ist, es keineswegs sicher ist dass es hier nicht noch zu Problemen kommt und vor allem die F-35B noch keine Start- und Lande-Tests auf einem Schiff absolviert hat. Erst Mitte September musste die für März 2011 geplanten Tests auf der ‚USS Wasp' auf Mitte 2011 verschoben werden, weil LM die notwendige Software noch nicht fertig hat. Schafft man auch Mitte 2011 nicht, steht die ‚Wasp' erst wieder im Oktober zur Verfügung. Und all das während schon Serienmaschinen gebaut werden. Auch auf die Gefahr hin, dass die Tests dann Fehlplanungen aufzeigen welche Änderungen an der Konstruktion und/oder Software nach sich ziehen - mit unkalkulierbaren Kosten für die dann notwendigen Nachrüstungen der bereits fertigen oder in Fertigstellung begriffenen Flugzeuge und ebenso unkalkulierbaren Konsequenzen für die dann bereits laufende Fertigungsstraße.
Dass die JSF Partner zum Teils bereits mit Argwohn das Programm betrachten ist verständlich, sollen doch vor allem die europäischen Partner unter den ersten sein welche die neuen Flugzeuge geliefert bekommen.
Gerade eben hat Großbritannien, der größte JSF-Partner, aus Budgetgründen die Notbremse gezogen. Die sofortige Einstellung der STOVL-Aktivitäten heißt Ende Harrier und keine Beschaffung der F-35B-Version. Statt zwei der geplanten Flugzeugträger wird nur einer fertiggestellt. Statt 138 JSFs soll es gesamt 60 F-35C Jets geben - und das viel später als ursprünglich geplant.
In den Niederlanden hatte das vorherige Parlament mit 79 zu 71 Stimmen den Ausstieg beschlossen. Man war gerade dabei festzustellen, was der Rücktritt aus dem Vertrag der zwei bereits bestellten Testflugzeuge kostet und welche Konsequenzen der holländischen Luftfahrtindustrie durch den Verzicht auf die Beschaffung von geplant 85 Maschinen drohen. Die Partei des nun die Regierung stützenden Rechtspopulisten Gert Wilders hatte zuvor gegen das Projekt gewettert, nun aber einen Schwenk gemacht. Ein Testflugzeug soll doch kommen, dafür voraussichtlich nur 58 JSFs.
Dänemark hat eine Entscheidung vorerst aufgeschoben. Klar ist, dass statt der geplant 48 Maschinen nur 25-35 beschafft werden sollen und es gibt Berichte, dass ein Schwenk in Richtung Boeing FA-18E/F ‚Super Hornet' in Erwägung gezogen wird.
Australien hat bereits 14 Maschinen bestellt und ursprünglich 100 geplant. Klar ist aber bereits jetzt, dass aus den ursprünglich geplant vier Staffeln bestenfalls drei werden, die zu ersetzenden F-111 werden heuer abgestellt. Der umtriebige Aerospace-Ingenieur Dr. Carlo Kopp mit seiner gut gemachten Website www.ausairpower.net hat ‚down under' seine gebündelten ‚Flanker'- und PAK-FA-Albträume im Kampf gegen den ‚Nichtskönner' JSF manifestiert. Er argumentiert, dass 4 F-35 (samt Tankern) nötig wären um eine F-111 zu ersetzen.
Neben all der schlechten Nachrichten haben die Programmmanager in den USA aber auch Erfolge zu verzeichnen:
So hat im Juli dieses Jahres die Kanadische Regierung die Beschaffung von 65 F-35 für gesamt USD 8,5 Mrd. kund getan, warum kein Wettbewerb stattfand sorgt bis heute für Kontroversen. Und auch Israel hat sich fix in die Käuferliste eingetragen und heuer 20 Maschinen für USD 2,75Mrd. bestellt, die Mittel werden wohl über die US-Militärhilfe gegengerechnet.
Nicht wenige Kritiker sehen dieses Vertrauen in das Produkt als nicht gerechtfertigt. Vor allem weil für Käufer nicht klar ist was sie wirklich für ihr Geld bekommen. Denn die gesetzlich normierte restriktive Informations- und Rüstungstechnologie-Exportpolitik der USA macht selbst vor den zahlenden internationalen Partnern im Entwicklungsprogramm nicht halt. Zwar tun Lockheed Martin und das Pentagon ihr Möglichstes um zu beschwichtigen, aber es gib offenbar mehrere Bereiche wo selbst Partner und Käufer über die technologischen Fakten und Fähigkeiten im Dunkeln gelassen werden - wo einzig die USA über konkrete Daten verfügen. Sehr prominent ist da vor allem die Frage wie sehr schwer erkennbar denn die F-35 ist und ob - beziehungsweise wie weit - die US-Versionen von den Exportversionen im Bereich der Stealth-Technologie voneinander abweichen. Ebenso kritisch die Frage der Software. So eröffnen die USA den Partnern zwar die Möglichkeit eigene Ausrüstung und Bewaffnung an den JSF anzupassen, Zugang zu den Sourcecodes bekommen aber nicht mal die engsten Verbündeten.
Too big to fail...
Es bleibt unklar, wie viele und wie rasch aus Interessenten noch definitive Kunden für das Programm gemacht werden können. Gelingt es nicht den für die geplanten Produktionszahlen entsprechenden Absatz zu finden, stehen erneut Umplanungen ins Haus und geringere Stückzahlen treiben auf jeden Fall den bereits hohen Preis der Maschinen weiter in immer lichtere Höhen. Genau aus dieser ‚Todesspirale' sollte der JSF ja ursprünglich den Ausweg bieten...
Doch die Vereinigten Staaten stecken schon zu tief und ohne Alternative im Programm und der US Steuerzahler wir den Blankoscheck begleichen müssen, mit welchen Summen er auch immer letztendlich ausgestellt wird.
Martin Rosenkranz für www.airpower.at
Braking News 19. Nov. 2010: Ermüdungsbrüche in F-35B BodentestzelleWie mehrere Internetquellen übereinstimmend berichten hat Lockheed Martin am 17. November ein Statement veröffentlicht wonach die Bodentestzelle BH-1, welche einem strukturellen Dauer-Belastungstest unterzogen wird, Brüchte in einem zentralen Strukturteil aufweist. Solche Tests werden gemacht um einerseits die strukturelle Sicherheit des Luftfahrzeuges über einen langen Zeitraum garantieren zu können, andererseits um kostspielige Instandsetzungen im Laufe der Nutzungsdauer ausschließen zu können. Problematisch ist gerade beim F-35 Programm, dass Aufgrund der Programmverzögerungen und Kostenüberschreitungen mit hohem Risiko bereits an Serienmaschinen gebaut wird obwohl diverse entscheidende Testreihen - u.A. auch dieser Belastungstest - nicht sehr weit fortgeschritten ist.BH-1 wird aktuell einem Belastungstest unterzogen welcher eine Zellenlebensdauer von 8.000h mit einer doppelten Sicherheitsreserve nachweisen soll. Aufgrund einer Anomalie während des Tests wurde die Zelle BH-1 nach rund 1.500h nun von Ingenieuren untersucht und dabei Ermüdungsbrche entdeckt. Betroffen ist der etwa 150kg schwere Rumpfspant (bulkhead) 496, der hinterste von sechs Bulkheads welche die Flügel mit den Zellen verbinden und an welchem auch das Heck montiert ist. Das Design dieser F-35B Bulkheads wurde im Zuge der Designüberarbeitung zwecks Gewichtsersparnis radikal geändert. Anstatt geschmiedeter Titanteile, wie sie bei den F-35A und C Modellen sowie bei der F-22 zum Einsatz kommen, wurde zur Gewichtsersparnis ein Aluminiumschmiedeteil des Hersteller ALCOA verwendet.
Noch sind die Ursachen für die Brüche nicht bekannt. Ermittelt wird in drei Richtungen. In Betracht gezogen werden a) ein Fehler der Testanlage welcher möglicherweise BH-1 über Soll belastet hat; b) ein Fehler im von ALCOA neue entwickelten Schmiedeprozess für diese Teile und c) ein grundlegender Designfehler im F-35B.
Der schlimmste anzunehmende Fall, der Designfehler, würde kaum abschätzbare Folgen und Kosten nach sich ziehen und das endgültige Streichen der B-Version, angesichst der bereits dramatischen Zeit- und Finanzmitteölüberschreitungen, scheint dann im Rahmen des Möglichen wenn nicht Wahrscheinlichen.
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