此时，韩国已具备一定的航空工业实力。为替换即将大量退役的F-4E、KF-5E战斗机，韩国于2001年提出五代机KF-X项目。该项目被韩国政府提升到“国家目标”高度，按照最初设计的技术和战术指标，将全面超越法国“阵风”和欧洲“台风”战斗机。
直到2012年，韩国航空工业才提出多套拥有内部弹舱的隐身战斗机设计方案，并公布了一批概念图和模型，形成了鸭式气动布局和常规气动布局两个系列，经方案对比最终选择了难度较低的常规气动布局。3年后，KF-X项目进入工程设计阶段。韩国国防发展局作为牵头方，负责设计审核、项目监管和系统集成等工作；韩国航宇工业公司作为主承包商，承担总体设计制造工作；其他几家韩国企业承担各子项目和零部件生产工作。
经测算，KF-X项目将耗资8.8万亿韩元。为有效分摊研制成本，韩国与印度尼西亚一起进行项目研发——研制费用韩国出80%，剩下20%由印尼支付，后者还需按合同规定采购至少48架战斗机。
在争取技术支持方面，韩国再次找到美国洛·马公司。不过，美国这时候“打起了算盘”——为了防止韩国研制出比肩F-35的先进战斗机，对韩国提出包括25项核心技术在内的清单，美国进行了严格审查，甚至一度要求韩国停止KF-X项目，转而购买F-15战斗机来弥补老旧战斗机退役形成的战斗力空白。在韩国政府坚持下，美国最终同意洛·马公司转让21项技术，至关重要的机载有源相控阵雷达、红外搜索与跟踪系统、光电瞄准吊舱、射频干扰机4项核心技术则被禁止出口。
KF-21战斗机研发一波多折。虽然在研发独立性上做了妥协，但在项目主导权、自研还是外购战斗机等问题上，韩国没有退让。也正是这种务实做法，对KF-X项目的持续推进、KF-21战斗机的首飞起到关键作用。
2021年4月9日，KF-X首架原型机顺利下线，命名为“KF-21”。该机于去年7月首飞，预计2026年完成一系列试飞后定型生产，在2032年前制造至少120架，以满足韩印两军需要。
缺少关键核心技术，战斗机无奈降级为四代半
当KF-21原型机下线后，现实与梦想的差距也随即呈现在世人面前。外界对KF-21战斗机的质疑不限于战机自身性能，其研发的合理性也一度被打上了问号。该机没有内部弹舱，以机腹半埋方式搭载中距空空导弹，机翼和机身侧面也用来挂载其他外挂武器和光电吊舱。显然，这种布局具有较大雷达反射面积，与五代机要求相差甚远，只能勉强算是一架四代半战斗机。
事实上，在KF-X项目启动不久，韩国就意识到光靠本国航空工业无法研制出五代机。韩国不具备高性能航空发动机研发能力，因此从美国采购发动机成为项目顺利推进的关键。最终，韩国决定采用美国通用电气F414-GE-400K型涡扇发动机，为此还向美国采购了240台发动机和相应备件以供量产使用。
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