文章認為,雖然的Z-8是上世紀70年代從法國進口一種大型直升機平台,原型和其改型機都服役了很長時間。但通過對最近中國互聯網所暴光的照片分析,為確實證實存在著這麼一種為中國海軍航母計劃配套而加裝預警系統的Z–8型直升機提供了足夠的證據,。
照片顯示,該型預警型Z-8直升機在後門外安裝了一種條形陣列雷達。根據照片中所設置的位置,一些分析專家認為,該機可能和法國陸軍航空兵以現役的超美洲豹MK-II通用直升機為平台改裝的“地平線”(Horizon)機載預警系統相似。“地平線”機載的系統是湯姆遜-CSF公司研製的戰場對空觀察雷達(LCTAR),雷達天線裝在外觀如平衡木的充氣天線罩內,天線罩由經過特殊處理的防水纖維蒙皮制成。雷達天線罩位於直升機後艙下的旋轉支架上,在起飛和著陸時,天線罩向上收回,收藏在後機身和尾槳連接處。在預警過程中,長達3.5米的天線罩則縱向展開。天線罩從存放位置旋轉到工作位置至開機只需14秒,天線可進行穩定的俯仰和滾動運動,可做圓周掃描。據悉,Z-8預警型所裝備的陣列雷達大概就會採取與之相似的工作方式。它將可以為特混艦隊甚至航母戰鬥機群提供中低空高度範圍內的早期情報預警。
2009年6月,理查德費希爾(Rid Fisher)曾報道過中國人民解放軍正在發展為航母戰鬥群配套的支援飛機一事,在最初已把重點放在發展空中預警機(簡稱AEW)和反潛版本的昌河產Z-8型直升機平台之上。
當然,改型預警直升機也有另一個可能是加裝了為解放軍提供戰場合成孔經掃描模式(SAR-type)的雷達。不過,無論哪種方式,作者都認為這代表了中國軍隊裝備技術含量的重大發展。
“運—8”最新改進型為載機平臺,機身頂部安裝1具約為機身1/3長度的“平衡木”式相控陣預警雷達。為配合預警機的需要,運—8改進型採取了換裝發動機、機翼改整體油箱、新型環控系統、新型液壓系統等措施。新改型被稱為“運—8飛機改進改型史上改動量最大、難度最大的一項研製任務”
如果中國空軍是使用運八-X這種王牌運輸機作為兩型預警機的飛行平臺,那麼這種具備以下飛行性能的飛機:機體總壽命為50000飛行小時/20000飛行起落/30個日曆年;飛機最大起飛重量77噸,超載起飛重量81噸,最大著陸重量77噸。正常商載25噸,最大商載30噸,使用空重39噸;安裝功率大、重量輕、耗油低、高可靠性、易維護的渦槳發動機及其配套的高效率、低雜訊、重量輕的先進複合材料螺旋槳;巡航高度9000米、巡航速度600-650公裏/小時、最大航時12小時、最大航程7800公裏;電子設備按2人駕駛體制要求,配置先進的通訊、導航、雷達、綜合顯示儀錶(EFIS)、發動機綜合顯示儀錶、飛行管理(FMS)、自動駕駛儀、GPS/慣性導航設備、電氣等系統設備。這將是一款相當出色的國產飛行平臺。
中國空軍的空警2000大型預警機採用的是三部相控陣雷達,呈三角形排列,每部負責掃描120度空間範圍,三部可構成360度全方位探測。由於相控陣雷達採用的是電掃描方式,因此,其天線罩為固定不動的,避免了複雜、龐大的天線旋轉驅動系統,降低了對飛機氣動外形的影響。
上世紀90年代中國曾向以色列訂購了“費爾康”相控陣雷達預警機,這是世界上第一種相控陣雷達預警機,其空中載機可選用多種飛機。它是前機身兩邊舷窗的下麵,和像大鼻子似的機頭各安裝一塊相控陣天線,可同時跟蹤l00個目標,對戰鬥機的探測距離為370千米,也可探測到巡航導彈等較小雷達反射截面的目標。對目標的重複觀測,其間隔時間不到1秒,足以跟蹤任何機動目標。
中國自己研製的雷達性能比俄羅斯向中國推薦的可以同時導引30架蘇27和蘇30等戰機,另外可以作到同時追蹤300個空中目標,雷達對轟炸機一類的大型空中目標的最遠發現距離可達650公裏以上,對低空高速運動的作戰飛機和巡航導彈等目標的偵測範圍則達到400公裏以上的伊爾-76E有所提高。由於像固態有源相控陣雷達、顯像臺、軟體、砷化鎵微波單片積體電路、高速資料處理電腦、資料匯流排和介面裝置等皆為中國設計和生產。所以我們可以大膽的估計該型機對高空目標的探測距離至少在700千米以上,對低空目標的探測跟蹤距離估計可達到400千米;其他機載電子設備都是我國目前最先進的,在對目標的處理、跟蹤能力上要比俄A-50高很多,可靠性更是高出數倍;在機載電子設備的技術水準上應該與美E-3C/D型機相當。
由於從外表分析運八飛機所搭載的雷達應該是具有旋轉功能的脈衝多普勒雷達,這是一種在世界各國空軍中得到廣泛使用並經過實戰考驗的預警雷達系統,它具有探測能力強、滯空時間長等優點。就探測距離而言,這類預警機可以探測300公裏左右的低空中小型目標,對於高空大型目標的探測距離可達600公裏左右;就探測數量而言,可以同時追蹤數百個空中目標。由於採用脈衝多普勒體制,這些機載雷達具有很強的地面雜波抑制能力,能在很強的雜波幹擾中發現低空與超低空移動目標。二是具有全方位、全空域和全地形覆蓋能力以及下視無盲區,對低空飛機和巡航導彈具有很強的探測能力。三是用預警機擔任空中預警任務時不易受到反輻射導彈的攻擊。這種預警機可在對方武器的防區外執行任務,機動性很強,而且它配備的雷達工作的頻段很低,這些都增加了反輻射導彈的攻擊難度。
運-8運輸機改裝的中型預警機安裝的條狀雷達天線使人聯想到了瑞典研製的“愛立眼”預警雷達。該預警雷達是瑞典愛立信集團微波系統公司於20世紀80年代研製成功的主動相控陣雷達,它採用平衡木式的雙面側視電子掃描相控陣天線。雷達天線長8.6米,寬600毫米。天線罩長9.75米,寬780毫米,重約900千克。罩內裝192個固態發射/接收(T/R)模組和大約4000個天線單元。雷達使用S波段工作,對高空目標的最大搜索距離達600千米,能同時跟蹤300個目標。在6000米高度上,它對大型空中目標的有效作用距離為450千米,對雷達反射截面積不足1平方米的低空小型目標的控測距離為300千米。它配備有多功能中繼通信線路和自動工作程式,能夠將空中收集到的情報、資料通過無線電通信系統自動傳回己方的地面指揮控制站。從“愛立眼”預警雷達的性能看,運-8預警機所安裝的預警雷達與其十分相似,其探測性能應是非常強大的。由於運-8的機內空間要比瑞典薩伯-340、薩伯-2000兩種載機大得多,可以安裝更多的操縱平臺和機載電子設備,因此,對目標資料的處理能力及對己方戰鬥機的指揮控制能力也要比其高很多,總體性能應不低於臺灣裝備的美制E-2C。
通過以上對中國大型預警機最重要的部分一是載機平臺,二是機載雷達的分析。我們可以對中國空軍的這三款飛行指揮中心的主要情況有一定的瞭解。這就是主力機型是兩款。雷達系統是兩型三款。至於像加拿大漢和的老平說的:在未來戰爭中,“空警—2000”預警機更多的是空中監視,指揮奪取制空權、制海權。而運—8“平衡木”則是負責協調地面部隊對敵方進行攻擊。這兩種預警機任務不一樣,但這兩種預警機配合就實現了高低搭配,解放軍的“空中司令部”橫空出世。對於這種結論本人不是很認同。其實中國未來的戰爭風險主要發生在海上,而預警機最大的作用就是對海空立體作戰的艦船、飛機中指揮、控制、引導、通信、制導的作用,起到戰場指揮樞紐的中樞作用。
作為中國自己研製的大型空中指揮平臺。由於它的平臺就是一款價格不菲的大型運輸機。由於所搭載的作戰指揮系統的對工作環境的特殊要求,我想他的製造成本甚至超過了飛行性能相同的大型客機。另外由於它畢竟是中國第一次裝備有源相控陣雷達系統。所以相比臺灣空軍和日本空軍在大型預警機使用經驗方面大陸空軍是缺乏一定的使用經驗。同時即使裝備後在今後的戰備值勤過程中整套系統的磨合也不是一朝一夕就能完成的。所以中國空軍一是整體裝備的數量大概不會超過四架。同時對於這一國寶級的武器平臺平時大概可以擔負中國東南沿海的戰備值班,戰時可以飛臨中國沿海對中國外海在中國空軍強大的空中護航機群的保護下對可能發生的海上軍事衝突進行遠端空中監視和戰場空中指揮。我估計它的主要作戰對手是美國海軍的航母編隊和準備開來中國東海與中國進行軍事對抗的日本海空軍事力量。
美國預警機發展現狀與展望 2009-09-15 新華網
核心提示:預警機作爲二戰後發展起來的一個特殊機種,迄今爲止,其發展已經曆了三代。美國、前蘇聯、英國等發達國家先後共研制了20多種預警機。目前,全世界在役的各種預警機大約共有224架,其中美國擁有各型預警機115架,數量爲世界之最。
預警機作爲二戰後發展起來的一個特殊機種,迄今爲止,其發展已經曆了三代。美國、前蘇聯、英國等發達國家先後共研制了20多種預警機。目前,全世界在役的各種預警機大約共有224架,其中美國擁有各型預警機115架,數量爲世界之最。曆次局部戰爭一再證明,預警機不僅已成爲現代戰場上信息傳輸的重要節點,而且在爭奪戰場制信息權的鬥爭中,其作用變得越來越突出。因此,世界各國尤其是以美國爲首的軍事強國,紛紛加大了對預警機開發的經費投入力度,積極改裝現役預警機或研制新型預警機,以期在未來戰場上搶占制信息的主動權。
1、雄心勃勃的E-2C改良計劃
E-2C“鷹眼”是美國格魯曼公司爲美國海軍研制的第二代中檔預警機。該機以航空母艦爲基地,既能爲海軍艦隊提供空中預警信息,也能爲截擊機作戰提供必要的信息支持。1982年,在貝卡谷地上空爆發的中東曆史上規模最大的空戰中,以色列空軍在E-2C的空中指揮與引導下,以96架戰鬥機迎戰敘利亞100多架戰鬥機,並擊落敘方86架戰機,取得了86∶0的驚人戰績。從此,E-2C 的名聲大震。E-2C的價格較低,研制周期較短,其生産量和銷售量共爲175架,均居世界首位。其中,美國海軍裝備145架,日本13架,以色列4架,埃及5架,新加坡4架,臺灣4架(型號爲E-2T)。
E-2C改進計劃的提出
雖然E-2C曾經風光一時,但已無法滿足美軍《2020聯合構想》和《美國國家安全戰略》中提出的“聯合作戰能力、預實踐能力、預警能力和威懾對手能力”四大防務型支柱,以及對軍隊建設由原來的“基于威脅”向“基于能力” 轉變的要求。因此,美軍前幾年一直有用全新機種取代E-2C的構想,例如洛克希德與LTV公司合作以S-3“海盜”(Viking)反潛機機體爲基礎,配備MESA相位陣列雷達的S-3 AEW預警機方案,甚至可同時取代E-2C、C-2A、S-3B、ES-3A與EA-6B等機種的“共同支援飛機”(Common Support Aircraft)計劃。但由于冷戰後克林頓政府的國防預算削減,美軍無力負擔全新預警機的研發費用,只能選擇改進現有E-2C的方案,因此同意了諾斯羅普?格魯曼爲E-2C提出的“鷹眼2000”與“先進鷹眼”的兩階段改良計劃。
“鷹眼2000”
計劃 在此計劃中,美軍將用雷神(Raytheon)公司的940型中央電腦替換舊式的立頓L-304電腦。新電腦運用了以DEC 2100型電腦爲基礎的現成商用技術,重量減輕一半,體積縮小l / 3,但處理能力提高了15倍。另外,“鷹眼” 2000還換裝了“先進控制顯示組”(ACIS)的新式顯示控制臺、衛星通訊設備、新的冷卻系統等,並增加了具備“協同作戰能力” (CEC)的相關設備,主要包括“協同作戰處理器”(CEP)“數位分配系統”(DDS)電子導引圓形集端發射天線陣列等構成的協同作戰空中通用裝備組(CES),可整合,協調、共享全軍內各單位不同傳感器所獲信息,提高整體作戰能力。1999年4月,諾斯羅普?格魯曼公司與美國海軍簽訂了價值14億美元的合同,計劃制造21架“鷹眼2000”型。首架“鷹眼2000”已于2001年10月開始服役。按計劃,美國海軍的“鷹眼2000”將于2004年具備初步的作戰能力,服役時間預計可持續到2015年,屆時將由全新的機種取代。
“先進鷹眼”計劃
在此計劃中,美軍將在“雷達現代化計劃”(RMP)中用AN / ADS-18“先進UHF相位陣列雷達”(AURA),替換E-2C的AN / APS-145雷達。AURA單面天線探測範圍160°方位角,配以一個旋轉基座便可達到360°的探測範圍,大大提高了抗幹擾與電子戰能力,大幅提升了E-2C的偵察探測能力。此外,“先進鷹眼”還將配備休斯公司的“先進紅外搜索及追蹤探測器”(SIRST)賦予“先進鷹眼”探測及追蹤戰區彈道導彈能力。據估計,“先進鷹眼”E-2C預定于2006或2007年初步具備作戰能力。臺灣于1999年以4億美元購得的2架E-2T也可能升級爲“鷹眼2000”及“先進鷹眼”。
2、E-3“望樓”的多階段改進計劃
E-3“望樓”預警機是美國波音公司以波音707爲基礎研制的,除美國空軍使用外,沙特、英國和法國也購買了這種飛機。在伊拉克戰爭中,美軍共派出5架E-3指揮美空軍對伊拉克軍事目標進行轟炸。該機還可協調美空軍完成對地 / 對海支援、遮斷、空運、空中加油、救援等各種空中作戰任務,堪稱“空中指揮所”。
E-3改進計劃的提出
E-3預警機性能先進、造價高昂,整個研制周期長達14年。該機服役之後,蘇聯新式戰鬥機的雷達反射截面積已降至2~3平方米,巡航導彈的雷達反射截面積更小,尤其隱身飛機的問世,這些都給E-3完成偵察探測任務增加了難度。爲滿足未來戰爭的需要,美國制定了針對E-3的多階段改進計劃。
自從E-3系列機型服役後,不斷地得到包括數據鏈、電子戰設備、顯控臺與通訊系統在內的各式改進。至今,美軍已完成了兩個階段的改進計劃。第一階段耗資10.33億美元,主要的改進是使機載雷達具有海上監視能力。第二階段的改進計劃是,E-3B / 的Block 30 / 35改進。這項改進計劃是在2001年完成的。它是美國自E-3服役以來最大規模的改進,包括改進電子支援系統、將原有的JTIDS Class 1終端換裝爲Class 2H終端,使信息傳輸速度提高4倍,並可傳輸更加多樣化的信息。此外,E-3還配備了增大5倍容量的CC-2E電腦,加裝了彩色屏幕的新式高解析度顯控臺等。第三階段對E-3的改進工作,主要包括提高電子戰能力、加裝全球定位系統接收機,提高導航精度等。據估計,改進之後的E-3有可能一直服役到2025年。
3、728JET空中預警管制機
諾斯羅普?格魯曼公司先于波音公司推出了美軍頗感興趣的728JET空中預警管制機方案。該機由諾斯羅普?格魯曼與全球第三大短程客機公司——多尼爾(美、德合資)合作,推出以多尼爾70座的728JET短程客機爲基礎(略小于波音737系列)、搭載預警雷達而成的728JET預警管制機。該機最大起飛重量39550公斤,機艙內可容納至少9部戰術顯示臺及4臺管制工作臺。728JET飛機的雷達選用了與E-2C相同的AN / APS-145雷達或者是由AN/APS-145發展而來的AN / ADS-1 8先進UHF相位陣列雷達,置于機背上直徑爲7.3米的旋轉雷達罩內。預計728JET預警機可在2005~2006年開始服役。
4、波音E-737空中預警管制機
爲參與澳大利亞空軍的第5077號(Wedge Tail)空中預警與管制機競標,波音公司以737-700客機機體爲平臺,推出了E-737預警機。E-737預警機配備1臺西屋公司的多任務電子掃瞄陣列(MESA)主動式相位陣列雷達。該雷達在L波段工作,置于機背上長7.6米的T字型截面長條狀整流罩內,探測距離約爲360公裏。與E-2或E-3飛機機背上的圓盤形雷達相比較,其空氣阻力較低。此外,長條狀整流罩內左右還各配備了l具大型相位陣列天線,用于探測飛機左右兩側,前後端則各有1具較小型的相位陣列天線,以構成360°的視野。E-737的機體尺寸略小于E-3預警機,在搭載2名飛行員和6到10名電子設備操作人員的情況下,可在540公裏半徑內續航8小時。機內共配備6具任務顯控臺,系統軟硬件有80%的部分使用了現有的商用産品以降低成本。預計在2004~2005年左右該機將交付澳空軍使用。
5、與多國合作研制的A310 / A321空中預警機
310空中預警機是美國雷神公司(Raytheon)、以色列飛機公司以及空中客車公司共同研制的新型預警機。該機在位于機背的大型圓盤雷達罩內配備了以色列飛機公司Elta部門的法爾康(Phalcon)主動相位陣列雷達,使得A310預警機的外型與傳統空中預警機很相似。在直徑10.6米的圓盤型雷達罩內共有3具長8.5米、高1.6米的相位陣列天線,各自覆蓋120°的方位,天線罩以兩根大型支柱架在飛機背上。由于相位陣列雷達是采用電子掃描方式實施俯仰與方位掃描,故A310的圓盤雷達罩並不需要旋轉。A310空中預警機繼承了A310-300型客機的寬機體、大航程的優點,可在500公裏半徑內續航10小時,搭載2名飛行員和10名電子設備操作人員。
此外,雷神公司還以空中客車A321作爲平臺,采用了在機首、前機身下部兩側和機尾各配備l具相位陣列天線(共5具)的雷達配置方式,同樣可涵蓋360°的探測範圍。與A310預警機的機背配置方式相較,A321的這種配置對機體與飛行性能的影響較小,而機身對雷達視野所造成的妨礙也較小。
6、美國海軍陸戰隊WV-22預警機
爲改變過去一直依賴空軍E-3與海軍E-2提供預警信息的狀況,美國海軍陸戰隊決定自行研制供自己使用的預警機。預警機將以V-22“魚鷹”傾轉旋翼飛機爲平臺,配備以色列法爾康主動相位陣列雷達,成爲WV-22預警機。由于V-22偏轉旋翼的特性及較小的機體,十分適合在缺乏大甲板航母的環境下工作。與此同時,WV-22與英國的“海王”AEW以及俄羅斯的Ka-3l預警直升機相比,則具有更高的航速和更長的續航能力。此外,V-22機身可提供較大空間以裝載電子設備。目前,該機仍處于概念論證階段,離投入實用還有一段距離。
http://war.news.163.com/09/0429/17/58390UAS00011232.html
二十世紀30年代後期,即第二次世界大戰爆發的前夕,英、美、德、蘇等國家先後研制成功了雷達,並將其架設在地面和艦上用于防空警戒與防空火力瞄准。40年代初,雷達又被裝上作戰飛機,作爲夜間搜索和攻擊敵方目標的探測器。由于當時雷達的效能還很低,在飛機上安裝的雷達又受體積和重量的約束,機載雷達探測敵方飛機的距離只有幾千米到十幾千米。防空警戒和引導友機攔截還只能借助于地面和艦上的大型雷達。
衆所周知,雷達探測就類似于光學探測,是受地球曲率所限制的,它不能發現地平線以下的目標。爲了預警低空飛行的敵機,就必須盡量升高雷達用來發射和接收電磁波天線的高度。1940年前後英國爲了提早發現低空入侵的德國飛機,就在海岸上把“低本土鏈”(CHL)雷達的天線架設在60米高的鐵塔頂上。德國在占領法國北部後,也相應地把防空警戒雷達架設在海岸山頭上,用于警戒敵方的飛機。以後,交戰各國基本上均是以這種方法來架設它們的低空警戒雷達。
但是,人們很快發現一個問題,即如何解決大型艦艇對低空目標的警戒問題。以前的雷達架設方法不適用于海上作戰,因爲船艦上不可能架設很高的塔,海上亦沒有高山可資利用。雖然,艦上的防空雷達到了二戰後期已能發展到能夠探測中空以上距離約160千米外的敵機,但對掠海低飛的目標探測距離仍只有十幾千米。日本海軍從偷襲珍珠港開始,就慣用低空魚雷轟炸機攻擊美國艦船。因此,在雷達技術迅速成長的1943年,美海軍首先提出代號爲“卡迪拉克”I、II計劃(Cadillac I、II)和計劃Ⅱ,委托麻省理工學院在緬因州卡迪拉克進行研究試驗。“卡迪拉克”I是在艦載機裝上高功率雷達,使之能在較遠距離上發現低空飛機和水面艦船,並將雷達情報用無線電臺傳遞到母艦上。最早被選中的飛機是格魯曼(Grumman)公司的“複仇者”型TBM-3W,雷達則是由通用電氣(GE)公司研制的AN/APS-20。後者工作在S波段,有約1兆瓦峰值功率和2.4米口徑的天線,是當時最大的機載雷達,雷達天線安裝在機腹下的天線罩中。在海面平靜情況下,這種預警機雷達能在100~120千米上發現150米高度上的飛機,在320千米外探測到大型戰艦。機上除駕駛員外,只有一個雷達操縱員,他用高頻數據鏈將雷達接收到目標信號連同雷達天線指向數據傳送到艦上,在艦內顯控臺上重現雷達探測圖像。艦上指揮員可由此觀察到來襲敵機和敵艦,並可引導出擊。TBM-3W機上的無線電臺在需要時還用作爲軍艦對低飛的己方飛機之間通信的無線中繼站。由于當時還沒有濾除雜波技術,因此在海情惡劣時,雷達基本上就無法使用,因爲其接收到的海面反射的強雜波會掩蔽要探測的目標。
1945年,TBM-3W被部署到美海軍的幾艘航空母艦上。但還未來得及充分顯示其作用,大戰就結束了。作爲世界上第一個能作戰的預警機型號,它已具備了預警機的最基本組成要素:載機、大功率搜索雷達和雷達情報傳遞通信鏈。
“卡迪拉克計劃Ⅱ”是以岸基大型飛機作載機,除預警機雷達外,還具有多個雷達顯控臺和一組雷達操縱員。它不僅能把雷達情報傳遞到地面或艦上指揮中心,還能用機上的顯控臺與空對空無線電臺,引導友機攻擊敵方目標。因此開始具備了“機載預警和控制”系統的功能。1944年美海軍首先用波音(Boeing)公司的B-17G“飛行堡壘”型轟炸機改裝成PB-1W型預警機。雷達仍用AN/APS-20,但有一個更大的天線和天線罩裝在飛機的機腹下。當時,該機最首要的作戰任務是發現和攔截日本“神風”自殺飛機,以減免艦隊損失。在戰爭結束前共裝備了23架。由于B-17是老式飛機,沒有供機組人員用的氣密艙,不適應長時間巡邏警戒任務。因此,從1949年開始,美海軍用洛克希德(Lockheed)公司的“星座”型大型民航機作爲載機,機上安裝了經過改進的AN/APS-20雷達(AN/APS-70/70A),亦稱爲WV-1型。
不久,又選用加長的“超星座”作載機,改進後稱爲WV-Ⅱ型。在這兩種載荷達20噸的民航機上可安裝更多電子設備和乘員。因此,WV-1/Ⅱ機上,除AN/APS-70搜索雷達外,又裝上X波段的AN/APS-45型測高雷達。後者的天線與天線罩裝在機背上。機內有5個雷達顯控臺,有較完備的情報傳遞與空-地、空-空通信系統及機內通話設備。機上儲油可供約16小時的續航時間。機上除5個飛行人員外,戰勤人員(或稱任務人員)有11人。另外還可加乘12人,以便輪換上崗。
AN/APS-70雷達上已裝有早期的動目標顯示電路。因此,它具有初步的雜波濾除功能。美國空軍從1951年起亦采用這種預警機,型號改稱EC-121。50年代後期又加裝了電子偵察設備。洛克希德公司前後共生産了這類大型預警機140余架。
在同一期間,美海軍亦改進了它的艦載預警機型,它曾用格魯曼公司的“保護者”(Guardian)機替代已過時的“入侵者”,後來又用道格拉斯(Douglas)公司的艦載攻擊機“空襲者”AD系列(AD-4W與AD-5W)作載機。雷達則是AN/APS-20的改進型AN/APS-20A與AN/APS-20B。這兩種載機較TBM-3W略大。除飛行員外可載兩個雷達操縱員或一個操縱員一個技師。在1960年前AD系列預警機生産了417架。以4架爲1組的標准編制配置在各艘航母上。
1957年又有一種新的預警機出現在美國航母甲板上,稱爲SF-1。它是用C-IA“追查者”(Tracer)型運輸機改裝而成,其顯著特點是其雷達天線罩不再挂在機腹,而是架在機背上。這是一個固定的、扁平橢圓流線型線罩,長徑和高度分別爲9.5米與1.5米。機上雷達是AN/APS-20的改進型,稱爲AN/APS-82。它的天線口徑加大到4.3×1.2米。因此,雖然爲了提高可靠性有意降低了雷達發射功率,但雷達對小型飛機的探測距離仍可達150千米左右,並且雷達上還采用單脈沖技術,可測出目標的飛行高度。機內除2名飛行員外,還有2個雷達操縱員的位置。WF-2後來改稱E-1B,可以說是美國預警機E系列的鼻祖。
英國在二戰結束初,仍擁有多艘航母,因此亦需要裝備艦載預警機。自1951年起,它引進了美國的AD-4W“空襲者”預警機。稍後它又自制了AEW.3“塘鵝”(Ganner)型預警機。這是一種有同軸反相旋轉雙旋槳艦載機,機腹雷達仍用美國的AN/APS-20。機內可容2名雷達操縱員坐在駕駛員後面。“塘鵝”AEW.3一直服役到1978年,伴隨英國最後一艘航母“皇家方舟”號退役而消亡。
在滿足海軍的同時,英國空軍亦需要岸基的預警機。它利用戰後開始生産的遠距離海上巡邏機“沙克爾頓”(Shacklerton—英國探險家名)型作載機,仍在機腹安裝AN/APS-20雷達天線罩。機上有5個飛行員和8個雷達操縱員,續航時間可達10小時。
從上述中可見,AN/APS-20雷達及其改進型是美國和英國早期各種預警機唯一采用的雷達。進入50年代後,除美、英兩國外,前蘇聯亦開始了預警機的研制。其第一研制計劃稱爲“拉瑪”計劃,于1951-1954年間展開。該計劃的內容是以蘇制雙發運輸機“裏-2”作載機,裝上新研制的S波段雷達。雷達天線與天線罩裝在機腹下。天線波束寬爲方位6°,俯仰10°。雷達發射峰值功率150Kw,脈沖寬度0.6μs,脈沖重複頻率2,000Hz。這一雷達的發射功率與天線孔徑者較AN/APS-20低數倍,因此可估計其探測小型作戰飛機的距離低于100千米。但該雷達已具有外相參動目標顯示電路,即有初步的雜波濾除能力,與AN/APS-20改進型相似。以後,未見到這一預警機的生産和裝備的報道。
60年代以後,由于大國集團間的冷戰與軍備競賽愈演愈烈,大國參與或支持的局部戰爭也就連續不斷,空中打擊力量在戰爭中重要性不斷增長,這些因素帶動了預警機系統的迅猛發展。而電子技術,特別是雷達技術的進步使預警機在性能上實現躍進成爲可能。
E-2系列預警機的發展史
預警機系統第一個較顯著的進步是60年代初美國E-2系列的誕生。E-2是由格魯門公司和通用電氣公司在50年代末期開始合作研制的成果。它的首要特點是:作爲艦載預警機,能在高海情下探測距離在300千米外的低空小型目標,並具有一定的引導己方飛機能力,能在母艦300千米外巡邏4小時。
通用電氣公司爲達到對雷達所要求的探測指標,改用UHF波段(400Mz)。因爲在艦載機能出航作戰的各種海情下,海面對UHF雷達波的反射雜波更比S波段低10bB左右。此外,在當時,用UHF波段的電子管大功率發射機可做到較小的體積和重量。但UHF的反射面天線,如要得到與AN/APS-20同樣的方位角分辨力,則需10米左右的口徑。這顯然是艦載機難以負擔的。因此通用電氣公司采用了12單元八木天線陣來替代反射面天線。這樣可使一個有AN/APS-20同樣方位角分辨力的UHF天線,連同安置在其反向端的敵我識別(IFF)詢問機天線陣,能夠容納在一個直徑7.32米、高度0.76米的扁圓形天線罩內。通用電氣公司又采用天線罩與天線一起旋轉的辦法,減輕了天線罩的電氣與結構設計難度。“旋罩”一詞由此産生。
爲了既能確保巨大的平均發射功率以支持雷達探測威力,又要盡量減少接收到海面反射的雜波功率,以求在高海情條件下目標信號不被雜波掩蔽。通用電氣公司采取了50年代後期出現的雷達脈沖壓縮新技術。雷達發射的脈沖寬12μs,但脈沖內有頻率調制。在接收機電路中插入一個脈沖壓縮電路,輸出的脈沖信號就被壓縮到約0.2μs。這樣使接收到海雜波功率降低到了約1/60。因此再加上AN/APS-20改進型上已成熟的外相參動目標顯示電路,這一雷達就達到了在高海情下遠距離探測低空飛機的要求。
1960年,通用電氣公司研制成功了這一雷達,定名爲AN/APS-96。格魯曼公司爲這一預警機系統專門設計和制造了一種載機。它在雙人駕駛艙後有一個粗短的機體,包括長3.35米的電子設備艙,和在其後面有3個顯控臺的操縱員艙。這3個顯控臺分別供雷達監視員、任務指揮員與引導控制員使用。全機長17.55米。又寬又長的機翼與機尾翼都放在機身之上,翼展24.56米。爲了減少在母艦上占有的面積。機翼除中間部分外,兩邊可向後摺。緊靠兩邊後摺交連是兩個短艙,艙內上部安裝了渦輪螺旋槳發動機,下面則是起落架。這一對提供近萬匹馬力的發動機使該機在母艦甲板上能以23.54噸全重起飛,並在6,000~9,000米的高度上,以450~480千米/小時速度巡航。飛機載燃油5.6噸,足以續航2,580千米,從而達到了在離母艦300千米處巡邏約4小時的戰術要求。
扁平的旋罩安裝在機背中部偏後位置,爲了在工作時天線盡可能離開機身以減弱後者對前者波束的影響,又要使載機的總高度低于航空母艦機庫5.53米的限高。格魯曼設計了一個特殊液壓升降裝置使910千克重的天線旋罩在入庫時能降低0.66米。爲了克服機背大旋罩産生的氣流影響,機尾設置了4個垂直安定面。
第一架原型機于1960年10月21日首次試飛。1961年4月19日,經過改進後的飛機又試飛成功。1964年1月19日開始,這種被稱之爲“鷹眼”(Hawkeye)的預警機開始提交美海軍,定型爲E-2A,當時部署到太平洋艦隊的航母上取代原有的E-1B。到1967年E-2A機共生産59架(不包括原型機)。
不久,格魯門公司和海軍維修廠針對E-2A使用中出現的一些問題進行了改裝,改裝後稱之爲E-2B,1969年2月20日,E-2B首飛成功。到1971年12月,海軍將51架E-2A改裝爲E-2B。
此次改進的重點是用AN/APS-111雷達替換AN/APS-96雷達,後者的特點是采用了60年代研制成的機載動目標顯示技術(AMTl),又以數字電子計算機替換了原來的磁鼓存儲器與模擬跟蹤器,使雷達在海平面上發現和跟蹤低空飛行目標的能力又提高了一大步。
但AN/APS-111雷達在靠近陸地的海域工作時性能仍不能令人滿意。島嶼與海岸的強散射雜波仍掩蔽了要觀察的飛行目標。當時美海軍在地中海與東南亞、南海都遇到這類問題,因此它要求通用電氣公司繼續改進雷達的下視能力。70年代初,通用電氣公司又推出了AN/APS-120雷達。它采用了當時屬最先進的動目標檢測(MTD)技術,其核心是對每一距離單元上的信號進行多普勒頻率濾波,以區別雜波和飛行目標。當時還以模擬器件爲主,因此電路十分複雜。同時爲使多普勒頻率區分有效,必須使信號頻率很穩定。因此又大力改進了雷達發射機和接收機本地振蕩器的頻率穩定度。此外,又讓航空部件公司將飛機螺旋槳從鋁質改爲由鋼心、塑料蜂窩結構與玻璃鋼外皮組成,由此減弱了螺旋槳反射作用對信號産生的頻率調制。這些措施綜合起來改善了雷達在地面雜波幹擾下的探測能力。
繼E-2B之後,美海軍又展開了E-2C的研制,1971年1月20日,煥然一新的E-2C首飛成功。與E-2A/B相比,E-2C的外形變化並不大,只是因加裝ESM系統,在機頭、機尾與兩翼端各安裝一組電子偵察螺旋天線,因而機鼻伸長了0.53米。另外爲了改善電子設備冷卻系統,在機翼中部前面加裝了一個熱交換器。E-2C的主要變化來自于內部,其核心爲AN/APS-120雷達,加上一套利頓(Litton)公司的電子偵察系統(ESM)或稱被動探測系統(PDS)APR-73,又配以新的計算機OL-77/ASQ與改進的顯控臺APA-172以及新的導航與通信設備。
1971年中,E-2C生産型樣機開始生産。1972年9月23日,生産型樣機首飛成功。首架E-2C于1973年底交付美國海軍,1974年2月開始形成作戰能力。其總體性能與可靠度得到使用者的較高評價。因此美海軍決定以它作爲定型裝備,到1984年用E-2C已替代了所有的E-2B。在以後的時間裏,E-2C的雷達仍在不斷改進。1978年試制成功“先進雷達信號處理電路”(ARPS),用數字AMTI替代了原來的模擬電路,並增加了抗旁瓣電子幹擾功能,改裝ARPS後的雷達被稱爲AN/APS-125。安裝了AN/APS-125雷達的E-2C進一步提高了目標探測和抗幹擾能力,對不同目標的發現距離是:高空轟炸機741千米,低空轟炸機463千米,水面艦艇360千米,低空戰鬥機408千米,低空巡航導彈269千米。在受幹擾時,AN/APS-125雷達的作用距離會減少5%左右。
1984年,萊德朗公司(Randtron)又研究降低天線旁瓣方案,並于1987年完成了新的天線與天線罩設計,稱爲“全輻射口徑控制天線”(TRAC-A)。采用這種新天線的雷達稱爲AN/APS-138。AN/APS-138還增加了發射頻率跳變數(由4點增加到10點)和多普勒頻率濾波路數(由16路增到32路)。從1987年起E-2C上的AN/APS-125型雷達陸續被改裝成AN/APS-138型雷達。到了1987年,又出現一種略加改進的雷達型號——AN/APS-139,該雷達的主要改進是在濾波器、旁瓣對消電路與信號處理器等方面。美海軍原計劃1989年後進行改裝,但後來因得到性能更好的AN/APS-145方案而停止下來。AN/APS-145型雷達的改進目標是提高探測能力以對付隱身目標,改進雜波濾除能力和自動檢測/跟蹤性能,以便在陸地上空有較好下視探測能力。該雷達具有全發射孔徑控制天線,可減少旁瓣引起的偏差幹擾。自動目標跟蹤和高速處理能力可使每架E-2C飛機能自主和同時對2,000多個空中目標進行跟蹤並控制40多個截擊任務。美國出口到臺灣的E-2T預警機上就安裝了AN/APS-145型雷達。
1994年12月,美國洛克希德-馬丁公司收到了將E-2C改裝爲“鷹眼”2000的改型合同,合同經費爲1.55億美元。改裝關鍵部件是任務計算機,在“雷神”940基礎上安裝新的A500MP處理系統,硬件與E—8C相同,改進後的試驗工作于1997年1月24日開始,1997年年中完成。大部分的技術與作戰評估于1999年進行。新型計算機重量減輕了一半,價格減少2/3,處理能力提高14倍。其他改進還包括衛星語言和數據通訊能力以及空中加油能力等。
目前,E-2C的總訂貨量約186架,其中美軍海軍訂購了153架。E-2C系統的生産預計要持續到21世紀初,因此,其技術升級改造仍在進行之中。新型的E-2C將淘汰AN/APS-145型雷達,有可能采用正在研制的ADS-18型雷達,該雷達采用電子掃描天線和空間—時間自適應處理技術,以便在雜波中探測目標。ADS-18型雷達仍以UHF頻率工作,可提供連續的360°覆蓋,而不是每10秒一次的重訪速率提供覆蓋。E-2C的改進將使其能更好地探測較小的巡航導彈類目標。
爲了提高E-2C的整體性能,從1986年開始,其載機上用T56-A-427新型發動機替代了原來的T56-A-425型發動機,從而提高了25%的功率,並節省燃油消耗。
E-2C預警機亦可用于岸基,岸基機可以允許更大的起飛重量(27.16噸),因此可附加外挂油箱,從而增大約2小時的巡邏時間。
在滿足自身需要的同時,E—2C預警機也成爲美國大軍火商手中的暢銷貨。1980年以色列首先得到4架,1982年起日本也進口8架,還將增加到12架。此外,埃及到1987年已購買了5架,新加坡買了4架,1995年美國不顧我國的強烈反對,又非法提供給臺灣當局4架(E-2T)。上述這些E-2C都屬岸基型。
E-3系列預警機的發展
在陸地上,複雜的地形對雷達波的反射比相對平靜的海面要強得多,沙漠與平原地區反射強度與4~5級海情的海面相當,山區要增大10~15dB,城市再增大4~5dB。因此機載雷達從空中下視低空小型飛機時,在海上接收到雜波功率可能大于目標信號30~40dB,但在陸地上可能會達到50dB(即十萬倍)或更高。早在50年代初,雷達理論研究就指出要對付這樣強的雜波只能采用脈沖多普勒(PD)雷達技術。這一技術在探測近程目標(幾十公裏)的機載雷達上,如火力控制雷達,實現起來困難較小。因此1956年美國西屋(Westinghouse)公司首次研制出一部機載截擊用的PD雷達樣機。在得到美空軍的投資後,1959年起陸續研制出DPN-53(供“波馬克”遠程飛航式防空導彈用)與APG-59(供F-4戰鬥機用)等型雷達。其中APG-59在60年代共生産了1,000多部。
然而,PD雷達技術應用到探測400千米的遠程雷達上難度就大得多。主要原因是對于雷達天線低旁瓣電平的要求、雷達發射機頻率高穩定的要求以及雷達信號處理大容量、高速度的要求都幾乎是與探測距離成比例提高的;而這些要求的技術指標都超過了60年代初世界先進雷達技術能達到的水平。爲此,1963年起,美空軍提出“陸地上空雷達技術”計劃,資助西屋公司及其競爭者休斯(Hughes)公司,研究突破這些技術難點。1967年與這兩家公司簽訂合同,讓它們各自研制出一套雷達試驗樣機供檢飛評比。
對于載機,美空軍亦在1967年資助兩家航空公司——波音(Boeing)與麥道(Mcdonnell Douglas)——研究能裝置新型雷達與通信、控制電子設備的機型。波音公司建議用707大型客機改裝,麥道公司則舉出與之相當的DC-8客機,但兩者都建議用機背上加旋罩的設想。最後被選中的是波音方案,即用707—320B飛機換上4臺TF-33(每個推力95.6N)型軍用渦輪風扇發動機,並在機背中後部安裝一個直徑9.14米,高度1.8米的雷達天線旋罩。
707—320B飛機長43.68米,翼展39.27米。改裝成預警機後,起飛重147.4噸,在8,500~9,000米高度上,巡航速850~950千米/小時,續航11小時,可離基地1,600千米處巡邏6小時。
1970年西屋和休斯各自完成一個雷達試驗樣機,由波音安裝在兩架707—302B上,定名爲EC-137D。從1972年4月到9月,美空軍在5種不同的地面上空(沙漠、農田、起伏林區、光禿山區及海面)進行49次290小時檢飛。包括各種目標對象與有無電子幹擾情況。檢飛結果評審後,西屋樣機被選中。以後這新的預警機系統定名爲E-3A。另外,有一個代號叫“哨兵”(Sentry),還常常被稱作AWACS,這是“空載警戒與控制系統”(Airborne Warning And Control System)的縮寫。
西屋的雷達稱APY-1,工作在S波段。它的天線寬7.3米,高1.5米,是由30根水平開槽波導管垂直堆疊而成的平面天線。西屋公司在這一天線上突破了當時低旁瓣的先進水平。就以陳列在西屋博物館(Westing house Museum)中第一個成功的天線樣品而言,其最大方位旁瓣爲-39dB,平均旁瓣低于-55dB,確屬當時世界上研制成的雷達天線中的最高水平。每一開槽波導的饋電端點上有可控移相器。因此,天線的垂直波束是可以相控掃描的。這使雷達當天線在方位上以6轉/分旋轉搜索目標同時,在仰角上能借相掃波束來測定目標仰角或高度,具備了三坐標雷達功能。此外,仰角相掃還用于自動補償飛機平臺在飛行中的俯仰和橫滾,包括轉彎時的坡度角。在這裏順便補充一句,E-2C因沒有天線平臺穩定措施,在飛行轉彎時不允許壓坡度,只能作令飛行員討厭的側滑。
雷達天線罩是與天線在電磁性能上一體化設計,即使天線罩不僅盡量減少對天線旁瓣電平升高的負影響,並且通過控制罩上各部分透波材料的介質特性,使天線下半球的旁瓣輻射部分折射到上半球去,從而更減弱地雜波進入雷達。在雷達天線的背面,中部安裝了IFF天線,兩邊則是對友機引導用的UHF數據鏈(TADII-C)天線。後者有強方向性,並且只在旋轉到對正友機時才發射,因此有較強的抗電子戰能力。爲保持飛機氣動上穩定性,天線旋罩被安置在機身重心之後。對雷達而言,這一位置增大了機身對天線下視角阻擋範圍,形成機下有45~75千米的盲區。
APY-1雷達的發射機采用了具有高穩定度的速調管作功率輸出。平均功率8kW的發射機、調制驅動系統、波導系統、濾波器、高壓高穩定電源、冷卻系統與接收機安裝在機後部行李艙內。前部行李艙則安裝了電源系統、部分通信設備和冷卻系統。因此E-3A甲板上的大面積機艙內,布置寬松。在飛行艙後的前設備艙安裝了主要通信設備、中心計算機。緊接的操作員艙有3排9個顯控臺,機身後部電子艙有信號處理器、導航設備和維修控制顯示臺。機體中段留有空艙室,可用于增加指揮顯控設備,亦可用作會議室,在機身最後部還有乘員休息室、廚房與衛生間。因此,波音-707-320型載機爲預警系統乘員提供了寬敞的操作與休息條件,並可乘載雙班工作人員。
APY-1雷達除發射機輸出功率管與驅動行波管外,雷達電路都采用了60年代已成熟的半導體器件,提高了這一龐大複雜電子系統的可靠度。信號和數據處理已采用當時最先進的IBMCC-1計算機,使這一PD體制遠程預警雷達所要求的近百萬次/秒的計算速度成爲可能。APY-1雷達的特點是分辨力強,有良好的俯視能力。對低空超低空飛行目標的發現距離爲400千米,對中高空目標的發現距離爲600千米,雷達每次掃描能識別與顯示600個目標。
E-3A裝備了13個通信電臺,除引導用的TADIL-C數據鏈外,有傳遞雷達情報的TADIL-A數據鏈,此外有UHF與VHF調頻與調幅的話音臺、短波(HF)遠距離通信用的話臺和數據鏈,以及應急呼救臺與導向臺等。E-3A還裝備了當時最先進的慣導系統、多普勒導航雷達和其他導航設備。
從1973年1月起對E-3A的系統集成開始檢飛考核,除檢驗載機性能、雷達和其他任務電子分系統的功能外,亦考核系統與空軍、海軍的防空系統及通信網的接口交連情況。信號處理技術與計算機的飛行作戰軟件在檢飛中發現問題,及時改進。因此這一檢飛持續到1997年5月才結束,共飛行了986架次4,573小時。由此可見預警機系統總體的複雜性。
E-3A的批量生産始于1975年。從1977年到1981年波音公司向空軍交貨22架。但這期間西屋公司增加了APY一1雷達的海上探測能力,改型稱APY-2。同時IBM提供新的計算機CC-2,比原來CC-1在速度和存儲量上都提高近3倍,從而使雷達操縱員不再需人工起始航迹,跟蹤航迹數亦從100增到400。空軍還要求增加5個雷達顯控臺。並增加1個HF與5個UHF電臺,後者有抗幹擾能力。任務電子系統作這些改進後,預警機系統改稱E-3B。第23架起即按此型生産。E-3A/B共生産34架。
1978年起,北約決定花費20億美元爲歐洲防空系統引進18架E-3A。要求配備類同E-2B的任務電子系統,要提高海面探測能力。還增加了載機自衛系統,包括電子幹擾(ECM)與翼下空—空導彈挂架;再加1套爲海上遠程通信的HF電臺。這18架北約E-3A機從1981年到1985年提供。系統總裝由德國多尼爾(Donier)公司承擔。
從1984年開始,按E一3B任務電子設備改裝E-3A,並在通信分系統中增加先進的“聯合信息分配系統”(JTIDS)設備。改裝後稱E-3C。1991年起又在E-3B/C與北約E-3A上加裝了電子偵察系統AN/AYR-1。
1989年美空軍又與西屋公司簽訂一個“雷達系統改進計劃”(RSIP),研究較大規模地改進APY-1/2的探測性能,使它能對付隱身飛機、巡航導彈和惡劣的電子戰環境。改進的主要點是將發射脈沖改爲可壓縮的波形,用自適應信號處理器替代原來的多普勒處理器,用一個新的計算機與相應軟件來完成信號處理與目標數據關聯任務。雷達的監視維修顯控臺亦以功能強的新型號替換。
除雷達外,美空軍還投資改善其他電子分系統,如中心計算機更換新型CC-2E,加GPS導航校正設備,換新型彩色顯控臺等。這些改進項目按計劃在1993年與1994年檢飛。提供北約的E-3A則由德國航空航天公司承擔改進項目的組裝與檢驗,預計在1995年開始。90年代後期要執行的這些改進計劃表明E-3系列預警機將使用到2000年之後。
除北約外,1986—1987年美國賣給沙特阿拉伯5架E—3,但仍由美國軍人操縱。1990~1992年法國進口5架,編號爲E-3FSDA。1986年英國政府決定停止發展自己的“獵迷”預警機,轉向美國訂購7架E-3,1990~1991年交貨,編號爲E-3DAEWMK1。E-3系列預警機共生産68架,1992年停産。1992年日本不滿足于E-2C機,向美國要求訂購4架E-3級的預警機。美國于1993年同意由波音公司用波音767客機改裝成E-767。機內任務電子系統與E-3改進型相同。由于767有更大的載重(171噸)和機艙容積,因此可增加任務電子作戰人員(由E-3的14人增至18人)和相應的顯控臺。續航時間亦增加了,能在基地1,600千米外巡邏7小時。
英國的預警機的發展
英國是雷達科技和工業上的強國,在60年代亦開始研究自己的預警機系統。英國科技專家對預警機與雷達方案上有其獨創性的設想。例如,他們主張雷達天線分兩個安裝在機頭與機尾天線罩內,各自掃描180°,不受機身的任何阻擋。又如對雷達本身他們曾主張用間隔調頻連續波(FMICW)體制來探測強雜波中的目標信號。這種技術在電路上比PD雷達技術要簡單。在當時只有模擬電子器件的條件下,在系統成本上與可靠性上有顯著優點。
1966年選定載機,采用由英國航空航天公司(BAe)制造的噴氣式民航機“彗星”(Comet)型爲基礎改進成的反潛巡邏機“(Nimrod)MR.2。”1968年開始調用一架彗星機作試驗平臺。到1971年,世界電子技術,特別是半導體、微電子技術與數字技術的發展,使預警機雷達體制方案不再對FMICW有利,經過1年時間的爭論,1972年英國專家亦認爲PD雷達體制更適宜于預警機遠程雷達。“獵迷”預警機方案也決定采用PD雷達。英國防部與英航空航天公司及馬可尼(GEC-Marconi)公司簽合同,由前者改裝飛機,後者研制雷達和承擔任務電子系統的總體配套。
1977年彗星試驗機改裝完成並進行初步檢飛,結果是令人鼓舞的。軍方認爲按1974年與研制方確定的系統方案是有希望可以達到它提出的戰術技術要求。因此同年英國防部決定投資上述兩家公司研制7架預警機,編號爲“獵迷AEW.3”。彗星試驗機繼續進行飛行試驗至1982年。
英國軍方對預警機系統的戰術技術要求是較高的。除探測距離較小(250千米)外,它要求有E-2C的良好海上搜索能力和電子偵察(ESM)能力,亦要求有E-3A的三坐標定位功能和高分辨力,並且在陸地上空亦能下視探測低空飛行目標。由于獵迷機的最大起飛重量只有波音-707-320的約一半(80.5噸),機內不能多載任務操縱員,因此軍方一開始就要求系統能自動起始和跟蹤目標航迹,最大達400批。
獵迷預警機的技術方案是在70年代初制定的。它可以利用當時已出現的電子新技術,因此方案是較先進的。
例如,S波段平均功率10kW的雷達發射機,采用柵控功率行波管,體積和重量都比E-3A同一功率等級的速調管發射機要小得多。信號處理器采用大規劃集成電路和微處理機。中心計算機與雷達操作控制、信號顯示、故障自動檢測、導航計算等微處理機用總線連接,有較高的效能。整個雷達系統連同6個顯控臺總重量約3,700千克。直徑3米、長度5米多的頭尾天線罩各重約400千克。這些在當時都屬很先進指標。曾被認爲是一個技術難點的前後天線發射功率轉換開關,馬可尼公司亦解決得很漂亮:損耗低(小于0.2dB)和壽命長(大于10萬次轉換)。
獵迷AEW.3預警機翼展爲35.1米,機身長42米,直徑3米,屬細長形。因此機內布局是前部操作艙內導航席、通信控制臺與6個雷達顯控臺排成一列,面向左側。中部電子艙內兩側安裝雷達發射機,信號處理器、數據處理器、其他任務電子設備和冷卻設備。後艙是小型的乘員休息室與廚房。獵迷機的飛行高度與速度與E-3A相當,續航時間稍低,可保證在基地1,100千米外巡邏7小時。值班乘員包括飛行組4人、任務指揮員1人和操縱員5個。另外,還可以加乘少量備份人員供替換。
1982年3架獵迷機改裝完成,其中2架有任務電子設備。此後即進行長時期的檢飛試驗。從1982年至1985年飛行試驗140余次,超過1 000小時,飛行地區主要在北海與英國上空,1982年馬島戰爭後,亦曾在南大西洋試飛,並試驗空中加油。1985年11套雷達與顯控分系統已生産出來。
在獵迷預警機研制過程中,英國政府中存在不同看法。早在1974年,美國就派E-3A樣機飛到歐洲來試驗和演示,並向北約推銷。北約部長會議經過多年討論,終于在1978年底決定訂購E-3A預警機。英國是否亦采用E-3機還是獨立發展自己的預警機系統也激起了爭論。
獵迷樣機檢飛的紀錄表明:該系統設計上存在兩個缺陷:①是它采用中重複頻率PD雷達體制,能探測到相對速度較低的目標,最低速爲72千米/小時。這本來是一個優點,易于探測到尾追敵機和不丟失機動側飛目標。但是60年代建成的英國和歐洲大陸上很多高速公路,有大量高速汽車能超過這一速度門限,構成了該雷達在陸上下視時的主要虛警來源。這些虛警使雷達無法進行航迹的正確互聯,亦即它在陸上難以識別和跟蹤低空飛機。②是它的發射機可靠性設計不良,平均故障間隔只有17小時,無法保證系統的任務可靠度。另外,對載機容積狹窄,任務人員工作、休息條件差亦引起使用方不滿,盡管載機選型是10年前軍方確定的。
在這種情況下爭論的優勢開始倒向購進E-3A這一邊。特別是美國提出補償訂貨優惠方案,即如英國以15億美元購買6架E-3A,則美國可向英國訂購20億美元(另一說爲30億)的産品作爲補償。這使英國朝野除研制獵迷機的馬可尼和英航兩家公司外,都逐漸改變態度。雖然到1985年底英國已開發本國的預警機系統上投資總數達9億英鎊,民間智囊集團——倫敦國際戰略研究所,撰文認爲,由英國投資開發,又只生産12架預警機“是走堅持自己生産的荒謬道路”。
但馬可尼公司,奮發改進。它針對陸上下視的虛警問題,在1985—1986年改換了雷達天線,使之具有更低的旁瓣電平,又在信號處理分系統中加入一特殊的“地面動目標濾除電路”。這一電路很有效,基本上可消除地面動目標虛警。對發射機亦提出了改進方案,改進了的發射機可提高平均故障間隔到175小時。它組織改進後的獵迷機在北海和歐洲大陸上的檢飛。其中有在法國東南部山區上空觀察阿爾卑斯山區飛行目標的成功紀錄。它請國際上知名雷達專家以“獨立專家小組”的名義參加檢飛,觀察目標發現和跟蹤情況。獨立專家小組的評審報告認爲該系統已達到了軍方的戰術技術指標。但是爲時已晚,1986年12月18日正當獵迷還在作最後一次試驗飛行時,傳來了英政府的決定,停止獵迷預警機系統計劃,轉向美國訂購E-3A預警機。
前蘇聯的預警機系統
前蘇聯在與西方軍備競賽中亦努力發展預警機。1958年至1964年執行代號“列亞娜”(Liana)的計劃,研制L波段的機載遠程探測雷達。載機選用大型民航機圖-114D。
圖-114D有4個12,000有效馬力的渦輪旋槳發動機,起飛全重175噸,略大于707—320B。機身容積與707-320B相當。因此,圖-114D改裝後適宜用作預警與控制機,改裝後的編號爲圖-126。
圖-126的雷達天線旋罩與E-3相似,安裝在機背中後部。旋罩直徑ll米,高2米。雷達發射機輸出峰值功率2MW,脈沖寬度4ps,重複頻率300Hz(可跳變)。雷達的雜波濾除仍采用50年代“拉瑪”計劃中試驗過的外相參動目標技術。與早期的E-2預警機雷達相當,這種技術只能保證在海上有遠程探測低空飛機的能力。從雷達平均功率和天線面積可估計其探測小型作戰飛機最大距離不低于300千米。
1969年前蘇聯首次對外公開這一機型的照片。70年代裝備了約10架。西方新聞媒介曾報導,1971年該機被派往支援印度,監視巴基斯坦的空軍活動。但由于該機沒有陸上下視能力,此消息的可信度不足。
與美國空軍的“陸地上空雷達”計劃相對應,前蘇聯亦在1960—1980年間對地/海面的雜波特性和雷達新技術、新器件作了理論研究與實驗工作,爲研制預警機PD雷達打好技術基礎。
與E-3相當的PD雷達預警機系統于80年代初研制成功,編號爲A-5。A-50的載機選用伊爾-76運輸機改裝後的A-50機起飛全重190噸,載油65噸,在9,000~10,000米高度上,巡航速度爲700~760千米/小時,續航力7.5小時,在離基地1,000千米處可巡邏4小時,還可接受空中加油以延長續航時間。A-50亦在機背中後部安裝天線旋罩。旋罩直徑10.2米、高2米。
A-50的雷達與E-3A的APY-1/2有多處相似。它亦采用S波段速調管作功率輸出的發射機,平行開槽波導堆疊成的平面天線,高重複頻率PD體制等。其不同處是:天線有較大口徑(9.4米長×1.8米高),發射機有較大的平均功率(20kW)。但天線的旁瓣電平稍高。特別是主瓣附近10°以內的旁瓣有-24~30dB;天線仰角上沒有相位掃描控制,只有機電穩定電臺;爲了保證仰角上有足夠的探測範圍,天線仰角波束由3個4.2°波束堆積合成。信號處理電路與數據處理計算機都還采用小規模集成電種,元件數多,體積大,可靠性低。由于這些技術上的限制,A-50雷達總體性能上不及E-3系列。例如陸上下視小型戰鬥機的最大探測距離約230千米,最大跟蹤目標批數爲50,測高精度爲距離的1%。
A-50沒有電子偵察系統,但有電子自衛系統包括雷達告警分系統,X波段與C波段的有源電子幹擾機,還有裝在機頭和機尾兩側的幹擾箔條與紅外彈投射器。
A-50機內布置很擁擠,駕駛艙後的前艙內左右兩側有8個顯控臺,分別供任務指揮員、6名雷達操縱員及1名雷達工程師使用。另外通信工程師和信息工程師各有一個控制席位。在顯控臺與控制席的上面與艙後部安裝了4個電子計算機、12個UHF與HF電臺,雷達信號處理分系統、有源電子幹擾分系統、低壓電源機櫃等,擠滿了機艙空間。後艙較小,裏面主要是雷達發射機、微波接收機、IFF詢問機和冷卻系統設備,還有一套與E-3A的TADIL-C相對應的S波段定向發射引導數據鏈。後者的天線也是與IFF詢機天線一起裝在雷達天線背面。擁擠的機艙內沒有乘員休息室,亦不能加乘輪換作戰人員。任務電子系統(俄國人稱之爲“無線電綜合體”)的供電由機身左側攜帶的輔助發電機組(APU)給出。該APU有強大的供電能力——4X120kVA,但它的渦輪發動機産生巨大噪聲,使機艙內的總噪聲水平達80dB以上,加重了乘員環境的艱苦性。
1986年起A-50預警機裝備到前蘇聯空軍與防空軍,替代了圖-126。A-50共生産約30架。1990年蘇聯解體後,它們歸屬俄國。
前蘇聯亦曾研制過艦載預警機系統。它是用運輸機安-72(更新型稱安-74)作載機,在其加強的巨大垂直尾翼頂上加裝了一個扁圓形旋罩雷達天線。此機前蘇聯的編號爲安-71,西方國家情報單位命名的代號爲“狂妄人”(Madcap)。安-72是全重27.5-34.5噸(按不同起飛滑跑距離)的短距起降小型運輸機。機長28.02米,翼展31.89米,有較大的機身直徑:3.10r米,與較寬敞的艙體容積:10.5米長、2.15米寬、2.2米高;載荷5噸時可續航2,000千米以上。兩臺D-36渦輪風扇發動機推力大于30噸,使它能在高10,000m高度上巡航,巡航速度爲500~600千米/小時,並且起降距離較短。這些性能因素表明它適應于改裝成艦載預警機系統。據西方情報分析,認爲它是爲“庫茲涅佐夫”號航空母艦研制的。
小型預警機的發展
費爾康預警機(PHALCON-AEW)。
埃裏眼(Erieye)預警機
前面敘述的幾種現代預警機系統都需有很高的研制成本。美國出口的E-2C機,每架(連同其後勤支援)售價在0.5~1億美元/架,E-3A則更貴爲1.5~2億美元/架。這些預警機的維護使用費用亦很高,如E-3A,飛行1小時的費用平均爲7,000美元。因此除資金雄厚的國家外,一般都購買不起,也“養”(使用、維護)不起。而作爲空、海軍一個不可缺少的機種,需求又都感迫切。在此情況下,80年代中,英美一些電子和航空公司提出了幾種小型預警機方案,尋求買主。它們推銷宣傳的中心點是價格很低,但仍能完成預警和控制的一定功能,不但小國家可裝備,大國亦可用來作爲大型預警機的補充。
這些方案的特點是用小型運輸機作載機,用X波段的機載PD制搜索或火控雷達改造成爲預警搜索雷達。在這些方案中,真正研制出樣機,經過檢飛考核,參加了國際航空展覽,並有希望得到訂貨的是英國桑-依瑪(Thorn EMl)公司與P.B.諾曼(Pilatus BrittenNorman)公司合作推出的“保衛者”(Defender)預警機。
“保衛者”預警機的雷達由桑-依瑪公司用X波段機載對海搜索雷達改造而成。用炭纖維作的天線反射面口徑爲1.37米寬×0.86米高。天線按低旁瓣要求設計。方位波束寬1.7度,仰角波束寬2.65o。旁瓣電平在主瓣近區-25~-32dB,遠區-40dB。發射機用柵控行波管爲功率輸出管,平均功率500W。脈沖重複頻率有中與低兩種,前者用于在地雜波中探測飛行目標,後者用于仰視探測或用于海上探測船只或飛機。載機是由P.B.諾曼公司的“島民”(1slander)機(軍用型稱“保衛者”)改裝。該機作運輸機時起飛重僅3.18噸。改裝時加固機翼,增大起飛重量到3.63噸。機頭加裝一個橢圓球形天線罩,內裝天線與掃描、穩定機構。由于機身阻擋,天線圓周掃描時,後向90°是盲區。
載機長11米,翼展15米。機艙容積3.05米×l.09米×l.29米。只能容納兩個飛行員席和兩個雷達顯控臺,主顯控臺下半部安裝了信號處理器與數據處理及引導計算微機。載機巡航高度2,100~3,000米,不需氣密艙,巡航速265~280千米/小時。任務電子系統除雷達外,還包括:UHF電臺、簡化型電子偵察設備與精密慣導,總重量740千克。如乘載1個飛行員與2個雷達操縱員,則只能帶燃油450千克,續航時間約4小時。
桑-依瑪公司選用“島民”機,是表明它的預警任務電子系統可裝在這種很輕型民航機上。如選用其他載量較大飛機,則續航時間可增大,顯控臺與操縱員亦可增多。例如選用德國多尼爾輕型機128-2,則同樣的設備與乘員,可續航8小時。若裝在英國民航機BAeHS748上,則可在機頭、機尾各裝一套雷達。覆蓋360°方位,並可有4個操縱顯控臺,8個乘員,續航5小時。
桑-依瑪的雷達,由于發射功率與天線口徑都較小,用正常掃描周期(6轉/分),探測小型飛機的距離約120千米。要增大探測距離,只能縮小掃描角範圍或降低數據率。且因天線仰角波束窄,僅能搜索有限的空域高度。另外,X波段受氣象影響大,在雨天與霧天,電波傳輸衰減可使探測距離嚴重下降。因此“保衛者”預警機的功能是低水平的。其唯一吸引人的特色是售價與運轉費用都只有美國兩種預警機的1/10~1/20。
“保衛者”預警機曾于1986年的英國國際航空展覽會上展出爲了參與競爭,美國西屋公司亦將它原來爲F-16戰鬥機配套的多功能機載雷達APG-66改造成爲小型預警機雷達。1991年西屋公司也將此雷達裝在“保衛者”輕型機上演示與推銷。
相控陣雷達預警機的發展
80年代以來有源相控陣雷達技術走向成熟。這種雷達以其掃描波束的高靈活性、系統的高可靠性和高效率等優點稱著。因此雷達專家們預測這種雷達將成爲新一代(或稱第三代)預警機系統的多功能探測設備。但在機載條件下采用這種雷達在系統工程上還有不少難點待解決。
所以進入90年代,雖然出現過很多方案和設想,但真正作出預警機有源相控陣雷達系統,經過檢飛考核的,還只有兩個型號。這兩個型號的功能還不強,應該說它們是處在發展的初級階段。
第1個型號是由以色列航空工業公司(IAI)研制的。由該公司下屬的埃爾塔(ELTA)電子公司研制有源相控陣雷達。以航公司在80年代中期就開始向外宣傳它的“第三代預警機”方案。稱之爲“法爾康預警機”(PHALCON-AEW)。它是相控L波段共形陣預警機(PHased Array L-band CONformal AEW)的縮寫。
法爾康預警機的方案是:采用波音707機作載機。在其機身兩側前後各加一長方形平面相控陣天線,天線口徑前側爲10米寬×2米高,後側爲6.7米寬×2米高。在平面天線外加一玻璃鋼整流罩,使天線陣與機身基本上“共形”(意即外形相符)。機頭天線爲圓形平面陣,直徑2.9米,裝在一個圓球形天線罩內。機尾下部亦加裝一個小天線陣。設想用喇叭陣,外面有扁平天線罩。
法爾康預警機的發射接收系統采用固體化發射/接收模塊(簡稱T/R模塊)。每一模塊內包含晶體管驅動級和功率輸出級、環行器、接收高頻放大器、幅度加權級(即衰減器)與移相器,是一個混合集成電路,輸出平均功率4瓦。8個T/R模塊組合成1個T/R單元,有共用的機盒和冷卻散熱管道。有源相控陣天線本來要求陣面上每個(或一組)天線振子都連接一個T/R模塊。
在法爾康系統中則爲了降低雷達的成本、重量和耗電,全機184個T/R單元中僅80個固定連接在天線陣的中部各振子組(2個爲1組)上;其余T/R模塊則經高頻功率開關與各陣面輪流連接。所以雷達通常還是用360度圓周掃描方式進行搜索。雷達對5平方米2目標機的最大探測距離是360千米。
相控陣雷達波束的靈活性優點表現在:
1.發現可疑信號後波束可立即相控回掃過去進行認證,確定是噪聲還是目標信號。如是前者即放棄之,繼續向前掃描搜索,如是後者則可起始目標航迹。這種回掃認證在0.1秒內可完成,而機械旋轉掃描的雷達則要等到一個掃描周期(通常是10秒)之後才能再次觀察此信號;
2.在正常全方位搜索的同時,可對重點目標進行“全跟蹤”,即對這些目標提高探測數據率到4~5秒/次,並增大雷達波束對目標的照射時間。這樣可對機動目標保持跟蹤,並提高測量精度;
3.對重點區域可進行慢掃描以增大探測距離。
如在機側左右70o範圍內以15秒/次的周期搜索,可增大探測距離約30%。法爾康預警機的任務電子系統中除雷達和顯控臺外,還包括電子偵察分系統、通信偵察分系統、通信分系統與導航分系統等。這些分系統都可采用80年代的新技術成果來提升性能。
但是最終法爾康系統方案未能實現。1989年起以航公司獲得智利的合同,開始研制一種簡化的預警機系統。這一系統代號爲“神鷹”(Condor)。1993年初完成系統綜合,開始檢飛,1993年又飛往法國,參加巴黎國際航展,1995年初交付智利空軍。
神鷹預警機與法爾康方案的不同點在于:
①只在機身前部兩側和機頭安裝雷達天線陣面。掃描範圍260o,機尾向有100o是盲區;
②3個雷達天線平面陣都是由垂直的行波天線平列組成。每l列行波天線與1個T/R模塊連接。機側天線有96列,機頭天線有64列,分別連接12個和8個T/R單元。全機共有T/R單元32個(或T/R模塊256個)。天線陣的波束掃描,方位上由T/R模塊的相位控制;仰角上由雷達載頻變化來控制。因此,相位控制點數與T/R單元數比法爾康方案要少近一個數量級;
③方位上用單脈沖技術測角,仰角上不作角測量。該系統屬二坐標雷達。
據測試,神鷹預警機對5米2目標機的探測作用距離約爲法爾康方案的64%。由于任務電子設備總重較小(約10噸)。神鷹預警機可續航11.9小時。
第2個型號是瑞典愛立信(Ericsson)公司承包研制的“埃裏眼”(Erieye)預警機。該機的特點是將一平衡木形的天線與天線罩裝在小型民航機(或稱通勤機)米德羅Ⅲ(Metr。Ⅲ)的機背上這種背鰭式天線是一個創新。
瑞典國防部根據其國家的防禦作戰思想,認爲它們的預警機主要是用于在國境線內巡邏,提前發現境外有入侵意圖的敵機,及時報知防空指揮系統,由後者指揮和控制防空兵力。對預警機的載機要求是小型機,其目的一方面是爲了節省購置費和維護使用費,另一方面在國內巡邏不要求遠離基地,允許減少續航時間。並且在戰時小型機能在公路上起降,可提高生存能力。
小型載機和遠距離監視這兩個有矛盾的要求,在背鰭式有源相控陣天線方案中得到了較好解決。背鰭式天線罩長9.7米,高0.8米,前端有一個冷卻系統的沖壓空氣入口,內部有一個8米長×0.6米高的S波段相控陣天線。每面有178(水平向)×12(垂直向)個天線振子。兩個面之間安裝192個固體化的發射/接收模塊,每一模塊與8個天線振子連接,其平均發射功率爲15W。模塊內部含電子開關可受控與左面或右面天線陣相連。因此每一面相控陣在有源時平均發射總功率約3kW。
這一發射功率及天線面積如與E一3A相應參數比較,可推算出此雷達探測距離約爲E一3A的70%。但整個“平衡木”(天線罩與罩內設備)的重量僅800千克。
載機內除雷達信號處理器與數據處理器外只裝一個顯控臺。由一名雷達操縱員將雷達探測到目標的數據通過無線數據鏈傳送到地面防空指揮所。挂在機腹下的輔助電源吊艙(APUT-62T)輸出功率爲60kVA,供雷達等用。
除“平衡木”外,任務電子設備總重700千克。因此,起飛總重僅7.85t的MetroⅢ小型機可以承載預警任務電子系統和一個雷達操縱員,在7,000~7,500米高度上經濟航速270~300千米/小時,能在離基地185千米外,值勤4~6小時。
瑞典國防器材管理局于1982年開始向美國仙童(Fairchild)航空公司提出改裝該公司MetroⅢ型機的設想。
MetroⅢ機本身長18.09米,翼展17.37米。在機背上加裝長條“平衡木”後,飛行阻力增加很小。爲克服其對尾部氣流擾動與對側向操縱性的負影響機尾垂直舵面加大,並增加兩個小垂直安定面。
1987年樣機交付瑞典,由愛立信公司加裝它研制的雷達PS-890(新編號爲FSR-890),並承包系統總體。1988年曾將樣機在英國國際航空展覽中展出。1991~1992年系統檢飛考核,表明在飛行高度7,000米時,典型的作用距離爲:對大型機300千米,對小型戰鬥機200千米,對巡航導彈l00千米,達到了瑞典空軍的要求。
1992年底瑞典國防器材局向愛立信公司訂購6架埃裏眼預警機,但載機改爲瑞典薩伯(Saab)公司生産的Saab-340型機。Saab-340較MetroⅢ大。機身長19.73米,翼展21.44米,起飛總重12.93噸。因此可裝4個雷達顯控臺與相應操作員。
由Saab-340改裝的埃裏眼預警機飛行高度7,500~8,000米,巡航速度450~470千米/小時,可在離基地185千米處,值勤7~ 9小時。並且增加顯控席位和通信設備後,它基本具備了控制、引導己方飛機的功能。
因此瑞典現在對埃裏眼預警機設想有兩種配套方案:
①是空中監視,地面控制(Airborne Surveillance,Ground Control---ASGC)
②是空中監視,空中控制(Airborne Surveillance,Airborne Control——ASAC)。
但應指出,埃裏眼雷達陣面波束(波束方位寬1°,仰角寬10°)在方位上相控掃描 ±60°,只能對機身兩側各搜索120°,機首與機尾方向各有60°盲區。波束在仰角上不相控掃描。雷達對目標不測定其仰角或高度,屬二坐標體制。可見此雷達的搜索、控制功能是有局限性的。
愛立信公司在1996~1998年向瑞典空軍交付6架預警機。此外它又與荷蘭福克(Fokker)飛機公司協議,准備在FOKKER 50民航機上安裝埃裏眼背鰭天線雷達,定名爲王鳥(King Bird)MK2E。
Fokker 50機比Saab 340更大。該機長25.25米,翼展29米,起飛重量21噸。機艙內可載更多任務電子設備(如電子偵察分系統)和操作人員。飛行高度7,600米,巡航速度480千米/小時,可在離基地556千米處,值勤8小時。
1996年,愛立信公司又和美國洛克希德—馬丁公司協議,將C-130運輸機作爲載機加裝埃裏眼雷達的新預警機系統。
http://www.armsky.com/army/Class48/200505/1795.html