王小谟院士解读下一代预警机

1 王小谟院士解读下一代预警机 王小谟，著名雷达专家，我国现代预警机事业的奠基人之一，为我国的监视 雷达和预警机步入国际先进行列做出了重大贡献，1995年当选为中国院院士 现任工业和信息化部电子科技委副主任、中国电子科技集团公司科技委副主任、 空军顾问、国防科工委专家咨询委委员。 王院士主持设计的 JY－8雷达，是国内首次在雷达中采用小规模集成电路 和小型计算机，是我国第一部数字化、集成化和自动化的引导雷达，填补了国内 空白， 王院士主持设计的 JY－9雷达，是我国第一部高低空兼顾的监视雷达， 也是国际上公认的优秀雷达，为此分别于1985年和1995年两次获国家科技进步一 等 奖。20)世纪80年代末期，王院士开始从事预警机系统的研制，为之制定、 促进立项、协调技术、谋划发展他提出了我国预警机系列化发展的总体思路，构 建了我国预警机发展的谱系，为此分别于2002年和2006年两次荣获国防科学技术 一等奖，2008年获国防科学技术特等奖。 不能用雷达为预警机划代 预警机开始于雷达升空，主要用来探测低空目标，因此，人们常常以雷达 的技术特征作为预警机划代的主要依据，认为预警机就是飞机加雷达，现代战争 中，预警 机不仅仅依靠雷达执行探测功能，更要担负起整个战场的管理功能， 雷达只是预警机配备的众多耳目中的一种，其作用必须在构成预警机的全系统中 才能充分体现， 随着电子技术的发展，现在的预警机已不仅仅是雷达升空，通 2 信和网络也相继升空，预警机作为战场的枢纽，必须融入到一个更大的体系中， 充分发挥各种功能，作 用才会与日俱增。因此，需要淡化雷达在预警机中的地 位，更多地从体系的角度去看待预警机的发展。实际上，一个国家一旦装备了预 警机，更多地意味着必须以预 警机带动整个作战体系的变革，包括战斗机的升 级改造、数据链和网络的构建、地面指挥所的升级、作战样式和理念的更新，甚 至包括训练方式的变化等等。 迄今为止，预警机的发展经历了三代产品。简单地说：第一代预警机可以 认为是“载机+雷达”：第二代预警机可以认为是“载机+雷达+通信+指挥引 导”；20世纪90年代至今正在发展的下一代预警机，则是“载机+多传感器+网络 +战场管理”。在具备“网络化、多元化、一体化、轻型化”这些技术特征的 同 时，开始构建基于预警机的信息化作战体系，并成为其核心力量。 网络化 网络化是指预警机在网络体系中完成作战功能，担负“网络中心战”的核 心枢纽作用。预警机将快速地融合整个网络内的多个天基、空基和陆基的各种雷 达或侦察 情报数据，并将自动化处理自身和外部传感器获取的目标数据，形成 动态、三维的作战空间态势图，使整个网络的所有作战单元都能看到一幅“共用 的、统一的、单 一的战场图像”，及时为指挥员提供目标指示信息，有效控制 目标，以更快的速度发出打击目标的指令。 预警机在高数据传输系统中也扮演战术中枢骨 干网络的角色。目前的16号 3 数据链是静态网络，要事先规划好每个作战单元的使用权限，战场情况变化后不 能自行调整，数据传输率较低，难以满足高速机动平台 的实时应用要求。因此 需要建立基于 IP的网络通信体制，满足各成员之间的互操作需求。 美军正在推出的 TYNT(战术瞄准网络技术)新型网络， 是下一代预警机网络 化特征的首要标志，已于2008年7月在 E-3A预警机中的 Block40／45改进计划中 得到验证。这种网络基于 IP 体制，无中心组网(Ad hoe)，在没有进行网络规划 的情况下，网络重组时间不大于5秒，网络延迟小于2毫秒，带宽高达2Mbps，网 络吞吐量200个用户10秒，平台最大允许 工作速度为8马赫。 第二个标志是美军大力开发网络中心协同瞄准系统(NCCT)，它是美空军情报 侦察系统的中枢神经。NCCT是传感器平台上 通用开放的网络应用软件，综合了 包括预警机、“联合星”对地监视飞机、RC-135侦察机、陆军的“护栏”系统、 太空系统、U-2侦察机、分布式通用地面 系统以及空中作战中心等在内的不同作 战平台，并和海军的 CEC(协同作战设备)集成，建立了一个机一机网络。在当前 不兼容的多情报源的情况下，形成一个协 同组，建立成一个虚拟平台。NCCT提 高了作战中侦察监视信息响应能力和效用，可促成实时目标瞄准和任务规划，通 过多传感器协同，可达成有效的精确交战和 电子攻击目的。 NCCT 于1998年提 出。2004年开始试飞，2009年被确定为正式装备。 网络化特征的第三个标志是应用“非协同式数字 化敌我识别系统 (u—CIFF)”它不依靠询问和应答的交互，己方将直接判定目标。工作时把探测 到的目标特征输入电脑，与事先预存的有关于目标的一些数据 信息进行对照， 初步判定目标性质，再与数字化信息网作信息交换，查阅“战况系统”，做 出“敌我”性质的二次识别。“战况报告系统”就是通过遥测卫星和 各种探测 手段以及作战计划，将覆盖范围内的目标信息，实时标在以“代码”为标志的数 字化地图上。数字化敌我识别系统由于采用了“非协同”技术，其被截获率 几 乎为零，同时与数字化通信网、数字化地图、武器火控系统“联动”，识别实时、 准确和可靠，大大提高了火力的反应速度。 美军通过 TINT、NCCT 和 UCIFF 系统，初步完成信息向情报的转换，实现了 战场管理，自动统一态势和数据共享，大幅缩短了打击链的时间，增强了对巡航 导弹等时敏目标和战术弹道导弹的防御能力。 4 多元化 多元化将扩展预警机的功能，实现多传感器综合，提升预警机探测性能。 它需要利用各种探测手段提高对巡航导弹和隐身飞机等小目标的探测能力、精确 跟踪能 力，并加强无源探测、定位、识别和对地侦察能力，做好 IFF、雷达、 光电探测和地面探测系统的情报综合，形成可应用的情报，并使得预警机和作战 体系内部各 成员共同完成目标的发现、识别、决策、打击和评估过程。 多元化在第三代预警机的发展期间，将继续推进第二代已经形成的产品种类 多样化特征，将考虑不同兵种的需要，军用和民用以及反恐的需要，预警机基地 形式(陆基、舰基)需要，购买能力及开发周期的需要等等，促成了产品种类的多 样化，甚至系列化。 5 一体化 随着电子技术的发展，预警机一体化的趋势越来越明显。首先体现在机身 与天线一体化，通过共形天线将天线做得与机身面外形一致，可以将安装天线 后对飞机 气动性能的影响降到最小，同时又能更充分地利用机身表面的空间增 加天线面积。其次是射频一体化。宽带器件技术的发展突破了传统天线性能受限 于工作波长的限 制，使得同一个天线能在非常宽的波长范围内工作，雷达、通 信或侦察等需要工作在不同波段的电子系统可以通过一个天线工作第三是处理 一体化。现在预警机上有 服务器、工作站、为各个系统(如雷达、通信、侦察) 服务的计算机，随着计算机技术的进步，将来在预警机上，功能强大的综合核心 处理机能够把以前的任务计算 机、武器控制计算机、信号处理机和其它控制各 自设备的计算机的功能集于一身天线的公用、共形以及设备量的减少，将极大地 改善加装任务系统对载机的气动性能 和续航时间等多方面的影响。 预警机一体化的另一个重要思路是将对地侦察和对空警戒结合起来，美军的 做法是将 E-8和 E-3结合，形成 E-10 “多传感器指挥控制”飞机，但前后历经 10余年时间未能装备。想要实现这种思路，目前在技术上已不再困难，只要解决 好不同使用部门(空军和陆军部队)的任 务分割，形成统一的最终用户要求，就 有望继续推进。 6 轻型化 随着预警机的重要性和频繁使用，迫切需要降低预警机的造价和使用费， 增加航时、减小载机是未来发展的趋势。“轻型化”的技术基础之一是，预警机 融合入宽 带网络后，机上机下的信息完全对等相同，机上操作和指挥人员可大 幅减少，甚至无人。二是电子技术的密度按摩尔定律发展，设备的体积重量不断 下降，系统的综 合程度大大提高。三是天线共形可解决天线面积和载机气动的 矛盾，小载机大距离成为可能。四是通过充分利用地面资源，进一步减少机上的 设备量。 预警机轻型化的特征，使得预警机的重量从百吨级减少至几十吨级甚至十几 吨级，造价从几十亿减少至十几亿甚至几亿，续航时间从几小时增加至十几小时 甚至几十小时，都变成可能。 7 代表作 下一代预警机“网络化、一体化、多元化、轻型化”的特征，使得预警机能 够大幅度地减少设备量和乘员，甚至可以使预警机变成无人机。它有两种主要代 表机型，一种是以色列“海雕”，一种是美国 E-2D。 2008年7月，开发“海雕”预警机(以“湾流”550公务机为载机。采用共形 天线)的以色列飞机工业公司表示，这是第三代空中预警系统，也是无人预警 系 统问世之前，该公司推出的最后一代有人预警机。“海雕”预警机采用了双波段 雷达系统，L波段作为基本雷达，s波段小天线、增益高。IFF天线集成在雷达 天 线上。双波段雷达提高了灵活性和抗干扰能力，并实现了360°覆盖。它采用两 维相扫，即使在山区环境，对小型战斗机的探测距离仍然大于360 千米。 “海雕”预警机虽然载机小(最大起飞重量41吨)，但可以工作在15000米高 度上，它爬升快，起飞10分钟后就能达到10000米，达到完全工作状 态。而且续 航时间长，真正实现10小时空中工作。同时还具备空中加油能力，两架就能保持 24小时连续工作。“海雕”预警机具有强大的通信系统，既可有人操 作，也可 无人操作。 除“海雕”预警机以外，“先进鹰眼”E-2D 预警机是美国海军正在研制的 下一代预警机，预计2011年服役。从气动外形上 看，E-2D在很大程度上保持着 原有的布局，但随着新型螺旋桨投入应用、嵌入式卫星天线的日渐成熟和加装空 中加油设备等改进措施的逐步实施，其总体飞行性 能将会得到显著提高。E-2D 换装了 NP2000螺旋桨。此前，E-2C预警机上的4叶螺旋桨采用机械控制，钢制桨 叶，而 NP2000螺旋桨为8叶，采用 数字化控制，桨叶为复合材料。相比之下， 新型螺旋桨不仅振动更小、噪声更低，而且减少了零件数目，降低了维修费用。 在 E-2D 预警机上，原先位于旋转天线罩顶部的卫星通信天线将消失，改为 在飞机外蒙皮中安装嵌入式天线，从而减少了气动阻力，减轻了飞机重量，改善 了飞行性能。增加了空中加油能力是 E-2D 的另一个显著特点，它使预警机空中 执勤时间增加一倍，达到8小时以上。 在提高飞行性能的基础上，E-2D 针对执行监视沿海和陆地任务的性能要 求，全面升级了任务电子系统，其中最重要的一个方面是继续实行已实施多年的 “雷达 现代化计划”E-2D 的雷达由 AN／APS-145型更换为 AN／APY-9型，采用 了机械扫描和相控阵扫描相结合的扫描方式，固态发射机和空时二维信号 处理 等新技术，在机械扫描过程中，对于重点区域或重点目标，E-2D 可以由机械扫 描方式转换为相控阵扫描方式，用多发射脉冲的方式拓展探测距离。通过雷达 改 进，E-2D 预警机的探测距离和监视目标数量几乎增加了一倍，在陆地上空以及 辽阔海面上方的更多杂波和更复杂的电磁干扰环境中，可以更好地探测到各种各 样的威胁。 为承担向整个航母编队提供有关导弹监视与跟踪信息的新任务，E-2D 预警 机将加装“红外搜索与跟踪监视系统”，将具备更强的地面或 水面威胁探测能 力，比任何现有的或计划中的同类产品探测距离更远、精度更高，成为海军战区 高空导弹防御的基础，可以完成海军对空和导弹的防御任务，特别是 对战区巡 航导弹和弹道导弹的防御。 E-2D 预警机装备了和 E-2C 一样的通信系统和数据链。但以协同作战能力 (CEC)为代表的新型通信，数 据链系统具有明显的网络功能，并提供前沿控制与 8 通信能力，是海军“部队网”体系或决策栅格的重要节点新型通信／数据链系统 可以在高空与海上军舰形成网络， 有效超越视距限制，相互分配各种不同作战 任务，并获得更广泛的战场态势画面，从而增加舰队的反应时间、通过新型通信 系统，可以将作战网络中各种平台的雷达 跟踪测量数据融合为一幅高质量的、 实时的态势画面，并分发到协同作战的军舰或飞机上，网络内的所有协同作战单 元就可以同时看到完整、正确的战场情况，并且 协同应对各种威胁。提供增强 的机载指挥控制和侦察能力，是美军“21世纪海上力量”构想的基础。 由于 E-2D预警机本身就是作为网络的一部分 而发展的，因此在研制之初， 最艰巨的问就是如何进行作战网络的连接。目前美国海军正在利用一架被称为 X-Hawk 的经过网络化改造的 E-2C 进行信息传 输试验，验证将自身战术数据通 过“平台到平台”的通信方式传递给其它作战平台的能力。 原载《兵器知识》2010年4期