預警指揮機升級改進影響因素及發(fā)展趨勢

張玉波

(中國電子科學研究院，北京 100041)

0 引 言

預警機誕生于第二次世界大戰(zhàn)后期。1945年3月，世界上第一種預警機美國海軍的TBM-3W正式服役[1]。以美國WF-1(又稱E-1B) 艦載預警機為代表的第一代預警機重點解決地面雷達升空和遠距離低空目標探測問題；以美國E2、E3系列和俄羅斯A-50為代表的第二代預警機，在提升探測性能和功能的同時，增加了空中指揮引導、數據傳輸、電子偵察和對抗等能力；以美國E-2D“高級鷹眼”為代表的第三代預警機，已經具備了“網絡化、多元化、一體化、輕型化”的技術特征。

1 國外預警機升級改進典例

預警機自誕生以來已經完成了三次更新換代，可以預見未來的下一代預警機將是以多傳感器+平臺+網絡+戰(zhàn)場管理這種形態(tài)出現[2]。但每代機之間存在多次技術改進，也就是所謂的升級改進或戰(zhàn)斗力提升。升級改進的主要原因是為應對不斷變化的作戰(zhàn)環(huán)境、作戰(zhàn)系統，其主要目的是提升現役預警機各項能力，使其保持一定的戰(zhàn)斗力。預警機的系統集成商根據其任務系統大型化、復雜化特點，將持續(xù)改進作為預警機的研發(fā)理念。美國諾格公司在過去幾十年的發(fā)展中，一直秉承漸進式發(fā)展理念(達爾文式)，E2多次改造完全因作戰(zhàn)需求變化和新技術的引入，以至于E2系列預警機的生命力越發(fā)旺盛[3]。俄羅斯和北約堅持同樣模式。下面分析幾例典型預警機升級改進歷程。

1.1 美國E-3系列預警機升級改進歷程

在經歷了10年的載機和任務系統的設計、試驗、開發(fā)等一些列研發(fā)程序后，首架E-3預警機于1977年交付美國空軍。E-3預警機升級改進主要歷程見表1。

表1 美國E-3系列預警機升級改進歷程

1.2 俄羅斯A-50系列預警機升級改進歷程

據不完全統計俄羅斯空軍至少裝備21架A-50系列預警機，改型機于70年代開始研制，1986 年交付。為適應作戰(zhàn)需要，俄羅斯對A-50型預警機不斷進行升級改進。俄羅斯A-50系列預警機升級改進歷程見表2。

表2 俄羅斯A-50系列預警機升級改進歷程

1.3 北約E-3A系列預警機升級改進歷程

北約E-3預警機是在1982年到1985年先后交付北約軍方使用的。交付后，北約組織根據需求不斷進行升級。北約組織E-3A系列預警機升級改進歷程見表3。

表3 北約組織E-3A系列預警機升級改進歷程

2 預警機升級改進影響因素

2.1 升級改進時間周期

美國E-3A型預警機雷達系統從預研到生產用時15年，花費15億美元；英國“獵迷”空中預警機用時12年，花費12億英鎊，宣布放棄研制計劃[4]。充分體現了預警機研制周期長，風險大的缺點。E-3A交付后，每5～7年升級一次，已經歷7次升級，預計2018年已升級至E-3；E-2C升級改進周期和E-3A一樣，已經歷8次升級，已升級至E-2D。

E-2D在軟件方面留存很多E-2C的軟件，僅新增代碼200萬行；硬件方面采用開放式電子體系結構，優(yōu)點是可以快速更換設備以及應用新技術。諾格公司建議E-2D未來單次升級改進周期控制在每18～24個月之間。因E-2D開放式電子體系的優(yōu)點，先進技術的嵌入可以快速跟新其硬件和軟件，不斷提高雷達、識別、平臺間通信等方面。

從E-2C升級次數、曾經升級周期及未來計劃升級周期分析，時間短已成為預警機升級改進影響因素之一。

2.2 升級改進經費需求

埃及空軍在1986、1987年共計裝備了5架E-2C“鷹眼”預警機，其型號為較早時候的E-2C Group 0型[5]。埃及空軍為保持其5架E-2C Group 0型預警機穩(wěn)定作戰(zhàn)能力，決定將其升級到“鷹眼”2000型預警機的技術標準，于是在1999年和格魯曼公司簽署了一份總價約1.38億美元的升級改進協議，折算后每架E-2C Group 0型升級費用為2760萬美元。

2013年，格魯曼公司和美國海軍簽定價值2.267億美元合同，對 75架E-2D預警機進行升級。升級項目包括預警機空中加油系統開發(fā)和制造，飛行控制系統軟件優(yōu)化，可視性和空間定位能力的編隊燈采用，視野開闊和減少疲勞功能飛行員座椅的換裝。升級后任務電子系統具有更好的監(jiān)視和目標定位能力，加油系統的升級更是提高任務執(zhí)行效率。如此多升級項目，折算后本次單架機升級價格為300萬美元左右，而美國海軍于2014年6月授出了一份價值36億美元25架E-2D的合同，折算后單機價值1.44億美元。對比可以看出，本次升級改進項目價格大約是整機單價的2%。

2014年10月，波音公司與日本簽訂價值2560萬美元合同，內容為升級4架E-767預警機控制系統、敵我識別系統、電子支援系統及數據鏈，折算單架機合660萬美元。

無論埃及E-2C Group 0型單架機升級2760萬美元，還是美國海軍E-2D型單架機升級300萬美元，以及日本E-767預警機單架機升級660萬美元，相對生產單架預警機幾億美元而言，經費成本同樣成為預警機升級改進影響因素之一。

2.3 升級改進成熟技術引進

作為戰(zhàn)場中樞神經的預警機，其任務電子系統升級改進必須同電子技術發(fā)展同步。載機不變的情況下如何升級、換代任務電子系統各項性能，各國基本均采用使用當前成熟的雷達體制、指揮控制系統、偵察和通信等方面的技術。

2007年5月，E-2C升級后的E-2D公開展示，洛克希德·馬丁公司的工程師介紹，采用新一代APY-9雷達(E-2D的核心設備)，配用ADS-18型天線罩，促使雷達信號的增益提高20個分貝，最終使雷達空域覆蓋范圍增大了3倍，同步大幅提升對小目標的探測能力。五角大樓設想的未來作戰(zhàn)場景需要航母載飛機來對抗越來越復雜的攻擊。這些攻擊包括更遠的海上、海岸和陸上密集雜波環(huán)境中體積更小的目標(有人機和巡航導彈等)。這種情況促使美國海軍采用新一代APY-9雷達。

當時APY-9雷達采用了很多經過驗證的成熟技術，包括獨特的機械掃描和電子掃描兩部分組成的天線，機械掃描對空域360°覆蓋，電子掃描在每次機械掃面之前對重點區(qū)域進行60°～90°的扇形搜索，天線全部工作在UHF波段，這個波段可以探測小目標同時能在遠距離有效消除海浪雜波；采用了第二代調頻技術，這個技術可以大大提高了雷達的接收靈敏度，使雷達覆蓋范圍基本上不受地球曲率的影響，可發(fā)現各種飛行目標(包括小目標)；雷達還交聯了一套數字式被動電子預警系統，這套包括數據鏈和無線電通信的系統與雷達一起能夠對目標精確識別和定位同時可以快速傳輸信息，有效地引導導彈攻擊目標。

2.4 現役預警機總結

北約在進行E-3中期現代化改進的首架機(N-1號)時，大約有20名來自北約機隊的任務操作員代表在北約開發(fā)實驗室(NDL)為波音研制的狀態(tài)顯示操縱臺和人機接口提供實時反饋。操作員在開發(fā)期間提供的實時反饋，對這項改型計劃平穩(wěn)過渡到初步飛機與鑒定(IOT&E)階段是很重要的。2004年，諾格公司與英國簽定了一份AWACS機群后勤支援的長期合同，該合同不但節(jié)約了E-3后勤預算，還是其至少再服役20個年頭。2014年3月，波音公司與澳大利亞簽定總價值8.13億美元的E-737“楔尾”預警機后勤保障服務的合同[6]；

無論是北約機隊的任務操作員參與開發(fā)，還是諾格和波音公司的預警機售后保障服務，除了可以保證預警機正常使用及可靠運行，最大的優(yōu)點在于可以實時監(jiān)測預警機狀態(tài)，廣泛搜集用戶意見和用戶需求信息，準確及時地反饋信息，對現役預警機進行總結，為預警機后續(xù)的升級改進做出正確的決策提供依據。

3 預警機升級改進發(fā)展趨勢

預警機升級改進是當前預警機保持戰(zhàn)斗力發(fā)展的必然趨勢，升級改進將向著以下幾個方面發(fā)展。

3.1 短周期小改動

1999年，波音公司防御和空間部和日本簽署價值0.587億美元的預警機升級改進合同[7]。升級對象為4架波音767型預警機，改進周期為一年，改進內容包括新增4副抗干擾全球定位(GPS)天線，4部GPS時間-日期接口設備，改進型敵我識別器(IFF)路由板，升級16部抗干擾的Have Quick無限電臺等設備。從該合同可以看出，一年4架預警機升級改進，平均每架機為期3個月，升級改進周期非常短。

根據合同內容，新增4副抗干擾全球定位(GPS)天線涉及安裝位置選取、天線線纜敷設、載機氣密性等工作內容；4部GPS時間-日期借口設備涉及單個設備內外部單一接口改動；改進型敵我識別器(IFF)路由板僅僅涉及設備內部板卡更換；升級16部抗干擾的Have Quick無限電臺涉及電臺潛入式軟件和模塊更換；本次升級改進相對于復雜龐大的任務系統而言，改動范圍及工作量相對很小。

新研型號預警機存在研制周期長，研制費用高，研制風險大。預警機保持任務電子系統先進性的周期大概是10年左右， 因此短周期小改動的升級改進模式是預警機保持戰(zhàn)斗的發(fā)展趨勢之一。

3.2 引入前沿成熟技術

2014年3月，美國蘭德公司發(fā)布了《美軍指揮和控制系統的快速采辦》報告，報告中建議E-3、E-8C型預警機升級換代應盡量采用有研究基礎且趨于成熟的技術，少量采用高風險的新技術，這樣可以快速地升級指揮和控制系統(C2)。

美國國防高級研究計劃局(DARPA)已經開展多項與預警指揮機相關的研究工作[8]。其中雷神公司研究的項目 “寬能帶隙半導體項目” 已取得多項成果，并在下一代氮化鎵(GaN)射頻半導體技術領域取得多項重大突破。氮化鎵(GaN)技術應用無論是在基礎材料、晶體管，還是T/R模塊和T/R多信道集成模塊(TRIMM)都已非常成熟，其制造程度(MRL)達到了8級，可以縮減成本75%，據稱該技術可以使美軍預警系統功能達到“改變游戲規(guī)則”級別。另外，“成像雷達先進掃描技術項目”、“經濟可承受的射頻多功能傳感器(ARMS)項目”等一些項目也在同步開始實施，帶來了一系列技術的突破，新技術推動美軍預警機升級改進項目的實施，可見美軍下一代預警機將是低成本、系列化、成熟技術和高性能的集成。

美國預警機升級改進的發(fā)展動向緊密跟蹤當前世界最先進的技術，其他擁有預警機國家亦是如此，前沿成熟技術的引入已成為預警機保持戰(zhàn)斗的發(fā)展趨勢之一。

3.3 延長服役時間

E-3 AWACS預警機在海灣戰(zhàn)爭和科索沃戰(zhàn)爭中出色的表現，使用各國政府再次意識到預警機在現代戰(zhàn)爭中重要的中樞地位，即使價格非常昂貴，也要研發(fā)或采購預警機來升級空中預警力量?；陬A警機戰(zhàn)爭地位重要和價格昂貴兩個特點，擁有預警機的國家不會讓現有預警機輕易退役，而是采用各種方式和技術延長預警機服役時間。

為適應未來戰(zhàn)爭的需要，美國海軍一直在實施E-2C預警機改進計劃，從E-2C型采用 AN/APS-145監(jiān)控雷達、加裝“聯合戰(zhàn)術信息分發(fā)系統”及改進T56-A-427型發(fā)動機等技術升級到E-2C2型，從E-2C2型采用雷聲公司的940型中央計算機、換裝先進的液冷系統等技術升級到E-2C2000 型，從E-2C型采用格魯曼公司研發(fā)的電掃描雷達和IRST監(jiān)視系統等技術升級到E-2C2005型，艦載E-2C型預警機不斷升級改進，使其服役時間可延續(xù)使用到2030年或更遠。同樣，擁有E-3型預警機的國家將雷達、通信等系統的升級作為重點升級項目，將希望E-3型預警機可以繼續(xù)服役至2035年左右。

采用各種方式和技術延長預警機服役時間，是當前已交付預警機保持戰(zhàn)斗的發(fā)展趨勢之一。

4 結 語

目前世界各國發(fā)展并逐漸形成已各種作戰(zhàn)飛機為節(jié)點的跨域、全域的網絡化作戰(zhàn)能力，可實現信息無縫連接，目前的空中指揮所預警機，其功能定位逐步發(fā)生新的變化。蜂群式無人機和前置作戰(zhàn)飛機通過數據鏈將偵測的信息傳遞給預警機，這相當于擴大了預警機雷達的探測范圍；寬帶網絡技術可實現作戰(zhàn)體系中所有裝備，無論空中還是地面，實現信息完全對等相同，這樣，預警機高度和機動性探測、指揮控制系統的優(yōu)勢也會逐步削弱。

在預警機雷達探測能力、綜合信息處理能力、電子偵查能力、通信作用距離、反隱身能力等實現倍數級提升或實現之前，加之新型號研制周期長、費用高、風險大等特點，采用成熟先進的科學技術，加裝先進電子設備，對預警機進行現代化升級改進，是目前保持預警機戰(zhàn)斗力行之有效的方式。