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空中預警機的發展及關鍵技術分析
送交者: 一條大河 2003年11月06日17:34:58 於 [軍事天地] 發送悄悄話

經過幾十年的發展,空中預警機(AWACS)已由早期僅有的監視、預警功能,發展成兼備監視、跟蹤、指揮、控制功能的完善系統,成為C4ISR系統的重要一環,是迅速獲得有關戰場態勢並據此作出正確決策的不可缺少的關鍵系統。F-117、B-2、隱身巡航導彈等低可觀測目標的出現以及未來嚴峻的電子戰環境,促使空中預警機進一步完善和發展。
  一、空中預警機發展狀況
  早期機載雷達性能較差,一般只能搜索、監視中高空和海上目標,對陸地低空飛行目標探測能力較差,僅可預警,不具備指揮、控制功能;20世紀70年代後,隨着計算機等技術的發展,研製出了抑制地面雜波干擾的脈衝多普勒雷達,可探測低空和超低空飛行目標;隨着雷達及其相關技術的不斷改進和完善,系統探測距離更遠、精度更高、功能亦不斷擴展,進而發展成為現代空中預警機,可監視300~600km範圍及從各個空域入侵的的空中目標,並能引導和指揮己方戰鬥機升空攔截,已從單純的空中警戒發展成集預警、指揮和控制於一體的空中指揮中心。
  目前,已有20多個國家/地區裝備了300多架空中預警機,還有許多國表示了購買空中預警機的意向。美國、俄羅斯、以色列等少數幾個國家具有獨立研製大中型空中預警機能力。
  (1)裝備現狀。目前裝備的空中預警機大多為固定翼預警飛機,少量為預警直升機。美國對空中預警機的研究較早,其空中預警機的數量和技術水平均處世界前列,如在美國和其盟國裝備的E-2、E-3等;俄羅斯、以色列、瑞典、英國等國對空中預警機的研製工作也很早就展開了,並分別研製裝備了A-50、費爾康、Saab-340 AEW&C和"海王"AEW2A 等。
  (2)技術現狀。目前空中預警機能同時監視、跟蹤數百個目標(如E-3、E-2C為600個,A-50為50個),具有可靠的通訊、數據傳輸和敵我識別系統,其戰術顯示台可根據需要按不同的比例顯示某一方向或局部空域的空情,不僅能有效地指揮空戰,也能監視兩架飛機之間的格鬥過程。
  二、空中預警機平、戰時期作用分析
  現代空中預警機在平、戰時期執行戰爭預警、防空預警、空中攔截引導、指揮大規模空戰及協調戰區中所有防空武器等任務,其作用在幾次典型局部戰爭中已體現得淋漓盡致。
  1.和平時期戰爭預警
  根據國際政治、軍事態勢的發展,可將空中預警機調往焦點地區或在本土上空、敵方地空導彈火力圈之外、沿邊界進行巡邏飛行,通過主/被動電磁偵察監視敵方部隊的調動、兵力集結等情況,憑此可判斷其戰備進程,推測進攻時間,以便適時發出戰爭預警。
  2.戰爭期間空中預警機的作用
  (1)防空預警。超低空突防、隱身、防區外發射、巡航導彈等技術的發展與應用,使探測、攔截更為困難,需要早期預警,加大預警距離,外推攔截線。目前只有空中預警機可擔此重任。
  (2)大規模空戰中的指揮調度。在現代戰爭中,敵我雙方參戰飛機往往是多架次、多批次、多機種參與複雜的大規模空戰,沒有空中預警機提供空情,適時引導,合理調度,要想獲勝是不可能的。
  (3)防空作戰中的統一協調。現代化戰爭戰場縱深大,需要利用信息系統、各種火力單元與電磁裝備相互支援,多軍兵種協同作戰。空中預警機具有機動性好、可靠性高、生存能力強、覆蓋地域大以及兼有探測、指揮、控制之功能,特別適宜擔負各地面防空兵器的協調、指揮和控制任務。
  總之,空中預警機的運用可大大提高戰爭的整體作戰效率。據估算,一架空中預警機如提供30分鐘以上的預警時間,其工作效率相當於8~10個先進高性能大功率的地面雷達,並可節省2~3個地面警戒雷達團的兵力。國外對防空系統的數學模擬亦表明,對配備空中預警機的防空部隊,其防空效率可提高15~30倍;攔截、擊落來襲目標增加35%~150%;把敵機襲擊自己後方的次數減少15%~55%;在不降低戰鬥力的情況下,可大大減少截擊機的數量。據報道,E-3A的使用可使其防空截擊機由原來的530架減到200架。
  三、空中預警機關鍵技術分析
  1.有源相控陣雷達技術
  隨着天線陣列、微波、信號和數據處理、微電子等各種技術的發展,相控陣技術得以快速發展,在20世紀80年代,無源饋電機載相控陣體制獲得初步應用,隨後有源相控陣技術也逐步進入機載雷達領域。由於該技術採用成百上千個獨立的T/R模塊和輻射單元構成,具有可靠性高(據試驗,10%單元失效,對系統性能無顯著影響,不需立即維修;30%單元失效,系統增益降低3db,仍可維持基本工作性能)、掃描波束快(達ms甚至μs級)、抗干擾及區分近距離目標能力強等眾多顯著特點,是空中預警機為提高性能所追求的。但由於該技術還在發展中,還存在一些諸如T/R模塊的材料選擇、體積、質量的控制等需要解決的問題。目前以色列("費爾康"空中預警機,S-PAR雷達,具有768個單元)、瑞典("地鐵"3 空中預警機,具有200個單元的PS-890"埃里眼"雷達)、美國(F-22的火控雷達)已初步採用了該項技術。
  2.低可觀測性目標探測技術
  雷達反射面積(RCS值)大幅減少的隱身艦艇、隱身戰車、隱身巡航導彈、隱身飛機等各種隱身目標的出現,對空中預警機探測技術提出了巨大挑戰。據雷達工作原理,如果目標RCS值降低一個數量級,要保持雷達原來的探測距離,雷達的性能必須提高4個數量級。可見探測低可觀測性目標的技術難度很大。目前的技術主要有重新採用較低的頻段、開發更高的毫米波頻段、雷達組網探測等技術,但是限於物理尺寸、質量、費用等方面的原因,上述技術在短期內尚難全面在機載條件下使用。
  3.多傳感器信息融合技術
  為更好地探測隱身目標、直升機、巡航導彈等RCS值較小的目標,空中預警機利用戰術數據鏈把機內/外多傳感器傳來的各種數據和信息進行融合,以便得到更精確的目標位置、速度等信息。但多傳感器信息融合技術本身是新興的發展很快的技術,對其結構、算法還需要深入研究。
  4.多目標識別技術
  現代立體作戰環境非常複雜,戰線犬牙交錯,為避免誤傷己方或中立方目標,需要準確識別、跟蹤、指示所攻擊目標。據報道,未來空中預警機將裝備功能強大的大規模並行計算機和大量數據庫,以便更好識別目標和剔除干擾信號。但目前這一問題尚未很好解決,如海灣戰爭以來所發生的幾次較大規模的局部戰爭中都有誤傷的報道就是很好佐證。該技術實際上可以包括在多傳感器信息融合技術中,但鑑於該技術的重要作用,在此重新作為一條關鍵技術羅列出來。
  四、空中預警機發展趨勢
  目前大部分空中預警機是依據20世紀60~70年代作戰環境和空中目標設計的,目前及未來作戰環境及探測對象已經發生或將要發生很大變化,使空中預警機對目標跟蹤、預警、監視、指揮難度加大。為適應新形勢發展,這裡對空中預警機提出幾點討論和展望。
  1.開發研製新系統
  美、俄兩軍事大國,為了保持自己的軍事優勢,不斷開發新型空中預警機。如美國正在研製的S-3AEW系統和波音EX,前者是在S-3基礎上改裝,其特點是在機身中部上方用支架安裝固定的符合氣動要求的三角形機匣,機匣內裝雷達及3個有源電子掃描陣列;後者於1988年開始研製,布局呈連翼鑽石型,布置在4個翼面上的全展長保形有源相控陣天線能產生最佳效果,可掃描360°,二者均為代替E-2C而設計的。俄羅斯研製的安-71、卡-31(卡-29RLD)空中預警機,前者平台為安-72雙發渦扇短距起落多用途運輸機機體,採用相干脈衝多普勒雷達,裝備"庫茲涅佐夫"航母,但由於資金等原因,該計劃已推遲;後者在卡-29海上攻擊直升機的基礎上研製,採用長為6.1m的平板雷達天線,可旋轉360°,起飛時天線緊貼機身,執行任務時由液壓作動筒使其在機身下展開,該機經過長期改造和試驗後,於1995年加入俄羅斯海軍航空兵服役。
  2.減少研製大/中型空中預警機
  大/中型空中預警機性能優越,但存在研製周期長、費用高、風險大等問題,因此大中型空中預警機的研製會減少,但會加大技術改進力度。如美國E-3A 空中預警機的雷達從預研到生產用了15年,總經費15億美元;英國"獵迷"空中預警機在花費了10億多英鎊、用時12年後,宣布放棄研製計劃。目前大型空中預警機也僅在美、俄等少數幾個大國中使用。RCS值很小的巡航導彈、隱身飛機的出現,會促使對現有大中型空中預警機的不斷改進。如美國空、海軍通過對E-3、E-2的技術改進,使其分別至少服役到2025年和2015年。
  3.進一步發展小型空中預警機
  空中預警機在幾次大規模局部戰爭中發揮的重要作用使世界許多國家出現了研製、採購空中預警機的熱潮。但由於大型預警機在價格、技術、維護保養及使用費用方面的諸多原因,使許多中小國家不敢涉獵,進而轉到價格低廉、性能適中、使用費用低、維護方便及對機場要求不高、具有一定的戰術指揮能力、可滿足現代局部戰爭的大部分作戰任務的小型空中預警機上。實際上小型空中預警機如果能與預警衛星配合使用,完全可滿足現代常規戰爭的需要。
  4.加強空中預警機的自衛能力
  E-3等大部分空中預警機缺乏相關的自衛設備,這樣在執行任務時,尤其在前出基地較遠距離時,不得不依靠其他作戰飛機的保護,因此必須加裝必要的自衛設備。A-50的某些性能雖然不及E-3,但其電子自衛能力卻非常強大,並且足以對低空突擊隊的敵機構成嚴重威脅。
  5.加裝CSM(通信情報支援措施)設備
  在現代戰爭中,CSM設備的重要作用不可忽視。據報道,如果隱身轟炸機機載雷達不開機,採用後方無線電指揮通信(需要20~25次通信)引導,實施超低空突襲,此時雷達和ESM都不能發現目標,而CSM設備可截獲敵方之間通信,發現目標。CSM設備的重要作用主要表現在以下幾方面。
  (1)通過對地空、空中交通管制及空空通信偵察、測向、定位,可以遠距離(大於400km)早期發現機場的起飛情況,獲得更長的預警時間。
  (2)實戰中,CSM設備通過通信情況,可識別真假目標。
  (3)利用CSM設備可以截獲敵通信情報,獲得敵人的作戰企圖。
  (4)CSM設備可以監視敵方對己方通信鏈路實施的干擾信息,進行通信電子戰效能評估等。
  6.改進通信和顯示系統
  勿容置疑,通信和顯示系統在空中預警機中具有重要作用。美國空軍針對海灣戰爭以來出現的空中預警機機組人員處理信息能力和與其他飛機通信能力不足的問題,正在對空中預警機通信和顯示系統進行改進。美空軍計劃在2009年前,在空中預警機上安裝改進的數字衛星通信系統,包括全球廣播系統(GBS)和情報廣播系統(IBS)等接收機系統。其中GBS可使機組人員在飛行中接收任務命令、天氣和其他數據,實時查看本地天氣情況等;IBS可使機組人員接收經過更新的威脅數據,系統採用波音公司新開發的相控陣天線。對空中預警機顯示系統的改進是安裝較大的全彩色顯示屏,GBS和IBS所提供的大量附加信息都可在顯示屏上顯示,從而減輕操作員負擔。

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