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F-35任务系统解析
送交者: 一剑破天 2024年10月28日21:02:48 于 [军事天地] 发送悄悄话

  目前,F-35在中东战场上已经成为最重要战备资源之一,一方面是以色列再次加大F-35的订单,将前期的50架订单扩大至75架,以替代老旧机型及其过时的航空电子设备和机械扫描阵列雷达。另一方面是伊朗将F-35作为以色列高价值目标,对内瓦蒂姆空军基地发动大规模导弹袭击,摧毁了两个中队的F-35(伊朗方面消息)。

  F-35 作为第五代战机,其核心设计理念之一是根据约翰·博伊德 (John Boyd)的观察——定向——决定——行动 (OODA) 循环而来的。区别于前几代战机,F-35最大的变化在于对各种作战信息的利用从而带来的杀伤力、生存能力和多功能性方面的综合提升。其核心就是先进的航空电子设备带来的任务系统升级,包括电子战系统和其他防空抑制功能。

  现代化计划

  F-35最新的任务系统升级源于美国空军的现代化计划(2020年,美国空军提出一个新的战斗机现代化计划),在随后2021年的F-35采购要求中提出最新的F-35必须具备Block-4能力,包括:新的传感器套件、更远程的精确武器、改进的电子战功能、更强大的数据融合和增强的跨平台互操作性。这些功能为美军作战人员提供了识别、跟踪、交战以及抵御高等级空中、地面和网络威胁的战斗优势。

  值得注意的是,F-35 90%的航空电子设备需求依赖软件,Block-4的升级也集中在新软件上。相应地,更强、更复杂的功能同样需要更强的硬件作为基础,Technology Refresh-3(TR-3)就是现代化计划的核心硬件部分,是整个Block-4升级的底层支撑。TR-3包括80多项改进,拥有比前代产品强大25倍全新的集成核心处理器,以及提升近20倍的系统内存,并使用了开放式架构,这将使F-35具备良好的兼容性,能够运行具有最先进作战能力的高级软件。

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TR-3相较于TR-2的提升

  虽然由于前期TR-3/Block4的稳定性问题拖累了“新”F-35的研发进度,但根据最新消息应用TR-3/Block4的F-35已经量产交付。

  F-35任务系统重要组成

  F-35的任务系统核心由雷达、电子战套件、通信系统、电子瞄准系统、分布式孔径系统套件组成,可为飞行员提供增强的态势感知能力,并使飞机能够在网络化的环境中运行。

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F-35航电系统架构图

  (1)AN/ASQ-239电子战套件

  AN/ASQ-239套件包含雷达警报接收器、识别/定位敌方发射器的电子探测器以及用于干扰的高增益电子对抗设备,目前主要覆盖2、3、4频段,可提供全面的雷达警告、目标支持和自我保护,以探测和击败地面和空中威胁,使飞行员可以选择规避、交战、反击或干扰威胁的电子作战能力。值得注意的是,AN/ASQ-239可以将辐射源的位置与F-35上AN/APG-81 X波段(8.5千兆赫/GHz至10.68GHz)火控雷达和AN/AAQ-37电子系统进行同步,从而对辐射源发射器进行正向识别。据悉,AN/ASQ-239可以探测到在2千兆赫至20千兆赫波带传输的敌方雷达。

  在AN/ASQ-239最新的Block-4升级中,开发人员增强了AN/ASQ-239对每个威胁脉冲的及时响应能力和多个威胁同时发生的响应能力,以增强F-35的整体态势感水平。

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F-35上AN/ASQ-239电子战套件组成分布

  (2)AN/AAQ-37 分布式孔径系统(DAS)

  AN/AAQ-37 由安装在 F-35 机身周围的六个高分辨率红外传感器组成,其工作方式是在飞机周围提供无障碍的球形(4π球面度)覆盖,DAS可以在同一时间在各个方向上提供三种基本功能类别:

  • 导弹探测和跟踪(包括发射点探测和对策提示)

  • 飞机探测和跟踪(态势感知、红外搜索和跟踪(IRST)以及空对空导弹提示)

  • 驾驶舱显示器和飞行员夜视仪的图像(显示在头盔安装显示器上的图像)

  2010年,AN/AAQ-37光电分布式孔径系统 (DAS)在供应商的 BAC 1-11 试验机型上进行的例行测试中,实现在800 英里的范围内通过多个传感器探测并持续追踪了两级火箭从发射到燃尽的全过程。另外,AN/AAQ-37与其他传感器不同,完全由系统自动捕捉目标,无需驾驶员手动调整传感器方向,实现常态化感知。

  (3)EOTS光电瞄准系统

  F-35的EOTS是将前视红外(FLIR)和红外搜索和跟踪(IRST)功能结合在一起的传感器,通过高速光纤接口与F-35的集成核心处理器相连。通过EOTS,驾驶员可以获得高分辨率图像、自动跟踪、IRST、激光瞄准和测距以及激光追踪等功能,从而完成精确的空对空和空对地瞄准。

  基于Block-4需求开发的升级版EOTS增强了短波红外、高清显示、红外标记和图像检测器分辨率,提升了F-35的目标识别能力、扩大检测范围。

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EOTS结构

  (4)AN/APG-81有源电子扫描阵列

  AN/APG-81是诺斯罗普·格鲁曼电子系统公司(Northrop Grumman)为F-35闪电II设计的有源电子扫描阵列(AESA)火控雷达系统,天线由1676个发射/接收模块组成。AN/APG-81的功能包括的空对空模式、先进的空对地模式,包括高分辨率测绘、多地面移动目标指示和跟踪、战斗识别、电子战和超高带宽通信。

  AN/APG-81可探测150km范围内的目标,根据AN/APG-81开发商诺斯罗普·格鲁曼发布的测试视频,AN/APG-81可以在100公里范围内,3秒探测并追踪到23个测试目标中的9个,9秒钟探测并追踪到了全部23个测试目标。

  AN/APG-81自动排队目标快速定位目标,并且能对SDR形成的高分辨率图像进行放大,帮助飞行员准确识别目标信息。

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Northrop Grumman,AN/APG-81测试

  另外,AN/APG-81可以将探测到的目标信息传送至地面导弹系统,帮助地面在安全距离完成打击任务。

  据相关消息报道,AN/APG-81的Block-4升级版本AN/APG-85已在 2022 年 12 月的美国国防部预算文件中被提及。AN/APG-85的能力比AN/APG-81 提高了一倍,而且可以更好地与整个飞机系统无缝集成,并为飞行员提供高水平的态势感知。

  (5)AN/ASQ-242 CNI 套件

  F-35的CNI套件基于切片、模块化架构开发,由定制软件驱动,便于后期进行升级迭代,并且支持最新的先进互操作性功能。其组成部分包括超高频(UHF)/甚高频(VHF)收发机、敌我识别(IFF)转发器、Link16部件、联合精密进场着陆系统(JPALS)、无线通信以及多功能高级数据链路(MADL)。当前F-35的CNI由10个通道、40多种波形和30个共形天线组成,支持多级安全,并且与JTRS兼容。

  通过AN/ASQ-242通信、导航和识别系统,F-35和支持战术数据链路(TDL)协议的其他飞机之间共享威胁情报,其中北约的Link-16(960兆赫至1.215GHz)TDL协议就是AN/ASQ-242的最主要兼容对象。在执行联合作战时,由机载综合处理器将传感器获取的对目标数据进行封装,经过软件计算生成波形,再由CNI通过Link 16或内部数据链路传送到地面基地或其他飞机,实现地空或与其他平台的信息传输。

  目前,CNI系统为F-35驾驶员提供了超过27种完全集成的操作功能,包括敌我识别(IFF)、自动获取飞行点以及各种语音和数据通信等,并允许多个关键功能并行运作。而且F-35的CNI在设计上根据F-35的特点降低了尺寸、重量和功率要求,节约F-35的设计余量。

  实战中F-35最核心的联合作战能力并未体现

  F-35脱胎于美国联合攻击战斗机(JSF)计划,从设计之初就将多平台协作功能作为其作战能力的重要组成部分。目前,F-35已在以美国为首的北约势力中进行过多次联合作战演习,包括B2、卫星、X-58无人机等多种平台。在演习中,F-35会将侦察到的信息上传至其他战术平台,生成火控数据,并通过其他武器平台完成战术压制,或由无人机侦查获取信息,协同至F-35进行防空压制,进而完成纵深打击任务。

  而根据目前的已知公开消息,在中东战场上F-35只发挥出了其优秀的隐身特性,并未展示出其核心的联合作战能力,再考虑到其多次由于稳定性问题推迟Block-4机型的测试以及传出的F-35在干扰下瞄准系统出现明显失准的问题,F-35的任务系统是否由美军宣传的那样领先还有待实战检验。

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