前言:90年代初期,中国空军在引进苏-27SK战斗机后,开始改变国土防空的作战思想,向攻势防御的作战思想转变,战术的改变也需要转变装备,进攻就需要脱离地面雷达网,使中国空军更加重视作为进攻型空军战斗力倍增器的预警机,预警机是各国空军的尖端技术,只有美国和俄罗斯才有生产,日本、英国和法国也只有采购,中国空军近年来所积极进行的空中预警机研制计划,经历了各种磨难,2006年还发生了著名的6.3空难事件,包括一流的工程师在内的40名人同时牺牲,机上除5名空军试飞员外,其余均为电子专家,这是中国空军最严重的空难:也是一次惨重科研专家损失,但是这没有拦住中国预警机的前进,4个月后试飞就再次启动。

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一:困难的历史

40年代中期,美国海军把雷达安装在舰载机上,以发现100~120千米的飞机,使用电报报文把数据传送到母舰和简单语音引导,但由于无法滤除海面杂波,海况恶劣时基本没用,70年代,美国又研制了应用脉冲多普勒体制,数据下传和话音指挥的EC-I21、E-I等型预警机,本着“人有我有”的观点,1971年,中国采用图-4轰炸机加上地面搜索雷达改装成“空警一号”预警机,结构基本与苏联图-126预警机相同,雷达天线设置超过美国EC-I21预警机,但受到处理与自动化技术技术限制,无法消除海面杂波,只有语音传输空情,需要手工描绘目标航迹,飞行时机体还会颤动,最后没有装备,但获得很多难得的经验,之后又用运-8运输机装上“空警一号”的雷达做预研,终因雷达功能及实用性不高,因而未能服役。于1979年下马,教训让研制人员决心先突破超低副瓣天线技术和高纯频谱发射机,但没有高性能处理器,那时的处理器是十几个柜子大。

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80年代,美国的E--2C/K.E-3A/B/C预警机解决了杂波滤除和低空目标探测等问题,集成电路完善了通信和指挥控制技术,数据链传输时间从分到零点几秒,15架E-3A空中预警机在海湾战争平均每天连续飞行14-15小时,指挥控制3000个架次的作战,飞行时间共9000小时,完成99%的作战任务,中国空军在中美蜜月之间曾经规划引进E-3A空中预警机,但但美国不可能提供,1990年,中国海军以反走私名义以6600万美元引进6~8套英国70年代的“猎迷”预警机上的ARGUS-2000雷达,

这批雷达被装置于运8型运输机机鼻雷达罩内,改装成运8J海洋巡逻/预警机,对海上船舰的侦测距离为130~370km,对空中目标的侦测距离则为150~185km,配发于解放军海军航空兵部队,部署于邻近上海的大场海航基地以支援东海舰队作战,主要承担海上搜索任务,承担反舰导弹分配和引导任务,但雷达只有200度的扫描范围,由于只有“猎迷”预警机的雷达,但没有的目标处理、控制和引导系统,运8J海洋巡逻/预警机并不是合格的预警机。

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由于西方国家的限制,从西方国家引进并没有成功,但通过技术交流和十几年的预研基础,中国对预警机有了清楚的认识,苏联解体后,俄罗斯扩大出口先进技术装备,A-50预警机也在出口装备之中,只是价格超出中国军费承受范围内,加上A-50是为苏联防空军研制,适合国土防空拦截引导,有比较好的巡航导弹搜索能力,但不适合前线空战指挥,苏联空军也没有不打算装备A-50预警机,中国经过研究后,发现A50预警机在引导控制功能处于空白状态,不但没能满足攻势防御的需要,

而且还必须巨资引进与中国空军体系完全不同的全套自动拦截指挥系统和拦截战斗机,所以并没有引进,专家倾向于购买以色列的,以色列研制的EL/M-2075相控阵雷达让中国空军眼前一亮,L频段的相位阵列4片天线分别装于机身的前后及两侧,电子扫瞄方式对空中目标的侦获与追踪速率大幅提高,是当时预警机所用的转盘式雷达比不上,以色列也愿意出口技术,

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1992年,中国预警机项目在中以合作中重新恢复,双方谈判了四年,在1996年正式签订合同,中国希望引进一架学技术,但以色列人说可以做一架,之后还可以买几架,问题是采用EL/M-2075雷达的“费尔康”预警机是用美国波音客机改装的,以色列没有其他载机平台,于是找俄罗斯提供伊尔76运输机机体,以色列提供雷达和实施改装。并逐步转移L/M-2075相控阵雷达设计和生产技术,但中国对机头和两侧配置存在很大盲区不满意,

于是在俄罗斯预警机天线罩的基础上加大,做了个世界上最大的复合材料天线罩,为了做这个天线罩还投了一大笔钱做了个亚洲最大的高温热压成形罐。天线罩中间厚两边薄,精度要求很高,比E-3预警机复杂得多,E-3的天线罩跟天线一起转,波束始终对着一个透波性能的位置射出,中国的波束要转动左右60射出,各个方向的透波性能都要做好,需要非常复杂的计算,要是十年前,中国没有那么大的计算能力是做不了的

不过就在1999年第一架预警机在俄罗斯完成天线罩改装完毕之后飞到以色列,准备加装EL/M-2075雷达时,美国卫星侦测到了,克林顿马上以色列中止合作,以色列一开始没理会,美国最后以停止军援施压,以色列屈服于美国压力之下提出要求中止合同,中国坚决拒绝以色列单方撕毁合约,以色列经过多方求情,总算达成赔偿损失,解除了合同,中国随即转向俄罗斯寻求采购4架改良版A-50预警机,但在2002年夏季宣告失败,虽然预警机计划都未成功,但解放军并未放放弃,以色列EL/M-2075相控阵雷达虽然发展潜力,雷达频率不足很难在短时间调整弥补,使用上不算出色,但对中国预警机的研制还是发挥了很重要的作用,

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二:中国预警机

中国利用合作终止之前已经得到EL/M-2075相控阵雷达技术,在没有成品和图纸的条件下自主生产T/R收发组件等关键设备,由简入繁、多路出击的方式进行空警2000型预警机,空警200型预警机、空警500型预警机等三大计划,“空警”2000是与俄罗斯A-50相当的战略预警机,“空警”200是带技术难度最小的“平衡木”相控阵天线中型预警机,空警500型是传统的旋转盘形雷达中型预警机,预警机是高投入的高科技装备,美苏从研制到装备起码要十年,而基础薄弱的中国电子科技集团公司同时研制了三种不同的技术的预警机让外界大为震惊。事实证明多路并进虽然摊子铺得很大,但大投入有大产出。中国预警机仅用几年就取得了突破,

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“空警”2000预警机定名为一号工程,采用伊尔76运输机为载台,短短数年攻克T/R组件生产工艺和质量管理,改装结构设计、气动补偿、大功率供电和冷却系统等问题,自行生产的固态相控阵电子扫描雷达和编程指挥系统,“空警”2000预警机的设计比美俄预警机上的机械扫描雷达更加先进,雷达天线装置于机身上方的盘状整流罩内,外观与机械扫描雷达的转盘式天线罩颇为相似,但不像机械扫描雷达般旋转,内含三面主动相控阵雷达天线,

电子扫瞄进行俯仰和方位探测,每面天线的侦测角度各为120°,三面天线正好可以涵盖360°范围,不过伊尔76运输机高耸T型尾翼会对后方的雷达视野造成部分遮蔽,空警2000型预警机约在2004年左右完成装配,试飞从2005年开始,2007年服役,共生产了4架。已具备与海空舰机进行信息传达的能力,在俄罗斯基础上利用以色列技术改进的空用数据链能在强电磁干扰环境下实现预警机和战斗机之间的双向数据交换,从而有效地指挥和引导先进战机进行作战。

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“空警”200也很快达到装机状态,长条状相控阵天线装置于运8运输机上机背上,外观很像瑞典飞机公司研发的PS-890型雷达,PS-890型雷达是一种地面控制的机载雷达,数据需通过数据链传送到处理分析,因此飞机上不需大量操作人员就能指挥数十架战机作战,外界多认为“空警”200的长条状相控阵天线是瑞典出售给中国的,但瑞典方面无出售预警雷达的纪录,PS-890型雷达是安装在50人座SAAB2000涡轮螺旋桨型民航客机上的,机上空间较小,操控台的设置数量有限,整体管制功能较差,雷达天线视角约160左右度,

平飞的情况下不可能达成360度全方位扫描,必须采用8字形飞行航线方能弥补这个致命的缺陷,中国的运8运输机内部空间较大,设备装置数量较多,留空时间较长,发射功率比PS-890大,探测距离比PS-890增加20%~30%,因此能发挥「预警+管制」的完整功能,功能虽不如空警2000预警机强,但造价相对便宜,可大量生产,与空警2000型预警机形成高、低搭配。

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空警-500是“空警”2000的备份项目,以运8DIII型运输机(或称运-8高新工程三类平台)机体为载台,采用的是WJ-6C六叶涡轮螺旋桨发动机。与空警200不同,空警-500是技术缩小版的“空警”2000,该机并未安装平衡木雷达,反而是电子科技集团第38研究所的固定圆盘式内装雷达,其角度可涵盖360度,平尾外侧也增加了和“空警”2000类似的小稳定翼,用以增强飞机的方向安定性能,抵消天线罩在气动上对飞行稳定性的不利影响。ZDK-03预警机的雷达罩天线厚度相对比较大,机身后部两侧、头尾同时集成了组合侦测天线,这种把雷达,通信情报收集、定位和对抗融合一体的设计思路与美国最新的E-3G预警机十分相似,可以在预警和指挥的同时收集电子情报,降低专用电子侦察机使用,但无法动摇“空警”2000/“空警”200的整体组合优势

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中国只是将其作为出口型预警机,空警-500出口型号是ZDK-03,ZDK-03的ZDK是中电科的汉语拼音字首,03则是中电科继上述两型预警机之后担任总设计单位所研发的第三款预警机型号,巴基斯坦空军是首家用户,同时也是瑞典SAAB2000型空中预警机的首个用户,2006年6月签订总金额达12亿美元购买6架的合同,2007年5月巴方把采购数量减少到5架,总金额减少1.974亿美元。

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几乎在同一时间,巴基斯坦向中国提出购买拥有加油能力的预警机的计划,原因是巴基斯坦对于SAAB2000的性能不甚满意,SAAB2000是根据北约规格研发的预警机,巴基斯坦的JF-17枭龙战斗机不可能与北约规格的数据链连线,加上载台的航程及滞空时间也不足,限制所能覆盖的范围,巴基斯坦需要更大,能够长时间执勤,同时尽可能地能够指挥更多飞机的预警机,巴基斯坦空军以2.78亿美元购入4架ZDK-03预警机,只有瑞典SAAB2000型空中预警机1/3的价格。综合性能达到美国E-2C预警机,成本比E-2C还有优势,

三:中国预警机的战术使用

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有了预警机就等于在高空中安装了一双利眼与一副大脑,中国空军才算建立起真正的空中指挥系统,甚至还可以掌握地面作战的战况,协同地面作战指挥官的指挥作战,空警”200预警机和“空警”2000预警机雷达功能各有侧重,互相重叠互补,“空警”200预警机搜索距离与“空警”2000相差不大,不过分辨率、精度,低空精确跟踪,跟踪目标数量上有优势,可以填补“空警”2000预警机L波段雷达的弱项,而“空警”2000预警机的全向搜索和反隐身能力又可以填补“空警”200雷达的弱项,而且“空警”200预警机成本只有“空警”2000预警机的1/3,一架“空警”200预警机的成本只有美国-3D预警机的10%-15%,美国4架E-3C预警机的价格可以购买8架“空警"200预警机和6架“空警”2000预警机,只需花费12架E-3C预警机的价格就可以抵消美国空军的预警机规模。

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空中预警机陆续服役后,强化对敌方活动情报的掌握,以往受限于雷达特性与地球曲率的影响,解放军地面雷达站对低空飞行战机与舰艇活动的掌握受到相当的限制,特别是在东部地区的海空域,但解放军预警机只要一升空,周围海空域机舰活动状态即一览无余,敌方战机一升空、舰艇一出海即遭其追踪锁定,不再有隐密的后院可供兵力调度运用,甚至未来连发射的巡航导弹在海峡上空飞行时就会被发现而遭到拦截,降低了巡航导弹突防的成功机率,

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以往中国空军战机是由设置于沿海的地面雷达站负责进行战机空中管制,每套雷达仅能指挥2批军机,每批最多4架,整个指挥管制约24批,最多96架次,因此解放军在缺乏空中预警/管制下难以进行大规模的战术行动,也就是手头上的战机数量虽然很多,却不能同时派上用场。获得空中预警机后,除能有效掌握低空防空死角外,1架空中预警机可以管制30~40架战机,只要再部署数架预警机,战机就可以成倍增加,对敌方空防形成更大的压力。

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“空警”2000先进的三面天线阵的主体上与以色列EL/M-2075基本相同,但比以色列EL/M2075少用了3组天线,以色列“费尔康”预警机共装了共768个T/R组件,“空警”2000只有384套T/R组件就达到同样的效果,“空警”2000的L波段雷达大型目标探测距离480千米,战斗机探测距离370千米,对重要空域扫描频率2-4秒,对普通空域的扫描频率10-12秒,比较适合探测隐身飞机和巡航导弹,空警”2000的测距精度和搜索距离不如AN/APY-IE-3系列预警机,E-3系列预警机的S波段雷达大型目标探测距离667千米,战斗机探测距离445千米,扫描间隔为10秒,这就说发现第1个目标有30-60秒时延,敌我识别也要1~2分钟,而有源相控阵雷达发现第1个目标是微秒级的,发现目标就可以跟踪确认,这个过程最多只有数秒,可同时运用多种雷达操作模式,电子反反制能力较强,不旋转的固定天线罩结构简单,可靠性大幅提高。无疑比美国E-3系列预警机1分钟6转的AN/APY-1I/2机电混合扫描雷达是领先的,

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E-3系列预警机对针对S、C.X波段为主的隐身战机探测距离会下降三分之二,F-22隐身战机美军演习中只有在几十千米内才被发现,如果隐身战机装备超远距空-空导弹那预警机是必死无疑的,E-3系列预警机在确认目标到引导战斗机前往拦截需要数分钟,以战斗机900千米/小时速度的数分钟可逼近上百千米,因此预警机对隐身战机的安全距离至少230千米,只有提高约1个量级的L波段大功率相控阵雷达利用波束方向和脉冲变换快,瞬时信号带宽大,搜索时间短等优势才能达到目的,空警-2000预警机对999米/秒的小目标信噪比增加了3dB,反隐身搜索效率高于E-3系列预警机的AN/APY-1/2雷达

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四:结论

在历经60多年的不断挫折和不懈努力,中国自21世纪初开始,在相控阵雷达、数据链、高性能计算机的技术取得了连续技术跨越,2010年2月18日,美国智库詹姆斯基金报告采用有源相控阵雷达体制,系统架构、软硬件和信号处理能力的空警-2000预警机比美国E-3C预警机整整领先一代,已经具备第三代预警机大部分特征,不过和美国相比在网络化协同,数据链普及,实战经验上仍存在不少差距,还有进一步提升和完善的空间。