主题：专业科普－对口研制空中预警机难在哪里？ -- zsgs

[转帖]专业科普－对口研制空中预警机难在哪里？

发信站: BBS 哈工大紫丁香站 (Sun Apr 24 10:01:47 2005)

二战末期，为了对付低空飞机、增加预警时间，空中预警机诞生了。现在它能监视来自各个方向数百千米以外的空中目标，而且能引导和指挥己方战斗机进行拦截，其作用经过多次局部战争已得到充分证明，后来又发展成为反走私和缉毒的有力工具。很多国家都极为重视这一机种的研究与使用。

一般人的大致印象中，空中预警机不过就是把雷达装在飞机上，应该没有太大困难。但实际情况是，到目前为止，真正研制成功空中预警机的国家只有美、俄、以色列、瑞典等。有些国家如英国、印度，它们的国产空中预警机虽然都已试飞，但后来却半途而废，改为从外国高价引进。那么，研制空中预警机的困难究竟来自哪里呢?

研制空中预警机首先要决定的几个关键问题

要研制的是空中预警机还是空中预警指挥机? 这两种不同要求会对载机平台、机载设备以及将来部队的体制、人员配备等都产生很大影响。

如果只是空中预警机，则只要求机上雷达取得空中目标信息，然后传到地面站或空中有关飞机。信息的处理由地面站、相关指挥所或接收信息的飞机“接手”完成。空中预警机要有很好的信息传输能力，必须把大量只经过初步处理的目标信息发送出去，但不需要很好的作战计算能力，不用配备这方面的设备和有足够指挥作战权限的指战员。因此，这种型别的载机可以小一些，甚至可以用直升机。

空中预警指挥机则不同，它相当于把雷达站和作战指挥所都搬到了飞机上。所有得到的目标信息，包括自身雷达、友邻飞机和卫星传来的，都用机上计算设备加以处理分析，机上的军官有权根据当时空中态势和作战意图指挥相应部队(空中及地面的)进行作战，因此机上的信息传输能力可以比单纯空中预警机低空中预警指挥机一般都要求大一些，这样才能容纳必需的设备和人员。

估计来犯目标可能达到的最大密度 空中预警机的雷达可以同时探测到几百批空中目标。例如美国E-3A预警机是400批，E-3D/F是600批，E-2C为250批；以色列“费尔康”(也有意译为“猎鹰”)预警机是100批；俄罗斯A-50预警机是50-60批。但目前计算机的水平还不能自动将这么多的目标在短时间内予以分析处理，特别是从作战要求这些工作只能由地面指挥所进行，但最终引导和指挥己方战斗机作战还是靠空中预警机。

目前的机载计算机可以记录显示空中数百以至上千批次飞机(包括己方飞机)。但问题是预警机上有多少人来处理和分析这些目标。如果飞机上只有1～2个操纵台，每个台有2～3个显示器，几百批次目标在荧光屏上同时显示必将乱成一片，什么也分析不出来，因此必须用计算机先行处理分类，然后再分别显示，而操纵台数量是关键。了解一架预警机的预警能力首先看它有多少操纵台、多少操作人员(长期飞行可能要轮班操作，因此人员要比操纵台数量多)。这些操纵台可以按360°方位分工，例如8个操纵台，每人分工45°方位的空域。此外还要有一两个综合操纵台做总的处理，显示最危险目标或最关切的目标等。以中国台湾装备的美制E-2C预警机为例，机身较小，一共只有三个操纵台，要及时全面处理各方位的所有空中目标十分困难，所以它的雷达虽然可以作360°搜索，却只适合对某一方向的空域进行警戒。

另外，空中预警机还要引导己方战斗机去拦截或攻击目标，这个任务对每个操纵员来说比搜索发现和跟踪空中目标更困难。目前，有空中自动数据交联能力的预警机可以自动传输引导指令，每个操纵台能引导10～15批次(架)飞机如果用人工指令则只能引导1～2架飞机。E-3D/F和E-767飞机可引导100批次(自动引导)，E-2C是20～30批次(自动引导)或3～4批次(人工引导)，A-50是10～12批次(人工引导)，“费尔康”是20批次(人工引导)。不同飞机的机载设备水平不同，能力差别很大。研制空中预警机前，首先要对需要同时对付的目标数量进行估计，才便于决定操纵台的数量和选用哪种飞机作预警机。

要预先设定作战时的巡逻区及空中预警机基地地理位置，以及从军事上考虑空中预警机必须的反应时间 该问题也与预警机机型选择及必需的飞机数量有关。如果巡逻区与基地相距较远，空中预警机的有效巡逻时间便要减少，留空时间短的飞机就不大合适，因而螺旋桨飞机比喷气式飞机有利。但如果需要预警机很快即能赶到巡逻区，巡航速度慢的螺旋桨飞机就不如喷气式飞机合用。

如果要求预警机24小时不间断警戒，所必需的飞机数量就与有效巡逻时间有关，但装备数量要留出余地，因为扣除出航时间外，还要考虑飞机返回基地后检查和加油的时间，也称再次出动时间。另外，所有飞机都需要定期维护和修理，一年之中有相当时间留在修理厂内，不可能全部同时使用。如果一个机队有6架飞机，到执行任务时能出动4～5架就很不错了。

研制空中预警机的-些特殊难题

空中预警机是复杂军事装备体系中的一项装备，研制这种装备时，除通常要解决的问题外，还有不少特殊困难。这些特殊困难可以从四个方面来说，即雷达、载机、加改装以及全机可靠性等相关问题。

雷达 空中预警机的雷达比地面雷达要复杂，除了体积、重量等限制很严外，性能上要求能消除地面反射的杂波干扰，否则发现不了贴近地面的低空来犯目标。目前可选用的雷达是有源相控阵雷达与机械扫描脉冲多普勒雷达。从技术上说前者高一级，以色列“费尔康”、瑞典的Saab-340AEW和澳大利亚购自波音公司的“楔尾”都采用这种雷达；后者则发展多年，技术比较成熟，被美国E-3、俄罗斯A-50所采用。

有源相控阵雷达的优点很多，如可对目标实施不间断跟踪；天线阵列上有数百个或数千个独立的发射/接收模块，可完成空中多目标搜索、监视、跟踪、地图测绘或对地探测等多种功能；采用固态器件，可靠性很高。如果雷达的发射/接收组件损坏二三个，对雷达整体性能影响很小。总的来说这种雷达功率的利用效率高。但研制这种雷达难度较大，每个发射/接收组件要求加工精度很高，数量又很大，而且雷达中要有很好的能快速处理大量信息的计算装置。此外这种雷达对电源品质如电压、频率稳定度、抗瞬变能力、抗干扰能力等要求也很高。

脉冲多普勒雷达的研制要相对容易一些，但一些电子原器件一般发展中国家还是制造不了，例如大功率的磁控管等。当然，雷达上的所有元器件都由一个国家自行研制是很困难的，有时是技术达不到，有时也因为某些元器件需求量不大，专门研究成本太高。法国和英国就是因为预警机研制费用太大最终放弃(包括空中加油机也有类似情况)，而宁愿从美国购买。当然，有些国家受到制裁封锁，想买也买不到，那就只好发奋图强，自力更生了，但这要付出时间和金钱上的代价。

载机 目前，从一开始就设计为空中预警机的飞机还没有，都是从民航机或运输机中选取来加以改装。选择时，可根据前面说的一些原则要求决定，但飞机是否是本国研制也很关键，因为改装需要对机体作较大改动。如果从外国购买，不知道飞机强度和空气动力的原始数据。卖客机的厂家一般不提供这方面资料。飞机受力计算都是很精确的，对任何改动都很敏感，不是随便就可以在机体上开一个洞的。在飞机改装时如没有原始数据，只好加大安全余量(重新作试验要花很多钱)，改装后飞机可能会增加很多不必要的重量或有些地方强度不够。同时，飞机的空气动力数据也要重新做风洞试验来取得。当然，如果国产机型没有合适的，那也只好用进口飞机。目前常用的空中预警机平台有波音707、767、737，伊尔-76飞机和卡-29、“海王”直升机等。

将民航/运输机加装预警雷达风险很大。印度自研的空中预警机是用英国HS748民航机改装的，机背上加了一个大圆盘雷达。该机1990年11月首飞，1999年1月在一次降落过程中坠毁，机上4名科技人员和4名空勤人员全部遇难。原因可能是改装后飞机安定性余度太小，在起飞、着陆等关键时刻，发动机或操纵系统稍有故障即会造成严重事故。

加改装问题 不同雷达类型要安装不同的天线。空中预警机的雷达要功率大、“看”得远，因此天线都比较大。脉冲多普勒雷达多用圆形天线罩把天线包住，成为一个大圆盘，圆盘与天线一起旋转，搜索360°需6～10秒(不同雷达各异)。它安装的位置多在后机身上方、垂直尾翼前面，用支架撑起，如E-2C、E-3、A-50。也有些空中预警机将天线罩直接装在垂直尾翼上，如苏联的安-71(因苏联解体没有投产)。机身上的大圆盘会影响飞机的空气动力特性。最严重的是圆盘后面的乱气流打在飞机垂尾上，使垂尾效率降低，飞机抖动。所以这类预警机一般都需增加垂尾甚至水平尾翼总面积，而且要设法减轻飞机的振动。此外，外露的大天线罩还会引起飞机阻力增加、重量加大、重心升高、油耗变大等问题。

有源相控阵雷达不需要大圆盘天线罩以及旋转天线驱动机构，对载机的空气动力性能影响也少得多。一般是在机头和机尾各装一个内有雷达天线的大鼓包(英国的“猎迷”)，或只有机头鼓包，而在机身左右两侧安装侧向天线(以色列“费尔康”)。最有趣的一种是将天线板装在后机身上方，如瑞典ERIEYE和波音E-737“楔尾”，总的外形像体操比赛的平衡木。E-737的扫描天线以“背鳍”方式安装在飞机后机身上方，在“背鳍”的上面还有一个平面天线阵，“背鳍”天线阵左右各覆盖120°方位，平面天线阵在飞机前后方向各覆盖60°，有部分重叠，合起来形成360°覆盖。

总之，天线不管用哪种形式，对载机机体结构都要做相当大的改动和局部加固。全机可靠性要求很高 空中预警机完成任务的概率应大于75%～80%，通常由使用方规定。也就是说，即使不考虑敌方防空、拦截等因素，全系统(包括飞机)也要求可靠性很高。完成任务概率(或称任务可靠性)与完成任务总飞行时间有关，也与全系统的平均故障间隔飞行时间(MTBF)有关，后者是指平均飞行多少小时该系统即会出现影响任务完成的故障，它与任一关键性部件直接有关。例如脉冲多普勒雷达只要有一个大功率管损坏，整部雷达便会瘫痪。如果该电子管的MTBF是100小时，预警机的MTBF因加上别的关键性部件的影响，总MTBF将会小于100小时。如果全机有两个这样水平的部件，总MTBF将会小于50小时，有三个这样部件将会小于33小时。若该预警机总任务飞行时间8小时，它完成任务的可靠性将会小于78%。

据资料介绍，当年E-3A的MTBF为30个小时，即在30个小时之内，雷达、计算机、发动机以至机体各方面都不出故障，其任务飞行时间是8小时，完成任务可靠性是77%。而一般装有雷达战斗机(如F-15)的MTBF不到3小时。可靠性是自行研制预警机的一个难点，因为刚试制出来的国产电子元器和部件的使用寿命与MTBF一般都不会很高，全机的可靠性将很难达到要求。所以如果可能的话，有时还得先用点质量好的进口电子元器件。

电子对抗与电磁兼容问题 对于现代作战飞机来说，电子对抗是不可避免的问题，在此不作介绍了，而机载设备之间的电磁兼容问题对空中预警机来说也是很复杂的。预警雷达功率很大，露出机外的其它设备天线多如刺猜，相互干扰很难避免。目前解决的办法一是靠试验，如拉开波段、天线分区设置和分时使用等；二是允许设备性能适度降低，即相互干扰如果没严重到影响正常工作的程度，也就认了。

飞机上的电能问题 一般运输机上的用电设备也就是机载仪表、照明灯具空调加温等，而一装上预警雷达，用电就会大大增加，因此都要加装大功率发电机。加装方法有两种:一种是用原来的飞机发动机带动增加的发电机，为此要更改发动机传动机匣。另一种方法是给飞机单独装一套靠小发动机带动的专用发电机系统。但不管什么方法，最终都要消耗飞机上的燃油。所以运输机改为空中预警机后，航程会降低不少，往往必须加大油箱容量

不知道有人贴过没有的说