前言:艦載預警機是航母的關鍵裝備之一,以前的艦艇雷達受地球曲率影響對遠距離的低空存在盲區,無法發現超低空接近的敵機,也無法引導艦載機遠端作戰的,美國海軍二戰後立即就研製了E-1和E-2艦載預警機,在21世紀至今,美國一直保持著75架的艦載預警機裝備規模,有了這座移動的高空雷達站,其航母戰鬥群防空效率提高了15~30倍,擊落敵機效率提高了30~150%,進攻機群遭遇敵機機率減少了15%-55%,沒有艦載預警機的航母戰鬥群與敵方航母戰鬥中要增加一倍的艦載戰鬥機才能保持本身安全,中國海軍在很長一段時間內都沒有考慮艦載預警機,直到“遼寧”艦的改造才開始發展艦載預警機。
一:中國航母裝備艦載預警機的障礙
2012年“遼寧”號航母加入中國海軍作戰序列,不久山東號航母也交付使用,中國成為世界第二大航母大國,但2艘滑躍式航母有個飽受詬病的問題,就是缺乏艦載固定翼預警機,在固定翼艦載預警機方面,美國E-2C/D艦載預警機一直保持著壟斷地位,目前只有美國擁有固定翼艦載預警機,本來預警機就是尖端技術,對國家電子技術實力有相當高的要求,目前也僅有美、俄、中三國有獨立的研製生產陸基預警機的能力,艦載預警機要求更苛刻,需要在儘量小的飛機上安裝至少5噸重的雷達和相關電子裝置,還需要在機艙內搭載操縱人員指揮和引導數十架艦載機,美國E-1B預警機只有2名系統操縱員,E-2C預警機增加到3名,E-2C預警機機艙長8米,寬2.4米,高1.8米,60立方米的內部塞滿了航電機櫃和衛生間,設定2-3名人員不是件輕鬆的事,就是這個尺寸限制了載機數量,美國航母一般只攜帶4架,法國“戴高樂”號只能攜帶2架。
蘇聯在60年代就開始研製岸基預警機,但對艦載預警機沒有迫切需求,蘇聯海軍缺乏大型航母,在遠洋處於被動地位,蘇聯海軍啟動了大型航母計劃後也開始了艦載預警機研製,安東諾夫設計局的方案是安-71預警機,雅克福列夫設計局的的方案雅克-44E預警機,安-71是第一種噴氣式艦載預警機,可以在200米的滑躍跑道上起降,垂直尾翼上安裝了一部E-700雷達,天線直徑6.8米,轉速6轉/1分鐘,可以同時探測800個目標,跟蹤120-180個目標,引導20~25架戰鬥機作戰,可探測距離600千米的轟炸機,370千米的戰鬥機,戰鬥機的超低空小型反艦導彈,效能相當於E-2C預警機70年代末期的AN/APS-125型雷達,雅克-44E預警機外型和E-2C一模一樣,但尺寸要大20%以上,起飛重量達到40噸,雷達天線直徑7米,可同時探測1500個目標,跟蹤400個,引導40架戰鬥機作戰,
這兩種預警機的尺寸和重量都很大,不利於艦載,安-71長23米,高9米的機長、翼展32米,尺寸更小的雅克-44E也比E-2C大了10%,無論是尺寸和起飛重量對航母來說是一個龐然大物,能否在航母上運作是一個未知數,蘇聯解體時安-71只生產了2架原型機,雅克-44E只完成了木製樣機,俄羅斯受經濟限制,無力完成研製,最終全都下馬,中國航母工程開始之後,中國開始考慮為航母選擇艦載預警機,如果沒有艦載預警機,中國海軍只能在距離岸基預警機機場1500千米.-2000千米的距離上活動,超出這個範圍只能依託艦艇的對空雷達,面對美國航母毫無勝算,但當時中國對艦載固定翼預警機的瞭解是一片空白,很多專家都錯誤的認為固定翼艦載預警機需要彈射器才能從航母起飛,這個荒謬的觀點影響了決策者的認知,很多資深的技術人員認為在未解決彈射器技術之前研製艦載固定翼預警機根本無從談起,
但是美國S-2、英國“塘鵝”、法國“貿易風”等起飛重量在12-15噸之間的大型反潛機在25節甲板風時可以直接滑跑150-230米起飛,起飛重量55噸的KC-130F“大力神”運輸機只需230米就能輕鬆起飛,最大起飛重量22.7噸的E-2A預警機滑跑距離僅134.2米,即便增加到25噸也只需153米,E-2系列飛機在襟翼副翼都放下時,迎角19度,起飛重量25噸時可以在12度斜板滑躍起飛,當甲板風速為零時,起飛是距離240米,藉助螺旋槳反距,即便沒有攔阻索,也可以在降落後在100米以內停下來,科學試驗證明,像E-2這樣大小的固定翼艦載預警機不需要彈射器也能從航母起飛,但當時侷限於翻譯的西方材料忽悠,中國一直認定固定翼預警機只能用於彈射型航母,但研製固定翼預警機不是短時間能完成的,在無法裝備固定翼預警機的情況下,用直升機充當空中預警平臺就成了一種代用品。
二:中國航母裝備的艦載預警直升機
50年代,美國海軍就在運輸直升機加裝雷達進行試驗,但當時直升機效能沒有達到預期要求,美國海軍就轉向固定翼艦載預警機,60年代,沒落的英國皇家海軍因沒錢建造大甲板航母,轉而開始發展“無敵”級輕型航母,但該航母大小,不能起降固定翼艦載預警,為此考慮採用預警直升機作為彌補,1980年,“無敵”號輕型航母交付後即參加馬島戰爭,由於缺乏預警機,英國海軍艦隊在阿根廷空軍的攻擊中損失慘重,英國韋斯特蘭公司緊急在13架美國SH-3D“海王”反潛直升機機身左側上掛上一部ARI-5980“搜水”-EM1型搜尋雷達,可探測100海里以外的空中、水面小型目標,每艘“無敵”級輕型航母部署了3架“海王”預警直升機,一度緩解了英國航母缺乏預警能力的困難,
蘇聯海軍也緊跟其後,卡莫夫設計局以卡-27反潛直升機為基礎研製卡-31預警直升機,俄羅斯海軍在艦載固定翼預警機取消後,選擇了卡-31預警直升機作為代用品,在90年代前期交付了2架裝備“庫茲涅佐夫海軍元帥”號航母,該機採用卡-29突擊直升機的機體,配備E-801M無源相控陣預警雷達,天線長6米,寬1米,重200千克,起降時摺疊平貼在機腹。工作時翻轉90度,探測距離為250千米,對低空目標探測距離100~150千米,對大型目標探測距離為300千米,可發現200個目標並跟蹤20個目標,探測高度4570~3200米,更高高度的目標則無能為力,也不能同時對空和對海搜尋,機上搭載2名雷達操作員,1人負責控制雷達天線收放和旋轉,1人負責操作雷達,沒有對空指揮引導能力,探測到的雷達資訊只能傳回給航母處理。
卡-31預警直升機巡航速度205千米/時,爬升率為15.4米/秒,升限3500米,最大航程600千米,續航時間2.5~3小時,正常作戰半徑150千米,卡-31預警直升機作戰半徑相當短,航程有限,雷達的探測半徑有限,只能在距艦隊100~150千米處的3500米高度飛行,以6轉/分鐘掃描360度範圍,每小時可掃描25萬平方千米,只能在距離母艦100~150千米、高度3000米執勤3小時,雖然與固定翼預警機有較大差距,如果前出太遠就可能超出了航母載機上限,面對遠端空空導彈時相當脆弱,探測範圍無法有效對抗裝載“寶石”導彈的蘇-30MKI戰鬥機的低空突襲。但對於沒有固定翼預警機的遼寧號航母來說,儘管卡-31預警直升機不盡人意,作為權宜之計,中國在21世紀初期還是引進了卡-31預警直升機,
卡-31艦載預警直升機低空目標探測能力確實為航母提供了額外的攔截時間,但較低的升限甚至無法爬升至暴風圈、雷雨雲等上方,有效載荷也偏低,美國E-2“鷹眼”升限10576米,海平面理論覆蓋半徑比卡-31預警直升機高53%,覆蓋範圍高134%,這是預警直升機的致命弱點,而E-2C艦載預警機載油量約6.2噸,能留空4.5小時,5架E-2C艦載預警機就可以實現在距航母300-350千米外24小時不間斷巡邏,配備的AN/APS-145雷達探測距離為556千米以上,掃描包線為6百萬立方英里,能自動跟蹤2000個目標並控制40多個截擊任務。E-2D艦載預警機換裝了6倍於C型的的高速計算機和15倍於C型的的大容量儲存器,以及衛星通訊系統、資訊分發系統、Link-16資料鏈和紅外搜尋與跟蹤系統,資訊處理和態勢感知能力更為強大,還加裝了空中加油管,留空時間增加到8小時,3架就實現24小時不間斷巡邏,,
在掌握了卡-31艦載預警直升機的優缺點後,中國也研製出直-18艦載預警直升機,捨棄了卡-31艦載預警直升機的機腹雷達天線佈局,而是把天線安在機身尾門的旋轉支架上,天線長1.8米、直徑0.8米,不工作時向上收起藏於機尾連線處,工作時下放並旋轉圓周掃描,可在數秒鐘內完成對150~250千米範圍內的各類海空目標的搜尋、跟蹤和識別,為編隊提供10~12分鐘的低空預警時間,而且抗干擾能力強,還具備一定的空中引導能力,雖然引導數量、距離和資料容量和固定翼預警機還存在較大差距,但這是世界各種艦載預警直升機唯一具備空中引導能力的,不過由於雷達功率孔徑有限,只能勉強探測200千米外掠海飛行的常規飛機,無法在有效反制內發現隱身飛機和遠端隱形反艦巡航導彈,搭載4~6架直-18預警直升機也是填補低空防禦缺口的重要過渡性空中預警力量,
三:中國空警-600艦載預警機
隨著彈射型航母的建造在穩步進行,先天不足的直-18預警直升機已不能滿足需求,必配備固定翼艦載預警機才擁有完整的艦載機作戰力量,在此之前中國已經研製了空警-2000空警-200和空警-500等預警機,在預警機的研發領域實現了國產化,機載裝置不存在什麼技術難點,但還缺乏艦載機平臺,早在遼寧號航母改造之初,中國就開始研製艦載固定翼預警機,先用運-7小型運輸機改造了一架JZY-01型艦載預警驗證機,JZY-01型艦載預警驗證機起源於上個世紀80年代中期,海軍在論證4萬噸級航空母艦時高度重視預警機,論證了利用“空警一號"空中預警機和引進西方電子裝置的多個預警機方案,當時就有用當時剛剛仿製成功的運-7運輸機改加裝引進E-2C艦載預警機上的ANAPS-125雷達方案,可惜隨著航空母艦工程的下馬歸於沉寂,
但研究成果沒有白費。十幾年後又在故紙堆裡涅磐重生,成為JZY-01驗證機。JZY-0I驗證機主要用於測試氣動外形和驗證一系列關鍵技術,是用一架老舊的運-7試驗機改裝而成,外形像是運-7運輸機與E-2C艦載預警機的雜交體,機身和運-7運輸機一樣,垂尾改為與E-2C預警機類似的四垂尾,機背部安裝有一個直徑7米的雷達天線模型,裡面並沒有配備雷達,也沒有摺疊機翼和著艦鉤,JZY--01驗證機機身長達23.7米,翼展29.2米,起落架纖細,只能在陸地跑道起飛,只是用於氣動、結構、強度等關鍵技術驗證以及機艙裝置佈置,並不會進行飛行測試,改進到艦載固定翼預警機設計改動工作量可能不亞於研製新飛機,因此試飛數個架次後就停在西飛的一個角落裡了。
2017年,空警-600艦載預警機全尺寸模型出現在武漢的中國艦船設計研究中心的混凝土航母模型上,用來進行電磁相容試驗、艦面調配模擬試驗,首架原型機則出現在安閻良的西安飛機工業公司,2020年8月在閻良試飛中心成功進行了首飛,基本已經完成了研製,接近定型,外形和佈局與JZY-01試驗機類似,但更緊湊並且更加精緻。尺寸非常類似於E-2“鷹眼"飛機,機長與殲-15艦載戰鬥機類似,機艙長度與E-2C預警機相當,機艙直徑比E-2C預警機大,基本上與運-7相當,剛好容納4至6名人員,長直上單翼可以摺疊,能夠彈射起飛,碟形雷達安裝在機身頂部,是中心對稱,適合於360度旋轉,氣動效能也均衡,動力系統採用運-8運輸機的渦槳-6C發動機,飛行速度600至700千米/小時,只是供電能力不夠,要使用輔助供電才能滿足對電力需求很高的空警-600艦載預警機,估計要等到渦槳-10發動機研製成功才能解決供電問題,
空警-600艦載預警機不僅可以在彈射型航母上起飛,也可以在現役的2艘滑躍型航母上起飛,空警-600艦載預警機翼展為25米,在過載起飛點起飛時機翼距艦島側面停機區有5米安全距離,進入到艦首滑躍甲板段時距右側短起飛點仍有足夠安全距離,在最大起飛重量80%的情況下,只要166米平甲板就可起飛,如果加上逆風起飛和12度滑躍甲板,全重起飛也不超過200米,而遼寧號航母過載起飛點的長度約為195米,這與使用殲15戰鬥機沒有太大差別,機庫作業也沒有太大的區別,17米左右的機長與殲-15艦載戰鬥機類似,機翼摺疊後佔用面積150平方米,比殲15戰鬥機還要少10平方米,如果2艘在役滑躍型航母搭載4架艦載預警機,只需要減少了4架預警直升機的搭載量,一但“遼寧”艦和“山東"艦上裝備空警-600艦載預警機,作戰能力達到一個全新的高度
四:空警-600艦載預警機的雷達技術
目前世界上第三代預警機有中國空警空警-500預警機和美國E-2D“先進鷹眼"艦載預警機,均搭載有源相控陣雷達,空警-500採用了先進的數字陣列雷達技術,重量和雷達天線直徑大幅度降低,情報處理能力.抗干擾能力大幅提升,空警-600艦載預警機使用的預警雷達原理與E-2D艦載預警機上的AN/APY-9機械旋轉/電子掃描有源相控陣雷達類似,空警-2000缺陷是相控陣雷達掃到中間位置時,雷達波掃描寬度最小,掃到左右各60度靠邊的位置時能量分散了一倍,導致探測距離和探測精度變差,機械旋轉/電子掃描有源相控陣雷達在水平360°方向採用機械掃描方式,電子掃描方面採用數字化時空自適應技術,是機械掃描式無源相控陣雷達的升級版,比空警-2000預警機的固定三陣面有源相控陣雷達體積小,比較適合上艦,
空警-2000預警機可以探測700千米外的大型飛機和150千米的隱身戰鬥機,可以同時探測1000個目標並跟蹤其中300個,同時可引導50架以上戰鬥機,但受到載機和成本限制只裝備了4架,2014年中國空軍又推出了成本不到空警-2000預警機一半的空警--500預警機,藉助快速發展的雷達技術,全新的數字陣列有源相控陣雷達體積、重量大幅度減小,天線尺寸減小了近30%,探測效能反而更優異,波束轉換時間是納秒級,空警--2000是毫秒級,探測、跟蹤目標的能力是空警-2000的4倍以上,但探測數量和目標處理能力有所下降,技術水平超過E-3系列、E--767、A-50等大型預警機,
不亞於E--2D預警機。美國E-3A預警機價格在3億美元以上,E-2C預警機在1990年價格在1.3億美元左右,E--2D的價格近1.8億美元,效能比E-2C差很多的瑞典薩博-2000預警機價格高達2.2億美元,中國出口巴基斯坦的ZDK-03型預警機,使用了簡化的空警-500的雷達系統,價格不到1億美元,正是憑藉強大效能和低成本,空警-500成為中國預警機的主力,目前在役數量已經接近20架,還會繼續採購,空警-600艦載預警機的雷達技術應該來自空警--500預警機,價格應該在1.5億美元以內,
2018年珠海航展上,中國電科14所就展出出口型的KLC-7械掃描+有源相控陣電子掃描雷達,比出口到巴基斯坦的ZDK--03預警機的雷達探測距離提升了三分之一,並增加了2秒甚至1秒掃描-次的重點扇區搜尋能力和高機動目標跟蹤能力,技術特徵和效能指標與E-2D艦載預警機上的AN/APY-9有源相控陣雷達處於同一水平,而KLC-7雷達只是中國的外貿版本,空警-600預警機的自用型效能可能更先進,探測距離可能達到450千米,對隱身飛機的發現距離也超過300千米,可在距航母200至250千米巡邏飛行,為艦隊提供600至700千米的視野,贏得20~25分鐘的準備時間,為值班戰鬥機增加10分鐘攔截準備,在敵機發射導彈前15分鐘進行攔截,大幅度降低艦載戰鬥機的巡邏飛行壓力,
五:結語
美國海軍一共採購了75架E-2D預警機取代現役的E-2C預警機,並在2015年開始部署E-2D預警機,目前已經有3艘航母換裝了15架,計劃在2030年前全部換裝,空警-600預警機目前只有一架原型機,受航母建造限制,短期內艦載預警機的需求量並不高,2艘滑躍航母和彈射型航母上實際需求量不超過10架,到2030年加上備份機和訓練機最多也不過15架,未來裝備多少架要看中國需要多少航母,但潛在出口量也將達30架,空警-600預警機對中國海軍非常重要,意味著中國艦載固定翼預警機從設計步入了現實,中國也成為世界上第二個裝備自制艦載固定翼預警機的國家,中國電科38所還發展了JY-300無人預警機,航程達1000千米,對戰鬥機的探測距離約50千米,這樣的小型無人機預警能力接近直-18預警直升機,而留空時間更久,未來中國航母也可能預警機無人化。