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我心飞翔-浅析我国航空母舰的指挥引导控制系统  

2010-04-05 17:59:34|  分类: 中国军情 |  标签: |举报 |字号 订阅

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我心飞翔-浅析我国航空母舰的指挥引导控制系统 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

武汉模拟航母舰岛开始安装相控阵雷达,表明我国航母以相控阵为主要空情信息掌握手段

近日,我国武汉那个神秘的水泥航母模型装上与国产舰载有源相控阵雷达相近的弧形雷达罩,里面可能就是舰载雷达,这似乎表明我国航母电磁兼容性研究已经开始。

还有一个可能网友觉得与此风马牛不相及的新闻,即昌河飞机工业公司的高新型号已经完成首飞,这可能是传说的预警直升机-我国航空工业的高新型号通常指预警及电子战型飞机,如运-8系列,两者相结合,就可以大致推测我国未来航母的舰载指挥引导控制系统。

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这张照片表明国产海鹰雷达用于备份和值班雷达

 

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直-8预警直升机负责低空信息掌握

许多人可能会问;如何从一个水泥建筑上看出我国未来航母的指挥引导控制系统?这是因为武汉那个建设并不是随便建立的,可能是我国航母设计单位建设的我国航母的模拟舰岛,实际上这在大型舰艇的研制中是普遍的事情,如我们熟悉的神盾系统在装舰前就美国海军技术测试中心就曾经建设过一个陆地仿真平台进行相关性能的测试,最近就是BAE为下一代PA2航母建设的模拟舰岛进行电磁兼容方面的试验,从武汉这个水泥建设加装的雷达及通信系统来看应该也是我国航母一个模拟舰岛,用来测试各舰载雷达及通信系统和电磁兼容方面的性能。从雷达安装位置来看其与库滋涅佐夫级相当,这表明我国未来的航母的指挥引导控制系统也和库舰相近,即采用相控阵雷达来维持对大范围内的空情信息的掌握,辅以预警直升机对低空目标进行探测,两者的信息在指挥引导控制中心进行融合形成完成的战区空情信息图像,指挥员据此进行编队防空等作战行动。

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库滋涅佐夫级以相控阵雷达为主要空情探测雷达,顶板为备份和值班雷达

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卡-31负责低空空情掌握

我们知道,航母号称“海上浮动机场”,其作战威力来源于其搭载的舰载机,而想支持这些舰载机作战就必须拥有较为完善的舰载指挥引导控制系统,而为此系统主要的探测系统就是舰载雷达,即各舰载雷达探测到信息传递给舰载指挥引导系统,后者对雷达的信息进行综合和处理,包括统一坐标和时间,滤除重复的目标数据,得到目标的运动轨迹和参数,据此指挥飞机和防空武器进行防击,最初的舰载指挥引导控制系统采用人工作业,信息处理速成慢,且容易造成虚警和漏报,所以出现了半自动指挥引导控制系统,如美国早期航母的海军战术数据系统-NTDS,该系统采用计算机处理雷达空情信息,有效的提高了信息传递和处理的速度,大大增加了编队防空作战的效能,但是由于其雷达空情信息录取仍旧需要人工,因此限制了信息获取的速度,所以称之为半自动化指挥引导系统,根据信息技术的发展,发展了雷达空情的自动录取技术,即从发现目标到读取坐标都是雷达自动完成,这样就可以实现从探测到目标到处理、显示的全过程自动化,因此也被之为自动化指挥引导控制系统,如美国现役航母的装备的先进作战指挥系统-ACDS。

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美国航母ACDS系统的指挥中心

指挥引导控制系统的进步,反过来对雷达性能提出了更高的要求,我们知道二战后随着喷气作战飞机的广泛运用以及其性能的不断提高,特别是反舰导弹的出现,对于航母舰载指挥引导控制系统及舰载雷达提出了更高要求,即能够在更远的距离上发现目标,有更快的反应能力,更高的分辨率以及更强的抗电子干扰能力,但是对于当时各航母的主要配备的是机械扫描雷达,其需要机械转到机构来实现雷达的全向探测,但是根据雷达探测探测距离公式,雷达探测距离与天线尺寸呈正比,而天线尺寸又和重量呈现正比,因此对于机械扫描雷达来说如果想实现较大的探测距离,必须增加雷达的天线,那么天线重量随之增加,这样就会降低其扫描速度,从而影响其数据更新速率,如法国航母配备的DRBV-26雷达,最大探测距离超过300公里,但天线重量达1630公斤,装在桅杆比较困难,所以这些雷达一般单独装备在一个基座上面,另外其天线转速只有6圈/分钟,当雷达发现目标时,考虑到虚警等因素,并不能马上确认目标,需要二次甚至三次扫描后才能确认,这对于对抗现代快速机动目标显然力不从心。

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法国戴高乐航母装备的DRBV-26远程搜索雷达,注意其单独安放在一个基座上面

从上世纪60年代起,航母开始配备要相控阵雷达,最早的是美国企业号上面的AN/SPS-32搜索雷达和AN/SPS-33跟踪雷达,第二艘就是我们熟悉的库滋涅佐夫号航母,对于相控阵雷达说其阵面拥有较多的阵元,可以实现功率在空间的叠加和合成,从而增加探测距离,并且可以采用烧穿的方式对付电子干扰,另外由于采用电子扫描方式,可以实现在搜索到目标后迅速调头确认目标,并且采用边搜索边跟踪方式,同时实现搜索、跟踪和制导等多种功能,大大提高了雷达空情信息探测能力,但是相控阵雷达也有自己的缺点就是雷达天线太重,AN/SPS-32/33的雷达一个阵面的重量都超过30吨!即便大家熟悉的神盾系统采用的SPY-1雷达一个阵面的重量也超过5吨,要想实现全向的探测,必须采用固定天线的办法,但这些天线根本就装不上桅杆上去,加上尺寸也比较大,SPS-32的长度在10米左右,SPY-1也接近4米,因此在舰桥上面找到适合的空间也不容易,所以解决的办法就是我们熟悉的整合到上层建筑中,这也是神盾舰最明显的外部特征。

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企业号航母,注意舰岛周围的相控阵雷达天线

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蓝色区域、横放的天线是用于搜索的AN/SPS-32

红色区域、竖放的天线是用于跟踪的AN/SPS-33

不过这种办法也有自己的不足之处,就是会增加航母上层建筑的复杂程度,建造难度较高,增加舰艇的成本,还有一个不容忽视的问题就是对于,由于雷达距离海面较近,低空目标探测距离较近,如SPY-1对于距离海面5米高的目标探测距离只有30公里左右,对于抗击现代反舰导弹能力不足,因此在这种情况下,美国海军将航母探测系统主要放在舰载预警机上面,例如我们熟悉的E-2C鹰眼预警机,E-2C对于低空突防的战斗机大小的目标可以提供超过300公里的探测距离,高空则超过500公里,大大提高了航母编队指挥官对于编队周围空情特别是低空空情的掌握能力,最重要的是凭借航母这个机动平台,可以迅速在对方区域建立空情指挥引导控制体系,由于目前大多数国家仍旧没有装备预警机,这样就会形成这样的战术优势;航母编队不远万里抵近对方海域作战,但空情指挥引导优势仍旧在我方,此外还降低了对航母本身雷达的性能要求,比如E-2C成熟后,美国航母就拆除了庞大、复杂的AN/SPS-32/33雷达,取而代之是较为简单的AN/SPS-48雷达和AN/SPS-49对空搜索雷达。

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后期企业号航母,注意舰岛的天线已经拆除

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这个变化是因为E-2C的成熟

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美国现在航母的舰岛就整洁多了

使用E-2C衍生的问题航母要有较大的吨位,E-2C的尺寸;长为17米,最大起飞重量24吨,已经和F/A-18战斗机差不多,其翼展更是后者的2倍,这显然需要较大的使用空间。还有一个就是起飞问题,我们知道运输机由于翼展较长,升力较大,可以在轻载的条件下从较短的跑道起飞,但是预警机由于装备了较多的电子设备,导致空重增加,另外外置的雷达天线增加了阻力,这都增加了预警机从滑跃甲板起飞的不稳定性,特别是高海况的时候更是如此地,另外其最大起飞重量也受到一定的限制,特别是载油数量,因此限制了其执行任务的半径的滞空时间,这些都影响了固定翼预警机在滑跃航母使用的效能,这也是为什么现在操纵固定翼预警机的都是配备弹射器的航母重要原因,没有预警机来扩展低空空情信息,那么就会严重削弱航母编队的整体作战效能,因此从上世纪80年代起,出现了直升机预警机来弥补这个不足,如英国皇家海军的海王预警直升机,库滋涅佐夫号航母采用的也是这个思路,甚至英国正在建造的伊丽莎白女王级航母由于采用了滑跃甲板,其预定配备的“多任务海上监视与控制”飞机-MASC也将会采用EH-101直升机做为平台,当然与固定翼预警机相比预警机直升机在工作高度、探测距离和滞空时间都有所降低,特别是其探测距离一般都在200公里左右,因此在作战能力比固定翼预警机有较大差距,这在一定程度限制了航母编队的作战效能,可以看做一种临时过渡性的措施。前苏联在库、瓦两艘航母号就建造采用弹射器的乌里扬诺夫斯克级航母,可以使用YAK-44预警机,而英国伊丽莎白女王级也预留采用未来电磁弹射器的能力。

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皇家海军的海王预警直升机

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皇家海军新一代伊丽莎白女王级航母

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 由于采用了滑跃甲板,其只能使用EH-101预警机,

注意这个方案采用了机身机翼来提高平台的飞行性能

这样我国航母采用了类似库舰的以相控阵雷达加预警直升机的舰载指挥引导控制体系就不难理解了,对于我国来说随着空警-2000、200型预警机的研制成功,标志着我国在预警机及雷达、任务系统、显控台、数据链等领域已经成熟,特别是空警-200配备的涡桨-6C发动机及复合材料六叶螺旋桨解决了关键的发动机问题,因此对于我国来说研制一型与E-2C性能相近的舰载预警机并不是存在太大的技术障碍,问题的关键在于弹射器,也就是说如果想更好的操纵预警机,就必须为航母配备弹射器,但是目前使用蒸汽弹射器虽然原理比较简单,但是对于材料及工艺有非常高的要求,现在能够生产的只有美国一家,即便拥有雄厚技术实力与工业基础的前苏联也是经过长期的攻关才掌握这一技术,对于基础薄弱、技术储备不足的我国来说,短期内完成弹射器的研制、定型、投入使用显然难度非常大,因此从稳妥角度出发在第一艘航母采用相对简单的滑跃甲板也是情理之中的事情。

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空警-200的研制成功,标志着我国研制与E-2C相近的预警机已经不存在技术障碍

采用滑跃甲板的问题就是难以操纵固定翼预警机,而对于我国来说随着周边国家和地区广泛装备三代作战飞机,特别是在东南战区维持国家统一之战还面临着强敌的干涉,因此其面临的空中威胁是非常严重,这就需要较强的空情信息探测能力以为舰载战斗机提供较为全面的指挥引导控制,以便为编队提供更好的空中防御,那么采用大面积相控阵雷达就成为必要甚至是唯一的选择,利用它的远程探测能力尽可能的外推防御线,为编队舰载防御武器争取更多的防御时间与空间,这样为编队提供一种低空空情信息探测手段就非常必要了,这也是为什么我国要研制直-8预警直升机的主要原因,通过预警直升机前出到一定距离,来扩展编队低空空情的探测能力,为编队指挥官提供较为全面的空情信息,同时利用高速数据链为编队的远程反舰提供目标搜索与指示,特别与编队形成协同作战能力,为编队神盾舰提供视距外制导,扩展编队对于低空反舰导弹的拦截能力。可以在一定程度上缓解航母编队预警能力不足的矛盾。对于我国海军来说,另外比较有利就是预定战场主要集中在东海及南海海区,作战半径大约1000公里左右,仍旧处于我国空警-2000型预警机的任务半径之内,这样战时可以得到该机的空情信息支援,从而形成较为完善战区指挥引导控制体系,,但这样也会大大限制我国航母编队的作战范围-脱离岸基预警机的支援,其应付冲突能力和强度都会大为降低,从降低航母编队的捍卫国家安全和权益的能力。

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如果我国航母采用滑跃甲板话,可能无法使用舰载固定翼预警机

因此考虑到航母编队是我国海军未来主要作战力量,需要执行国家威慑与远洋机动作战任务,因此加强发展弹射器,为后继航母配备固定预警机才是王道。相信随着国家的进步,我国航母编队的作战能力肯定会越来越强大!

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 早日研制出弹射器是王道

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注:

参考资料;

1、世界海用雷达手册

2、防空自动化指挥系统

3、国外舰载机发展回顾

4、本文配图来源于网上,权利归原作者所有

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美国新一代航母CVN-21也将采用固定式相控阵,我心飞翔-浅析我国航空母舰的指挥引导控制系统 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

不过CVN-21采用了集成式桅杆和嵌入式孔径技术,属于螺旋式提高

 

 

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