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北国中坚-展望俄罗斯新一代预警机  

2010-06-19 19:13:18|  分类: 海外观察 |  标签: |举报 |字号 订阅

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北国中坚-展望俄罗斯新一代预警机 - 小飞猪 - 小飞猪的博客
 参加俄罗斯胜利日阅兵的A-50预警机 

6月15日是,俄罗斯有关方面透露正在研制新一代预警机,该机性能将超越现有的A-50预警机,预计该机将和PAK-FA/T-50成为俄罗斯新世纪空中作战体系的主体。

俄罗斯空军现在的主力是苏-27战斗机和A-50预警机,这两种飞机都是在前苏联时代研制的,由于俄罗斯经济实力有限,一直未能进行改进,因此在西方新一代作战飞机已经形成作战能力情况下,苏-27和A-50的作战效能直线下降,因此俄罗斯迫切需要新一代空中作战体系。

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 世界上第一种预警机TBM-3W

我们知道,雷达是英国人发明的,并且在不列颠空战中发挥了重要的作用,但是英国出于意识形态和战后世界格局等因素考虑,只愿意和美国分享雷达技术-美国第一种机载预警机APS-20(该雷达装在世界第一种预警机TBM-3W上面)就是利用英国提供的磁控管技术研制的,而前苏联只能利用缴获的德国雷达及生产设备来发展自己的相关系统,1951年前苏联进行了机载预警雷达系统的早期研究;将一部雷达安装在里-2飞机的起落架之间,该雷达首次采用了非相参动目标显示技术,进行探测低空中目标的首次尝次,通过该系统前苏联初步掌握了动目标显示技术的原理及技术,为以后发展更先进的预警机打下了坚实的基础。

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 前苏联第一代图-126预警机

50年代,美国在喷气式轰炸机、空中加油系统、远程导航技术等方面取得了较大的突破,这意味着其可以越过北极地区向前苏联发动攻击,如果依赖地面防空探测与拦截系统来防御荒凉的北部地区,前苏联势必要投入大量的资源,后勤保障也是个难题,因此为了提高北部及边远地区的防空能力,前苏联启动了“全国防空现代化计划”其中核心项目就是研制图-126空中预警机,研制工作由莫斯科试验机器制造厂(第156设计局)负责,平台采用前苏联图-114客机,雷达则采用仪器仪表研究院(NIIP)研制的莲娜机载预警雷达,莲娜雷达采用单脉冲体制,低脉冲重复率波形和动目标显示技术,峰值为2MW,对于大型空中目标如B-52轰炸机的探测距离为370公里,巡洋舰为400公里,可以与电子侦察系统相配合使用,具备较好的抗电子干扰和反辐射导弹的能力,雷达天线罩直么为11米,是第一种可以旋转的雷达天线罩,首架飞机于1960年开始改装,1962年首次试飞,1970年装备部队,共生产24架左右,配备于第67独立空中预警机中队,驻地在立陶宛希奥利艾空军基地(需要指出的是由于相关系统高度敏感性,尽管驻扎在其他加盟共和国,但前苏联预警机都是由俄罗斯人来操纵,苏联解体后,这些飞机也都撤回了俄罗斯),根据实际操作及演习经验,图-126预警机可与图-128截击机配合作战,两者形成的联合空中拦截体系可以把B-52轰炸机拦截于离前苏联海岸线1000公里的地方,同时由于该机的机动性能和雷达覆盖范围都要大于地面防空雷达,因此可以迅速的提高主要威胁方向的防空探测能力或者增补防空雷达网的薄弱环节。

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 前苏联的图-156预警机方案,与美国的E-3A相近

60年代随着地形跟踪雷达、飞行控制及操纵系统的发展,出现了可以进行低空突防的轰炸机及攻击机,由于莲娜雷达采用了单脉冲体制,因此下视性能较差,尽管图-126可以采用了低空飞行,向上探测目标的方法来弥补这个缺陷,但这种方法对于飞行员技术要求较高,并且难以探测可以进行地形跟踪/迥避的飞机,1969年前苏联决定研制新一代空中预警机,第156设计局很快拿出初步方案,编号为图-156,但是在寻找合适的平台方面遇到了较大的困难,当时图-95系列性能有限,新型的图-154飞机航程偏短,且由于采用尾置发动机需要较大的改动,为此图波列夫设计局曾经提出一个新的预警机载机方案,其外形类似于波音707,采用4台D-30KP涡扇发动机,但前苏联空军认为其完成研制需要的时间较长,新型预警机的要求又比较迫切,因此将其否决,最后新型空中预警机载机选择了新型军用运输机-伊尔-76,研制工作也因此改由别里耶夫设计局负责,1978年首架A-50预警机试飞成功,1985年设计定型并装备部队,到前苏联解体式,共生产了20架左右,这些飞机同样装备于第67独立预警中队,该中队也由此升级成第144独立空中预警团,1990年海湾战争,A-50在黑海上空飞行,探测从土耳其出发的美国及多国部队作战飞机及巡航导弹,前苏联解体后,这些飞机全部返回俄罗斯,布署于伊万诺夫空军基地并且参加了第1、2次车臣战争,至今A-50预警机仍旧是俄罗斯空军防空探测与引导系统的核心和骨干,

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A-50是前苏联空军和现在俄罗斯空军的作战能力的中坚 

A-50采用的大黄蜂空中预警雷达仍旧由NIIP研制,雷达为脉冲多普勒体制,工作在S波段,具备较好的远程探测能力,平均功率20KW,对于低空目标如战斗机探测距离大约为300公里,巡航导弹在200公里左右,高空轰炸机接近700公里,飞机可以通过数据链指挥作战飞机拦截目标,也可以将目标信息传递给地面防空指挥所,总体性能与美国的E-3A预警机相近,但受限于前苏联微电子工业的技术水平,A-50预警机的机载系统多采用中小规模集成电路,与采用大、超大规模集成电路的E-3A相比,其体积和重量较大,性能和可靠性较低,比如E-3A可以同时处理600个目标,而A-50为300个,在一定程度上影响了其战、技术指标。A-50预警机最大起飞重量为190吨,载油为80吨左右,航程5100公里,滞空时间为7.8小时(无空中加油),值勤时间(标准工作高度与速度,离基地1000公里)4个小时,根据A-50存在的缺点,前苏联在80年代又发展了A-50M型飞机,采用改进后的大黄蜂雷达系统,新的雷达系统加大了探测距离,增加了跟踪目标的数量,能指挥更多的战斗机向目标发起攻击。首架飞机于1987年试飞成功,原计划在生产约30架,但是因为前苏联解体,俄罗斯经济不振,A-50M实际上并没有批量生产,作为该计划一种廉价的替代方案,俄罗斯空军曾经提一个A-50U计划,主要是用新型的信号/数据处理系统来改进现有A-50预警机的大黄蜂雷达,从而提高雷达的探测与跟踪目标等性能,1993年完成首架飞机的改装,但是由于缺乏经费,这个计划也无果而终,俄罗斯一度把希望寄托于对外销售,通过对外出口飞机来筹集飞机改进的经费,但是由于A-50价格昂贵,市场相对有限,特别是在中国、印度两个传统大客户市场碰到了以色列“费尔康”相控阵预警雷达的有力挑战,最终性能欠缺的A-50被对方击败,A-50预警机的发展陷入停滞不前的状态。 

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 已经在阿拉斯加执勤的F-22

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 F-35让俄罗斯陷入隐身包围圈

与之相对应,进入上世纪90年代,西方新一代作战飞机却逐渐成熟、批量生产装备部队,如EF-2000、RAFALE等三代半作战飞机,具备雷达横截面小、电子战能力强、机动灵活等优点,特别是美国隐身作战飞机更是取得了突破性进展,B-2隐身轰炸机研制成功,并参加了科索沃、伊拉克战争,F-22隐身作战飞机开始装备部队,这些飞机对于俄罗斯现有的空战体系形成了巨大的挑战,尤其让俄罗斯感觉不安的是隐身飞机已经抵近到自家门口,如F-22已经布署在阿拉斯加,F-35即将大量装备欧洲国家空军,从北欧的挪威到南欧的土耳其,与阿拉斯加的F-22遥相呼应,形成一个隐身作战飞机包围圈,前面说过A-50的大黄蜂雷达本来就存在着信号/数据处理能力有限的缺点,因此在对付杂波背景下的目标探测能力不足,这也是A-50与费尔康竞争败北的主要原因,那么其探测F-22/-35这样具备较强隐身能力的作战飞机时,能力就更加有限,因此研制新一代空中预警系统对于俄罗斯来说的确是一件迫在眉睫的事情。

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俄罗斯在机载有源相控阵雷达方面方面正走向成熟,图为PAK-FA/T-50的AESA 

俄罗斯新一代空中预警系统会是什么样子?笔者认为从俄罗斯面临“隐身包围圈”的角度出发,其新一代空中预警机极有可能是一种配备有相控阵雷达的预警机,这是因为相控阵雷达的优点就是采用电子扫描,具备更好的多目标跟踪能力,可以根据目标状态的差异来自适应的改变本身的工作方式、参数和能量分配,可以在空间实现功率的合成与叠加,从而增大探测距离,提高对于高机动和电子战能力强目标的探测能力,特别是相控阵雷达可以把能量集中在主要威力方向,以提高对于隐身目标的探测能力,我们知道现代战场上除了隐身飞机外,还有大量其他的低探测性目标如各类战术导弹、巡航导弹、无人机等等,这些都迫切要求提高预警机对于低探测性目标的探测能力,加上其他空中目标数量增加、机动性能、电子战性能增强等因素,因此新一代空中预警机都采用了相控阵预警雷达,另外目前国际军贸市场上相控阵雷达预警机也是主流,包括以色列的费尔康、美国的E-737、瑞典的“平衡木”等,尽管俄罗斯一些传统市场因为政治因素难以采购这些西方系统,但是中国相控阵雷达预警机的已经成熟,并已经成功出口到巴基斯坦,因此这些客户有了新的选择,对于俄罗斯来说如果新的空中预警机不采用相控阵预警雷达的话,其未来国际竞争能力就比较有限,由于俄罗斯国内经费投入不足,相关武器装备的发展费用很大程度上要依赖出口来维持,国际竞争能力有限显然是一个无法接受的缺点,另外进入本世纪,随着经济形势的好转,俄罗斯加大了对微电子及半导体工业的投入,特别是有源相控阵雷达的基础器件-砷化镓集成微波芯片已经由俄罗斯半导体仪器研究所研制成功,并进入了工业规模化批量生产,为俄罗斯研制机载有源相控阵雷达打下了坚实的基础,俄罗斯目前已经推出多型机载有源相控阵火控雷达,研制机载有源相控阵预警雷达并不存在太大的技术障碍,因此笔者认为俄罗斯新型预警机采用有源相控阵预警雷达的可能性非常大。

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  有源相控阵雷达是新一代预警机的标准配备,图为击败A-50的费尔康预警机

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美国的E-737预警机

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 美国下一代E-10A预警机也将配备有源相控阵雷达

需要指出的是A-50本身也可以被作相控阵预警机,根据有关资料大黄蜂雷达和APY-1一样,方位扫描采用机械转动的方式,垂直面用移相器实现电子扫描,前苏联另外一种类似的雷达系统是安装在卡-31预警直升机上面的E-801M雷达,就前苏联而言,其在相控阵雷达技术方面还是有较高的造诣的,是世界最早开始研制相控阵雷达的国家之一,第一种相控阵火控雷达-米格-31的SBI-16就是由NIIP研制的,只不过由于微电子技术落后,因此无法减少相关雷达的体积和重量,如SBI-16雷达的重量高达1吨,以致于无法配备到战斗机上面,80年代随着前苏联微电子技术的进步,研制相控阵预警机也被提上日程,考虑到经济及技术原因,前苏联首先研制的是较小的安-88舰载相控阵预警机,该机是我们熟悉的安-71预警机的改进型,其最大的特点就是采用了在两侧保形天线-即把天线整合到机身蒙皮中去,这样做的优点去掉了重量和体积较大的雷达罩和机械转动机构,每个阵面可以做的相对较大,同时时对于飞机气动性能影响减少到最小,但缺点就是雷达实现全向探测能力比较困难,常常需要多个天线来完成全向覆盖,另外就是增加了信号/数据处理的难度,比如需要单独计算每一个阵元的波束控制数据码,同时每一个阵元都需要对信号进行调节的相关设备,所以对于雷达相关系统的软/硬件设备要求较高,这样其成本也要比常规的相控阵雷达要高,到前苏联解体时,前苏联只制造了3架安-88预警机的样机,随着乌克兰的独立,这些飞机和安东诺夫设计局都留在了乌克兰,有海外消息指目前3架飞机中只有一架还停放在安局的机场上面。

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世界上第一种机载相控阵火控雷达-前苏联的SBI-16

 

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前苏联研制的安-88相控阵预警机,注意两旁的天线开槽 

俄罗斯再一次接触到相控阵预警机是帮助国外用户设计A-50I飞机,该机将A-50的旋转雷达罩改装成固定雷达罩,3个费尔康有源相控阵天线呈三角形在雷达罩内排列,以实现全向的探测能力,同时机头、翼尖及机尾进行了重新设计以容纳电子系统,为了提高飞机的航行稳定性,改进设计了后机身并增加了腹鳍,在随后出口到印度的A-50EI飞机上,根据印度空军的要求,用俄罗斯新型大涵道涡扇发动机PS-90A替代原来的D-30KP,PS-90A在推力、油耗等指标方面优于后者,因此A-50EI的飞行性能和滞空时间都好于A-50飞机,由于这些设计都是由俄罗斯别里耶夫和伊留申等设计局完成的,对于俄罗斯来说,其掌握了大量相关改进的气动及工程数据和资料,相当于国外用户出钱让俄罗斯相关设计局为A-50更换有源相控阵雷达和发动机,因此结合俄罗斯空军此次仍旧选择伊尔-76MD型飞机做为新型空中预警机的平台,考虑到技术难度及费用,笔者认为此次俄罗斯新型预警机可能和A-50EI一样,仍旧采用传统的圆盘式天线,里面有源相控阵天线呈三角形排列以提供全向的探测能力,发动机可能也会更换为PS-90A发动机,

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 A-50I的有源相控阵天线呈三角形排列

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 A-50EI采用大涵道涡扇发动机

另外需要指出的是数据链系统,我们知道预警机不但需要强大的探测能力,还需要有先进的数据链系统以便能够迅速、及时的把目标信息传递给作战飞机,形成联合网络作战系统,真正把信息资源转化为战斗力,进入新世纪以来美国及西方国家预警机都普遍换装了联合战术信息系统分发系统-JTIDS和LINK-16数据链,A-50虽然也有数据链,但其性能仅相当于美国上一代LINK-4的水平,只能传递一些简单的信息、数据,且网络容纳的成员有限,抗干扰能力较差,为此俄罗斯研制了数据交换、导航和识别系统-OSNOA,该系统的性能和JTIDS相近,具备更快的通信速率、更大的容量和更好的抗干扰能力,是俄罗斯新一代指挥控制系统的基础,俄罗斯新研制的苏-35BM就装备有该系统的终端,预计俄罗斯新型预警机也会装备OSNOA系统,构建俄罗斯空军新一代联合网络作战系统。

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 俄罗斯新一代指挥控制系统示意图

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俄罗斯新一代机载数据链示意图 

尽管俄罗斯在改装相关预警机的项目中获得了较为丰富的经验,但是考虑到新型预警机的复杂性,为了防止新机研制拖延对空军战斗力造成影响,也是为了填补新机装备前的空白期,俄罗斯空军还将对现役的A-50进行升级,从报道中改进后的A-50U将能够保障搜索600千米范围内的轰炸机、300千米范围内的歼击机和250千米内坦克大小的地面目标,同时跟踪的目标数量可达300个等数字来看。这些指标似乎与A-50并没有明显的增加,因此可以推测这个改进并没有更换新的雷达,而是采用新型的信号/数据处理系统替代原来的系统,增加了对低空和低探测性目标的探测能力,不排除装备OSNOA系统,以便可以指挥苏-35BM等新型战斗机。另外此前曾经有海外媒体报道俄罗斯有计划在图-204客机的基础发展新一代空中预警机,但从图-204的数据来看,其最大起飞重量100吨和商载20吨分别只有伊尔-76MD的一半左右,因此图-204空中预警机有可能是俄罗斯针对未来国际市场发展的中型预警机以便和E-737等预警机竞争。

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 海外媒体的图-204空中预警机想像图

对于本世纪的俄罗斯空军来说,PAK-FA/T-50隐身战斗机和相控阵雷达预警机是作战能力的两大支柱,在俄罗斯目前经济基础尚不充实的情况下,完成这两种飞机的研制对于俄罗斯来说将是一个巨大的挑战!

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同时完成T-50和新型预警机的研制,对于俄罗斯来说是一大挑战。 

本文专供网易军事(http://war.news.163.com/),禁止商业性转载,非商业性转载请注明本文链接及本声明 

注:

参考资料;

1、世界飞机手册

2、雷达手册

3、综合电子信息系统

4、苏联/俄罗斯的空中预警机技术演进 钟强

5、本文配图来源于网上,权利归原作者所有

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