预警机发展及其在装备体系中的作用_风闻

黄百乔 1982年6月6日，第五次中东战争爆发，6月9日，叙利亚贝卡谷地，3万多名士兵和6个萨姆-6导弹连严阵以待，而在距离贝卡谷地数百公里外的地中海上，几架以色列E-2C鹰眼预警机盘旋其上，监视着战场上的一举一动。以色列首先使用无人机诱饵诱使叙利亚萨姆-6导弹攻击，暴露雷达位置与参数，E-2C预警机捕获雷达信号后指挥以色列战机对导弹阵地进行了精准打击。增援而来的叙利亚空军米格战机刚从跑道起飞就成为了E-2C鹰眼屏幕上的一个亮点目标，叙利亚米格飞机飞行员还没看到敌人在哪，就成为了以色列F-15，F16战机的活靶子。以色列空军甚至还使用了一架E-2C预警机专职对叙战机进行了电子干扰作业。9日、10日两天的空战，以色列大获全胜，共摧毁萨姆-6导弹基地23个，萨姆-9导弹基地3个，击落叙利亚战机82架。这次战斗是现代预警机开展预警探测、指挥引导与电子干扰作战的经典战例，凸显了预警机在现代化战争中的重要地位。今天我们围绕预警机的话题来聊一聊预警机的前世今生，并分析预警机对当前体系化作战的影响。

预警机的早期历史

简单说，预警机就是雷达与空中载具的结合体。雷达的英文Radar是“radio detection and ranging”的缩写，译作"无线电探测和测距"，即用无线电磁波的方法发现目标并测定它们的空间位置。雷达的发明源自于战争预警的需要，即如何发现空中的来犯之敌。1938年美国海军第一个舰载雷达系统XAF问世，但是舰载雷达一方面安装位置高度有限，另一方面，电磁波属于直线传播，地球的曲率严重影响了雷达对低空目标的探测范围。凭着人类登高望远的切身感受，研究人员自然能想到，把雷达搬到空中平台上就能解决这个问题。1941年前苏联第一次在飞机上安装了预警雷达，而美国的机载预警雷达也于1943年由麻省理工大学研制成功，并实现了分辨多目标能力。自此，预警机进入了发展的快车道。

受地球曲率的影响，需要将预警雷达安置在高空飞行器上。

预警机的分类

预警机系统主要包含雷达与空中载具两个变量，两个变量取不同的值也就组合成了不同的预警机类型。现实中还是以载具进行划分。对于空中载具类型来说，主要有固定翼飞机、旋翼飞机、飞艇与系留气球。对于雷达来说，主要有常规雷达、多普勒雷达与相控阵雷达。

**固定翼飞机与旋翼飞机。**飞机产生升力有两种动力原理，一种是由动力装置产生前进的推力或拉力，由机身的固定机翼产生升力，称作固定翼飞机；一种是由旋翼旋转产生升力，称作旋翼飞机。由于固定翼飞机具有飞行速度快，机动能力强、飞行高度高，机身空间大和安全系数高等特点，目前主流的预警机都选择固定翼飞机作为载具，如美国海军最新的E-2D鹰眼预警机，空军E-3哨兵预警机。美军第一架固定翼预警机使用的是格鲁曼复仇者飞机，如图所示。旋翼式飞机主要指预警直升机。受限于直升机的装载空间与飞行高度，预警直升机的探测范围和指挥能力较固定翼预警机都要小很多，因此一般只起到辅助预警的作用。但因为它具有起降灵活机动的特点，特别适合于舰上使用，且不存在像固定翼飞机那样上舰面临弹射起飞的问题，因此预警直升机也具有一定的生存空间，如我国的直18J预警直升机就是在这种背景下开发的。

美军第一架固定翼预警机使用格鲁曼复仇者飞机作为载具。

**飞艇与系留气球。**上世纪五六十年代，美国海军曾使用飞艇作为预警雷达的载具，研制的型号为ZPG-3W。到上世纪八十年代，系留气球也被选为预警雷达的载具，研制了预警气球。飞艇是一个比飞机更古老的飞行器，飞艇具有空间大，飞行高度适中，貌似可作为预警雷达的好的载具，但飞艇也有一些先天的不足，如载重不够，无法承载太多重型设备，飞行速度不够，缺乏灵活性，在空中极易成为敌方的活靶子，因此飞艇不宜作为主要的预警机载具，只有在特定情形下才能发挥它的作用，比如在陆地上负责辅助预警或信息传输中继的任务，在美海军NIFC-CA体系中的陆上杀伤链中，就使用了JLENS系统就是飞艇预警机，部署在美国内陆地区。预警气球的高度有限，且必须固定在某处，因此一般只在少数民用产品使用，如对港口船舶的监控。

美国海军研发的ZPG-3W预警飞艇。

**多普勒与相控阵。**多普勒雷达是指利用电磁波的多普勒效应设计的雷达。奥地利数学家多普勒发现，当接收者与信号源之间发生相对运动时，接受到的信号频率与信号源频率相比发生了变化，信号源接近时频率增高，信号源远离时频率减低。生活中的典型例子就是火车呼啸而过时，接近你时声音频率越来越高，远离你时声音频率越来越低。因此多普勒雷达对于测量运动物体具有优势。向目标发送脉冲电磁波，测量反射回频率的偏差从而计算出目标的位置变化。“相控阵”雷达是相位控制电子扫描阵列雷达的简写，它将成千上万个小型天线单元排列成天线阵面，这里的每一个小型天线都可以单独控制，大大增加了扫描任务分配的灵活性，可精准跟踪多个目标，而且部分天线单元的损坏也不影响其它阵列继续发挥作用。相控阵雷达另一个重要的特性是每一个小型天线的扫描方向都可以数字化控制，故称作电子扫描方式，电扫不需要机械转换其朝向，相较于多普勒雷达需要通过机械旋转雷达机身来改变扫描方向来说，跟踪一个目标需要经过多个扫描周期，因此相控阵雷达能更快地跟踪上目标。总之，相控阵雷达在反应速度、目标更新速率、多目标追踪能力、分辨率、电子对抗能力等方面都远优于传统雷达。

美军的预警机介绍

美军的预警机主要包括多个系列，其中最重要的是空军的E-3哨兵系列和海军的E-2鹰眼系列。哨兵E-3预警机直接在波音707商用机上改装，加装多普勒脉冲水平旋转雷达AN/APY-1/2，可以监控地面到同温层之间的空间（包含水面）。低空飞行目标探测范围为250英里(400 公里)，高空目标探测范围为400英里(650 公里)。1977年3月第一架E-3入列，至目前为止，美军共有E-3预警机34架，北约、英、法、沙特阿拉伯也都保有一定数量的E-3预警机。E-3预警机目前最新已升级到E-3 Block 40/45版本。鹰眼E-2预警机采用全新研制的飞机作为载具。加装特制的AN/APS-96远距搜索雷达，可同时追踪250个目标，并指挥30群拦截机拦截。侦测极限是200海里（370公里）、E-2C换装的APS-120增加到450公里（250海里）。除了美国海军外，美国还出售了数十架E-2系列预警机给海外盟国，其中我国的台湾地区也购买了4架。目前E-2预警机已更新至E-2D版本。此外，美军的预警机还包括海军的反潜巡逻机P-3系列，目前已更新到P83海神波塞冬版本，以及空军与陆军联合开发的E-8C“联合星”预警机等。

预警机是美军作战C4ISR能力的核心体现

C4ISR是指挥、控制、通信、计算机、情报、侦察与监视的缩写，而这七点功能正好概括了预警机在作战中发挥的主要作用。以前面提到的第五次中东战争中E-2C鹰眼预警机为例。它盘旋在地中海上空，监视着叙利亚战场上的一举一动，当贝卡谷地萨姆-6导弹阵地雷达开机、叙利亚各地机场飞机起飞时，战场情报数据都被其侦察到，并对情报信息进行分析处理，作为指挥己方飞机打击导弹阵地、拦截叙方战斗机的指令依据，预警机通过计算机和通信网络与整个战斗网络中的其它作战单元进行信息交互，实现对战场的指挥与控制。因此说，预警机是美军作战C4ISR力的核心体现。

预警机在战场上发挥的作用不仅仅只是设计之初的目标早期预警功能，更重要的是情报的汇聚中心以及作战的指挥中心。美军早期将预警机称作AEW（Airborne Early Warning ）,后来又称作AWACS（AirborneWarning & Control System），正是这种对预警机定位转变的体现。而这种新的定位使得预警机在美军当前的体系化作战中更凸显了它的重要作用。

美军的体系化作战

体系，英文SystemofSystems的翻译，是指由多个独立系统集成交互在一起形成的更复杂的系统。因此，体系从本质上还是系统，于是有不少人对于将体系从系统中独立出来单独定义，觉得很没有必要，但实际上确实存在着现实的需要。体系的概念来自于美国国防部，海湾战争后，三军联合作战取得了辉煌战绩，美国国防部基本确立了联合作战的装备发展思路，于是在C4ISR构建的联合作战基本架构下，尝试将原属于不同军兵种的装备平台进行联合集成，在此过程中同时遇到了技术上和管理上的诸多难题。技术上，不同装备平台由不同的公司或研究团队开发，技术体制可能不一样，也没考虑过对外接口的问题，于是就有了后来的开放式体系结构以及国防部统一架构框架DoDAF。在管理上，不同武器平台的所有权属于不同的管理团队，平台本身有自身的使命任务，而为构建体系还需要增加新的需求，因此在体系总体与各装备平台之间存在着协调与博弈。此外，体系在形态特征上也存在着一些区别于一般系统的特有的特征，比如迈尔提出来的体系的五大特征：成员系统运行独立性与管理独立性、动态演化性、行为涌现性与地理分布性。因此，美国国防部把体系的概念单独提出，用体系与体系工程的新概念来指导和管理联合作战系统开发。

在体系化设计思想的指导下，美国国防部提出了一系列与体系设计相关的技术标准和工作指导。体系强调的是整体的综合能力目标，而不同于单个系统的性能指标，因此美国国防部改变了以往基于威胁的需求开发系统，提出了强调能力的联合能力集成开发系统（JCIDS）；体系是在基本架构下选择不同的成员系统集成而成的，体系架构的基本设计思路就是将原有的杀伤链解耦后由不同的成员系统承担其中的某一个环节，为消除联合作战体系开发过程中不同企业之间的技术体制不一的问题，在体系架构方面，美国国防部推出了DoDAF，使得不同系统在设计之初就遵循了统一的设计标准，便于后续的联合集成；与传统的系统工程相比，体系构建的工作即体系工程的内容更多的是组织好各成员系统之间的交互、协同与验证，为此美国国防部发布了体系工程指南。

从CEC到NIFC-CA，预警机的重要作用

美国国防部的体系化设计思路在美国海军结出了丰硕的果实，其中的代表就是海军一体化联合防空体系NIFC-CA。NIFC-CA将海上作战力量连接在一起，将所有单元的探测情报信息汇聚成统一的战场态势信息，并实时分享给体系内的每一位成员，NIFC-CA还实现了导弹的中继控制以及超视距打击与防御能力，大大提升了美军对海上低空目标的防御能力。一个典型的航母编队NIFC-CA组成如图所示，F-35C利用其速度快与隐身性能好的特点，作为前突的感知传感器，将前方战场的ISR数据传输给E-2D预警机，E-2D汇聚所有的战场传感器获得情报数据后，生成统一的战场态势信息，共享给体系内所有节点，并指挥EA-18G干扰敌方雷达与通信、指挥F-35C与F/A-18对目标进行空中打击，如遇来袭目标，指挥DDG驱逐舰上的宙斯盾系统发射导弹进行超视距拦截。

美国海军航母编队NIFC-CA体系组成图。

能够实现体系内数据的实时、可靠传输的是美军的联合能力交战系统CEC（ Cooperative Engagement Capability）。CEC应该可称作NIFC-CA的前身，上世纪90年代，美海军致力于将分布在各处的传感器数据收集起来，形成统一的目标航迹，指挥雷达对已发现的目标线索进行进一步精确跟踪，并实现超视距的协同指挥作战能力，在美国应用物理实验室APL的指导下，开发了CEC系统。而随着接入CEC系统的平台类型不断扩大，形成了更为完整和丰富的分布式、超视距的杀伤链。于是从CEC发展到目前的NIFC-CA便是是水到渠成的结果。

而在NIFC-CA体系中居于核心地位的还是预警机系统鹰眼E-2D。它是整个体系的情报中心，它自己本身就是强大的情报收集者，它还接收来自体系内所有传感器获取的原始情报数据，生成统一的战场态势，并共享给体系内所有成员平台，使得整个体系虽然分布各处，但工作得像是一个统一的系统一样。它是整个体系的指挥中心，它可同时跟踪多个目标，并指挥己方战斗成员分别进行拦截或打击，从而灵活建立多种可行的杀伤链，它是将传统的单一杀伤链扩展成体系化动态杀伤网的关键节点。它还具有强大的电子战能力，能致盲对方的机载雷达。总之，预警机是整个NIFC-CA体系的粘合剂与赋能者，是体系战斗力形成的倍增器。

预警机的智能化未来

随着无人化平台的飞速发展以及智能技术的应用，装备体系的无人化与智能化也成为装备发展的新特征，这种变化对于预警机的应用来说也会产生深远影响。我们可以做如下设想：一是可利用大量无人机继续扩大预警机对整个战场的情报收集能力，扩大自身的探测范围。受自身雷达范围以及地球曲率的限制，目前单一的预警机的探测范围已到极限，NIFC-CA体系中利用F-35C作为前突的传感器，将获取的情报传给后方的预警机，从而大大扩展了预警机的探测范围，我们可以使用大量廉价的无人机平台能完成同样的任务，而且无人机可以进入到更为危险的战场区域。二是利用大数据分析技术，实现对目标行为特征的智能识别。传统的预警机只能识别出目标的航迹，而不能进一步识别出目标的类型。在大数据分析技术的支持下，预警机平台可以在生成目标轨迹的基础上，进一步分析出目标轨迹的运动行为特征，从而识别出目标的类型，为更进一步的精细化指挥提供数据支持。

 （本文已发表在《舰船知识》杂志2020年11期上）

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