前言:舰船预警机是航母的核心装备之一,以前的舰艇雷达受地球曲率的影响,远距离低空有盲点,无法发现超低空接近的敌机,也无法引导舰船远程作战。美国海军在第二次世界大战后立即开发了E-1和E-2舰载预警机,到21世纪为止,美国一直保持着75架舰载预警机装备的规模。其航母战斗群防空效率提高了15~30倍,击落敌机效率提高了30% ~ 150%,攻击群发生敌机的概率减少了15% ~ 55%,没有舰载预警机的航母战斗群必须与敌人的航母战斗增加一倍才能保持安全。中国海军很久没有考虑舰船预警机了
一:中国航母装备舰载预警机的障碍
2012年“辽宁”号航母加入中国海军作战序列,不久山东号航母也交付使用,中国成为世界第二大航母大国,但2艘滑跃式航母有个饱受诟病的问题,就是缺乏舰载固定翼预警机,在固定翼舰载预警机方面,美国E-2C/D舰载预警机一直保持着垄断地位,目前只有美国拥有固定翼舰载预警机,本来预警机就是尖端技术,对国家电子技术实力有相当高的要求,目前也仅有美、俄、中三国有独立的研制生产陆基预警机的能力,舰载预警机要求更苛刻,需要在尽量小的飞机上安装至少5吨重的雷达和相关电子设备,还需要在机舱内搭载操纵人员指挥和引导数十架舰载机,美国E-1B预警机只有2名系统操纵员,E-2C预警机增加到3名,E-2C预警机机舱长8米,宽2.4米,高1.8米,60立方米的内部塞满了航电机柜和卫生间,设置2-3名人员不是件轻松的事,就是这个尺寸限制了载机数量,美国航母一般只携带4架,法国“戴高乐”号只能携带2架。
苏联在60年代就开始研制岸基预警机,但对舰载预警机没有迫切需求,苏联海军缺乏大型航母,在远洋处于被动地位,苏联海军启动了大型航母计划后也开始了舰载预警机研制,安东诺夫设计局的方案是安-71预警机,雅克福列夫设计局的的方案雅克-44E预警机,安-71是第一种喷气式舰载预警机,可以在200米的滑跃跑道上起降,垂直尾翼上安装了一部E-700雷达,天线直径6.8米,转速6转/1分钟,可以同时探测800个目标,跟踪120-180个目标,引导20~25架战斗机作战,可探测距离600千米的轰炸机,370千米的战斗机,战斗机的超低空小型反舰导弹,性能相当于E-2C预警机70年代末期的AN/APS-125型雷达,雅克-44E预警机外型和E-2C一模一样,但尺寸要大20%以上,起飞重量达到40吨,雷达天线直径7米,可同时探测1500个目标,跟踪400个,引导40架战斗机作战,
这两种预警机的尺寸和重量都很大,不利于舰载,安-71长23米,高9米的机长、翼展32米,尺寸更小的雅克-44E也比E-2C大了10%,无论是尺寸和起飞重量对航母来说是一个庞然大物,能否在航母上运作是一个未知数,苏联解体时安-71只生产了2架原型机,雅克-44E只完成了木制样机,俄罗斯受经济限制,无力完成研制,最终全都下马,中国航母工程开始之后,中国开始考虑为航母选择舰载预警机,如果没有舰载预警机,中国海军只能在距离岸基预警机机场1500千米.-2000千米的距离上活动,超出这个范围只能依托舰艇的对空雷达,面对美国航母毫无胜算,但当时中国对舰载固定翼预警机的了解是一片空白,很多专家都错误的认为固定翼舰载预警机需要弹射器才能从航母起飞,这个荒谬的观点影响了决策者的认知,很多资深的技术人员认为在未解决弹射器技术之前研制舰载固定翼预警机根本无从谈起,
但是美国S-2、英国“塘鹅”、法国“贸易风”等起飞重量在12-15吨之间的大型反潜机在25节甲板风时可以直接滑跑150-230米起飞,起飞重量55吨的KC-130F“大力神”运输机只需230米就能轻松起飞,最大起飞重量22.7吨的E-2A预警机滑跑距离仅134.2米,即便增加到25吨也只需153米,E-2系列飞机在襟翼副翼都放下时,迎角19度,起飞重量25吨时可以在12度斜板滑跃起飞,当甲板风速为零时,起飞是距离240米,借助螺旋桨反距,即便没有拦阻索,也可以在降落后在100米以内停下来,科学试验证明,像E-2这样大小的固定翼舰载预警机不需要弹射器也能从航母起飞,但当时局限于翻译的西方材料忽悠,中国一直认定固定翼预警机只能用于弹射型航母,但研制固定翼预警机不是短时间能完成的,在无法装备固定翼预警机的情况下,用直升机充当空中预警平台就成了一种代用品。
二:中国航母装备的舰载预警直升机
50年代,美国海军就在运输直升机加装雷达进行试验,但当时直升机性能没有达到预期要求,美国海军就转向固定翼舰载预警机,60年代,没落的英国皇家海军因没钱建造大甲板航母,转而开始发展“无敌”级轻型航母,但该航母大小,不能起降固定翼舰载预警,为此考虑采用预警直升机作为弥补,1980年,“无敌”号轻型航母交付后即参加马岛战争,由于缺乏预警机,英国海军舰队在阿根廷空军的攻击中损失惨重,英国韦斯特兰公司紧急在13架美国SH-3D“海王”反潜直升机机身左侧上挂上一部ARI-5980“搜水”-EM1型搜索雷达,可探测100海里以外的空中、水面小型目标,每艘“无敌”级轻型航母部署了3架“海王”预警直升机,一度缓解了英国航母缺乏预警能力的困难,
苏联海军也紧跟其后,卡莫夫设计局以卡-27反潜直升机为基础研制卡-31预警直升机,俄罗斯海军在舰载固定翼预警机取消后,选择了卡-31预警直升机作为代用品,在90年代前期交付了2架装备“库兹涅佐夫海军元帅”号航母,该机采用卡-29突击直升机的机体,配备E-801M无源相控阵预警雷达,天线长6米,宽1米,重200千克,起降时折叠平贴在机腹。工作时翻转90度,探测距离为250千米,对低空目标探测距离100~150千米,对大型目标探测距离为300千米,可发现200个目标并跟踪20个目标,探测高度4570~3200米,更高高度的目标则无能为力,也不能同时对空和对海搜索,机上搭载2名雷达操作员,1人负责控制雷达天线收放和旋转,1人负责操作雷达,没有对空指挥引导能力,探测到的雷达信息只能传回给航母处理。
卡-31预警直升机巡航速度205千米/时,爬升率为15.4米/秒,升限3500米,最大航程600千米,续航时间2.5~3小时,正常作战半径150千米,卡-31预警直升机作战半径相当短,航程有限,雷达的探测半径有限,只能在距舰队100~150千米处的3500米高度飞行,以6转/分钟扫描360度范围,每小时可扫描25万平方千米,只能在距离母舰100~150千米、高度3000米执勤3小时,虽然与固定翼预警机有较大差距,如果前出太远就可能超出了航母载机上限,面对远程空空导弹时相当脆弱,探测范围无法有效对抗装载“宝石”导弹的苏-30MKI战斗机的低空突袭。但对于没有固定翼预警机的辽宁号航母来说,尽管卡-31预警直升机不尽人意,作为权宜之计,中国在21世纪初期还是引进了卡-31预警直升机,
卡-31舰载预警直升机低空目标探测能力确实为航母提供了额外的拦截时间,但较低的升限甚至无法爬升至暴风圈、雷雨云等上方,有效载荷也偏低,美国E-2“鹰眼”升限10576米,海平面理论覆盖半径比卡-31预警直升机高53%,覆盖范围高134%,这是预警直升机的致命弱点,而E-2C舰载预警机载油量约6.2吨,能留空4.5小时,5架E-2C舰载预警机就可以实现在距航母300-350千米外24小时不间断巡逻,配备的AN/APS-145雷达探测距离为556千米以上,扫描包线为6百万立方英里,能自动跟踪2000个目标并控制40多个截击任务。E-2D舰载预警机换装了6倍于C型的的高速计算机和15倍于C型的的大容量储存器,以及卫星通信系统、信息分发系统、Link-16数据链和红外搜索与跟踪系统,信息处理和态势感知能力更为强大,还加装了空中加油管,留空时间增加到8小时,3架就实现24小时不间断巡逻,,
在掌握了卡-31舰载预警直升机的优缺点后,中国也研制出直-18舰载预警直升机,舍弃了卡-31舰载预警直升机的机腹雷达天线布局,而是把天线安在机身尾门的旋转支架上,天线长1.8米、直径0.8米,不工作时向上收起藏于机尾连接处,工作时下放并旋转圆周扫描,可在数秒钟内完成对150~250千米范围内的各类海空目标的搜索、跟踪和识别,为编队提供10~12分钟的低空预警时间,而且抗干扰能力强,还具备一定的空中引导能力,虽然引导数量、距离和数据容量和固定翼预警机还存在较大差距,但这是世界各种舰载预警直升机唯一具备空中引导能力的,不过由于雷达功率孔径有限,只能勉强探测200千米外掠海飞行的常规飞机,无法在有效反制内发现隐身飞机和远程隐形反舰巡航导弹,搭载4~6架直-18预警直升机也是填补低空防御缺口的重要过渡性空中预警力量,
三:中国空警-600舰载预警机
随着弹射型航母的建造在稳步进行,先天不足的直-18预警直升机已不能满足需求,必配备固定翼舰载预警机才拥有完整的舰载机作战力量,在此之前中国已经研制了空警-2000空警-200和空警-500等预警机,在预警机的研发领域实现了国产化,机载设备不存在什么技术难点,但还缺乏舰载机平台,早在辽宁号航母改造之初,中国就开始研制舰载固定翼预警机,先用运-7小型运输机改造了一架JZY-01型舰载预警验证机,JZY-01型舰载预警验证机起源于上个世纪80年代中期,海军在论证4万吨级航空母舰时高度重视预警机,论证了利用“空警一号"空中预警机和引进西方电子设备的多个预警机方案,当时就有用当时刚刚仿制成功的运-7运输机改加装引进E-2C舰载预警机上的ANAPS-125雷达方案,可惜随着航空母舰工程的下马归于沉寂,
但研究成果没有白费。十几年后又在故纸堆里涅磐重生,成为JZY-01验证机。JZY-0I验证机主要用于测试气动外形和验证一系列关键技术,是用一架老旧的运-7试验机改装而成,外形像是运-7运输机与E-2C舰载预警机的杂交体,机身和运-7运输机一样,垂尾改为与E-2C预警机类似的四垂尾,机背部安装有一个直径7米的雷达天线模型,里面并没有配备雷达,也没有折叠机翼和着舰钩,JZY--01验证机机身长达23.7米,翼展29.2米,起落架纤细,只能在陆地跑道起飞,只是用于气动、结构、强度等关键技术验证以及机舱设备布置,并不会进行飞行测试,改进到舰载固定翼预警机设计改动工作量可能不亚于研制新飞机,因此试飞数个架次后就停在西飞的一个角落里了。
2017年,空警-600舰载预警机全尺寸模型出现在武汉的中国舰船设计研究中心的混凝土航母模型上,用来进行电磁兼容试验、舰面调配模拟试验,首架原型机则出现在安阎良的西安飞机工业公司,2020年8月在阎良试飞中心成功进行了首飞,基本已经完成了研制,接近定型,外形和布局与JZY-01试验机类似,但更紧凑并且更加精致。尺寸非常类似于E-2“鹰眼"飞机,机长与歼-15舰载战斗机类似,机舱长度与E-2C预警机相当,机舱直径比E-2C预警机大,基本上与运-7相当,刚好容纳4至6名人员,长直上单翼可以折叠,能够弹射起飞,碟形雷达安装在机身顶部,是中心对称,适合于360度旋转,气动性能也均衡,动力系统采用运-8运输机的涡桨-6C发动机,飞行速度600至700千米/小时,只是供电能力不够,要使用辅助供电才能满足对电力需求很高的空警-600舰载预警机,估计要等到涡桨-10发动机研制成功才能解决供电问题,
空警-600舰载预警机不仅可以在弹射型航母上起飞,也可以在现役的2艘滑跃型航母上起飞,空警-600舰载预警机翼展为25米,在重载起飞点起飞时机翼距舰岛侧面停机区有5米安全距离,进入到舰首滑跃甲板段时距右侧短起飞点仍有足够安全距离,在最大起飞重量80%的情况下,只要166米平甲板就可起飞,如果加上逆风起飞和12度滑跃甲板,全重起飞也不超过200米,而辽宁号航母重载起飞点的长度约为195米,这与使用歼15战斗机没有太大差别,机库作业也没有太大的区别,17米左右的机长与歼-15舰载战斗机类似,机翼折叠后占用面积150平方米,比歼15战斗机还要少10平方米,如果2艘在役滑跃型航母搭载4架舰载预警机,只需要减少了4架预警直升机的搭载量,一但“辽宁”舰和“山东"舰上装备空警-600舰载预警机,作战能力达到一个全新的高度
四:空警-600舰载预警机的雷达技术
目前世界上第三代预警机有中国空警空警-500预警机和美国E-2D“先进鹰眼"舰载预警机,均搭载有源相控阵雷达,空警-500采用了先进的数字阵列雷达技术,重量和雷达天线直径大幅度降低,情报处理能力.抗干扰能力大幅提升,空警-600舰载预警机使用的预警雷达原理与E-2D舰载预警机上的AN/APY-9机械旋转/电子扫描有源相控阵雷达类似,空警-2000缺陷是相控阵雷达扫到中间位置时,雷达波扫描宽度最小,扫到左右各60度靠边的位置时能量分散了一倍,导致探测距离和探测精度变差,机械旋转/电子扫描有源相控阵雷达在水平360°方向采用机械扫描方式,电子扫描方面采用数字化时空自适应技术,是机械扫描式无源相控阵雷达的升级版,比空警-2000预警机的固定三阵面有源相控阵雷达体积小,比较适合上舰,
空警-2000预警机可以探测700千米外的大型飞机和150千米的隐身战斗机,可以同时探测1000个目标并跟踪其中300个,同时可引导50架以上战斗机,但受到载机和成本限制只装备了4架,2014年中国空军又推出了成本不到空警-2000预警机一半的空警--500预警机,借助快速发展的雷达技术,全新的数字阵列有源相控阵雷达体积、重量大幅度减小,天线尺寸减小了近30%,探测性能反而更优异,波束转换时间是纳秒级,空警--2000是毫秒级,探测、跟踪目标的能力是空警-2000的4倍以上,但探测数量和目标处理能力有所下降,技术水平超过E-3系列、E--767、A-50等大型预警机,
不亚于E--2D预警机。美国E-3A预警机价格在3亿美元以上,E-2C预警机在1990年价格在1.3亿美元左右,E--2D的价格近1.8亿美元,性能比E-2C差很多的瑞典萨博-2000预警机价格高达2.2亿美元,中国出口巴基斯坦的ZDK-03型预警机,使用了简化的空警-500的雷达系统,价格不到1亿美元,正是凭借强大性能和低成本,空警-500成为中国预警机的主力,目前在役数量已经接近20架,还会继续采购,空警-600舰载预警机的雷达技术应该来自空警--500预警机,价格应该在1.5亿美元以内,
2018年珠海航展上,中国电科14所就展出出口型的KLC-7械扫描+有源相控阵电子扫描雷达,比出口到巴基斯坦的ZDK--03预警机的雷达探测距离提升了三分之一,并增加了2秒甚至1秒扫描-次的重点扇区搜索能力和高机动目标跟踪能力,技术特征和性能指标与E-2D舰载预警机上的AN/APY-9有源相控阵雷达处于同一水平,而KLC-7雷达只是中国的外贸版本,空警-600预警机的自用型性能可能更先进,探测距离可能达到450千米,对隐身飞机的发现距离也超过300千米,可在距航母200至250千米巡逻飞行,为舰队提供600至700千米的视野,赢得20~25分钟的准备时间,为值班战斗机增加10分钟拦截准备,在敌机发射导弹前15分钟进行拦截,大幅度降低舰载战斗机的巡逻飞行压力,
五:结语
美国海军一共采购了75架E-2D预警机取代现役的E-2C预警机,并在2015年开始部署E-2D预警机,目前已经有3艘航母换装了15架,计划在2030年前全部换装,空警-600预警机目前只有一架原型机,受航母建造限制,短期内舰载预警机的需求量并不高,2艘滑跃航母和弹射型航母上实际需求量不超过10架,到2030年加上备份机和训练机最多也不过15架,未来装备多少架要看中国需要多少航母,但潜在出口量也将达30架,空警-600预警机对中国海军非常重要,意味着中国舰载固定翼预警机从设计步入了现实,中国也成为世界上第二个装备自制舰载固定翼预警机的国家,中国电科38所还发展了JY-300无人预警机,航程达1000千米,对战斗机的探测距离约50千米,这样的小型无人机预警能力接近直-18预警直升机,而留空时间更久,未来中国航母也可能预警机无人化。