E-2D“鹰眼”预警机的前世今生过去、现在和未来

2016-01-24 51军情网

在全球知名的空中预警机中,美国E系列最为著名,而且使用国家也最多。其中美国海军最新服役的E-2D,则是该系列预警机中技术最先进的。

E-2D“鹰眼”预警机

E-2D“鹰眼”预警机摘要

在全球知名的空中预警机中,美国E系列最为著名,而且使用国家也最多。其中美国海军最新服役的E-2D,则是该系列预警机中技术最先进的。

空中预警机对制空权有非常重要的影响,这是因为空中预警机装有远距离搜索雷达、数据处理、通信导航、指挥控制、电子干扰......等完善的电子设备,集预警、指挥、控制、通信、情报于一体,可搜索和跟踪空中及海上目标,指挥、引导己方飞机遂行作战任务。它不但是一座活动的雷达站,更是战场上重要的空中指挥中心。

二十世纪下半叶,由于雷达、传感器、任务系统、机体制造……等相关技术的快速发展,降低研制成本后,原为美、苏超级强国专用的空中预警(airborne early warning)飞机,开始陆续扩散到全球多个国家。

2011年2月,E-2D在“杜鲁门”号航母上进行上舰测试

2011年2月,E-2D在“杜鲁门”号航母上进行上舰测试

早期发展

空中预警机的发展历程可追溯到第二次世界大战前。20世纪30年代英国发明了雷达,但早期雷达的性能不佳,无法发现远距离外来袭的敌机,英国因此转而研制一款功率一百瓦的小型雷达,安装在一架Avro Anson的飞机上,于1937年8月17日进行了全球第一台机载雷达的首飞。

当飞机飞行在海面上,雷达幕上清楚地显示出前方海域各种船只的动态时,世人瞬间了解到雷达在海面作战中的潜在重要性。

描绘世界上第一部机载雷达试飞情景的航空画

描绘世界上第一部机载雷达试飞情景的航空画

1941年12月,美国加入第二次世界大战。日本对太平洋地区的美国海军实施轰炸攻击,派遣小编队轰炸机于夜间低空飞行突袭。美国海军的舰上雷达无法探测到低空飞行的日军轰炸机,因此要求发展可安装在飞机上的雷达中继系统,以延伸舰队雷达的侦察范围。

1944年2月,麻省理工学院的辐射实验室(Radiation Laboratory)在“凯迪拉克”(Cadillac)计划下,开始发展代号NA-178的高功率机载雷达系统。1944年8月5日,研究人员在格鲁曼公司(Grumman)的TBM-3W“复仇者”(Avenger)单发螺旋桨鱼雷轰炸机上安装了研制出的AN/APS-20A雷达进行首次试飞。在1945年春天进行的多次试飞中,雷达成功验证了探测160公里外在低空飞行物体的能力。TBM-3W于1945年3月正式服役。

AN/APS-20A雷达的组成部分

AN/APS-20A雷达的组成部分

TBM-3W的内部结构

TBM-3W的内部结构

巨大的天线罩安装在机腹

巨大的天线罩安装在机腹

TBM-3W是全球第一种空中预警机,但仅具备早期预警功能,机上只有一名飞行员和一名雷达操作员各一名,管制功能放在了军舰上。TBM-3W通过雷达图像数据链把机上雷达图像和雷达角度等信息传送到舰上的战情中心(Combat Information Center, CIC)。

“凯迪拉克”计划发展成功后,美国海军接着展开“凯迪拉克二号”计划,旨在研制出一个飞行指挥中心。该计划的成果就是PB-1W预警机,仍然安装AN/APS-20A雷达,但载机改用陆基型四发B-17轰炸机,机上增设了战情板、绘图桌、时钟、无线电等执行战情中心任务所需的装备。PB-1W虽然不能飞离陆上基地太远,但大幅升级了海军跟踪敌机的能力,机上的战情官(CIC officer)可利用无线电直接引导战斗机锁定目标,成为名符其实的空中战斗指挥中心。

PB-1W预警机

PB-1W预警机

有一架PB-1W的雷达是安装在背上的,雷达受陆地和海面杂波影响更小,同时增强了高空探测能力

有一架PB-1W的雷达是安装在背上的,雷达受陆地和海面杂波影响更小,同时增强了高空探测能力

美国海军第一个预警中队VPB-101巡逻轰炸机中队(Patrol Bomber Squadron)在1945年6月20日正式成立,但其配属的第一架全装备PB-1W预警机直到1946年2月5日才正式到队。

第二次世界大战后,格鲁曼公司继续为美国海军研制搭载雷达的预警机,其中的E-1B“追踪者”(Tracer)成为今天“鹰眼”(HawkEye)E-2系列预警机的鼻祖。E-1B首飞于1957年3月,该机由S-2“跟踪者”(Tracker)反潜机发展而来,修改了机尾以安装机背大型圆盘雷达罩。机上的AN/APS-82雷达具有固定天线和空中移动目标指示器(Airborne Moving Target Indicator),可在海面雷达波反射干扰下探测在低空飞行的目标。

E-1B奠定了E-2“鹰眼”系列预警机的基础

E-1B奠定了E-2“鹰眼”系列预警机的基础

YW2F-1也就是E-2A原型机

YW2F-1也就是E-2A原型机

不过到E-1B为止,这些早期发展的预警机都只是在现役飞机上安装了可搜索敌机踪迹的远程雷达,机身并不是真正为预警任务设计的。直到1960年格鲁曼双涡轮螺旋桨发动机的E-2A“鹰眼”首飞,才出现了第一种在始设计时就以空中预警为目标的飞机。

“鹰眼”的诞生

E-2系列是全球唯一一种可以在航空母舰上操作的空中预警机。E-2A是格鲁曼公司为了取代E-1而发展的,安装了机载APS-96雷达,于1960年首飞,1964年开始服役,1971年全部换装L-304高速计算机,性能升级到E-2B的标准。E-2C“鹰眼II”(HawkEye II)在1971年首飞,1973年开始服役,最初机上安装的是通用电气公司(General Electric)的APS-120雷达和艾利逊(Allison)的T56涡轮螺旋桨发动机。E-2C在1976年换装APS-125雷达,具有自动化探测陆地上空目标和移动目标指示的能力。E-2C预警机如今仍在服役,格鲁曼公司共为它研制了六种构型:基本型(Basic)、群组零(Group 0)、群组一(Group I)、群组二(Group II)、“鹰眼2000”(HawkEye 2000)、E-2D“先进鹰眼”(Advanced HawkEye)。

鹰眼的雷达天线结构图

鹰眼的雷达天线结构图

E-2A机舱内的雷达操作员

E-2A机舱内的雷达操作员

洛克希德·马丁公司(Lockheed Martin)的APS-138雷达

1978年美国海军启动E-2C性能升级项目,将55架基本型E-2C改装到Group 0标准,安装洛克希德·马丁公司(Lockheed Martin)的APS-138雷达。此后生产E-2C为Group I的标准,于1989年开始服役,机上安装的是3800千瓦的T56-427A发动机和洛克希德·马丁公司的APS-139雷达。1991年E-2C的生产标准升级到Group II,安装洛克希德·马丁公司的APS-145雷达,此外还有联合战术信息分发系统、无线电、彩色显示器以及一部全球定位系统(GPS)接收机。第170架E-2C在1994年出厂,格鲁曼位于纽约州的生产线随之关闭,迁移到佛罗里达州。

E-2C Group II的雷达操作员

E-2C Group II的雷达操作员

E-2C重量25吨,机上有两名飞行员、一名雷达操作员(Radar Operator)、一名战情官(Combat Information Center Officer)、一名空中管制官(Air Control Officer),最大续航力6小时,任务半径500公里时可连续执勤四小时,巡航高度为7500到9300米。E-2C除了美国海军的75架外,另外还外销埃及(7架)、法国(3架)、以色列(4架)、日本(13架)、新加坡(4架)、台湾(6架)。现已退役的以色列E-2C有空中加油设备,理论上可再增加四小时的执勤时间,但实际上则因机组员的疲劳而有所限制。美国海岸警卫队曾把E-2的雷达装在自己的P-3海上巡逻机上,续航力和机组乘员人数都比E-2C要好,不过这种组合在国际市场上却乏人问津。

E-2C的双人制驾驶舱

E-2C的双人制驾驶舱

美国国土安全部的P-3预警机

美国国土安全部的P-3预警机

“鹰眼2000”

1994年12月,美国海军委托诺斯罗普·格鲁曼公司(Northrop Grumman,诺斯罗普于1994年并购格鲁曼后的公司名称)进行“鹰眼2000”构型的研制。新构型的主要改进部分有:更新任务计算机、新增先进控制指示套件(Advanced Control Indicator Set)、用ARC-210通讯套件(Communications Set)取代老式的小型按需分配多路接入通讯(Mini-DAMA communications)系统、用洛克希德·马丁公司的ALQ-217电子支持措施系统(Electronic Support Measures System)取代老式的ALR-73。此外飞机的散热系统也加以改进,以适应新增航电装备的冷却需求,同时改用较环保的R-134a冷媒。

“鹰眼2000”最重要的改进是增架USG-3通用装备套件(Common Equipment Set),以融入海军的协同交战能力(Cooperative Engagement Capability)网络内。该网络是在网络中心战(Network-centric Warfare)理念下研制出的联合作战系统,能把战区内各作战平台的传感器信息整合成实时、抗干扰、可供火控使用的单一综合空中图像(Single Integrated Air Picture),让各作战平台对共同的目标具备联合攻击的能力。USG-3是由雷神公司(Raytheon)发展的一套传感器网络交联系统,可为海军战斗群提供一个综合雷达信息网络,让海军的船舰及飞机可以交换探测到的敌机数据,并可让“宙斯盾”舰发射或导引其它军舰上的导弹。

“鹰眼2000”的升级内容

“鹰眼2000”的升级内容

“鹰眼2000”的升级内容

“鹰眼2000”还换装了汉密尔顿公司(Hamilton-Sundstrand)的数字控制八桨叶NP2000复合材料螺旋桨,此螺旋桨发展自汉密尔顿和瑞特公司(Raiter-Figeac)共同为ATR-42/72支线客机研制的586F六桨叶螺旋桨。新螺旋桨和原有的发动机、桨叶负载、机身负载完全兼容,优点不仅仅在于性能,还具有更好的可靠性和可维护性、更好的速度控制及响应、更平顺的发动机起动及关闭、更低的震动及噪音、更低的顺桨阻力(feather drag)。由于E-2C上原有的HS-4000螺旋桨已经停产,对美国海军未来的后勤支持将造成很大的困难,因此所有E-2C将全部换装NP2000螺旋桨。

NP2000螺旋桨也使用在了C-130J上

NP2000螺旋桨也使用在了C-130J上

所有E-2C将全部换装NP2000螺旋桨

所有E-2C将全部换装NP2000螺旋桨

美国海军在1997年1月开展“鹰眼2000”构型的试飞,1999年决定采购27架“鹰眼2000”,并把54架Group II E-2C改装到“鹰眼2000”标准。首架“鹰眼2000”于2001年10月交机。

新造的E-2C“鹰眼2000”在机腹有CEC(协同交战能力)圆形天线

新造的E-2C“鹰眼2000”在机腹有CEC(协同交战能力)圆形天线

E-2D“先进鹰眼”

在“鹰眼2000”之后,美国海军规划了E-2D“先进鹰眼”和与其配套的雷达现代化项目(Radar Modernization Program)。诺斯罗普·格鲁曼公司的综合系统部(Integrated System Sector)在2003年8月获得总金额19亿美元的合同,进入“先进鹰眼”的系统发展及验证(System Development and Demonstration)阶段,另外洛克希德·马丁的海军电子和监视系统部(Naval Electronics & Surveillance Systems)也获得总金额4亿多美元的合同,进行下一代超高频(UHF)雷达的系统发展和验证,生产及测试五部新雷达。洛克希德·马丁公司和诺斯罗普·格鲁曼公司的电子系统部、雷神公司的太空和机载系统部(Space and Airborne Systems)合作组成新雷达的研制团队,此外由L-3通讯公司(L-3 Communications)负责研制电子扫描相控阵天线,英国航宇系统公司(BAE Systems)负责研制敌我识别系统。

E-2D的性能升级大概分为四大重点:新型雷达、数字化座舱(Glass Cockpit)、开放式任务系统、发动机控制系统。E-2D的预警雷达性能有大幅度提升,全新研发的APY-9雷达采全模块化设计,根据洛克希德·马丁公司的说法,新雷达在技术超越E-2C的APS-145雷达两代。此雷达装有低噪声数字接收机,L-3通讯公司研制的ADS-18先进探测系统(Advanced Detection System)相控阵天线具有18个频道的超高频天线模块,以及36个单元的敌我识别天线,均安装于大型圆盘天线座内。

E-2D的先进特性 E-2D的先进特性

APY-9雷达具备机械和电子式扫描功能,能够在更远的距离上探测到更多更小型的海面、近岸、陆地上空的空中目标,并具备“停滞扫描”的能力,意思是雷达天线可以缓慢转动或停止于固定方向,专注扫描特定目标。虽然APY-9雷达的性能规格仍属机密,但根据可靠消息来源,该雷达与现役的APS-145相比,探测距离增加了50%,达650公里,探测范围增加到两倍半,探测精确度也更高,而且对于来自海上及陆地上空的威胁也提供更强大的探测能力。

APY-9雷达具备机械和电子式扫描功能

APY-9雷达具备机械和电子式扫描功能

E-2D与E-2C的覆盖范围对比

E-2D与E-2C的覆盖范围对比

E-2D的座舱经过全新规划,采用了完全综合的数字座舱设计。后机身有3座新型战术操控台,均配备了21吋彩色多功能显示器。E-2D的综合导航座舱显示系统(Integrated Navigation Cockpit Display System)让副驾驶除了操控飞机外,在必要时还能执行预警管制工作,成为第四位任务系统官,因此仪表板上配备了具有3台17吋液晶显示屏幕的主飞行显示器(Primary Flight Display)。

E-2D的驾驶舱

E-2D的驾驶舱

E-2D的雷达操作员

E-2D的雷达操作员

后机身有3座新型战术操控台,均配备了21吋彩色多功能显示器

后机身有3座新型战术操控台,均配备了21吋彩色多功能显示器

综合导航座舱显示系统包括两台后备飞行显示器、两部航电/飞行管理计算机(Avionics/Flight Management Computer)、两部嵌入式全球定位系统(GPS)/惯性导航单元、一部可输入/记录/读取导航及系统维修信息的飞行数据加载器(Flight Data Loader)、两部双通道的大气数据系统(Air Data System)。

E-2D的信息分发与处理及显示架构(Information Distribution,Processing and Display Architecture)采用了运行Linux操作系统的光纤局域网络(Local Area Network),开放式架构在未来需要时可加以扩充。架构包括一部商用现货(Commercial Off-the-Shelf,COTS)规格的综合任务计算机/显示器(Mission Computer/Display)、一套网络式储存系统、以及一部光纤通道网络切换器。另为配合APY-9雷达的大量数据传输需求,还有多套符合MIL-STD-1553B军规的导航和通讯信息总线,以及用于信息交换的多套ARINC 429总线。

机上的通讯系统也经过了全新改进,包括六套ARC-210卫星通讯系统、高频(HF)/极高频(VHF)/超高频无线电通讯系统、多功能信息分发系统(Multifunction Information Distribution System, MIDS)、数据链11(Link 11)、数据链16(Link16),并将原有AIC-14A机内通话系统(Internal Communication System)更新为全数字式。光纤语音(voice-on-fiber)局域网络技术使E-2D成为美国海军武力网络(FORCE Net)中信息及决策网络的主要节点,可整合并传送关键信息、监视数据、综合决策数据,并提供空中前进管制及通讯能力。

E-2D的机体及推进系统也有相当大的改进,机身和中央翼段经过重新设计,不但减轻了重量还增加了结构强度。动力装置虽然沿用之前的T56-427A涡轮螺旋桨发动机,但采用了最新的综合推进、控制、监视、维护系统,把NP2000螺旋桨的控制逻辑(Propeller Control Logic)完全整合进推进控制监视单元(Propulsion Control Monitoring Unit)内,不但大幅降低了发动机控制系统的重量,还有具有自动储备动力以供单发操控飞机的功能。

在美国海军的规划中,现役中队将维持约75架的E-2D规模,并至少服役到2030年。

机身和中央翼段经过重新设计,不但减轻了重量还增加了结构强度

机身和中央翼段经过重新设计,不但减轻了重量还增加了结构强度

在美国海军的规划中,现役中队将维持约75架的E-2D规模,并至少服役到2030年

在美国海军的规划中,现役中队将维持约75架的E-2D规模,并至少服役到2030年

台湾的E-2K

台湾在1995年9月向美国购进的4架E-2T属于Group II标准,1999年向美国增购并于2005年交付的两架则是“鹰眼2000”的外销型——E-2K,但去掉了“鹰眼2000”标准型的协同交战能力。

2011年被拖去装船赴美升级的E-2T

2011年被拖去装船赴美升级的E-2T

升级到“鹰眼2000”标准的E-2T 2503号

升级到“鹰眼2000”标准的E-2T 2503号

为了使E-2机队能统一后勤,提升机队整体管理效率,降低维修成本和缩减维修工时,美国在2008年10月对台军售中同意将四架E-2T预警机升级到E-2K,代号为“鹰眼三号”。首批两架于2010年6月搭船赴美进行改装,2011年12月返台服役,剩余两架则于2011年11月赴美,2013年3月10日返回。台湾空军第439联队在2013年3月28日举行了E-2K接装典礼。

台湾E-2机队的编号与序列号,2503在1997年因不放起落架降落而导致损伤

台湾E-2机队的编号与序列号,2503在1997年因不放起落架降落而导致损伤

结语

E-2D的设计理念在于提供美国海军航母战斗群一个战场管理和导弹防御系统的基石。在美国海军的“二十一世纪海权”(Sea Power 21)的建军目标中,将通过海上打击(Sea Strike)、海上防御(Sea Shield)、海上基地(Sea Basing)等三方面,全面升级海军的战斗力量,而E-2D就在其中扮演了重要的角色。该机除了担任舰队耳目外,还充当重要作战节点,以机上先进的任务系统整合战区内各作战平台的信息,提供给决策人员做为下达最后命令的参考。

而在导弹防御系统方面,E-2D将配合舰载“宙斯盾”(Aegis)战斗系统和“标准”6型(Standard Missile-6,SM-6)拦截导弹,成为美国海军地平线外(over-the-horizon)综合火控-制空(Integrated Fire Control-Counter Air, NIFC-CA)防空系统的关键单元。

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