张聚恩：预警机的“要”与“难”
以下文章来源于聚恩君 ，作者张聚恩
聚恩君
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当我们把记忆拉回到2009年建国60周年大阅兵时，你一定记得那宏大的参阅空中队伍。在151架飞机构成的空中方队的第一编组中央，领飞的是一架机背上顶着一个庞大圆盘的特殊飞机，它，就是我国独立研制的、大名鼎鼎的空警2000（KJ-2000）预警机。十年后，在庆祝建国70周年的阅兵时，它再次飞临天安门广场上空；和它一起接受检阅的还有这个家族里的两位“小弟”——空警200（KJ-200）和空警500（KJ-500）两款中型预警机。
本世纪初，我国的预警机还是空白，如今，我们已经有了三型国内装备的系列化产品和一款出口型，其性能跨入世界先进行列，且服役总数已达数十架。我们为中国预警机事业的崛起而骄傲，为中国预警机从无到有、自主发展的辉煌历程而自豪，更要永远铭记为预警机事业做出贡献、甚至献身的战友们。
参加2019年国庆阅兵的KJ-2000预警机
预警机的全名是空中指挥预警飞机，英文名为Air Early Warning（AEW），有时也把它称为空中预警控制系统，或机载预警控制系统（AWACS，Airborne Warning And Control System）。预警机就是指拥有整套远程警戒雷达系统，可用于搜索、监视空中或地面、海上目标，指挥并引导己方飞机和武器装备执行作战任务的飞机。形象地说，预警机是设置在天上的“指挥部”，是名副其实的“天眼”。
预警机的发展可追溯到第二次世界大战后期。飞行速度和高度都大为提高的飞机的大规模参战，使快速获知战情成为必需。为了解决战场感知问题，英国人首先发明和使用了雷达，主要用于地面。为了克服地面雷达的盲区，扩大空间预警范围，1945年，根据美国海军的要求，格鲁门公司在TBM-3“复仇者”舰载鱼雷攻击机上安装了一部警戒雷达，制成世界上第一架预警机——舰载预警机AD-3W。
世界第一架预警机AD-3W的改装平台TBM舰载鱼雷攻击机
60年代，英国和苏联也相继研制出各自的预警机。70年代后，新一代预警机都采用了能够抑制地面杂波干扰的脉冲多普勒雷达，具备了探测低空或超低空飞行目标的能力；机上还装有用于敌我识别、情报处理、指挥控制、通信导航和电子对抗等功能的电子系统，使预警机不仅能及早截获和监视低空入侵的目标，还能引导和指挥己方战机进行拦截和攻击，成为空中预警指挥中心。80年代后，更普遍采用相控阵雷达，使得预警机的性能得到很大提升。
科学常识告诉我们，雷达波是直线传播的，而地球表面却是弯曲的，这就限制了地面雷达的探测范围。要想让雷达探测得更远，就必须增高雷达距离地面的位置。架设在高山上的雷达，就要比地面或海面舰艇上的雷达拥有远得多的探测范围。而如果把雷达安装在飞机上，会带来更明显的效益。假设一部天线高15m的雷达，能探测到300km外高于19km处的目标，但在探测100m高的飞行目标时，理论上最多不超过50km。而同样一部雷达，若设置于10km高度，对100m高处的同样目标，其探测距离可达400km，所能覆盖的空域将增加数十倍。
预警机的重要性可以作如下表述：由于预警机在空中工作，具有集情报探测、指挥控制、通信导航、电子对抗、信息传输于一体的综合功能，就防御而言，它是国土防空中增强低空、超低空预警探测和空中指挥引导能力的重要手段；就进攻而言，它是提高基于信息系统的体系作战能力的关键环节；综合而言，预警机是使防空效率提升或空中作战能力增强的力量倍增器。
在《未来美国空军空中预警与控制：一种概念方法》（The Future of USAF Airborne Warning & Control: A Conceptual approach）一文中，这样描述预警机在体系中的作用：
——可提供全面的、战区范围内的实时三维监控场景；
——为大量的进攻性一揽子打击计划提供战区范围内的信息支持；必要时，也可以为防御性空军提供这样的支持；
——可协助进行大多数空战任务，包括战区安全通道、空中加油、近距离空中支援、搜索与救援、对非作战飞机的威胁警告等；
——允许更广泛/更大量的控制活动。
随着战争环境的复杂化和战争规模的不断扩大，预警机的重要性与日俱增。有无预警机，对于一个国家的空中防御或攻击能力有着极为重大的影响。在1982年4月的英阿马岛之战中，英国舰队因为没有装备预警机，不能及时发现低空来袭的阿根廷飞机，以致遭受重创。同年6月的叙以战争中，以色列空军使用美国预警机导航，袭击叙利亚军队驻贝卡谷地的防空导弹阵地，一举摧毁对方19个导弹连，击落80架飞机。而从1991年海湾战争，到1999年科索沃战争，预警机的巨大作用更不断被现代战例证实。
请看海湾战争中预警机的战效与数据。
在发生于1990年8月2日-1991年2月28日期间的海湾战争（Gulf War）中，美军首次将大量高科技武器投入实战，展示了压倒性的制空、制电磁优势。战争期间，美军共出动作战飞机11.2万架次。其中，9万架次是通过预警机指挥的，占80%；平均每天2240架次。在海湾战争的第二项军事行动——“沙漠风暴”（Operation Desert Storm，1991年1月17日至2月27日）中，预警机共飞行448架次，飞行5546小时。
E-3S预警机支持了所有日常空中任务指令活动。不仅指挥作战，还负责上百架飞机和加油机同时完成空中加油的管理。除控制己方战机，预警机还帮助确保联军避免发生空中碰撞，而预警机自身在作战行动中未受任何毁伤。
美国E-3S预警机
在空战预警指挥方面，海湾战争的 82%空战记录中，预警机可比战斗机更早地发现目标。平均而言，预警机发现目标时，目标与己方战机的距离超过130km；而战斗机自身发现目标的平均距离为78km，发射导弹的平均距离为18km。
海湾战争对冷战后国际新秩序的建立产生了深刻影响，同时，它所展示的现代高科技条件下作战的新情况和新特点，包括预警机在战争中的高密度、高强度使用，对军事战略、战役战术和军队建设等带来诸多启示。
综合而言，预警机的作用归纳为以下六项：
第一，预警探测——由于地球曲率和地形影响，地面雷达的探测距离和范围受到很大限制，而预警机由于自身飞行高度，可以大幅提高探测范围，提供更多的预警时间。
第二，空中指挥——预警机将地面指挥所的职能搬上天空，不仅可以随时掌握最完整的信息，还可以在装备体系内进行及时高效的交联、反馈与共享。
第三，高效通讯——与雷达探测类似，空地通讯同样会收到地形影响，预警机则不仅可以在很大程度上避免和解决这个问题，还可以成为通讯中继节点。
第四，战场协同——由于在预警、指挥、通讯等方面的诸多优势，由预警机作为战区各军兵种协同的核心节点无疑是最高效的选择。
第五，反低空突防——当敌方战斗机、轰炸机等采用低空突防模式来袭时，地面雷达对低空目标的探测距离有限，同时还可能因地形造成雷达盲区，而预警机从高空“俯视”，可以有效探测低空突防的敌机，进而有效地反突防。
第六，反隐身——即使是先进的隐身战机，各方向隐身能力也是无法兼顾的，多数战机只能尽量减缩正面和下方的雷达反射面积，而预警机可以从上方探测与发现目标，大幅扩大对隐身飞机的探测距离，从而给敌方隐身战机以有效拦截。
预警机是一架飞机，但是是一架特殊飞机，是把平台与电子系统有效综合后的一种特殊航空装备。预警机的研制，集平台之难和系统之难于一身，需要飞机设计与制造、雷达与探测、导航与通讯、信息融合与数据处理、先进电子元器件等多领域先进技术与能力的支持。毫不夸张地说，预警机反映了一个国家飞机与电子技术的最高水平，也是体现国家综合实力和科技水平的标志性装备。一个国家，若没有足够的经济与科技实力，就不可能进行和完成预警机研制，这也是世界上仅有5、6个国家能够研制预警机的原因。
预警机之难反映在平台与系统这两个方面，也可以形容为“体”之难与“眼”之难。
首先是“体”之难。适用的飞机是构建预警机的平台基础。由于有大量电子电力设备，还要搭载数名甚至十数名工作人员，所以预警机对飞机内部的空间需求较大，一般都采用续航能力强、载重量大的亚声速运输类飞机改装而成。如美国的E-3预警机和俄罗斯的A-50预警机，就是分别由波音-707客机和伊尔-76大型喷气运输机改装而成的。
俄罗斯A-50预警机
选定飞机后，要根据机上电子系统的特殊需要，对飞机进行气动布局调适、结构与强度增强、重量重心调整、电源与动力适配等相应改进。以大型预警机机背上的圆盘形构件——预警雷达天线罩为例，直径9米，高近两米，连同内部设备设施，重达数吨，其巨大的体量会对飞机的结构和重心产生影响，流经的气流还会对飞机的气动性能和操纵稳定性带来影响。必须对这些影响进行精确的计算分析，进而对结构、强度、气动与操纵等做相应调整与加强。
为确保系统装入飞机，能够正常工作，还需要解决机械安装、电力配给和电磁兼容等问题，以便完成飞机与系统的集成，并通过各种地面测试和空中试飞，最终在安全稳定飞行前提下实现预警指挥控制的各项功能与性能。
“眼”之难则是指机上装载的电子系统构成复杂，性能水平要求极高，这是预警机的核心，也是最大的难点。预警机在数千米高空甚至万米之上飞行，需要连续飞行6-12小时，探测范围一般要求超过300-400km，同时识别数百个目标、引导百架以上己方战机，并要求清晰、准确地显示目标种类与距离，以全景方式显示计算机处理的结果，以及己方战机的各种状态，这些功能与高性能，都需要由机上电子系统来完成。
这个系统一般由雷达探测、数据处理、敌我识别、电子侦察、导航、通信、显示与控制等分系统组成，是一个极其复杂的大系统工程。不同于、且难度远超地面同类系统的是，严苛的使用条件，以及在机内特定环境下能量、体积、重量等的严格约束。
“眼”之难的焦点是预警雷达和数据处理能力。迄今，用于预警机的雷达有两种，早期为脉冲多普勒雷达，20世纪80年代后，有源相控阵雷达走向工程成熟，逐步成为预警机的标配。美国E-3和俄罗斯A-50都采用了相控阵雷达。相控阵预警雷达需要由数百甚至上千个独立发射/接收模块组成的天线面阵，对这些模块的性能与一致性有很高要求；为实施大视场、不间断跟踪探测，还需要有好的天线与适当的扫描方式。E-3与A-50的配置相近，都在机背上安置约9米直径的雷达罩，罩内布置两部背靠背排列的雷达，雷达天线被设计为长条形，长度大致为圆盘最大直径，以保证雷达天线的孔径最大化，天线在中空的圆盘形整流罩内，围绕轴心作水平圆周旋转，以实现对全空域的360度无死角扫描。我国的KJ-2000则是在圆盘内以最大等边三角形置放三部相控阵雷达，在固定不动的情况下即可实现全方位扫描。
有了好的雷达，还必须解决巨量数据的快速与自动化处理、传输与显示难题，需要有高性能机载计算机和优秀的算法。预警雷达在探测过程中，可以同时收到几百批甚至上千批的目标数据，如果不能对这些数据做出快速处理与解算，并以适当的界面和格式呈现出来，作为预警、指挥和控制的依据，那么所有预设的功能都将落空。
王小谟院士在回顾预警机研制历程时，指出电子系统的最重要和最为关键的技术是“两高一低”，即高纯频谱发射机、高性能信号处理器和超低副瓣天线。我国从70年代起，经过持续20余年的攻关，终于掌握了这些关键技术，为预警机研制奠定了坚实的技术基础。
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