国外航空电子系统的发展*
2012-01-14贾宇飞
贾宇飞
(海军装备部西安军事代表局 西安 710054)
1 引言
机载电子战是利用、干扰和破坏敌方对电磁波的使用而保持己方电子系统正常飞行的一种作战方式。这一定义意味着它能尽量降低敌方作战效能,提高已方飞机的作战能力。因此,它是军事力量的“倍增器”,增强己方生存能力的关键。本文就航空电子系统、发展动向、发展分析等,作进一步的研究和探讨[1]。
2 航空电子系统
目前,电子战频谱从甚低频一直跨越到红外和可见光。无论通信、导航、雷达和导弹制导系统工作在哪一个频段,电子战系统都必须能够截获,并对其进行分析和对抗[2]。
1)电子支援措施。搜索、截获、定位、记录和分析敌方电子设备所辐射的电磁信息,为己方实施威胁告警、回避、导弹寻的和电子干扰提供依据的技术措施,称为电子支援措施(ESM),通常又称为电子侦察。
2)电子对抗措施。ECM通常被定义为对敌方电子装备进行干扰、欺骗、破坏或降低其性能,使之不能有效利用电磁频谱的各种措施。对雷达进行对抗的方法,是把足够强度的干扰信号馈入敌方雷达接收机中,使其丧失工作能力,或使导弹的制导系统失效。装备机载干扰机的目的,是使飞机在敌方半主动或主动雷达制导导弹及航炮的射程范围内得到充分的保护。干扰机参数的选择(如干扰功率、频率和天线方向图覆盖范围及干扰式样)和飞机的类型及威胁环境有关。
机载ECM系统可分为两大类:用于各类飞机进行自卫的干扰系统和用于专门进行电子战飞机的干扰系统。
3)光电和红外对抗。利用光电和红外技术的机载探测系统和导弹制导系统,在现代战争中正在发挥着越来越重要的作用。
激光在军事上的应用已相当广泛,而且还处于快速增长中。激光可用于高精度测距、角度跟踪、目标识别和为激光制导武器提供末制导,还可用于迷惑、欺骗和摧毁敌方的光学传感器。此外,大功率激光器也可直接作为杀伤武器摧毁目标。激光辐射的重要特征是,它为单一频率光源,在时间和空间上都是同步的,因而高能定向光源和武器系统结合是很自然的。为了对付这种新的电子战威胁,很多国家都在致力于激光威胁告警和对抗措施的研究。
4)导弹逼近告警。开发导弹逼近告警系统,对于提高作战飞机的生存能力是至关重要的。红外技术已经广泛用于机载无源探测系统和空空导弹制导系统。它不需要像雷达那样依靠发射强大的电波来探测目标,而是根据目标本身的热特征来确定目标的存在,所以它极具隐蔽性,很难发现这种威胁的存在。最常用的红外对抗措施,是一次性使用的曳光弹假目标。这种迅速点火的曳光弹从飞机上发射出去,用来吸引导弹跟踪,使其偏离目标。但是,红外导弹的发射和向目标飞行的过程中,被攻击的目标是很难觉察的,所以难以确定曳光弹的发射时间。目前正在研究用多普勒雷达来探测导弹的接近或用热传感器(如紫外或红外)来探测导弹的高温尾气等方法,实现导弹来袭的报警。
3 发展动向
1)贝尔和波音合作为V-22倾转旋翼机设计新的综合航空电子处理器。美国《军用航宇电子》2010年4月18日报道:贝尔和波音联合工作组上周四赢得美国海军航空系统指挥部一项价值4210万美元的合同,为美国海军陆战队和空军的V-22“鱼鹰”倾转旋翼机开发、认证、测试和集成新的航空电子处理器[3]。
新的综合航空电子系统处理器将解决电子器件过时问题,增加新功能,提高“鱼鹰”Mil-STD-1553航空电子数据总线的数据吞吐量,重新宿驻任务计算机功能,美海军官员称贝尔和波音公司的工程技术人员将在2014年前完成该项工作。
2)首架MH-60R航空电子维护教练机进入美国海军服役。德国《防务专家》网站2010年7月12日报道:美国CAE公司7月12日宣布,其为美国海军制造的首架MH-60R航空电子维护教练机(AMT)已经准备好进行训练使用,并已开始在美国航空技术训练装备中心(CNATTU)服役[4]。
这架MH-60RAMT将为MH-60R航空电子技术员提供过渡和战备训练。这种维护训练设备将主要演示、指导和提供有关 MH-60R直升机维护的实际操作经验,MH-60R直升机主要用于执行反潜作战和水面攻击等任务。CAE公司目前正在设计第二架 MH-60RAMT,这架飞机将于今年年底交付位于美国加州的海军航空站。
美国CAE公司同时还负责美国海军MH-60R战术作战飞行训练器(TOFT)的设计和制造的大部分工作。MH-60RTOFT包括一套用于训练飞行员的MH-60R作战飞行训练器以及一套用于训练传感器操作员和空中战术官的MH-60R武器战术训练器。这两套训练设备均能够独立或联网操控,可提供一套全部机组成员的训练系统。CAE公司目前已经向美国海军交付了两套MH-60RTOFT,今年年底将交付第三套。
3)航空电子用光纤市场至2013年将翻番。美国《军事航空航天与电子学》网站2010年8月7日报道:美国IGI咨询公司的分析家们在一份新研究报告中称,到2013年军用与航空航天用航空电子市场对光纤部件、子系统和系统的需求将翻一番。IGI公司的这份新报告名为《军用与航空航天用航空电子系统中的光纤》,报告包含了战斗机、运输机、无人机(UAV)和商用飞机等在内的军、民用飞机[5]。
IGI公司的分析家们称他们估计军用与航空航天用航空电子系统这两个市场中的光纤总销售额2009年为3.06亿美元,至2013年将增长到7.03亿美元。增长因素主要有对新技术的接受度提高(源于在电信行业得到快速接受和发展)、对减少体积、重量和功耗的需求、对宽带宽的更高需求以及UAV市场的开放等。
尽管飞机上希望更多地使用光纤,但军用与航空航天的特殊要求成为主要的障碍,如:没有商用货架光纤技术、缺乏适应军用与航空航天环境的坚固部件、缺乏现成的测试和维护步骤、缺乏低成本、易于使用的测试和测量设备等。
IGI的分析家还称:市场对“灵巧”布线系统提出了更多的灵活性需求,以便通过使用带自检测的设备降低翻新、升级和维护的成本;还需在标准、测试设备、集成光学部件、制造技术和光纤系统的可测试性和坚固性方面继续进行更多的研究。
4)美海军航空系统司令部开放航空电子诊断实验室。NAVAIR网站2010年4月20日报道:4月20日上午10:30,美海军航空系统司令部(NAVAIR)将在Lakehurst举行剪彩仪式,宣布综合诊断和自动测试系统(IDATS)实验室正式开幕[6]。
IDATS是作为一个现代化航空电子设备诊断的战略举措,以支持航空电子设备工程领域。IDATS的任务是研发和测试产品,以提高航空武器系统的保障性和可测试性。
目前美国海军和海军陆战队的飞机维修业务存在一些问题,缺乏先进的航空电子设备诊断和故障预测能力。海军和海军陆战队总共大约72%的维修业务是与航空电子设备相关的。如果没有先进的诊断功能,将浪费大量的维修工时,增加飞机的停机时间,提高物流和测试成本。如果飞机出现故障时,组件可以更加快速准确地查明、修理或更换,这些都可以随时减轻和降低成本。IDATS实验室的创建将大大有助于解决这些问题。
NAVAIR工作小组投入了大量资金,在Lakehurst创建航空电子实验室,以提供航空电子设备的诊断能力。这笔资金可以用于创建单独的软硬件实验室。
这些实验室将支持NAVAIR发展利用新技术的研发、测试及产品维修,增加飞机诊断能力,从而使机队能够更高效地测试、排查和维修飞机。该实验室也将复制美国国防部的数据流环境,将网络中心纳入连接全国所有的各级维修,以及纳入飞行和维护数据库。
5)美国洛马公司将基于三核处理器对C-5货机航空电子统一标准。美国《军用航空航天电子学》2011年1月中旬报道:根据1月12日授予的1940万美元合同条款,位于美国乔治亚州玛丽埃塔的美国洛克希德·马丁航空有限公司的航空电子设计师将用新的处理器和软件升级50架美国空军C-5“银河”货机的航空电子设备。该计划是“C-5批次升级计划01”的一部分,以把最近的C-5航电升级到一个统一的体系架构[7]。
该C-5“批次升级计划01”要求洛克希德 马丁公司把在“C-5航电现代化计划”(AMP)飞机型号中的双核处理模块和软件更换为“C-5可靠性增强和更换发动机计划”(RERP)中采用的三核处理模块和软件。
授予该合同的是位于乔治亚州罗宾斯空军基地的美国空军华纳罗宾斯空军后勤保障中心的官员。
美国空军和洛克希德·马丁公司近年来对该国家中处于两个阶段C-5机队中的的111架飞机进行了升级。第一阶段包括AMP及其双核处理器升级,第二阶段是采用三核处理器的RERP升级。但不幸这种方法以其在保障、维护和升级中导致的差异造成了两种C-5布局。
该“C-5批次升级计划01”寻求在一个通用布局中协调C-5AMP和RERP航电处理器和软件中的差异。随着AMP和RERP升级,C-5已转型为航电-增强和软件-依赖平台,且空军官员想转移到针对两种布局的通用硬件计算处理子系统。
空军官员说,构建一个针对所有C-5飞机的通用航电布局将有助于空军从现在起到2040年间有效管理C-5航电使之顺利抵达该飞机预期寿命。稳定为一种航电布局将在未来软件升级方面降低维持费用、风险,以及较少的后勤覆盖面。
6)美国空军授予波音公司A-10攻击机航空电子改进合同。空中打击网站2011年9月6日报道:波音公司宣布该公司从美国空军获得一项为期1年,价值290万美元的合同,开发并验证A-10飞机的数字式视频音频数据记录仪(DVADR)的一种改进方案。该改进方案将对DVADR系统中一个主要子部件的保障性问题提供一种短期解决方案。该合同是美国空军授予波音公司的第六个A-10雷电寿命周期项目保障(TLPS)合同,按照该合同,波音公司将采用各种创新和省钱的方法,继续增强A-10的性能[8]。
7)波音公司获得美国空军B-1飞机航空电子软件合同。美国《军事与航空航天电子学》2011年11月1日报道:波音公司已赢得美国空军为其B-1轰炸机队航空电子软件再次升级的一份价值5700万美元后继合同[9]。
该合同继续了自1989年该飞机服役起升级和改进B-1飞机可维护性和作战能力的软件支持项目,即通常情况下,一个航电软件模块正在开发的同时,另一个软件模块正在测试,而第三个软件模块正在该66架B-1机组成机队中服役。该新合同授权波音公司启动维护模块16A(SB 16A)工作。
该SB 16A工作包含修改飞机的导航、武器投放、雷达、诊断、电子多路复用、通信/导航管理系统软件以及控制/显示软件。该设计和开发工作将立即启动。此外,波音公司的SB 16A将利用新近获得生产合同引入的新彩色座舱显示器、数据链和传感器性能进一步改进B-1飞机的机组人员态势感知。该多任务B-1飞机一直使用着一组大型组合精确武器支持联合部队的行动,其低雷达横截面积、可变几何外形的机翼、先进的航空电子系统以及二次燃烧的发动机组合使其具有远作用距离、高机动性能、高空速和高可生存性。
4 发展分析
未来的航空电子将向更加综合化、模块化、通用化和智能化的方向发展。这四化是紧密相关的,既互相制约,又互相推动[10]。
1)综合化。航空电子系统通过综合,其性能可以达到更高水平,它能最佳和最充分地利用各子系统的信息资源,最有效地完成设计者所赋予的任务。随着综合水平的提高,系统将具有更强的功能、更好的容错能力和对各种不同需求的适应能力。实际上,目前正在服役的航空电子系统只是在数据显示部分实现了较高程度的综合,21世纪前10年进入服役的航空电子系统将把综合的范围扩大到各种传感器的射频部分,它将把雷达、电子战、通信、导航和识别等多种传感器进行分类综合,共享某些射频部件,甚至共享天线。还可能使用先进的光子器件把射频信号直接在接收机前端进行模/数转换,从而省掉了变频和中频放大级,对传感器的传统结构进行彻底的变革。
2)模块化。模块化是综合化的基础,更高程度的模块化将带来更高程度的综合化。由于集成电路发展很快,集成度已达到很高水平,各种完整的功能已能浓缩在一个标准电子模块封装内。最近出现的晶片集成电路(WSI)有可能提供更大的吞吐能力及更小的尺寸和功耗。航空电子系统的三级维修体制将演变成二级维修体制,外场可更换组件(LRU)将被外场可更换模块(LRM)代替。这将为提高飞机的后勤保障能力和出勤率起到重要作用。
3)通用化。通用化是在系统中最大限度地使用相同类型的模块,以达到提高系统的重构能力、后勤保障能力和降低费用的目的。模块通用化工作20世纪80年代即已开始,但在军用飞机上的应用远比民用飞机落后。进入20世纪90年代、情况有了很大的变化,这期间航空电子技术进步最快,飞机作战性能对航空电子系统性能的依赖也越加紧密。同时,它在飞机总价格中所占比例也日益增加。因此,为了降低费用,寻求航空电子系统在不同军种中使用的共性,建立一些通用的软件和硬件标准,变得更有吸引力。软件的非通用化是使费用不断增加的另—重要因素。通过计算机辅助软件工程等手段,开发可重用的通用软件,将有助于提高软件的生产效率。
4)智能化。人工智能技术将大量进入21世纪的航空电子系统。21世纪的军机,不仅要求具有巨型计算机的能力,而且应该是个巨型机网络(可能多达15台巨型机),对系统要求的处理能力超过每秒2000亿次,系统应能实现:为驾驶员提供实时决策咨询;对各种目标进行自动分类和识别;极低的可观测性,即最大限度地减少电磁能量的辐射,降低被敌方截获的概率;对各种威胁的告警,并能实施有效的电子对抗;为各种进攻武器提供所需目标参数,发射控制计算和引导控制。
5 结语
随着航空电子系统的综合化、模块化、通用化、智能化的快速发展,在未来现代化战争或局部战争中,它将发挥更大的作用[11]。
[1]何志强.综合化航空电子系统发展历程及重要支撑技术[J].电讯技术,2004(04):1-5.
[2]涂泽中,雷迅,胡蓉.对新一代综合航电系统发展的探讨[J].航空电子技术,2001(04):11-18.
[3]贝尔和波音合作为V-22倾转旋翼机设计新的综合航空电子处理器[J].每日防务快讯,2010,4(22).
[4]首架MH-60R航空电子维护教练机进入美国海军服役[J].每日防务快讯,2010,7(15).
[5]航空电子用光纤市场至2013年将翻番[J].每日防务快讯,2010,8(13).
[6]美海军航空系统司令部开放航空电子诊断实验室[J].每日防务快讯,2010,11(12).
[7]美国洛马公司将基于三核处理器对C-5货机航空电子统一标准[J].每日防务快讯,2011,2(9).
[8]美国空军授予波音公司A-10攻击机航空电子改进合同[J].每日防务快讯,2011,9(14).
[9]波音公司获得美国空军B-1飞机航空电子软件合同[J].每日防务快讯,2011,11(18).
[10]王海青.航空电子系统综合技术分析[J].飞机设计,2007(01):55-61,68.
[11]姚拱元,吴建民,陈若玉,航空电子系统综合技术的发展与模块化趋势[J].航空电子技术.2002(01)1-10,44.