预警指挥机升级改进影响因素及发展趋势

张玉波

(中国电子科学研究院，北京 100041)

0 引 言

预警机诞生于第二次世界大战后期。1945年3月，世界上第一种预警机美国海军的TBM-3W正式服役[1]。以美国WF-1(又称E-1B) 舰载预警机为代表的第一代预警机重点解决地面雷达升空和远距离低空目标探测问题；以美国E2、E3系列和俄罗斯A-50为代表的第二代预警机，在提升探测性能和功能的同时，增加了空中指挥引导、数据传输、电子侦察和对抗等能力；以美国E-2D“高级鹰眼”为代表的第三代预警机，已经具备了“网络化、多元化、一体化、轻型化”的技术特征。

1 国外预警机升级改进典例

预警机自诞生以来已经完成了三次更新换代，可以预见未来的下一代预警机将是以多传感器+平台+网络+战场管理这种形态出现[2]。但每代机之间存在多次技术改进，也就是所谓的升级改进或战斗力提升。升级改进的主要原因是为应对不断变化的作战环境、作战系统，其主要目的是提升现役预警机各项能力，使其保持一定的战斗力。预警机的系统集成商根据其任务系统大型化、复杂化特点，将持续改进作为预警机的研发理念。美国诺格公司在过去几十年的发展中，一直秉承渐进式发展理念(达尔文式)，E2多次改造完全因作战需求变化和新技术的引入，以至于E2系列预警机的生命力越发旺盛[3]。俄罗斯和北约坚持同样模式。下面分析几例典型预警机升级改进历程。

1.1 美国E-3系列预警机升级改进历程

在经历了10年的载机和任务系统的设计、试验、开发等一些列研发程序后，首架E-3预警机于1977年交付美国空军。E-3预警机升级改进主要历程见表1。

表1 美国E-3系列预警机升级改进历程

1.2 俄罗斯A-50系列预警机升级改进历程

据不完全统计俄罗斯空军至少装备21架A-50系列预警机，改型机于70年代开始研制，1986 年交付。为适应作战需要，俄罗斯对A-50型预警机不断进行升级改进。俄罗斯A-50系列预警机升级改进历程见表2。

表2 俄罗斯A-50系列预警机升级改进历程

1.3 北约E-3A系列预警机升级改进历程

北约E-3预警机是在1982年到1985年先后交付北约军方使用的。交付后，北约组织根据需求不断进行升级。北约组织E-3A系列预警机升级改进历程见表3。

表3 北约组织E-3A系列预警机升级改进历程

2 预警机升级改进影响因素

2.1 升级改进时间周期

美国E-3A型预警机雷达系统从预研到生产用时15年，花费15亿美元；英国“猎迷”空中预警机用时12年，花费12亿英镑，宣布放弃研制计划[4]。充分体现了预警机研制周期长，风险大的缺点。E-3A交付后，每5～7年升级一次，已经历7次升级，预计2018年已升级至E-3；E-2C升级改进周期和E-3A一样，已经历8次升级，已升级至E-2D。

E-2D在软件方面留存很多E-2C的软件，仅新增代码200万行；硬件方面采用开放式电子体系结构，优点是可以快速更换设备以及应用新技术。诺格公司建议E-2D未来单次升级改进周期控制在每18～24个月之间。因E-2D开放式电子体系的优点，先进技术的嵌入可以快速跟新其硬件和软件，不断提高雷达、识别、平台间通信等方面。

从E-2C升级次数、曾经升级周期及未来计划升级周期分析，时间短已成为预警机升级改进影响因素之一。

2.2 升级改进经费需求

埃及空军在1986、1987年共计装备了5架E-2C“鹰眼”预警机，其型号为较早时候的E-2C Group 0型[5]。埃及空军为保持其5架E-2C Group 0型预警机稳定作战能力，决定将其升级到“鹰眼”2000型预警机的技术标准，于是在1999年和格鲁曼公司签署了一份总价约1.38亿美元的升级改进协议，折算后每架E-2C Group 0型升级费用为2760万美元。

2013年，格鲁曼公司和美国海军签定价值2.267亿美元合同，对 75架E-2D预警机进行升级。升级项目包括预警机空中加油系统开发和制造，飞行控制系统软件优化，可视性和空间定位能力的编队灯采用，视野开阔和减少疲劳功能飞行员座椅的换装。升级后任务电子系统具有更好的监视和目标定位能力，加油系统的升级更是提高任务执行效率。如此多升级项目，折算后本次单架机升级价格为300万美元左右，而美国海军于2014年6月授出了一份价值36亿美元25架E-2D的合同，折算后单机价值1.44亿美元。对比可以看出，本次升级改进项目价格大约是整机单价的2%。

2014年10月，波音公司与日本签订价值2560万美元合同，内容为升级4架E-767预警机控制系统、敌我识别系统、电子支援系统及数据链，折算单架机合660万美元。

无论埃及E-2C Group 0型单架机升级2760万美元，还是美国海军E-2D型单架机升级300万美元，以及日本E-767预警机单架机升级660万美元，相对生产单架预警机几亿美元而言，经费成本同样成为预警机升级改进影响因素之一。

2.3 升级改进成熟技术引进

作为战场中枢神经的预警机，其任务电子系统升级改进必须同电子技术发展同步。载机不变的情况下如何升级、换代任务电子系统各项性能，各国基本均采用使用当前成熟的雷达体制、指挥控制系统、侦察和通信等方面的技术。

2007年5月，E-2C升级后的E-2D公开展示，洛克希德·马丁公司的工程师介绍，采用新一代APY-9雷达(E-2D的核心设备)，配用ADS-18型天线罩，促使雷达信号的增益提高20个分贝，最终使雷达空域覆盖范围增大了3倍，同步大幅提升对小目标的探测能力。五角大楼设想的未来作战场景需要航母载飞机来对抗越来越复杂的攻击。这些攻击包括更远的海上、海岸和陆上密集杂波环境中体积更小的目标(有人机和巡航导弹等)。这种情况促使美国海军采用新一代APY-9雷达。

当时APY-9雷达采用了很多经过验证的成熟技术，包括独特的机械扫描和电子扫描两部分组成的天线，机械扫描对空域360°覆盖，电子扫描在每次机械扫面之前对重点区域进行60°～90°的扇形搜索，天线全部工作在UHF波段，这个波段可以探测小目标同时能在远距离有效消除海浪杂波；采用了第二代调频技术，这个技术可以大大提高了雷达的接收灵敏度，使雷达覆盖范围基本上不受地球曲率的影响，可发现各种飞行目标(包括小目标)；雷达还交联了一套数字式被动电子预警系统，这套包括数据链和无线电通信的系统与雷达一起能够对目标精确识别和定位同时可以快速传输信息，有效地引导导弹攻击目标。

2.4 现役预警机总结

北约在进行E-3中期现代化改进的首架机(N-1号)时，大约有20名来自北约机队的任务操作员代表在北约开发实验室(NDL)为波音研制的状态显示操纵台和人机接口提供实时反馈。操作员在开发期间提供的实时反馈，对这项改型计划平稳过渡到初步飞机与鉴定(IOT&E)阶段是很重要的。2004年，诺格公司与英国签定了一份AWACS机群后勤支援的长期合同，该合同不但节约了E-3后勤预算，还是其至少再服役20个年头。2014年3月，波音公司与澳大利亚签定总价值8.13亿美元的E-737“楔尾”预警机后勤保障服务的合同[6]；

无论是北约机队的任务操作员参与开发，还是诺格和波音公司的预警机售后保障服务，除了可以保证预警机正常使用及可靠运行，最大的优点在于可以实时监测预警机状态，广泛搜集用户意见和用户需求信息，准确及时地反馈信息，对现役预警机进行总结，为预警机后续的升级改进做出正确的决策提供依据。

3 预警机升级改进发展趋势

预警机升级改进是当前预警机保持战斗力发展的必然趋势，升级改进将向着以下几个方面发展。

3.1 短周期小改动

1999年，波音公司防御和空间部和日本签署价值0.587亿美元的预警机升级改进合同[7]。升级对象为4架波音767型预警机，改进周期为一年，改进内容包括新增4副抗干扰全球定位(GPS)天线，4部GPS时间-日期接口设备，改进型敌我识别器(IFF)路由板，升级16部抗干扰的Have Quick无限电台等设备。从该合同可以看出，一年4架预警机升级改进，平均每架机为期3个月，升级改进周期非常短。

根据合同内容，新增4副抗干扰全球定位(GPS)天线涉及安装位置选取、天线线缆敷设、载机气密性等工作内容；4部GPS时间-日期借口设备涉及单个设备内外部单一接口改动；改进型敌我识别器(IFF)路由板仅仅涉及设备内部板卡更换；升级16部抗干扰的Have Quick无限电台涉及电台潜入式软件和模块更换；本次升级改进相对于复杂庞大的任务系统而言，改动范围及工作量相对很小。

新研型号预警机存在研制周期长，研制费用高，研制风险大。预警机保持任务电子系统先进性的周期大概是10年左右， 因此短周期小改动的升级改进模式是预警机保持战斗的发展趋势之一。

3.2 引入前沿成熟技术

2014年3月，美国兰德公司发布了《美军指挥和控制系统的快速采办》报告，报告中建议E-3、E-8C型预警机升级换代应尽量采用有研究基础且趋于成熟的技术，少量采用高风险的新技术，这样可以快速地升级指挥和控制系统(C2)。

美国国防高级研究计划局(DARPA)已经开展多项与预警指挥机相关的研究工作[8]。其中雷神公司研究的项目 “宽能带隙半导体项目” 已取得多项成果，并在下一代氮化镓(GaN)射频半导体技术领域取得多项重大突破。氮化镓(GaN)技术应用无论是在基础材料、晶体管，还是T/R模块和T/R多信道集成模块(TRIMM)都已非常成熟，其制造程度(MRL)达到了8级，可以缩减成本75%，据称该技术可以使美军预警系统功能达到“改变游戏规则”级别。另外，“成像雷达先进扫描技术项目”、“经济可承受的射频多功能传感器(ARMS)项目”等一些项目也在同步开始实施，带来了一系列技术的突破，新技术推动美军预警机升级改进项目的实施，可见美军下一代预警机将是低成本、系列化、成熟技术和高性能的集成。

美国预警机升级改进的发展动向紧密跟踪当前世界最先进的技术，其他拥有预警机国家亦是如此，前沿成熟技术的引入已成为预警机保持战斗的发展趋势之一。

3.3 延长服役时间

E-3 AWACS预警机在海湾战争和科索沃战争中出色的表现，使用各国政府再次意识到预警机在现代战争中重要的中枢地位，即使价格非常昂贵，也要研发或采购预警机来升级空中预警力量。基于预警机战争地位重要和价格昂贵两个特点，拥有预警机的国家不会让现有预警机轻易退役，而是采用各种方式和技术延长预警机服役时间。

为适应未来战争的需要，美国海军一直在实施E-2C预警机改进计划，从E-2C型采用 AN/APS-145监控雷达、加装“联合战术信息分发系统”及改进T56-A-427型发动机等技术升级到E-2C2型，从E-2C2型采用雷声公司的940型中央计算机、换装先进的液冷系统等技术升级到E-2C2000 型，从E-2C型采用格鲁曼公司研发的电扫描雷达和IRST监视系统等技术升级到E-2C2005型，舰载E-2C型预警机不断升级改进，使其服役时间可延续使用到2030年或更远。同样，拥有E-3型预警机的国家将雷达、通信等系统的升级作为重点升级项目，将希望E-3型预警机可以继续服役至2035年左右。

采用各种方式和技术延长预警机服役时间，是当前已交付预警机保持战斗的发展趋势之一。

4 结 语

目前世界各国发展并逐渐形成已各种作战飞机为节点的跨域、全域的网络化作战能力，可实现信息无缝连接，目前的空中指挥所预警机，其功能定位逐步发生新的变化。蜂群式无人机和前置作战飞机通过数据链将侦测的信息传递给预警机，这相当于扩大了预警机雷达的探测范围；宽带网络技术可实现作战体系中所有装备，无论空中还是地面，实现信息完全对等相同，这样，预警机高度和机动性探测、指挥控制系统的优势也会逐步削弱。

在预警机雷达探测能力、综合信息处理能力、电子侦查能力、通信作用距离、反隐身能力等实现倍数级提升或实现之前，加之新型号研制周期长、费用高、风险大等特点，采用成熟先进的科学技术，加装先进电子设备，对预警机进行现代化升级改进，是目前保持预警机战斗力行之有效的方式。