飞在天上的指挥中心

秦嘉政

近些年来，我们经常能够见到一种奇怪的军用飞机：它不携带导弹，甚至没有机炮，壮硕的机体和四平八稳的飞行姿态似乎也和一般军用飞机高超的机动性能不沾边，而且很多这种飞机的背上还长了一个大大的“蘑菇”，看起来有些笨拙，让这种飞机执行空战任务似乎不太合适。原来，这种飞机叫预警机，是一种用于搜索、监视目标，指挥并引导己方飞机执行作战任务的飞机。它拥有整套远程警戒雷达系统，那个“蘑菇”可是不可或缺的部件，要想知道“蘑菇”的秘密，就得从雷达开始说起。

雷达和飞机的恩仇记

早在20 世纪40 年代，英国空军就在二战规模最大的空战——不列颠空战中大量应用雷达系统来侦测德国飞机的动向。雷达可不只是一个发现目标的工具，它还肩负着更重要的任务：航空管制。在军事用途上，航空管制能力被称为“战力倍增器”。在雷达出现之前，一切目标侦察都只能通过肉眼进行。战斗机飞行员在升空拦截敌军飞机时，仅仅能看见自己眼前的情况，无法了解全局，所以空战时经常会出现各种战略失误，例如多个机群重复拦截同一批轰炸机，以至于让其他批次轰炸机溜过防线，或者激战正酣时被敌方來增援的战斗机偷袭，甚至是两队友军互相痛击等。雷达出现后，双方飞机的位置和动向一目了然，地面的作战中心就可以合理分配空战力量，设计拦截方案，引导己方飞机在最佳位置完成伏击，这就是地面引导和管制的作用。雷达的出现，可以说直接改变了空战的形态。

雷达系统通过测定发射和反射电磁波的时间差来计算飞机和雷达之间的距离。但是电磁波永远是沿直线传播的，所以地面上的雷达有个绕不过去的“敌人”——地球。地球是一个圆球，这就导致沿着直线传播的雷达电磁波“看不见”地平线以下的东西。很快，想突破雷达的一方就摸索出了对付雷达的窍门，那就是一种名叫“超低空突防”的战术，即让飞机在贴近地面的低空飞行，雷达就无法在很远的地方发现这些飞机。超低空突防这种战术大大压缩了雷达的有效侦测范围。要想克服这个缺点，就需要增加雷达自身的高度。大家会发现雷达站一般建在一个地方的制高点，比如山顶、悬崖边等，而且还会用很高的铁架子将雷达天线架设起来，这样可以尽可能提高雷达的探测范围。水面上舰艇的雷达也是同理，雷达天线通常都架设在桅杆顶端，尽可能克服地球曲率的影响。但是这些还是不够高，所以人们想到了——飞机。

雷达和飞机的强强联手

很显然，飞机可以飞到几千米甚至上万米的高度，如果能把雷达安装到飞机上，就能极大地扩展雷达的探测范围。同时，飞机是一个移动平台，凡是所到之处，都可以进行航空管制。因此，安装雷达的飞机应运而生。

对于设计建造预警机，需求最迫切的国家当数美国。二战后期，美国海军对日军的“神风特攻”防不胜防。神风特攻是日军的一种自杀式攻击战术，用满载炸药的飞机撞击美国军舰，让飞行员和美国军舰同归于尽。而美国海军主要是依靠航空母舰进行作战，和全身铁甲的战列舰不同，“薄皮大馅”的航空母舰最怕日军这种战术。往往是日本飞机从海面附近悄悄靠近，在距离航空母舰只有几千米的距离时突然拉起，再以几乎垂直的角度一头撞下来。这种战术给美国海军带来了不小的损失。早期的舰载雷达虽然能够发现100 千米以外的高空飞机，但是对于贴海飞行的飞机，搜索范围只有10 千米左右。对于时速超过400 千米的日军攻击机来说，10 千米的距离只需要飞行1 分多钟，美军发现目标时，已经来不及让战斗机升空拦截了。于是美国海军早早就在思考如何将雷达搬上飞机，执行为舰队保驾护航的警戒任务。

在二战末期，美国海军将APS-20 搜索雷达搬到TBM 鱼雷轰炸机上面。这样就造出了第一种“警戒机”——TBM-3W。它承担的任务是将自己发现的目标报告给航空母舰，从而让航空母舰对周边的情况有清楚的感知。TBM-3W 大大拓展了航空母舰的警戒范围，它的雷达能够发现100 千米以外在任何高度飞行的飞机，同时能够发现300 千米以外的大型舰船。但是美国人并没有就此止步，由于TBM-3W 只能乘坐两个人，一人作为飞行员负责开飞机，另一个人负责紧盯雷达屏幕，缺乏人手指挥其他飞机作战，即使发现了目标，也要等航空母舰上的指挥官来指挥，这样显然大大降低了作战效率。

所以在此基础上，美国人又将雷达搬到了B-17 轰炸机身上。B-17 是一种远程大型轰炸机，机身足够大，能够容纳较多的人进行工作。这样，一架飞机就是一个移动的指挥中心，飞机可以自己处理数据并指挥其他飞机进行作战，这种飞机被命名为“PB-1W”，可以说它具备了完整的预警机功能。在测试过程中，有一架PB-1W 将雷达从机腹移动到了机身上方，结果表明这可以大幅度减少地面和海面对雷达的干扰，并提高雷达对高空目标的探测能力。

在使用B-17 进行研究时，美军发现，由于执行空中警戒任务的飞机常常需要在天上飞行若干个小时，所以狭窄的轰炸机机舱显然是在折磨机组成员。于是，在研制新的预警机时，美军选用了洛克希德公司的C-69“星座”运输机。“星座”是洛克希德公司的商业客机，安装雷达后被命名为“PO-1W”，它也开了在客机基础上研发预警机的先河。

PO-1W 在美军中服役多年，但是由于它尺寸较大，无法在航空母舰上起降，所以美国海军希望在航空母舰上也能部署一种预警机，于是他们对S-2 反潜机进行了一些改进，具有非凡意义的E-1 预警机由此诞生。

E-1作为一种舰载预警机，最显著的特征就是机背上背负的流线型的大罩子，罩子本身并不会转，但是里面有一个能够旋转的雷达天线。这个硕大无比的雷达罩是为了容纳新研制的APS-82 雷达，这个雷达可以搜索到300 千米范围内的敌机。虽然APS-82 的性能全方位胜过了前辈APS-20，但是它有一个巨大的旋转天线，让原本计划只装一个小雷达的E-1 承受了不该承受的重量。此外，巨大的雷达罩使得飞机后面的垂直尾翼完全失去了功能，飞行稳定性大大降低。所以飞机的设计商格鲁曼（Grumman，又名格鲁门）公司不得不将垂直尾翼从一个变为一对。

E-1 给航空母舰的飞机调度带来了非常大的便利，迅速成为航空母舰上的核心战斗力之一。然而硕大无比的雷达罩带来的飞行性能下降也使这种飞机在航空母舰上的服役过程备受煎熬。另外，缺乏先进通信设备使机组成员必须用无线电口头指挥其他飞机作战。同时，飞机还存在其他种种技术问题，美国海军因此希望能够有一种更好的预警机来替换E-1。

很快，E-1 的代替者便来了，这就是E-2 预警机。E-2 是美国著名的“寿星”，从1960 年一直服役至今。从E-2 开始，美国的预警机开始流行这种背上背着“蘑菇”的设计布局，这也引领着世界预警机发展的潮流。这种“蘑菇”造型的雷达罩可以尽可能减小厚度和迎风面积，从而减小气流对飞机飞行性能的干扰。同时，这样的雷达罩是对称设计，能够跟着雷达天线一起转动，这样雷达罩就可以贴在雷达天线上面，不用像E-1 的雷达罩那样需要特意给雷达天线的转动留出足够的空间。这样还可以减小雷达罩的体积和重量，可以说是一举多得。

越南战争的失败和多普勒雷达的兴起

20 世纪60 到70 年代，美军发动了越南战争。在这场战争中，美国所有的先进武器几乎都上了战场，预警机也不例外。但是，在越南战争中，预警机却远远没有表现出“千里眼”的优势来，大部分预警机只是充当导航台用来引导、指挥飞机的飞行，无法及时发现敌方的飞机，这又是为什么呢？

原因很简单，越南的地形非常复杂。平静的海面对雷达没有多大影响，但是崎岖的山地产生的强弱不一的回波，极大地干扰了雷达的工作。雷达操作员无法把飞机反射回的电磁波从地面上各种东西产生的地表杂波中区分出来，而越南军队的飞行员也特别喜欢借助山地的掩护进行低空突击。所以大部分时间里，E-1 甚至E-2 都只充当临时指挥中心或者导航台的角色，并没有对空战做出太大的贡献。

美国人很快意识到了这些飞机的不足，开始寻求更好的解决方案。这时，一种新的雷达对预警机做出了巨大贡献，那就是多普勒雷达。

你有没有注意到，高速行驶的汽车和火车在接近你时声音会显得格外尖锐，而远离你时会显得沉闷一些？这其实就是多普勒效应。这种效应能够使地面产生的回波和高速飞行的飞机产生的回波有很大的频率差异。随着技术的发展，雷达系统能够将频率不同的回波分辨出来，这样就能定位敌人飞机。这使得雷达对于低空目标的分辨率进一步提高，从而使低空飞行的飞机无所遁形。

依靠新型多普勒雷达，美军研发了E-2C（E-2 的改进型）以及E-3 预警机。其中E-3 是美国空军装备的一种大型预警机，由波音707 客机机体改进而来，它装备的雷达可以探测到400 到500 千米范围内的敌机，是当时跨越时代的装备。

你肯定注意到了，E-3 的雷达罩是黑白两个颜色，实际上罩子的黑色部分是空心的，只是为了维持一个圆盘外形，只有白色的部分是雷达。雷达需要扫描360 度的平面，但是电磁波是沿直线传播的，所以就像灯塔的灯一样，雷达需要转动天线来朝向所需的方向，才能够得到这个方向的回波。地面上的雷达都有一个锅盖状的天线，而预警机上的“蘑菇”缓缓转动也是一样的道理。它转动时将白色部分的长边对准各个方向，向各个方向发射电磁波并接受回波。白色部分的另一边则是一个敌我识别天线，它会不停地向外发送加密的询问码“你是谁”，并接收传来的信号，由于是加密信号，只有己方的飞机在接收询问码后会发回一个“我是××”的信号，这样可以在天空中分辨出雷达信号是敌是友。

E-3 预警机几乎整合了当时最先进的技术，所以造价非常昂贵，这引起了一些非专业人士的不满，其中就包含美国的一些政客。很多人认为这样一架由客机改进的大飞机没有任何保护或攻击武器，就是一个飞在天上的大靶子。更有甚者認为这是美国政府和波音公司之间的阴暗交易，因为波音707 客机卖得不好，所以政府建立了这个计划来变相采买波音客机，给波音公司送钱。

为了让这些“大放厥词的批评家”信服，美国政府向公众展示了E-3 的用途和实力。凭借400 千米以上的雷达发现距离，预警机上的雷达操作员可以从容地发现来袭敌机，从而指挥其他飞机拦截或者进行规避。同时，由于预警机有整个空域的雷达图像，并不像战斗机的雷达只能探测机头方向的情况，所以预警机也可以运筹帷幄，指挥其他飞机进行包抄、伏击等操作，甚至可以在军事力量1∶2 的劣势下赢得空战的胜利。

鉴于E-3 的出色表现，每次美军对外行动时它都会出动，E-3 可以说是美国空军指挥的核心。和美国海军的E-2 不同，E-3 也同时担负着北大西洋公约组织（北约）整体的指挥任务，所以大部分时候E-3 的机组都是来自北约不同国家的联合机组。

在E-3 出现之后的若干年里，它一直代表着世界预警机和雷达系统的顶尖水平。这个时期的预警机都有一个会旋转的大“蘑菇”，但是随着雷达技术的发展，雷达的扫描方式发生了变化，这个“蘑菇”变成了什么？还会不会转呢？我们下期见分晓。