
一:
在预警机领域,美国几十年来都处于世界领先水平,其中最为人所熟知的就是美国波音公司研制的E-3“望楼”预警机了,E-3预警机是美国空军60年代“空中警戒和控制系统”计划的产物,于1977年交付,到1992年关停生产线时共生产了68架,美军装备了的31架,其余卖给了英国、法国、沙特阿拉伯,最特别的特征是在机身3.35米处用两个支柱支撑着一个直径9.14米,厚度1.83米的雷达罩,内部是一部诺斯罗普格鲁曼公司研制的AN/APY-1型s波段脉冲多普勒雷达,雷达发射机采用速调管,激励采用行波管,平均输出功率为8千瓦,峰值输出功率40千瓦,天线由30根缝隙波导辐射器平放垂直堆积,方位波束宽度为0.73",仰角波束宽度为3.5",波束仰角扫描范围为+1.5",旁瓣低至-50分贝,探测距离达320千米,数据处理系统能处理400个-600个目标。

雷达平台为波音707-320客机,航程达到9000千米,可以在1600千米外执勤6个小时,机载设备分为雷达、敌我识别器、数据处理、通信、导航与导引、数据显示与控制六个部分,机舱内可载4名飞行员,值勤官1名,操纵员12名,分别负责操作通信设备、计算机、雷达和9个多用途控制台,操作员通过控制台上的显示器,以文字或者图形查看各种信息并做出操作指令,显示器有两种倍率,放大32倍后可用于监控和指挥战斗机的空中格斗,雷达可以把360度方位划分成32个扇形区,操纵员分别在每个扇形区内工作,在服役的二十多年中,又升级到APY-2型无源相控阵雷达,但还是通过机械械转动机构每分钟转6转,天线机构转到哪个方向,雷达波就探测哪个方向,存在刷新率低,高度测量精度低的问题,目标密集、情况紧急的时候容易丢失目标。

而美军装备31架的E-3预警机几乎参与了90年代以来美军主要军事行动,平均飞行时间超过1.9万小时,70年代生产的硬件已经严重老化,老式计算已经无力处理海量数据,美军在2015年耗资27亿美元对所有机身进行过大修,换装最新一代AN/UPX-40询问机应答器、信息处理系统和Link16电台,但这些预警机平均机龄已达40年,服役期内每次起降都需要承受严重的逆向应力,造成金属部件疲劳腐蚀,E-3预警机的平台是波音公司于1954年生产的波音707客机,目的大部分的波音707客机已退役,美军在冷战期间购买了数百架波音707客机改造为空中加油机、空中指挥机和侦察机,今天己有三分之一因越来越频繁的维护保养以及越来越长的维修时间而无法正常出动,美飞行员更是担心这些老家伙会不会飞着飞着就散架了。国防部也曾计划用波音767客机替换上,但由于*9.11"事件的干扰被取消。

二:
进入21世纪,E-3预警机已经不适应新的作战需求,预警机通常在有威胁方向200千米处巡逻,假设目标以音速飞行,那么能提供20分钟预警时间,以F-22为代表的隐形战斗机雷达反射截面积已经降低到0.05平方米,原本以5米平方米目标为设计标准的E-3预警机对其探测能力下降到了80千米,预警时间不到3分钟,在美军演习中F-22战斗机逼近到E-3预警机数十干米内才被发现,即便不考虑射程超过100干米的空-空导弹,这个距离对于预警机也是很不安全的,E-3预警机雷达是以传统机械旋转扫描的,数据更新率是10秒/次,对高于事先设定的虚警极限目标信息点必须对相同空域重复扫描3-6次才能断定这些信号属于同一目标,并建立跟踪航迹起始后才能报告探测到目标,这段时间要30-60秒后,还要1-2分钟完成目标识别,确定威胁目标,再需要数分钟引导护卫战斗机前往拦截。

而对方900千米/小时速度逼近,这段时间至少能够近到数十千米,隐身目标信号弱且闪烁,加上告警系统完善,所以要求发现距离大于230千米才有足够的反应时间。要解决230千米外发现与稳定跟踪隐身、高速、高机动目标的办法只有两个,一是采用L波段长波雷达,二是采用大功率相控阵雷达,利用相控阵雷达波束方向和脉冲积累周期变换快速、信号瞬时带宽大、搜索和目标轨迹建立时间短等优势,采取小范围长驻留时间探测或快速重搜索,提高扫描数据率和目标累积信噪比,美国在21世纪初启动了E-10“多传感器指挥和控制"飞机”,目标是采用诺斯罗普.格鲁曼公司研制的MP-RTIP型X波段有源相控阵雷达,同时以合成孔径对地成像模式和动目标显示两种工作模式,即能探测空中目标,也能探测坦克卡车,实现将E-3预警机和E-8监视机的功能功能融于一身。

载机平台选择波音767-400ER客机,初始研制合同3.03亿美元,预计总费用超过100亿美元,2007年初因经费问题和技术问题而被迫中止,那时F-22战斗机才刚刚服役,世界各国一时间难以出现能与之抗衡的五代机,因此,美军草草废掉E-10预警机的发展倒不是什么问题,沉醉在遥遥领先美梦之中的美国人认为中国和俄罗斯要20后才可能开发出五代机,不想2011年中国空军就试飞了歼-20战斗机,到2025年总数已经超过三百架,面对空警-500预警机加歼-20战斗机的组合,美军老旧的E-3预警机加差强人意的F-35攻击机很难讨到便宜,这对美国人的自尊心是个极大的打击,迫使美军加速换代预警机。

而研制新预警机是一个耗时长久且投资巨大的项目,紧急之下,美军看上了波音公司为澳大利亚研制的“楔尾”预警机,这是1996年波音公司在波音737-700型客机上加装诺斯罗普格鲁曼公司的多功能电子扫描阵列雷达的E-737预警机,该机利用波音737客机为平台,波音737系列是波音公司生产的中短程双发喷气式客机,是民航历史上最成功的窄体客机,产量超过60000架,在全球建有完备的维护网络,大大降低运营维护成本,机长33.6米,最大起飞重量77吨,机身比E-3预警机小一半,两台CFM56-7B推力12383千克的涡扇发动机比装有4台发动机的波音707燃油效益更高,续航力为7040千米,澳大利亚2000年采购了6架,因试飞出现发飘现象,直到2012年才交付完毕,波音公司还是升级计划的主要承包商,该升级项目自2014年开始直至2023年才完成。

E-737预警机是目前唯一采用T型天线的预警机,T型天线分为两个部分,第一部分在机身背部两侧1.83x5.49米的侧视天线,负责左、右各120*范围的扫描,第二部分T型天线顶部的前视和后视天线,尺寸为1.52*7.62米,每个阵面有300个坤化稼T/R组件,使用波束合成实现360°扫描,探测距离为370千米,最大能够监测400万平方公里,可同时追踪3000个目标并指挥60架飞机,除此之外还搭载了E-3预警机没有的ALR.2001ESM电子战支援系统,可以全向搜索、跟踪和识别非通信设备的辐射信号,被波音公司宣传为世界领先的预警机,于是美国空军于是外贸转自用,在2023年投入2.27亿美元,计划在2027年制造第一架E-7A预警机的原型机,投产还不知到什么时候,什么时候取代完31架E--3预警机谁也不敢说。

三:
中国现役的空警-2000预警机是世界上第一型机载二维有源相控阵雷达,虽然背负式“圆盘”构型和美俄预警机一样,但直径达到14米雷达罩内的雷达天线由三块各扫120°的天线组成,最远探测距离为470千米,覆盖面积可达50万平方千米,相当于40部地面雷达,提前预警时间比地面雷达多3倍,和E-3预警机不同的是每个发射/接收模块都具备独立发射或者接收信号的功能,即使损坏一部分T/R元件也还能继续工作,而E-3预警机只有一个发射/接收器,一旦故障整个雷达都无法使用,而且相控阵雷达无需机械转动就可以灵活地控制波束扫描,目标信号更新周期只有4~5秒,比E-3预警机快一倍,空警-2000预警机还安装有数据链系统、超短波电台、短波电台和K波段卫星通讯系统,是中国空军第一型配备全军综合数据链的飞机,可与作战飞机、其他兵种自动化指挥系统的计算机交换数据。

空警-2000预警机的机组由机长、副驾驶、领航员、通信员、空中机械师、指挥长、引导员、雷达情报员、雷达操作员、电子对抗情报员、通讯操作员共17人组成,载机是苏联的伊尔-76运输机,本来中国购买的伊尔-76运输机是计划安装以色列“费尔康”预警雷达系统的,但以色列单方面撕毁合同后,中国便下决心自己研制争气机,空警-2000的有源相控阵雷达虽然在信号及数字处理上实现了数字化,但T/R模块、发射接收系统仍旧是模拟式器件,重量大、线缆连接复杂,这些设备大部分位于天线罩内,仅数干根线缆重量占到全重的1/5,这需要载机有一定的载重,当时中国最大的运-8运输机载不动,100吨以上的大型客机基本上是采购自西方,又不具备在野战机场起飞,因此只剩下了伊尔一76运输机一种选择。

伊尔一76运输机最大起飞重量170吨,载运量40吨,货舱长20米,宽3.46米,有足够的载重和空间来改装,中国将机舱分隔成数段,分别用于布置任务系统设备、冷却系统和任务操纵台,增加了休息室和卫生间等设施,还加装了一套大功率发电机,由于圆盘雷达罩及卫星通信天线整流罩增加了40%的阻力,成气流混乱,又在机身下部还增加了两片腹鳍改善气动性能。还加装了导弹来袭告警系统、红外诱饵和干扰物自动发射器,但中国只引进了20架伊尔-76运输机,能够提供改装的并不多,最终只生产了4架,但中国疆域面积大,伊尔一76运输机航程只有6000千米,只能要在1000千米距离上执勤4小时,要保持24小时执勤至少需要6架,如果西南、南海和东南三个战略方向各需要6架计算,就需要18架,4架是远远不够的。

于是在研制空警-2000预警机的同时中国又研制了空警-200预警机,空警-200预警机采用的是“平衡木”雷达,探测范围超过300千米,雷达天线通过支架架设在飞机背部上方的长条状雷达罩内,雷达罩前部的孔洞为冷气入口,在飞行时用冷却加载高压后的雷达天线,因为“平衡木”雷达很轻,可以用60吨的运-9运输机运载,机舱内有5个舱室,分别是:驾驶舱、人员休息舱、前设备舱、工作舱和后设备舱,休息舱内食品柜、热水器、电烤箱和盥洗间,还设置有一个上下铺,从休息舱后是前设备,安装着预警、指控和通信机柜,工作舱安装有8个一体化的指挥控制台,后设备舱则安装了环控、制冷和氧气系统等设备,空警-200预警机执勤时间超过7小时,,但雷达只能观测到两侧,无法进行360度扫描,只能作为空警-2000预警机的补充。

四:
在中国21世纪后先后突破数字式T/R、数字频率合成、数字波束形成等关键技术,首创出数字相控阵雷达技术后,大大降低系统重量和体积,使得运-9运输机可以运载,于是空警-500预警机横空出世,空警-500预警机的雷达构型与空警一2000一样采用三面阵结构,,但数字化收发组件更小,同样的空间可以安装更多,发射功率也就更高,数字阵列雷达虽然还是有源相控阵雷达,但传统的有源相控阵雷达为产生足够高频率信号要一级一级地进行变频,电路多且复杂,数字化雷达的数字收/发单元是由多路数字接收机、多路发射激励模块、发射功放、数据编码和控制,传输子系统等组成,利用数字合成器件产生发射信号实现波束扫描,利用数字频率合成技术将波束形成和波形形成整合成数字波束,根据要求发射各种不同形式的信号,省却了多级复杂电路,大幅度减少重量和体积。

与普通有源相控阵雷达相比,数字阵列雷达瞬时动态范围大,可无损地保留强杂波背景下的小目标信息,不损失信噪比情况下灵活的多波束特性,可提高空域覆盖性,满足探测复杂目标的需求,较大的瞬时动态范困减小了强主瓣杂波对探测目标的影响,在复杂地形环境下的目标探测性能好,探测隐身目标能力、多目标跟踪能力、敌我识别能力,情报处理能力、抗干扰能力、探测盲区、跟踪目标数量以及引导战斗机的批次都比空警-2000有大幅度提升,而且机身后部两侧安装了电子支援天线,具备了电子侦察能力,这样空警-500即是预警机,也是电子侦察机,但空警-500预警机还是使用运-9运输机做平台,虽然比运八运输机有了脱胎换骨的变化,但最大起飞重量只有60多吨,飞行时间只有5小时,只能算是中型预警机,对战略预警机来说还是太小。

对于预警机而言,起飞重量、巡航高度和续航时间是重要指标,这三项指标决定了预警机设备数量、视线距离和执勤任务,其中续航时间越长自然可以节省装备数量,美国E-3A、E-767、E-737预警机都是采用经济性较好的客机改装,中国虽然有了919客机,但有很多外国部件,用于军用会面临国外供应商的阻力,目前中国预警机的最佳平台是运-20运输机,只是配备的俄罗斯D-30KP-2涡扇发动机巡航油耗是0.71千克,而西方的CFM-56-5系列发动机只有0.5千克,不过装国产涡扇发动机的运-20B运输机已经投产,新一代空警3000预警机也会使用运-20B运输机作为平台,运-20运输机机体长度和伊尔-76运输机相近,足以装一个直径14米,厚2.8米的雷达罩,比空警-500预警机能装更多的数字收/发单元。

空警3000预警机采用中国最新研制的数字阵列雷达,收发组件功率更大,体积更小,耗电更低,作用距离更远,大大对隐身飞机的探测距离,工作频段能从微波波段降低到米波波段,F-22战斗机的0.01平方米雷达反射截面积是是迎头方向在3厘米的X波段波长下才能实现,如果波长为75厘米,在电波反射的谐振效应下反射截面积就升至0.5平方米,探测距离将增加2.34倍,足够在200千米外发现F-22战斗机,而且空警3000预警机还具备了电子侦察能力,F-22战斗机的雷达只要开机就能截获,即使F-22战斗机不开雷达,飞行过程中都要通话或者传输数据,只要有通话或者传输数据,空警3000预警机就能截获并发现其方位然后通过数据链指挥战斗机发起攻击。

现代隐身战斗机都装备有被动侦察系统,为减少被对方战斗机雷达发现,作战时都要尽量保持雷达静默,当双方均静默时可能都无法发现对方,此时预警机就成为作战的关键因素,如果预警机引导歼-20战斗机拦截阵风战斗机,预警机截获目标后即可引导歼-20战斗机进行超视距攻击,具有绝对的空中优势,如果空警3000预警机引导歼-20战斗机对抗E-3预警机引导的F-22战斗机,双方战斗机的隐身能力相当,但空警3000预警机在200千米外就看到F-22战斗机,E-3预警机只能在80千米外才看到歼-20战斗机,结果就是F-22战斗机和印巴空战中的阵风战斗机一样连还手的机会都没有,而E-3预警机连转身逃跑都没机会,霹雳15空空导弹已经飞到了,失去预警机的美国空军仗没法打了。

五:结语
在美国空军协会米切尔航空航天研究所主办的“航空航天国家”会议中美国太平洋司令部空军司令威尔斯巴赫表示中国空军的空警-500预警机可以很好支援的歼-20战斗机。
第三代预警机技术起点高、融合程度高、研制成本极高,但中国发展速度很快,空警2000、空警200、空警500、空警3000、空警600,还有无人预警机遍地开花,完全实现自行研发制造,而美国还在使用年近40岁的E-3预警机,E-7A预警机也是90年代的外贸技术了,在测试2年后又面临无法通过的困难,据传又要下马了,北约就对美国官僚主义采购的拖沓作风没什么信心,尽管其拥有14架E--3预警机也同样老旧,但还是斥资10亿美元延长寿命,将就着用吧。