运-20将衍生预警机，“空中帅府”未来将如何发展|运-20|雷达

　　原标题：技术派|运-20将衍生预警机，“空中帅府”未来将如何发展

　　运-20运输机无疑是最近国内热议的“明星”军机。在日前央视报道的新闻中，空军运-20飞行员提及，未来在运-20基础上还将发展预警机、加油机等机型。这引发了外界对未来大型预警机发展的关注。

　　其实，这并不是一个令人意外的消息，在大型运输机的基础上研制预警机，是一种“常规操作”。俄罗斯空军就基于伊尔-76发展了A-50、A-100预警机。预警机是信息化战争中的战力倍增器，有“空中帅府”之称。那么，从世界各国预警机的发展趋势来看，未来预警机，或者说新一代预警机将会是什么样子呢？

运-20为抗疫一线运送医疗队员和物资。中国军网图

　　反隐身与精度的矛盾

　　作战需求决定技术途径。未来预警机的战术要求，决定了它所采用的技术和布局形式。

　　一个不需要严密论证也能得到的结果是，新一代预警机必须具备对隐身目标有效的预警探测能力。在隐身作战飞机广泛装备发达国家空军的情况下，不具备反隐身能力的预警机，不仅无法完成基本的预警任务，甚至无法在未来战场生存。反隐身是它的“刚需”。

　　一个合理的要求是，新一代预警机对高隐身目标的探测距离要达到或超过现役预警机对三代机的探测距离。目前这个距离普遍在300公里以上，性能较好的预警机，能达到500公里以上。

　　当然，不谈雷达散射截面积（RCS）的探测距离都是“耍流氓”。就像人的眼睛能看多远物体，很大程度上取决于这个物体有多大一样。雷达能看多远，很大程度上取决于目标的RCS。新一代预警机针对的典型隐身目标的RCS大概是多少呢？通常而言，三代机中的重型机正向RCS在15㎡左右，中轻型机3-5㎡。采用了有限隐身技术的三代半战斗机小于1㎡。真正的隐身飞机仍然是保密。美国人曾表示，F-35战斗机的正向RCS相当于一个高尔夫球，而F-22则相当于一个钢珠。高尔夫球大小的球体在3.3GHz频率的RCS约为0.0025㎡。根据1990年美国空军参谋长在参议院证词，B-2隐身轰炸机的RCS相当于一些昆虫的大小，而其给出的3种昆虫的RCS分别为0.001㎡、0.0001㎡和0.000063㎡。因此，分析人士估算B-2的正向RCS在0.001~0.0001㎡之间。随着技术的进步，这一RCS还会降低。由此来看，未来预警机面对的典型目标正向RCS主要位于0.001~0.0001㎡之间，全向平均的RCS会稍大些。

在大型运输机的基础上研制预警机，是一种“常规操作”。央视军事截图

　　目前的雷达，对这样的目标的探测能力极为有限。以美国的“宙斯盾”系统使用的SPY-1D（V）为例，按照美国忧思科学家联盟《超视距之盾》报告的描述，该雷达“可以在165公里外跟踪一个高尔夫大小的目标”。那么对0.0001㎡的目标探测距离大约70公里。这种性能是难以满足作战需求的。要将这个距离扩大到300甚至500公里以上，对雷达技术的要求是很高的。

　　当然，探测空中目标从来不是预警机的唯一功能。预警机还必须具备指挥引导、数据融合等功能。而网络化作战还要求预警机具备对防空甚至空空导弹的中继引导能力。按照美国人的说法，其最新型的舰载版E-2D预警机，能够引导“宙斯盾”发射的标准-6防空导弹，以打击地平线下（相对于舰艇而言）的目标。目前，这种能力主要依靠融合各类传感器的信息而获得，并非单独依靠预警机自身的雷达。那么未来预警机，如果在其他方面付出代价可以接受的情况下，单独依靠自身雷达实施引导或许也是一种新的需求。

俄罗斯A-100预警机采用背负式圆盘布局

　　用不用双波段雷达？

　　完成反隐身任务，技术上有两条路径选择。一条是选择波长较长的雷达，比如处于分米波到米波之间的UHF波段。E-2D的雷达就处于该波段。另一条路径是提高雷达的功率和灵敏度，美国用于替代“宙斯盾”的SPY-1雷达的SPY-6就采用的这一途径。无论是采用波长较长的波段，还是增大雷达功率，都不可避免地要求预警雷达天线具有较大的尺寸。雷达天线尺寸通常和其工作的波长相关，波长越长，其尺寸越大。但长波雷达主要的问题是精度比较差，特别是对于预警机使用的尺寸受限的雷达天线而言。

　　而执行导弹的中制导任务，需要雷达具有较高的数据重复率（对目标数据的更新速度）和较高的精度，而这又通常要求雷达具有较高的工作频率，也就是说雷达波波长较短。目前的有源相控阵雷达，对波束的生成和控制非常灵敏，无论采用机相扫结合方式，还是全电子扫描，均可满足数据重复率的要求，关键的问题在精度。

以色列G550预警机使用了共形阵结构，共形阵较适合下单翼布局的飞机。

　　目前的火控雷达，波长最长的处于S波段（分米波），多集中在C波段（中心波长5厘米）以上。主要是因为在现实的雷达天线尺寸限制下，波长太长了，波束就比较宽，难以保证精度。而作为预警雷达，频率又不能太高，否则一来波束过窄，不利于搜索速度；二来大气损耗较大，不利于远距离探测。在预警探测和火控引导之间的折中点在S波段。即便是S波段，也需要很大的雷达孔径面积，才能实现基本的火控要求，预警机的天线面积未必能满足这类要求。同时，使用S波段不利于反隐身。

　　如何解决探测精度和反隐身需求之间的矛盾呢？一个可行的办法是搞双波段雷达。有消息称，俄罗斯的A-100预警指挥机配备了由Vega Concern公司开发的新一代Premier有源相控阵雷达，安装在机身上方的旋转雷达罩里。当然，双波段雷达并非是一个新概念。以色列的系列共形阵预警机就使用了“双波段”技术。例如“海雕”预警机实际上就使用了双波段雷达。其机身共形阵为L波段，机头使用了S波段雷达。这样布局主要是为了满足全向探测的均衡性的要求。其由于机头空间较小，如果使用波长较长L波段，那么容纳的收发组件就比较少，所以使用了波长更短的S波段雷达，以便塞进更多的收发组件，提高功率，增大前向的探测距离。即便如此，其前向探测距离仍然大幅度小于两侧的共形阵探测距离。

　　由此来看，双波段带来的好处也是显而易见的。不过，双波段用于采用背负式圆盘布局的预警机才能较好实现全向均衡探测。因此，这又会进一步引发天线布局形式的综合评估。

E-737预警机在“平衡木”的基础上增加测一个用于前后向探测的、位于平衡木上方的“顶帽”结构，形成了一个T字形阵。

　　天线布局的纠结

　　在选择天线布局形式时，既要考虑可用的天线面积（通常面积越大探测距离越远），还要考虑探测的均衡性和对飞机的气动影响。现役的预警机，其雷达布局形式大致分为四类。

　　第一种也是较早的布局形式当属背负式圆盘。也就是在机身上加起一个蘑菇状圆盘，内装雷达天线。这种天线可以是单面阵、双面阵、三面阵，而印度前段时间还推出了更为惊人的四面阵天线。背负式圆盘的最大优势是具有均衡的探测能力，也就是说全方向无死角覆盖，而且各方向探测距离相当。另外一个优势是便于使用双波段天线。比如以背靠背的形式分别安装一个P波段天线和一个S波段天线，采用机相扫结合方式进行扫描，可解决两个波段的天线全向探测问题。它的问题是天线尺寸受限较大。

　　第二种是共形阵。共形阵将雷达天线及天线罩布置于前、后机身的两侧，有的还在机头机尾各布置一块雷达天线。其主要优点在于对飞机气动性能的不利影响很小，且由于能够充分利用机身表面空间从而增加天线面积，便于在小飞机上获得大的探测距离。在最大起飞重量为46吨的湾流-550上，“海雕”雷达两侧的天线面积接近20平米，大于在最大起飞重量150吨级的E-3上搭载的预警雷达天线面积，作用距离则与其相当，实现了小平台、远距离的目标。其缺点在于机头机尾安装的天线面积小，探测距离近，雷达探测距离在各方位上的覆盖不够均衡。另外，通常而言，共形阵更适合采用下单翼的客机采用。因为翼吊的发动机会影响其视界。

采用平衡木型天线的瑞典“爱立眼”预警机

　　第三种是“平衡木”布局方式。其天线就是像体操运动中的平衡木一样，布置在机身上部，可以充分利用飞机头尾的长度，阵面长度远远大过圆盘的尺寸，甚至大于共形阵（共形阵由于位于机身两侧，受发动机和机翼遮挡，无法纵跨机身前后区域）。例如，最大起飞重量150吨的波音707共形阵上前机身两侧的天线罩横向尺寸不过10米，而瑞典萨博-2000上使用的“平衡木”，天线罩长度接近12米，这样的尺寸是目前在任何一型大型飞机上使用圆盘都不可能达到的，可以用小平台实现更长的天线和探测上的远距离，但是探测的均衡性较差，前后各有60度盲区。当前的小型机携带的平衡木，由于天线比较窄，都不具备精确测高功能。所以，平衡木很大程度上是廉价低端的代名词。

　　而美国研制的E-737预警机在“平衡木”的基础上，对其扩大面积，增加辐射功率，增加测高能力，再加上一个用于前后向探测的、位于平衡木上方的“顶帽”结构，形成了一个T字形阵。它能极大拓展天线尺寸，在探测均衡性上也比较好，也能实现三坐标测量，应该说也是高端预警机的一个重要发展方向。如果不考虑双波段布置，这将是一种理想的方式。

　　其实，新一代预警机到底是什么样子，这个问题的答案并非唯一。各国会根据自身的需求和技术特长，发展适合本国国情的方案。