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美空军预警机技术老旧 反隐形能力严重不足
www.wforum.com | 2025-03-13 19:16:38  前沿深度解码 | 0条评论 | 查看/发表评论

就在2025年初,美空军于一二月份纠集盟军先后在本土的内利斯空军基地和关岛的安德森空军基地举行了“红旗·25-1”、“竹鹰·25-1”和“对抗北方·2025”三场大规模空战演习。尽管这三场演习的内容不尽相同,但具有两个共同点。一个是这三场演习都是冲着中国来的,以中国为假想敌演练在西太平洋地区机型高端空战。二是在这三场演习中,没有反应美国空军主力预警机参演,而澳大利亚空军的E-7A预警机和日本空中自卫队的E-2D预警机成为演习中空中预警和指挥控制的核心,造成这种局面的原因就是E-3已经无法有效发现中国的隐形战斗机,不得不拉盟军的预警机来镇场,填补反隐形能力的缺口。

日本航空自卫队E-2D预警机在关岛参加“对抗北方·2025”多国联合空战演习

澳空军E-7A预警机在美国内利斯空军基地参加“红旗·25-1”空战演习

E-3在预警机发展史上具有重要的地位,可以说成为世界各国研制预警机的标杆,自上世纪70年代服役以来,一直是美军空中预警和指挥控制的中枢,在海湾作战、科索沃战争、伊拉克战争等战争和军事行动中发挥了关键作用,是美盟获得空中优势和战场控制权的关键装备,也是美盟杀伤链的关键环节。不但美空军装备了30多架E-3,英国、法国和北约也购买了10余架E-3,使其成为世界上装备量最大的大型预警机。美军对E-3也一直进行升级改进,先后发展了出了A、B、C、D、F、G等型号,其中E-3G型使其最新型号。美国空军在太平洋地区常态化部署的预警机并不多,分别是驻冲绳嘉手纳空军基地的第18联队第961空中预警控制中队2架E-3G和驻阿拉斯加埃尔门多夫空军基地第3联队第962空中预警控制中队的2架E-3G。虽然E-3机体已经老旧,但机载设备通过不断更新却保持与时俱进,特别是大量网络化设备使其能够在网络中心战中发挥重要作用。

E-3预警机的AN/APY-1/2雷达特写

但E-3 的AN/APY-1/2雷达成为限制其作战能力的关键因素。很多媒体将该雷达描述为机械扫描脉冲多普勒雷达并不准确,其实该雷达是最早使应用电子扫描技术的预警机雷达,该雷达采用水平机械扫描和垂直电子扫描,雷达天线需要在水平方向旋转实现360度覆盖,而在垂直方向上不需要俯仰雷达天线,这种技术在上世纪70年代无疑是天花板的存在,但如今面对隐形、高速目标却力不从心。第一,该雷达天线每分钟旋转6圈,也就是说10秒钟才能更新一次信息。第二,该雷达工作在S波段,对隐形目标的探测效果很不理想。第三、该雷达不具备波束管理能力,无法集中能量对高威胁区域持续探测。在E-3与隐形目标的对抗中,该雷达的缺陷暴露无疑。2022年3月,时任美国太平洋空军司令的威尔斯巴赫上将曾公开表示,美空军的F-35A和中国空军的歼-20首次遭遇,威尔斯巴赫对“空警-500+歼-20”构成的杀伤链非常感兴趣,并表示由于部署在印太地区的4架E-3已经落后老旧,不足以在战斗中发现解放军的歼-20隐身战斗机。中美隐形战机对抗后,美国空军在2022年4月决定启动E-3的替换计划,并最终选择采购波音公司现成的E-7A作为下一代预警机。

E-3预警机背负是旋转雷达天线整流罩

虽然E-7A已经列装了澳大利亚、韩国、土耳其和应该,但远水解不了近渴,美国空军的E-7A要等到2025年才能生产,在2027年才能够交付,形成战斗力得到2030年左右了。以美国军工这两年的表现来看,这一项目是否能够按时交付还未可知。在2030年前,美空军不得不借用盟军的预警机来弥补E-3能力上的空缺。

澳空军E-7A预警机与美空军B-2A轰炸机、F-22战斗机、F-35A战斗机在澳大利亚进行联合演习

根据雷达隐形的基本原理,以F-117、F-22为代表的早期隐形飞机并不具备全频段隐形能力,其机身设计和隐形涂料主要针对S、C、X波段的警戒雷达和火控雷达具有最好的折射和吸收作用。随着雷达频率的不断降低,现有隐形飞机的隐形效果就大打折扣了。所以目前反隐形雷达的发展趋势之一就是降低雷达工作频率。但传统的米波警戒雷达多为机械扫描模式,误差较大、重复频率和数据更新时间较长,无法满足应对隐形飞机的需要。反隐形雷达通过将电子扫描、弱信号积累等技术和低频率波形相结合,显著提高对隐形目标的发现和跟踪能力。E-7A和E-2D的雷达都是这一思路的体现。

波音公司正在组装的1架E-7A预警机

三目智库之前已经对E-7A进行了一些介绍,这里重点对该预警机的核心装备“多功能电子扫描阵列雷达”(MESA)进行简要的分析。该雷达天线采用T形背负式天线阵,安装在“冲浪板”结构整流罩内,阵列前后和两侧都有天线,通过电子扫描就能够实现360度的全向覆盖。这种构型与空警-200雷达的平衡木结构相比更加完善,避免了在前后的探测盲区。有源电子扫描阵列(AESA)的应用显著提升了波束的敏捷性、目标轨迹的准确性以及系统的可靠性。“多功能电子扫描阵列雷达”的优点很多,探测距离、对低空目标的识别能力都不错,关键是状态非常成熟,通过澳大利亚、韩国和土耳其等国近年来的持续使用,积累了丰富的经验。美国空军频繁借用澳大利亚空军的E-7A参加各项演习,目的是提前熟悉装备。此外,美国空军自用的E-7A性能上应该有显著提升,毕竟雷达技术进步迅速,像氮化镓器件这样的产品也会用上。

E-7A预警机使用的“多功能电子扫描阵列雷达”特写

尽管E-7A成熟可靠,但“多功能电子扫描阵列雷达”工作在L频段,这个波段的反隐形能力不是最理想的,虽然比X、C、S波段要好,但又不如更低的波段,处在一个高不成低不就的状态。所有美国空军又打起了E-2D预警机的主意。

E-2D是美国海军为接替E-2C研制的新一代预警机,使用的AN/APY-9预警雷达是其战力提升的关键。该雷达工作在UHF频段,是比较理想的反隐形频段,但这种情况并非有意为之,而是具有很大的巧合。实际上E-2家族的雷达一直就是UHF频段,天线是少见的八木天线,这并不是在60多年前的远见,而是当时雷达技术为实现探测低空和水面目标做出的妥协,到了现在反而成了这款雷达最大的卖点。但以前的E-2A/B/C并不具备反隐形能力,关键还是机械扫描等技术限制无法满足对抗隐形目标的需要。所以AN/APY-9雷达天线采用了机械和电子混合扫描的模式。雷达在阵列方向的120度范围内能够进行任意方向的电子扫描,要想实现360度全向覆盖仍需要再水平方向上旋转天线,但至少在一定区域能够集中雷达能量进行重点扫描,再配合更低的工作频率,对隐形目标构成了一定的威胁。目前,美国海军在日本岩国部署了5架E-2D,但这是伴随“华盛顿”号航母活动的,轮不到支援美国空军作战,所以美国空军就打起了日本航空自卫队E-2D的主意,毕竟日本采购了18架,对于一个岛国来说绰绰有余了。

E-2D预警机使用的AN/APY-9雷达结构图

但E-2D的问题也不少。一是雷达能力还是有短板,单架E-2D无法在全向扫描的同时对重点区域进行“凝视”,在高威胁环境下需要同时出动2架才能有效满足对抗隐形目标的需要。二是指控能力不足,E-2D内部空间小,除2名飞行员外只能搭载3名控制人员,在指挥大兵力空中作战上力不从心。

未来,美国空军可能会综合利用E-7A和E-2D预警机对抗中国的隐形战机,美日澳三国可能在“对抗北方”演习中演练了这种战术。这样尴尬的局面从根本上说还是美军在反隐形雷达技术上没有找对路。根据无线电原理,更低的雷达工作频段需要更大的天线孔径,预警机雷达要想利用低频段实现反隐形的目标,使用大飞机安装大尺寸天线取得更好的效果。E-7A使用波音737客机机体,限制了天线孔径的尺寸,而“多功能电子扫描阵列雷达”的尺寸也承载不了更低的工作频率。E-2D的雷达要使用UHF频段,也必须在天线孔径上做出妥协,不得不使用单面阵列天线,还必须通过机械旋转实现全向覆盖。随着六代机实现更宽频段的隐形能力和更高的飞行速度,E-7A和E-2D也就难以应对了。所以在现有技术条件下,使用大型飞机安装大型预警雷达是实现反隐形能力的重要方式,而以美国现在的工业能力和国防采办机制,在短期内很难实现这一目标,反而是东方大国出现的新型战略预警机将进一步削弱美军隐形飞机的作战能力。

美空军曾计划在波音-747客机上安装巨型雷达作为战略预警机

2024年底亮相的疑似空警-3000预警机

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