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1、近日,我国海军航空兵引进的卡-31预警机和自行研制的直-18预警直升机相继公开亮相,这标志着我国海军海上防空作战能力又迈上了一个新的台阶。本世纪我国海军装备“神盾”舰队后,我国海军水面编队的防空作战能力有了质的飞跃,但是受限于相控阵雷达本身的限制,编队对于低空空情掌握能力还比较有限,因此配备预警戒直升机可以较为有限的弥补我国海军这个短板,进一步提高了我国海军的海上防空作战能力。但预警机直升机的作战距离有限,远不如舰载固定翼预警机,所以,我国装备预警直升机属于弥补空白的应急措施,未来仍然需要研制类似美军E-2D的舰载固定翼预警机,现分析如下:我们知道雷达以探测距离远、精度高、可以全天候工作而迅速
2、成为现代舰艇的主要探测系统,但是雷达也有自己的缺点,其中一个重要的限制就是地球曲率;电磁波以直线传播,而地球是圆的,加上现代雷达常用的是米波及更高的频率波段,这些波段绕过地表突出部分的能力较弱,因此地球曲率限制雷达的视距,由此可以得到雷达的视距公式;雷达视距=地球直径的平方根*(雷达天线高度的平方根+目标高度的平方根),实际上考虑到无线电在大气中的折射等因素,这里的地球直径实际上比地球实际直径要大一些,大约在17000公里左右,根据这个公式我们可以得到,当目标飞行高度为10公里的时候,雷达的探测距离可以达到近400公里,而如果目标高度降低到0.1公里,那么探测距离就缩小到40公里,这也是为什么
3、现代飞机多采用低空突防战术的主要原因,因此对于雷达来说,要探测到更远的低空目标,就需要把雷达天线放在更高的地方,以延伸自己的地平线。但是这又衍生了另外一个问题;我们知道电磁波波长越大,在大气中传播强度减少越小,所以远程警戒雷达一般选择较大的波长,但是波长对于雷达的探测距离并不都是有利因素,也有不利的一面,波长越长,天线的相对尺寸(天线的实际尺寸和波长之比)就小,其传播的方向性就差,同时天线的增益等于有效孔径除以波长的平方,这意味着在雷达天线面积一定的情况下,波长越长,增益就越低,也就是说天线辐射的能量不能较多的集中在主瓣上面,这显然会影响雷达的探测距离。所以雷达天线面积一定的情况下,雷达的探测
4、距离实际上与波长呈反比,解决之道就是加大雷达天线,这显然会增加天线的面积和重量,所以我们看到远程警戒雷达都拥有巨大的天线,比如法国的远程警戒雷达天线,尺寸,重量为吨,对于水面舰艇来说,出于降低重心和风压的考虑,这么重的天线显然无法安装到桅杆较高的地方,进入上世纪90年代,现代舰艇大量采用相控阵雷达,相控阵雷达采用天线阵元实现辐射功率在空间的叠加和合成,从而有效的扩大了探测距离,但是由于天线上分布着众多的阵元和控制系统,因此其尺寸和重量往往比机械扫描天线还要大,比如我们熟悉的美国“宙斯盾”系统采用的AN/SPY-1型雷达,其天线尺寸为;,重量超过5吨,这样的庞然大物,以至于都无法安装在桅杆上面,
5、只好整合到上层建筑中,这样我们似乎得到一个悖论;水面舰艇想扩大雷达视距就必须把雷达天线尽可能的放高,而如果提高雷达的探测距离就必须采用较大和较重的天线,后者又无法放置较高的地方。如何提高舰艇编队低空空情信息掌握能力,解决的办法就是舰载预警机,从前面的雷达视距公式我们可以知道,当预警机在10公里处巡航候,对于离地高度为0.1的目标,可以提供120公里左右的探测距离,是水面舰艇的3倍左右,可以大大提高水面舰艇编队的空情信息掌握能力,特别是对于舰载预警机来说,由于航母是运动的,这意味着可以不远万里,深入到对方沿海建立指挥引导体系,那么对于编队指挥官来说显然会有巨大的战术优势;尽管靠近对方交战,但空情
6、信息优势仍旧在我方,可以让我方作战飞机在空战中占尽先机。但是预警机配备了较大的雷达天线及较多的设备,因此其起飞需要较大的起飞距离,因此对于舰载预警机来说,往往需要弹射器才能从航母甲板上起飞,而建造和使用大甲板航母需要高昂的经费,这不是一般国家所能承受的,特别是目前航母使用的蒸汽弹射器只有美国才能生产,这更加限制了其他国家使用舰载预警机,尽管美国在上世纪80年代做过E-2C预警机从滑跃甲板起飞的试验,并且向英国和印度等国者过推荐,但是两国采用滑跃的航母仍旧采用预警直升机,显然对此持保留态度。为了应付美国尼米兹级航母的威胁,前苏联从上世纪70年代开始筹化建造8万吨级核动力航母,并且计划在舰载机飞行
7、团中配置安-71型预警机,但是由于经济实力有限,前苏联决定先建造较小的航空母舰,配备有滑跃起飞甲板,但是安-71无法从该舰上起飞,所以编队的空情信息掌握就成了问题,所以前苏联海军只好在库滋涅佐夫号上配备天空哨兵相控阵雷达来维持较大空域内的空情信息掌握,但天空哨兵雷达的天线重达吨,无法安装在较高的地方,所以库舰编队需要一种新的手段保持对低空空情的掌握,这就是卡-31预警直升机。卡-31配备有E-801M无源相控阵预警雷达,雷达工作在L波段,天线由96个阵元组成,分成四行,该雷达对于战斗机大小的目标探测距离大约为100公里左右,可以同时同时跟踪40个目标,利用相控阵雷达电子扫描的特性,卡-31可以
8、灵活的执行空空/空海搜索任务,或者同时对空、海目标进行探测,雷达显示系统采用KABRIS-31系统,可以综合显示雷达图像、数字地图、目标信号与历史航迹,从而描绘出目标的详细情况和运动路线,卡-31是较早采用多路数据总线的前苏联飞机(相当于美国的1553B,较早的苏-27、米格-29采用的数据总线为单向数据总线,相当于美国早期的ARINC429数据总线),E-801M通过数据总线与PNK-37DM飞行和导航系统交联,由于PNK-37DM配备有INS-2000环形激光陀螺惯导系统和A737全球卫星定位系统,可以提供飞机精确的座标及恣态等信息,以便雷达进行更精确计算地(海)面杂波功率,以更好探测低空
9、目标。需要指出的是卡-31只有两名乘员;飞行员和导航/系统操纵员,所以卡-21没有对空指挥引导能力,它探测到的雷达信息用数据链传递给载舰,由后者综合各种雷达信息而得到整体的空情信息,对战斗机进行指挥引导。根据有关资料,一般卡-31会前出到离编队大约150公里的地方,在3000米空中进行巡逻,这样编队对于低空目标探测距离就增加到200公里以上,有助于提高编队对于低空掠海导弹的预警和探测。有消息指后期的卡-31预警直升机进行了改进,采用了BAGET-54计算机,座舱换装了MIF-10多功能显示器,配备有PS-3战术输入控制面板,雷达能力方面也计划添加地面移动目标指示等模式,这表示该机的性能有了一定
10、期提高和扩展。正因为预警直升机的上述优点,特别是有效的扩大了水面舰艇水天线的距离,增加了编队的防御纵深,提高编队抗击掠海反舰导弹的能力,这正是我国海军所急需的能力,我们知道,受限国家经济技术实力,我国海军舰艇对空雷达特别是远程对空雷达多采用的米波雷达,这些雷达主要从陆基远程警戒雷达发展而来,对于米波雷达来说,其大气层内传播时信号强度减弱小,同时天线的机械和电气容差要求较为宽松,器件所需要的工艺简单,成本也比较低廉价,同时由于波长较长,在反隐身和抗击反辐射导弹方面也有一定的优势,但其缺点就是外界噪声大,波束宽,探测精度低,不能直接用于指挥引导或者目标指示,尽管后来我国也研制出多型采用较高频率的舰
11、载防空警戒雷达,如采用C波段的518雷达,但是这些雷达的探测距离都不十分理想,难以完成编队的远程对空警戒任务。直到新世纪我国052C型防空导弹驱逐舰服役,才标志着我国海军防空作战能力有了质的飞跃,根据海外资料052C配备了多功能有源相控阵雷达,雷达工作在S波段,该雷达的波束较窄,具备较好的探测精度,可以高数据率跟踪目标和对单个目标时行识别,针对S波段工作频率较低,难以远距离探测的缺点,我国舰载多功能有源相控阵雷达采用了较大的阵面,配备有较多的阵元,这样就可以实现较大的发射功率和天线增益,从而有效的提高雷达的探测距离,配合自动化指挥系统和导弹垂直发射系统,我国052C防空导弹驱逐舰具备较强的防空
12、作战能力,可以说基本封杀了对方从中高空攻击的路线,但是052C和其他宙斯盾战舰一样,也存在低空空情掌握不足的缺点,由于天线重量较大,加上自身排水量相对较低,因此052C型舰的天线安装位置较低,因此其水天线较近,在抗击掠海反舰导弹时能力不足,尽管可以采用在前方布署雷达警戒舰的办法来扩展编队的水天线,但是仍然容易被对方采用“剥洋葱”的办法逐个击破。因此随着活动范围的不断延伸,我国海军需迫切需要能够掌握低空空情的手段来提高远洋编队的防空能力。在航空母舰短时间难以装备部队的情况下,我国海军近期显然无法操纵舰载固定翼预警机,因此采购预警直升机不失为提高远洋编队低空空情掌握能力的一条捷径,尽管预警直升机在
13、作战半径、巡航高度和飞行时间等方面难以固定翼预警机相比,对高空目标的探测能力也较低,但是其体积小,可以垂直起降,能够在较小的舰艇上起降,同时在编队拥有大型相控阵雷达的情况下,高空目标探测能力不足的缺点也可以接受,而扩大编队水天线的优点就显得弥足珍贵,以卡-31前出100公里进行警戒计算,其对低空目标可以提供大约200公里探测距离,可以有效的扩大编队的空情掌握范围,以入侵目标800公里/小时计算,大约可以提供10分钟左右的反应时间,远大于舰载雷达所能提供的反应时间,并且由于预警直升机造价相对低廉,可以装备较多数量,即使是将来配备固定翼预警机,预警直升机也可以作为其轮换时一个较好的补充,或者用于平
14、时的空情警戒,以降低固定翼预警机的使用频率,增加其使用寿命,尤其是预警直升机可以利有自己体积小的优点,搭载在中轻型舰艇上面,抵近到对方附近进行侦察,从而提高对目标的探测能力。同时卡-31采用了电子扫描相控阵天线,结合我国新型红旗-9舰空导弹采用指指令+中继惯导+末段主动雷达制导方式,可以较为有效的形成类似协同交战能力的网络防空体系,就是卡-31将目标信息传递给052C防空导弹驱逐舰,后者经过坐标转换后,将目标信息发送给导弹,导弹据此攻击目标,这样就可以让红旗-9突破水天线的限制,充分发挥出其远射程的优点,可以把编队对于反舰导弹的拦击线向前推进一大步,由于反舰导弹的末制导雷达探测范围有限,因此在
15、巡航飞行时并不以做太大机动的飞行,顶多在航迹修正点进行程序转弯,对红旗-9来说,采用大弧形弹道时,至上而下攻击目标,在平坦的海面背景下,末制导雷达可以较为容易的截获目标,这些弹道平直的反舰导弹实在是再好不过的目标,如果能够在第一道防线把大多数反舰导弹拦截,就会大大降低内层防御系统的压力,而内层防御系统在卡-31的指示下,可以提前对准目标,一旦目标在水天线出现,即可发动攻击,从而最大限度的增加拦击次数,提高攻击的成功率。除了提高我国海军远洋编队的防空能力外,卡-31的装备还可以提高我国海军的反水面舰艇的能力,进入新世纪我国水面舰艇大量配备鹰击-83、鹰击-62等中远程反舰导弹,这些导弹的射程都在
16、200公里以上,远远超过了舰载雷达的视距,因此需要海上侦察机或者舰载直升机提供中继制导,而我国海军航空兵目前装备的运-8X海上巡逻机和运-8J海上警戒机数量较少,且需要为海航的歼轰机队提供目标指示,因此战时可能难以兼顾对水面舰艇编队的信息动摇,而对于编队自身来说,舰载直升机更多需要用在反潜场合,特别是在与先进的核潜艇或者AIP常规潜艇做斗争的时候,更要出动多架直升机进行探测、搜索和攻击,这样就会出现反潜与反舰任务冲突的情况下,那么在编队中增加卡-31预警直升机,利用其机载雷达较好的探测能力,为反舰导弹提供中继制导,卡-31在离编队100公里处的3000米高空巡逻时,其雷达的视距大约为200公里左右,这样编队对水面目标的掌握距离就会提高到大约300公里,考虑到E-801M雷达具备较高的数据更新速率,因此可以较好的支持国产反舰导弹的超视距作战,从而显著的提高编队的打击水面舰艇的能力,因此对于我国海军来说,装备卡-31之后,首要