E-2D“鷹眼”預警機的前世今生過去、現在和未來

2016-01-24 51軍情網

在全球知名的空中預警機中,美國E系列最為著名,而且使用國家也最多。其中美國海軍最新服役的E-2D,則是該系列預警機中技術最先進的。

E-2D“鷹眼”預警機

E-2D“鷹眼”預警機摘要

在全球知名的空中預警機中,美國E系列最為著名,而且使用國家也最多。其中美國海軍最新服役的E-2D,則是該系列預警機中技術最先進的。

空中預警機對制空權有非常重要的影響,這是因為空中預警機裝有遠距離搜索雷達、數據處理、通信導航、指揮控制、電子干擾......等完善的電子設備,集預警、指揮、控制、通信、情報于一體,可搜索和跟蹤空中及海上目標,指揮、引導己方飛機遂行作戰任務。它不但是一座活動的雷達站,更是戰場上重要的空中指揮中心。

二十世紀下半葉,由于雷達、傳感器、任務系統、機體制造……等相關技術的快速發展,降低研制成本后,原為美、蘇超級強國專用的空中預警(airborne early warning)飛機,開始陸續擴散到全球多個國家。

2011年2月,E-2D在“杜魯門”號航母上進行上艦測試

2011年2月,E-2D在“杜魯門”號航母上進行上艦測試

早期發展

空中預警機的發展歷程可追溯到第二次世界大戰前。20世紀30年代英國發明了雷達,但早期雷達的性能不佳,無法發現遠距離外來襲的敵機,英國因此轉而研制一款功率一百瓦的小型雷達,安裝在一架Avro Anson的飛機上,于1937年8月17日進行了全球第一臺機載雷達的首飛。

當飛機飛行在海面上,雷達幕上清楚地顯示出前方海域各種船只的動態時,世人瞬間了解到雷達在海面作戰中的潛在重要性。

描繪世界上第一部機載雷達試飛情景的航空畫

描繪世界上第一部機載雷達試飛情景的航空畫

1941年12月,美國加入第二次世界大戰。日本對太平洋地區的美國海軍實施轟炸攻擊,派遣小編隊轟炸機于夜間低空飛行突襲。美國海軍的艦上雷達無法探測到低空飛行的日軍轟炸機,因此要求發展可安裝在飛機上的雷達中繼系統,以延伸艦隊雷達的偵察范圍。

1944年2月,麻省理工學院的輻射實驗室(Radiation Laboratory)在“凱迪拉克”(Cadillac)計劃下,開始發展代號NA-178的高功率機載雷達系統。1944年8月5日,研究人員在格魯曼公司(Grumman)的TBM-3W“復仇者”(Avenger)單發螺旋槳魚雷轟炸機上安裝了研制出的AN/APS-20A雷達進行首次試飛。在1945年春天進行的多次試飛中,雷達成功驗證了探測160公里外在低空飛行物體的能力。TBM-3W于1945年3月正式服役。

AN/APS-20A雷達的組成部分

AN/APS-20A雷達的組成部分

TBM-3W的內部結構

TBM-3W的內部結構

巨大的天線罩安裝在機腹

巨大的天線罩安裝在機腹

TBM-3W是全球第一種空中預警機,但僅具備早期預警功能,機上只有一名飛行員和一名雷達操作員各一名,管制功能放在了軍艦上。TBM-3W通過雷達圖像數據鏈把機上雷達圖像和雷達角度等信息傳送到艦上的戰情中心(Combat Information Center, CIC)。

“凱迪拉克”計劃發展成功后,美國海軍接著展開“凱迪拉克二號”計劃,旨在研制出一個飛行指揮中心。該計劃的成果就是PB-1W預警機,仍然安裝AN/APS-20A雷達,但載機改用陸基型四發B-17轟炸機,機上增設了戰情板、繪圖桌、時鐘、無線電等執行戰情中心任務所需的裝備。PB-1W雖然不能飛離陸上基地太遠,但大幅升級了海軍跟蹤敵機的能力,機上的戰情官(CIC officer)可利用無線電直接引導戰斗機鎖定目標,成為名符其實的空中戰斗指揮中心。

PB-1W預警機

PB-1W預警機

有一架PB-1W的雷達是安裝在背上的,雷達受陸地和海面雜波影響更小,同時增強了高空探測能力

有一架PB-1W的雷達是安裝在背上的,雷達受陸地和海面雜波影響更小,同時增強了高空探測能力

美國海軍第一個預警中隊VPB-101巡邏轟炸機中隊(Patrol Bomber Squadron)在1945年6月20日正式成立,但其配屬的第一架全裝備PB-1W預警機直到1946年2月5日才正式到隊。

第二次世界大戰后,格魯曼公司繼續為美國海軍研制搭載雷達的預警機,其中的E-1B“追蹤者”(Tracer)成為今天“鷹眼”(HawkEye)E-2系列預警機的鼻祖。E-1B首飛于1957年3月,該機由S-2“跟蹤者”(Tracker)反潛機發展而來,修改了機尾以安裝機背大型圓盤雷達罩。機上的AN/APS-82雷達具有固定天線和空中移動目標指示器(Airborne Moving Target Indicator),可在海面雷達波反射干擾下探測在低空飛行的目標。

E-1B奠定了E-2“鷹眼”系列預警機的基礎

E-1B奠定了E-2“鷹眼”系列預警機的基礎

YW2F-1也就是E-2A原型機

YW2F-1也就是E-2A原型機

不過到E-1B為止,這些早期發展的預警機都只是在現役飛機上安裝了可搜索敵機蹤跡的遠程雷達,機身并不是真正為預警任務設計的。直到1960年格魯曼雙渦輪螺旋槳發動機的E-2A“鷹眼”首飛,才出現了第一種在始設計時就以空中預警為目標的飛機。

“鷹眼”的誕生

E-2系列是全球唯一一種可以在航空母艦上操作的空中預警機。E-2A是格魯曼公司為了取代E-1而發展的,安裝了機載APS-96雷達,于1960年首飛,1964年開始服役,1971年全部換裝L-304高速計算機,性能升級到E-2B的標準。E-2C“鷹眼II”(HawkEye II)在1971年首飛,1973年開始服役,最初機上安裝的是通用電氣公司(General Electric)的APS-120雷達和艾利遜(Allison)的T56渦輪螺旋槳發動機。E-2C在1976年換裝APS-125雷達,具有自動化探測陸地上空目標和移動目標指示的能力。E-2C預警機如今仍在服役,格魯曼公司共為它研制了六種構型:基本型(Basic)、群組零(Group 0)、群組一(Group I)、群組二(Group II)、“鷹眼2000”(HawkEye 2000)、E-2D“先進鷹眼”(Advanced HawkEye)。

鷹眼的雷達天線結構圖

鷹眼的雷達天線結構圖

E-2A機艙內的雷達操作員

E-2A機艙內的雷達操作員

洛克希德·馬丁公司(Lockheed Martin)的APS-138雷達

1978年美國海軍啟動E-2C性能升級項目,將55架基本型E-2C改裝到Group 0標準,安裝洛克希德·馬丁公司(Lockheed Martin)的APS-138雷達。此后生產E-2C為Group I的標準,于1989年開始服役,機上安裝的是3800千瓦的T56-427A發動機和洛克希德·馬丁公司的APS-139雷達。1991年E-2C的生產標準升級到Group II,安裝洛克希德·馬丁公司的APS-145雷達,此外還有聯合戰術信息分發系統、無線電、彩色顯示器以及一部全球定位系統(GPS)接收機。第170架E-2C在1994年出廠,格魯曼位于紐約州的生產線隨之關閉,遷移到佛羅里達州。

E-2C Group II的雷達操作員

E-2C Group II的雷達操作員

E-2C重量25噸,機上有兩名飛行員、一名雷達操作員(Radar Operator)、一名戰情官(Combat Information Center Officer)、一名空中管制官(Air Control Officer),最大續航力6小時,任務半徑500公里時可連續執勤四小時,巡航高度為7500到9300米。E-2C除了美國海軍的75架外,另外還外銷埃及(7架)、法國(3架)、以色列(4架)、日本(13架)、新加坡(4架)、臺灣(6架)。現已退役的以色列E-2C有空中加油設備,理論上可再增加四小時的執勤時間,但實際上則因機組員的疲勞而有所限制。美國海岸警衛隊曾把E-2的雷達裝在自己的P-3海上巡邏機上,續航力和機組乘員人數都比E-2C要好,不過這種組合在國際市場上卻乏人問津。

E-2C的雙人制駕駛艙

E-2C的雙人制駕駛艙

美國國土安全部的P-3預警機

美國國土安全部的P-3預警機

“鷹眼2000”

1994年12月,美國海軍委托諾斯羅普·格魯曼公司(Northrop Grumman,諾斯羅普于1994年并購格魯曼后的公司名稱)進行“鷹眼2000”構型的研制。新構型的主要改進部分有:更新任務計算機、新增先進控制指示套件(Advanced Control Indicator Set)、用ARC-210通訊套件(Communications Set)取代老式的小型按需分配多路接入通訊(Mini-DAMA communications)系統、用洛克希德·馬丁公司的ALQ-217電子支持措施系統(Electronic Support Measures System)取代老式的ALR-73。此外飛機的散熱系統也加以改進,以適應新增航電裝備的冷卻需求,同時改用較環保的R-134a冷媒。

“鷹眼2000”最重要的改進是增架USG-3通用裝備套件(Common Equipment Set),以融入海軍的協同交戰能力(Cooperative Engagement Capability)網絡內。該網絡是在網絡中心戰(Network-centric Warfare)理念下研制出的聯合作戰系統,能把戰區內各作戰平臺的傳感器信息整合成實時、抗干擾、可供火控使用的單一綜合空中圖像(Single Integrated Air Picture),讓各作戰平臺對共同的目標具備聯合攻擊的能力。USG-3是由雷神公司(Raytheon)發展的一套傳感器網絡交聯系統,可為海軍戰斗群提供一個綜合雷達信息網絡,讓海軍的船艦及飛機可以交換探測到的敵機數據,并可讓“宙斯盾”艦發射或導引其它軍艦上的導彈。

“鷹眼2000”的升級內容

“鷹眼2000”的升級內容

“鷹眼2000”的升級內容

“鷹眼2000”還換裝了漢密爾頓公司(Hamilton-Sundstrand)的數字控制八槳葉NP2000復合材料螺旋槳,此螺旋槳發展自漢密爾頓和瑞特公司(Raiter-Figeac)共同為ATR-42/72支線客機研制的586F六槳葉螺旋槳。新螺旋槳和原有的發動機、槳葉負載、機身負載完全兼容,優點不僅僅在于性能,還具有更好的可靠性和可維護性、更好的速度控制及響應、更平順的發動機起動及關閉、更低的震動及噪音、更低的順槳阻力(feather drag)。由于E-2C上原有的HS-4000螺旋槳已經停產,對美國海軍未來的后勤支持將造成很大的困難,因此所有E-2C將全部換裝NP2000螺旋槳。

NP2000螺旋槳也使用在了C-130J上

NP2000螺旋槳也使用在了C-130J上

所有E-2C將全部換裝NP2000螺旋槳

所有E-2C將全部換裝NP2000螺旋槳

美國海軍在1997年1月開展“鷹眼2000”構型的試飛,1999年決定采購27架“鷹眼2000”,并把54架Group II E-2C改裝到“鷹眼2000”標準。首架“鷹眼2000”于2001年10月交機。

新造的E-2C“鷹眼2000”在機腹有CEC(協同交戰能力)圓形天線

新造的E-2C“鷹眼2000”在機腹有CEC(協同交戰能力)圓形天線

E-2D“先進鷹眼”

在“鷹眼2000”之后,美國海軍規劃了E-2D“先進鷹眼”和與其配套的雷達現代化項目(Radar Modernization Program)。諾斯羅普·格魯曼公司的綜合系統部(Integrated System Sector)在2003年8月獲得總金額19億美元的合同,進入“先進鷹眼”的系統發展及驗證(System Development and Demonstration)階段,另外洛克希德·馬丁的海軍電子和監視系統部(Naval Electronics & Surveillance Systems)也獲得總金額4億多美元的合同,進行下一代超高頻(UHF)雷達的系統發展和驗證,生產及測試五部新雷達。洛克希德·馬丁公司和諾斯羅普·格魯曼公司的電子系統部、雷神公司的太空和機載系統部(Space and Airborne Systems)合作組成新雷達的研制團隊,此外由L-3通訊公司(L-3 Communications)負責研制電子掃描相控陣天線,英國航宇系統公司(BAE Systems)負責研制敵我識別系統。

E-2D的性能升級大概分為四大重點:新型雷達、數字化座艙(Glass Cockpit)、開放式任務系統、發動機控制系統。E-2D的預警雷達性能有大幅度提升,全新研發的APY-9雷達采全模塊化設計,根據洛克希德·馬丁公司的說法,新雷達在技術超越E-2C的APS-145雷達兩代。此雷達裝有低噪聲數字接收機,L-3通訊公司研制的ADS-18先進探測系統(Advanced Detection System)相控陣天線具有18個頻道的超高頻天線模塊,以及36個單元的敵我識別天線,均安裝于大型圓盤天線座內。

E-2D的先進特性 E-2D的先進特性

APY-9雷達具備機械和電子式掃描功能,能夠在更遠的距離上探測到更多更小型的海面、近岸、陸地上空的空中目標,并具備“停滯掃描”的能力,意思是雷達天線可以緩慢轉動或停止于固定方向,專注掃描特定目標。雖然APY-9雷達的性能規格仍屬機密,但根據可靠消息來源,該雷達與現役的APS-145相比,探測距離增加了50%,達650公里,探測范圍增加到兩倍半,探測精確度也更高,而且對于來自海上及陸地上空的威脅也提供更強大的探測能力。

APY-9雷達具備機械和電子式掃描功能

APY-9雷達具備機械和電子式掃描功能

E-2D與E-2C的覆蓋范圍對比

E-2D與E-2C的覆蓋范圍對比

E-2D的座艙經過全新規劃,采用了完全綜合的數字座艙設計。后機身有3座新型戰術操控臺,均配備了21吋彩色多功能顯示器。E-2D的綜合導航座艙顯示系統(Integrated Navigation Cockpit Display System)讓副駕駛除了操控飛機外,在必要時還能執行預警管制工作,成為第四位任務系統官,因此儀表板上配備了具有3臺17吋液晶顯示屏幕的主飛行顯示器(Primary Flight Display)。

E-2D的駕駛艙

E-2D的駕駛艙

E-2D的雷達操作員

E-2D的雷達操作員

后機身有3座新型戰術操控臺,均配備了21吋彩色多功能顯示器

后機身有3座新型戰術操控臺,均配備了21吋彩色多功能顯示器

綜合導航座艙顯示系統包括兩臺后備飛行顯示器、兩部航電/飛行管理計算機(Avionics/Flight Management Computer)、兩部嵌入式全球定位系統(GPS)/慣性導航單元、一部可輸入/記錄/讀取導航及系統維修信息的飛行數據加載器(Flight Data Loader)、兩部雙通道的大氣數據系統(Air Data System)。

E-2D的信息分發與處理及顯示架構(Information Distribution,Processing and Display Architecture)采用了運行Linux操作系統的光纖局域網絡(Local Area Network),開放式架構在未來需要時可加以擴充。架構包括一部商用現貨(Commercial Off-the-Shelf,COTS)規格的綜合任務計算機/顯示器(Mission Computer/Display)、一套網絡式儲存系統、以及一部光纖通道網絡切換器。另為配合APY-9雷達的大量數據傳輸需求,還有多套符合MIL-STD-1553B軍規的導航和通訊信息總線,以及用于信息交換的多套ARINC 429總線。

機上的通訊系統也經過了全新改進,包括六套ARC-210衛星通訊系統、高頻(HF)/極高頻(VHF)/超高頻無線電通訊系統、多功能信息分發系統(Multifunction Information Distribution System, MIDS)、數據鏈11(Link 11)、數據鏈16(Link16),并將原有AIC-14A機內通話系統(Internal Communication System)更新為全數字式。光纖語音(voice-on-fiber)局域網絡技術使E-2D成為美國海軍武力網絡(FORCE Net)中信息及決策網絡的主要節點,可整合并傳送關鍵信息、監視數據、綜合決策數據,并提供空中前進管制及通訊能力。

E-2D的機體及推進系統也有相當大的改進,機身和中央翼段經過重新設計,不但減輕了重量還增加了結構強度。動力裝置雖然沿用之前的T56-427A渦輪螺旋槳發動機,但采用了最新的綜合推進、控制、監視、維護系統,把NP2000螺旋槳的控制邏輯(Propeller Control Logic)完全整合進推進控制監視單元(Propulsion Control Monitoring Unit)內,不但大幅降低了發動機控制系統的重量,還有具有自動儲備動力以供單發操控飛機的功能。

在美國海軍的規劃中,現役中隊將維持約75架的E-2D規模,并至少服役到2030年。

機身和中央翼段經過重新設計,不但減輕了重量還增加了結構強度

機身和中央翼段經過重新設計,不但減輕了重量還增加了結構強度

在美國海軍的規劃中,現役中隊將維持約75架的E-2D規模,并至少服役到2030年

在美國海軍的規劃中,現役中隊將維持約75架的E-2D規模,并至少服役到2030年

臺灣的E-2K

臺灣在1995年9月向美國購進的4架E-2T屬于Group II標準,1999年向美國增購并于2005年交付的兩架則是“鷹眼2000”的外銷型——E-2K,但去掉了“鷹眼2000”標準型的協同交戰能力。

2011年被拖去裝船赴美升級的E-2T

2011年被拖去裝船赴美升級的E-2T

升級到“鷹眼2000”標準的E-2T 2503號

升級到“鷹眼2000”標準的E-2T 2503號

為了使E-2機隊能統一后勤,提升機隊整體管理效率,降低維修成本和縮減維修工時,美國在2008年10月對臺軍售中同意將四架E-2T預警機升級到E-2K,代號為“鷹眼三號”。首批兩架于2010年6月搭船赴美進行改裝,2011年12月返臺服役,剩余兩架則于2011年11月赴美,2013年3月10日返回。臺灣空軍第439聯隊在2013年3月28日舉行了E-2K接裝典禮。

臺灣E-2機隊的編號與序列號,2503在1997年因不放起落架降落而導致損傷

臺灣E-2機隊的編號與序列號,2503在1997年因不放起落架降落而導致損傷

結語

E-2D的設計理念在于提供美國海軍航母戰斗群一個戰場管理和導彈防御系統的基石。在美國海軍的“二十一世紀海權”(Sea Power 21)的建軍目標中,將通過海上打擊(Sea Strike)、海上防御(Sea Shield)、海上基地(Sea Basing)等三方面,全面升級海軍的戰斗力量,而E-2D就在其中扮演了重要的角色。該機除了擔任艦隊耳目外,還充當重要作戰節點,以機上先進的任務系統整合戰區內各作戰平臺的信息,提供給決策人員做為下達最后命令的參考。

而在導彈防御系統方面,E-2D將配合艦載“宙斯盾”(Aegis)戰斗系統和“標準”6型(Standard Missile-6,SM-6)攔截導彈,成為美國海軍地平線外(over-the-horizon)綜合火控-制空(Integrated Fire Control-Counter Air, NIFC-CA)防空系統的關鍵單元。

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