美空軍預警機技術老舊反隱形能力嚴重不足

2025年03月13日22:10:18 軍事 2456

就在2025年初,美空軍於一二月份糾集盟軍先後在本土的內利斯空軍基地和關島的安德森空軍基地舉行了「紅旗·25-1」、「竹鷹·25-1」和「對抗北方·2025」三場大規模空戰演習。儘管這三場演習的內容不盡相同,但具有兩個共同點。一個是這三場演習都是沖著中國來的,以中國為假想敵演練在西太平洋地區機型高端空戰。二是在這三場演習中,沒有反應美國空軍主力預警機參演,而澳大利亞空軍的e-7a預警機和日本空中自衛隊的e-2d預警機成為演習中空中預警和指揮控制的核心,造成這種局面的原因就是e-3已經無法有效發現中國的隱形戰鬥機,不得不拉盟軍的預警機來鎮場,填補反隱形能力的缺口。

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日本航空自衛隊e-2d預警機在關島參加「對抗北方·2025」多國聯合空戰演習

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澳空軍e-7a預警機在美國內利斯空軍基地參加「紅旗·25-1」空戰演習

e-3在預警機發展史上具有重要的地位,可以說成為世界各國研製預警機的標杆,自上世紀70年代服役以來,一直是美軍空中預警和指揮控制的中樞,在海灣作戰、科索沃戰爭伊拉克戰爭等戰爭和軍事行動中發揮了關鍵作用,是美盟獲得空中優勢和戰場控制權的關鍵裝備,也是美盟殺傷鏈的關鍵環節。不但美空軍裝備了30多架e-3,英國、法國和北約也購買了10餘架e-3,使其成為世界上裝備量最大的大型預警機。美軍對e-3也一直進行升級改進,先後發展了出了a、b、c、d、f、g等型號,其中e-3g型使其最新型號。美國空軍在太平洋地區常態化部署的預警機並不多,分別是駐沖繩嘉手納空軍基地的第18聯隊第961空中預警控制中隊2架e-3g和駐阿拉斯加埃爾門多夫空軍基地第3聯隊第962空中預警控制中隊的2架e-3g。雖然e-3機體已經老舊,但機載設備通過不斷更新卻保持與時俱進,特別是大量網路化設備使其能夠在網路中心戰中發揮重要作用。

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e-3預警機的an/apy-1/2雷達特寫

但e-3 的an/apy-1/2雷達成為限制其作戰能力的關鍵因素。很多媒體將該雷達描述為機械掃描脈衝多普勒雷達並不準確,其實該雷達是最早使應用電子掃描技術的預警機雷達,該雷達採用水平機械掃描和垂直電子掃描,雷達天線需要在水平方向旋轉實現360度覆蓋,而在垂直方向上不需要俯仰雷達天線,這種技術在上世紀70年代無疑是天花板的存在,但如今面對隱形、高速目標卻力不從心。第一,該雷達天線每分鐘旋轉6圈,也就是說10秒鐘才能更新一次信息。第二,該雷達工作在s波段,對隱形目標的探測效果很不理想。第三、該雷達不具備波束管理能力,無法集中能量對高威脅區域持續探測。在e-3與隱形目標的對抗中,該雷達的缺陷暴露無疑。2022年3月,時任美國太平洋空軍司令的威爾斯巴赫上將曾公開表示,美空軍的f-35a和中國空軍的殲-20首次遭遇,威爾斯巴赫對「空警-500+殲-20」構成的殺傷鏈非常感興趣,並表示由於部署在印太地區的4架e-3已經落後老舊,不足以在戰鬥中發現解放軍的殲-20隱身戰鬥機。中美隱形戰機對抗後,美國空軍在2022年4月決定啟動e-3的替換計劃,並最終選擇採購波音公司現成的e-7a作為下一代預警機。

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e-3預警機背負是旋轉雷達天線整流罩

雖然e-7a已經列裝了澳大利亞、韓國、土耳其和應該,但遠水解不了近渴,美國空軍的e-7a要等到2025年才能生產,在2027年才能夠交付,形成戰鬥力得到2030年左右了。以美國軍工這兩年的表現來看,這一項目是否能夠按時交付還未可知。在2030年前,美空軍不得不借用盟軍的預警機來彌補e-3能力上的空缺。

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澳空軍e-7a預警機與美空軍b-2a轟炸機、f-22戰鬥機、f-35a戰鬥機在澳大利亞進行聯合演習

根據雷達隱形的基本原理,以f-117、f-22為代表的早期隱形飛機並不具備全頻段隱形能力,其機身設計和隱形塗料主要針對s、c、x波段的警戒雷達和火控雷達具有最好的折射和吸收作用。隨著雷達頻率的不斷降低,現有隱形飛機的隱形效果就大打折扣了。所以目前反隱形雷達的發展趨勢之一就是降低雷達工作頻率。但傳統的米波警戒雷達多為機械掃描模式,誤差較大、重複頻率和數據更新時間較長,無法滿足應對隱形飛機的需要。反隱形雷達通過將電子掃描、弱信號積累等技術和低頻率波形相結合,顯著提高對隱形目標的發現和跟蹤能力。e-7a和e-2d的雷達都是這一思路的體現。

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波音公司正在組裝的1架e-7a預警機

三目智庫之前已經對e-7a進行了一些介紹,這裡重點對該預警機的核心裝備「多功能電子掃描陣列雷達」(mesa)進行簡要的分析。該雷達天線採用t形背負式天線陣,安裝在「衝浪板」結構整流罩內,陣列前後和兩側都有天線,通過電子掃描就能夠實現360度的全向覆蓋。這種構型與空警-200雷達的平衡木結構相比更加完善,避免了在前後的探測盲區。有源電子掃描陣列(aesa)的應用顯著提升了波束的敏捷性、目標軌跡的準確性以及系統的可靠性。「多功能電子掃描陣列雷達」的優點很多,探測距離、對低空目標的識別能力都不錯,關鍵是狀態非常成熟,通過澳大利亞、韓國和土耳其等國近年來的持續使用,積累了豐富的經驗。美國空軍頻繁借用澳大利亞空軍的e-7a參加各項演習,目的是提前熟悉裝備。此外,美國空軍自用的e-7a性能上應該有顯著提升,畢竟雷達技術進步迅速,像氮化鎵器件這樣的產品也會用上。

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e-7a預警機使用的「多功能電子掃描陣列雷達」特寫

儘管e-7a成熟可靠,但「多功能電子掃描陣列雷達」工作在l頻段,這個波段的反隱形能力不是最理想的,雖然比x、c、s波段要好,但又不如更低的波段,處在一個高不成低不就的狀態。所有美國空軍又打起了e-2d預警機的主意。

e-2d是美國海軍為接替e-2c研製的新一代預警機,使用的an/apy-9預警雷達是其戰力提升的關鍵。該雷達工作在uhf頻段,是比較理想的反隱形頻段,但這種情況並非有意為之,而是具有很大的巧合。實際上e-2家族的雷達一直就是uhf頻段,天線是少見的八木天線,這並不是在60多年前的遠見,而是當時雷達技術為實現探測低空和水面目標做出的妥協,到了現在反而成了這款雷達最大的賣點。但以前的e-2a/b/c並不具備反隱形能力,關鍵還是機械掃描等技術限制無法滿足對抗隱形目標的需要。所以an/apy-9雷達天線採用了機械和電子混合掃描的模式。雷達在陣列方向的120度範圍內能夠進行任意方向的電子掃描,要想實現360度全向覆蓋仍需要再水平方向上旋轉天線,但至少在一定區域能夠集中雷達能量進行重點掃描,再配合更低的工作頻率,對隱形目標構成了一定的威脅。目前,美國海軍在日本岩國部署了5架e-2d,但這是伴隨「華盛頓」號航母活動的,輪不到支援美國空軍作戰,所以美國空軍就打起了日本航空自衛隊e-2d的主意,畢竟日本採購了18架,對於一個島國來說綽綽有餘了。

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e-2d預警機使用的an/apy-9雷達結構圖

但e-2d的問題也不少。一是雷達能力還是有短板,單架e-2d無法在全向掃描的同時對重點區域進行「凝視」,在高威脅環境下需要同時出動2架才能有效滿足對抗隱形目標的需要。二是指控能力不足,e-2d內部空間小,除2名飛行員外只能搭載3名控制人員,在指揮大兵力空中作戰上力不從心。

未來,美國空軍可能會綜合利用e-7a和e-2d預警機對抗中國的隱形戰機,美日澳三國可能在「對抗北方」演習中演練了這種戰術。這樣尷尬的局面從根本上說還是美軍在反隱形雷達技術上沒有找對路。根據無線電原理,更低的雷達工作頻段需要更大的天線孔徑,預警機雷達要想利用低頻段實現反隱形的目標,使用大飛機安裝大尺寸天線取得更好的效果。e-7a使用波音737客機機體,限制了天線孔徑的尺寸,而「多功能電子掃描陣列雷達」的尺寸也承載不了更低的工作頻率。e-2d的雷達要使用uhf頻段,也必須在天線孔徑上做出妥協,不得不使用單面陣列天線,還必須通過機械旋轉實現全向覆蓋。隨著六代機實現更寬頻段的隱形能力和更高的飛行速度,e-7a和e-2d也就難以應對了。所以在現有技術條件下,使用大型飛機安裝大型預警雷達是實現反隱形能力的重要方式,而以美國現在的工業能力和國防採辦機制,在短期內很難實現這一目標,反而是東方大國出現的新型戰略預警機將進一步削弱美軍隱形飛機的作戰能力。

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美空軍曾計劃在波音-747客機上安裝巨型雷達作為戰略預警機

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2024年底亮相的疑似空警-3000預警機

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