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E-2D“先进鹰眼”预警机

来源:星岛环球 责编:ldzldz 作者: 时间:2007-05-09

 
E-2C预警机
美国最新的预警机E-2D型“先进鹰眼”于4月30日揭开面纱
 
主承包商:格鲁门公司
项目办公室所在地:马里兰州帕塔克森特河
投资情况:
- 研发(R&D):24.65亿美元
- 采购费用:121.60亿美元
- 采购数量:69架飞机
    E-2D AHE项目于2003年6月在没有进行演示验证的情况下开始研制。当时有4项关键技术已经成熟,另外还有3项关键技术预计在2009年3月飞机开始投产前,可以达到成熟阶段。同时目前已经存在若干项成熟的备份技术可用于替代上述3项关键技术,虽然可能使系统性能有所降低,但可以实现以后的性能增长。
              

项目计划数据(2006财政年度 百万美元)

2003年6月计划  2004年12月修订  变化百分比  
研发费用  $3411.2  $3688.6  5.2  
采购费用  $9691.3  $9695.1  0.0  
项目总费用  $13102.5  $13263.6  1.4  
项目单价  $174.700  $117.115  1.4  
总数量  75  75  0.0  
采购周期(月)  95  94  -1.1  
 
20世纪60年代初,由格鲁门公司为美国海军研制的E-2舰载预警机问世,并在此后40多年时间里持续不断地改进发展,先后有A、B、C等型号问世。由于具有独特的战术技术性能和显赫的实战功绩,“鹰眼”系列预警机一直在美国海军中扮演着极其重要的角色。进入21世纪以来,为了满足美国海军网络中心战的迫切需要,诺斯罗普犯衤趁殴究甲攀址⒄挂恢指酉冉摹坝パ邸痹ぞ?005年3月14日,美国海军航空系统司令部正式宣布,将这种正在研制的新一代舰载预警与指挥控制飞机命名为E-2D预警机。时隔一个月,首架E-2D试验机已经开始制造,“鹰眼”家族的又一名新成员即将问世。

先期发展方案

作为“鹰眼”家族的最新型号,E-2D预警机是美国海军在ATS、E-X和CAS等一系列后续飞机替代计划屡遭失败的背景下开始酝酿的,并经历了一个技术不断成熟的孕育过程。

早在20世纪80年代中期,美国海军草拟了一项“先进战术支援飞机”(ATS)计划,希望用于替代E-2C等飞机。然而ATS成为了防务预算削减的牺牲品,于1991年悄然终止。次年,美国海军详细制订出可以与未来航空母舰相适应的舰载预警机任务需求,并暂时将这种预警机称为E-X。为此,洛克希德公司计划在S-3飞机的机身上安装一个三角形雷达罩,内装相控阵雷达天线。波音公司也提出了一种采用共形相控阵的连翼布局方案。但在评估了各种方案之后,美国海军最终还是选择了继续对E-2C进行一系列的改进,E-X计划销声匿迹。

90年代后期,美国海军还提出过一种“通用支援飞机”(CAS),作为“鹰眼”预警机的最终继任者。但考虑到预算削减的原因,CAS项目仍然是无果而终。由于眼前没有可以看得见、摸得着的替代型号,海军只好期望E-2C继续服役到2020年以后。1997年,格鲁门公司提出“鹰眼2000”计划,在获得美国海军的认可后,其后由新合并成立的诺斯罗普犯衤趁殴靖涸鹧兄品⒄埂?BR>
于是,美国海军针对21世纪网络中心战发展的迫切需要,将努力方向直接指向继续发展和增强“鹰眼”预警机执行多种任务的能力。具体而言,短期内先实现“鹰眼2000”改进计划,长远则提出了“鹰眼2005”发展概念,力争通过两步走的发展策略,进一步扩大E-2C预警机的作战使用范围。

作为E-2C预警机的第4个重大改型,“鹰眼2000”在E-2C Group Ⅱ型基础上进一步改进,主要特点是改装雷锡恩公司研制的任务计算机升级部件(MCU),引入洛马公司生产的先进控制指示设备(ACIS),增加了协同作战能力(CEC),综合了卫星通信、新型导航与飞行控制系统。其中,MCU基于开放式结构的商业成品技术,增加了内存,具有更快的处理速度。而CEC由处理器、数据系统和天线等组成,将能够使“鹰眼2000”预警机执行实时作战管理,从诸如卫星和舰载雷达等信息源融合和分发作战信息。

通过这些改进措施,“鹰眼2000”显著地改善了数据处理、系统吞吐率、操作员界面、连通性等方面能力,进一步提高态势感知能力,初步具备了战区导弹防御能力,可以通过数据的传输和使用增加飞机间的协同作战能力。

1998年4月11日,按计划要求完全改装的第一架“鹰眼2000”完成首飞。从1999年开始,美国海军花费14亿美元购买21架全新生产的“鹰眼2000”,并改进约50架现役的E-2C Group Ⅱ型,预计到2010年将全部装备“鹰眼2000”。2001年10月,诺格公司向美国海军交付了首架“鹰眼2000”,第一批飞机部署在第117舰载预警机中队。2003年3月,在参加伊拉克战争的“尼米兹”号航母上装备了4架“鹰眼2000”,同时航母战斗群中的“乔辛”(Chosin)号巡洋舰和“王子镇”(Princetown)号巡洋舰都具有联合作战能力。这是“鹰眼2000”首次参加战斗,同时也是它首次具有协同作战能力。

正式启动计划

在“鹰眼2000”预警机尚未交付之前,美国海军就一直酝酿将“鹰眼2005”概念付诸实施。究其原因,美国海军希望进一步扩大“鹰眼”预警机的作战范围,承担起沿海区域监视、战区导弹防御(TAMD)的任务,这对于长期以来一直在远洋环境中担负空中预警的E-2C来说是一个不小的变化。

基于战术环境日益复杂和电子技术飞速发展这两方面因素,美国海军在2000年1月发布了一个指导性文件,正式提出了“先进鹰眼”(AHE)预警机的发展计划。为了更好地推动“鹰眼”预警机的改进发展,美国海军要求工业部门所进行的各项研究集中于先进电子扫描雷达、新型任务电子设备、任务软件和后勤支援等四个主要领域。

作为“先进鹰眼”的主承包商和系统集成商,诺格公司所属的综合系统分部向美国海军提交了五项专题研究报告,分别涉及有关的技术问题以及对全套系统的评估,同时还提交了几项有关传感装置的研究报告。根据这些报告,美国海军初步拟定了“先进鹰眼”的采购方针,最初计划在2003财年就投入到工程制造发展(EMD)阶段,以便从2006年开始部署这种新型预警机,但直到2002年前一直没有获得预算,导致整个进度有所推迟。

2002年1月,诺格公司与美国海军签署总额4 900万美元的合同,主要针对“先进鹰眼”的任务系统,建立了物理体系结构,拟定了技术规范,并提出了整个项目发展计划。2003年8月4日,美国海军授予诺格公司的综合系统分部总额19亿美元的系统开发和验证(SDD)阶段合同,正式启动了为期10年的“先进鹰眼”计划。随着研制过程顺利推进,今年初“先进鹰眼”预警机在美国海军武器库中正式列编型号为E-2D。这样,E-2D预警机将继SPY-1水面战舰雷达、“标准”舰空导弹和“协同作战能力”后,成为美国海军构建“综合火力控制作战空间”的四个重要支柱之一。

根据合同要求,诺格公司在SDD阶段内将把两架“鹰眼2000”升级为E-2D的构型,其中包括设计、开发、制造、组装、综合、测试以及软硬件评估和相关的工程服务。这项改进计划的重点是更换E-2C旋转雷达天线罩内的AN/APS-145雷达及其相关电子设备。由于“鹰眼”预警机服役时间已经超过40年,诺格公司从结构强度方面考虑,将对E-2D的机身中段进行加固,以解决因雷达系统升级导致重量增加所产生的影响,其它部位基本保持不变。

与此同时,美国海军考虑到在现有机型上进行升级会增加飞机重量,有可能影响到原有的飞行包线,为此专门求助于美国航空航天局(NASA)来确定飞机的载荷曲线,以便确定相关改进对飞行包线产生的影响。2004年秋天,一架用于试验的E-2C从美国海军航空站飞抵德赖顿飞行试验中心。为了模拟E-2D的载荷,飞行载荷实验室的研究人员通过试验,在飞机的机翼和尾翼上加载,使这架E-2C的空重从19 051千克增加到20 412千克。

提高飞行性能

从气动外形上看,E-2D预警机在很大程度上保持着原有的布局,但随着新型螺旋桨投入应用、嵌入式卫星天线的日渐成熟和加装空中加油设备等改进措施的逐步实施,其总体飞行性能将会得到显著提高。

E-2D将直接安装汉密尔顿飞5滤固乩使旧男滦桶私耙禢P2000螺旋桨。目前,E-2C上的四叶螺旋桨使用了机械控制,桨叶为钢制材料,而NP2000螺旋桨采用数字化控制,桨叶为复合材料制造。相比之下,新型螺旋桨不仅振动更小、噪声更低,而且减少了零件数目,降低了维修费用,可以在机翼上直接更换单个桨叶,利用维修设备在飞机上就可以平衡螺旋桨。从2004年4月起,美国海军开始以中队为单位,为现役E-2C换装NP2000型螺旋桨,直至2006年结束。
E-2D将继续采用T56-A-427型发动机,但出于可靠性方面的考虑,罗仿薰菊谖浞⒄挂恢挚筛纳乒δ堋⑻岣叽硭俣取⒔档统杀镜娜ㄊ址⒍刂疲‵ADEC)系统。目前,T56发动机的FADEC是20世纪80年代的单通道双箱体设备,没有监视发动机的能力。罗仿薰窘涸鹧兄埔恢旨⒍刂坪图嗍幽芰τ谝簧淼乃ǖ赖ハ涮宓腇ADEC设备,将大大提高发动机工作过程的实时监控能力。

E-2D提高飞行性能的另一举措是将采用一种新型嵌入式卫星通信(SATCOM)天线。目前,E-2C采用的锥形卫星通信天线延伸在它的旋转式雷达罩上面,如果用一个具有同等性能的新型嵌入式天线取代现有天线,其优点显而易见。为此,诺格公司从2003年6月开始从事嵌入式天线的试验,在关键的可承载的复合材料结构方面取得重大进展。

试验结果表明,在飞机的外蒙皮中安装嵌入式天线,不但可以改善天线系统的性能,而且可以减轻飞机重量,有利于提高飞行性能。据介绍,新的嵌入式天线将减少“先进鹰眼”预警机的气动阻力,并可减重9.1千克,从而增加预警机的留空时间、提高单发的爬升率和改善全机的飞行品质。

增加空中加油能力是E-2D的一个显著特点。美国海军在2004年10月开始对E-2C进行空中加油试验,目的是将其从传统的空中预警角色转向空中指挥与控制平台。这是吸取了“持久自由”行动和伊拉克战争的经验,促进了E-2预警机职能的这种转变。预计加装空中加油设备后,可以使预警机空中执勤时间增加一倍,达到8小时。这项试验还要考察机组人员忍耐和疲劳问题。为E-2预警机加油的飞机将是安装有伙伴加油吊舱的F/A-18战斗机,或者是KC-135和KC-10加油机。

在提高飞行性能的基础上,E-2D针对执行监视沿海和陆地任务的性能,对内部关键电子设备进行了全面升级,其中最重要的一个方面是已经实施多年的“雷达现代化计划”(RMP)。该计划将采用具有先进时空自适应处理技术的电子扫描UHF雷达、红外搜索和跟踪传感器(SIRST)、增强型ESM系统、模块化通信设备、战术座舱的改进、多源传感器融合、精确攻击和目标指示能力等。

换装新型雷达

2003年8月,洛马公司根据一份价值4.135亿美元的转包合同,利用早期曾经投标澳大利亚“楔尾”计划的先进雷达设计方案,为E-2D预警机开发出新型ADS-18雷达,以替代目前正在使用的APS-145型雷达。该雷达将采用模块化结构,从而更容易升级,并且通过引入坚固耐用的商业成品部件来降低成本。

ADS-18雷达天线具有两个显著特点。一是采用了18个天线模块,实现电子扫描。二是在360盎瞪杌∩希毙状镎直3志仓故保芤曰导拥缱由璧榷嘀止ぷ髂J剑嗟哪芰考性谝桓瞿勘晟希固讲饩嗬氪蠓仍黾印?BR>
ADS-18雷达采用特殊技术,可以长时间跟踪主要的目标。同时,雷达可以消除混杂在移动目标回波中的因地形和固定物体产生的雷达回波,从而轻松地辨别出远离内陆低空飞行的巡航导弹,向航母战斗群提供预警。

除了电子扫描天线外,ADS-18雷达还率先采用了目前最先进的数字式时空自适应处理(STAP)技术。这项技术实现了机载雷达对地面运动目标的跟踪。

与传统雷达系统相比,ADS-18雷达截获的数据将通过STAP处理电路,更快地得以数字化。STAP处理器判断来自天线的信号,不仅从强地杂波中检测小目标与慢运动目标,还能自动抑制来自多方向的有源干扰。因此,ADS-18雷达显著改善了干扰环境中的目标探测能力,增加雷达的探测精度。

ADS-18雷达系统的另一个关键技术是采用了全新设计的旋转耦合器。它构成了机内电子设备和旋转天线之间的接口,将来自旋转天线的各种无线电频率信号转发到机身内部的固定电缆中。相比以前型号,E-2D更加需要耦合器的工作。ADS-18雷达系统将通过耦合器处理来自18个天线模块的全部18个信号,通过数字系统处理后,帮助消除杂波和干扰。

正是由于采用单脉冲技术和先进的跟踪技术,ADS-18雷达具有近乎完美的连续跟踪性,对于空中和海上目标的定位精度可增加一个数量级。通过CEC和16号数据链融合链接后,E-2D预警机可为美国海军水面舰艇和飞机提供一幅真正的一体化的战场态势图,从而全面感知防区外威胁。

据美国海军航空系统司令部有关人士称,与目前所使用的APS-145雷达相比,ADS-18雷达可以探测更多目标,在探测距离和监视目标数量等方面几乎增加了一倍。在陆地上空以及辽阔海面上方的更多杂乱回波、更强电磁干扰和抑制环境中,可以更好地探测到各种各样的威胁。

加强态势感知

为了承担起向整个航母编队提供有关导弹监视与跟踪信息的新任务,E-2D预警机将加装红外搜索与跟踪监视系统(SIRST),增强在战区预警与指挥控制方面的作用。诺格公司负责SIRST系统的集成、设备安装、地面和飞行测试的支援保障工作,雷锡恩公司负责设计分系统及其集成。据诺格公司项目负责人介绍,作为远程侦察、探测和跟踪战区弹道导弹的红外系统,SIRST系统的红外传感器将不仅安装在E-2D上,还将有一个传感器安装在航母舰队中,这项工作也属于“先进鹰眼”计划的一部分。

SIRST系统的一个小型红外传感器将安装在E-2D的机鼻位置,并利用飞机内部的处理器、控制器和显示装置,为任务机组人员提供导弹的监视与跟踪信息。SIRST系统仅具有角度跟踪能力,而不具备测距能力。但是,它能够利用雷达同步监测的数据,实时计算导弹的发射点和攻击点,最终通过与之相连的数据链路,为航母战斗群提供非常准确的三维位置图像和跟踪信息。

美国海军航空系统司令部的一支飞行试验小组,已经在海军航空站试飞了一架加装红外搜索与跟踪监视系统的E-2C。在飞行过程中,该系统成功地发现并跟踪了一枚从新墨西哥州白沙靶场发射、处于上升阶段的战区弹道导弹,并判断出导弹的发射位置,这意味着E-2D将承担弹道导弹防御的新任务。

E-2D的战术座舱将综合航空电子领域的最新技术,不仅将满足飞行员驾驶飞机的需要,而且将允许两名驾驶员中的一人担任第四任务系统操作员。新驾驶舱的设计特点是采用了“玻璃座舱”,包括3个430毫米?30毫米的战术多功能彩色显示器,同时可以显示飞行数据,这是与当前所使用的机电飞行仪表显示器相比最大的变化。

E-2D的战术座舱主要集中了综合导航、控制和显示系统(INCDS),为飞行员提供增强的态势感知。飞行员或者副驾驶将能够控制战术显示器,有效地减轻其他机组人员的任务负荷,而且能够看见后面位置的操作员正在观察和注视的图像。这就好像是通过光学链接,在预警机上增加了一个额外的虚拟工作站。飞行员能够将飞行显示器转换到战术显示器,这样就能够看见空中图像,确定目标来自何方、敌我识别、飞行方向和飞行速度等。

综合导航、控制和显示系统还将增加两个控制面板,用于管理三个战术显示器、两个备份飞行显示器、两个电子/飞行控制计算机、两个嵌入GPS/惯性导航(EGI)部件、一个记录和补偿导航和系统维护的信息的飞行数据加载器、两个双通道空速系统、冗余的导航和通信Mil-Std-1553B数据总线和多路ARINC 429数据总线。
2004年2月,BAE系统公司开始为“先进鹰眼”预警机改进敌我识别系统,可以提高美国海军战场数据网络化能力。敌我识别系统与升级后的雷达和天线阵相结合,构成了E-2D的决策系统,进而把战场看成一个三维空间,探测敌方飞机和导弹,分配海面舰船数据,引导飞机进入目标,并把敌方图像纳入相关体系内。

协同作战能力

E-2D预警机扩展防空任务的一个关键是协同作战能力,通过数据链将来自各种平台的雷达跟踪测量数据融合为一幅高质量、实时合成的跟踪图像,实时地参与到军舰和飞机的信息网络中。例如,E-2D接收到舰载系统发送的初始通信数据后,机上的CEC系统检验这些数据,识别飞机同时跟踪同一目标,增加其自己监测的相关雷达数据后,再次将所有的信息发送回到军舰。这一过程允许网络内的所有作战平台在其传感器的监视容量内同时看到完整的空中图像,并且协同应对各种威胁。

2003年伊拉克战争中,美国海军VAW-117预警机中队的一位操作军官对此深有体会。他介绍,“鹰眼2000”预警机的CEC类似一幅维恩图,如果考虑4或5个不同雷达的交集,其结果一定更加精确。正是凭借着CEC各节点之间的数据链传输,航母战斗群指挥官和战场指挥官可以看到正在共享数百英里之外的跟踪数据,这远远超出了所预计的CEC能力。因此,“鹰眼2000”预警机通过数据共享,产生了更好的舰队态势感知,从而提供更多时间用于对抗快速移动的空中威胁。

E-2D的雷达将进一步依靠改善精确性来增强CEC图像,从而针对不确定的较小区域进一步改进的探测距离,以及改善跟踪的连续性,识别目标将变得更加容易。E-2D还将支持进一步增强的交战解决途径,即当舰载相控阵雷达未能锁定机动目标时,ADS-18雷达的探测能力可以填补空白。此外,该雷达还向舰载CEC网络提供了更高的保真度、更丰富的细节,并且潜在地更加频繁地更新目标数据。

CEC允许更好地探测、跟踪类似巡航导弹这一类的低可探测性、高机动性的目标。这样,“鹰眼”预警机就可以在高空与海上军舰形成网络,有效地超越地平线的制约,相互分配各种不同水面作战任务,扩大态势感知图像和增加舰队反应时间。雷锡恩公司针对E-2D预警机的发展需要,正在研制CEC电子设备的减重型。这包括一个 “迷你型终端”,将无线电功能、接收机/合成器和CEC处理器集成到一个部件内,重量只有235千克。

可以看出,作为美国海军迈入网络中心战的重要一步,“先进鹰眼”预警机正在从为航母战斗群提供远距离预警的传统角色,转变成为一种承担整个战场指挥与控制任务的全新角色。作为实现21世纪海上力量战略的重要一环,美国海军已经确定采购75架E-2D,未来还可能进一步增加采购数量,使每艘航母装备8架,以便实现连续7天24小时地执行任务。根据研制进度,预计首架E-2D验证型将在2007年首飞,首批2架初始生产型将在2011年形成初始作战能力。毫无疑问,E-2D预警机将在不久的将来成为美国海军网络中心战中极其重要的一个空中节点。

由诺斯罗普?格鲁曼公司为美国海军制造的首架E-2D“先进鹰眼”飞机已首次公开亮相。该机是2001年诺?格公司获得的近20亿美元演示与发展合同包含的两架试验飞机中的第一架。美海军计划总共采购75架“先进鹰眼”飞机。
    虽然E-2D“先进鹰眼”外观与E-2C类似,但有许多系统和能力却经过了重新设计。该机的核心是由洛克希德?马丁公司设计制造的新雷达APY-9,使该机比E-2C能在更远距离识别更小和更多的目标。由L-3通信Randtron天线系统公司研制的新旋转天线罩内增加了电子扫描阵列,具有持续的360吧枘芰Α!坝パ邸辈僮髟被菇哂行碌睦状锵低彻ぷ髡尽⒆酆衔佬峭ㄐ拍芰推渌ぞ咭愿玫毓芾碜髡娇沼颍髡饺嗽碧峁└嗟男畔ⅰ-2D的另一新特性是其采用了最先进的玻璃座舱,从而使飞行员也可充当武器系统操作员。
    美海军和诺?格公司计划2007年秋季在佛罗里达州St. Augustine开始飞行试验,随后在帕塔克森特河海军航空站开展更多试飞。“先进鹰眼”将从2011年开始交付。

 

E-2D型“先进鹰眼”预警机结构图