20世纪80年代初,随着有源相控阵雷达技术趋于成熟,以色列飞机工业公司及其下属的埃尔塔公司认为利用这种技术,可以生产出性能价格比优于美国E-2和E-3预警机的新产品,同时,为了减轻对飞机飞行性能和飞行品质的影响,以色列提出了去掉背负式圆盘形雷达天线罩的新设想,将天线辐射单元紧靠在机身表面放置,这种情况下,雷达天线与机身外形基本相符,这就是“共形阵”。除了对飞机性能影响小的优点外,共形阵还能够减少雷达波束受机体的遮挡,并且由于能够充分利用机身表面空间,所以能够获得比圆盘更大的天线面积。
独步天下的“费尔康”系统
1984年,埃尔塔公司正式开始研制工作在L波段的、基于有源相控阵的共形式雷达系统,比瑞典开始开发“平衡木”有源相控阵雷达系统要早一年时间。由于这种雷达系统的英文缩写为PHALCON,所以中文取其音译,称为“费尔康”。雷达之所以选择工作在L波段,有两个方面的考虑,一是这个频段介于E-2C雷达用的U H F波段与E-3监视雷达用的S波段之间,它的反杂波性能比UHF要好,而有源相控阵的核心设备——收发组件的制造又比S波段的容易(雷达工作波长越短、频率越高,收发组件的制造就越困难)。其天线系统由多个固态有源相控阵列组成,前机身两侧表面各贴有一个天线阵列,各自覆盖120度。为弥补前后方向的盲区,还需要在机头和机尾各安装天线阵列。
以色列研制的“费尔康”预警机
“费尔康”于20世纪80年代完成了各个子系统的开发和试验,90年代初完成了利用一架波音707-385C飞机进行集成系统飞行试验的改装工作,1993年5月12日通过了首飞测试,6月便在巴黎航空展中亮相。随后智利空军订购了一架,并于1995年5月2日接收了这种预警机(实际上就是通过飞行测试的那架飞机),智利空军将该预警机命名为“神鹰”。
“神鹰”预警机所配备的监视雷达E L/M-2075与以色列埃尔塔公司原设计方案不同。原设计采用了6个天线阵(机身两侧前、后各有1个长方形天线阵,机头有1个圆形天线阵,机尾下部有1个小天线阵),覆盖360度方位;“神鹰”的监视雷达只使用了3个天线阵,前机身两侧各安装一个12米×2米的阵列(阵列厚度为0.46米,凸出机身表面约0.2米),机头安装一个直径为2.9米的阵列,3个天线阵列能覆盖260度方位,这是出于降低成本的考虑,因为天线阵列越大,所需的收发组件数量就越多,在当时,一个收发组件的单价要达到数千美元。为减少收发组件数量和降低装机重量,“神鹰”预警机只使用了256个收发组件来负责方位上的扫描,并且没有配置收发组件在高度方向上扫描(组件数量仅为全方案的1/5),所以其预警雷达是二坐标雷达,不能获得目标高度。此外,还将组件分为两类,一类是专属于某个天线阵列的组件,一类是被全部天线阵列公用的组件。对于公用组件,一个阵面扫描结束后切换至另一个阵面,由此带来的代价是增加了切换时的功率损失。由于技术水平的限制,“神鹰”中的每个组件采用的是微波集成电路,还不是单片微波集成电路。每个组件的发射功率可达15W。该预警机可以同时跟踪100个目标,引导20架友机进行空战。当预警机飞行在9100米的高度时,对战斗机目标的探测距离可达370千米,对直升机的探测距离为180千米。
智利空军引进了以色列“费尔康”预警机后,将其重新命名为“神鹰”预警机
神鹰”预警机是埃尔塔公司开发的“费尔康”系统预警机的第一代产品。虽然如此,“神鹰”(或“费尔康”)预警机仍然创造了世界预警机发展历史上的多个第一,对世界预警机技术的发展作出了重大贡献。它是世界上第一个采用有源相控阵技术的预警机,是第一个采用共形天线的预警机,也是第一个采用基于以太网总线技术的开放式局域网来集成电子系统的预警机,首次实现了雷达系统的网络化。
“费尔康”预警机与中国
1991年海湾战争中预警机所体现出来的强大功能,使得我国自空警1号研制中止后再度恢复发展预警机的计划。经过“八五”和“九五”期间的技术积累,我国已经具备了自行研制机械扫描预警机的能力,但由于从20世纪80年代开始,国际上掀起了研制相控阵雷达预警机的热潮,以色列、瑞典和美国等一些先进国家已开始型号研制或方案研究,表明相控阵雷达预警机是新一代预警机的发展方向;由于当时国内关于相控阵预警机是否具备自主研制能力并没有形成统一意见,国家最后决策通过向先进国家的引进来解决急需,同时在引进过程中提高自己的技术水平。显然,以色列在这几个国家中是唯一备选的。为真正掌握技术,在引进过程中,中方坚持了合作研制的基本方针。外方最早提出的方案为在机身头部和前部两侧配置三块雷达天线阵面扫描260度,这种方案存在很大的方位盲区,不能满足我们全方位覆盖的要求,于是,中国雷达专家提出了独创性的技术方案,即以俄罗斯伊尔-76大型运输机(也就是A-50预警机的载机)作为载机,在机背上方加装固定式天线罩,内装三块等边三角形的相控阵天线阵面。同时,为了进一步增加雷达的探测距离,中方决定采用世界上最大的天线。
现在看来,中国之所以选择圆盘三面阵而不是共形阵,是比较稳健也是非常正确的做法。第一,在能够满足探测距离要求的情况下,圆盘具有最好的全方位均衡探测性能。因为共形阵即使在机头和机尾布置天线阵面,但由于机体表面面积的差异,机头和机尾所能布置的天线尺寸要比两侧小很多,所以,机头/机尾方向的探测距离要比机身两侧低很多。第二,当时的载机改装技术,已经能够使得即使是加装背负式圆盘而不是共形阵后,预警机也能获得与原机接近的飞行性能与飞行品质,因此,在既定的天线面积情况下,采用共形阵的好处相比采用圆盘并不显见。第三,由于中方无法获得波音-707作为载机,在大型载机平台中只能选择伊尔-76,伊尔-76背负圆盘的构型因为有A-50的成功实践而显得比较成熟,有利于减少研制风险和加快研制进度。第四,伊尔-76的气动总体构型为上单翼下吊式发动机布局,而波音-707为下单翼布局,前者在前机身两侧布置天线阵面,雷达波束容易被发动机所遮挡,且部分凸出机身表面的雷达天线,也会在一定程度上影响发动机进气,因此,中方在伊尔-76上选择共形阵是不利的。
中国空军空警-2000预警机
中以合作对中国预警机发展的影响,可以归纳为三个方面,第一,虽然由于众所周知的原因合同尚未执行完毕便被中止,但中国在合作过程中切实掌握了预警机研制的关键技术;第二,中以合作的中止,将我国装备预警机的时间延缓了大约5年的时间;第三,中以合作中止促进了国内立项,客观上大大加速了国产化预警机研制的进程,从长远看,有利于我国全面掌握预警机可持续发展的主动权。