MC2A:21世纪预警机中的明星

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--记美国"多传感器的指挥和控制飞机"

(原文刊登于《兵工科技》杂志)

苏嘉鹏

2012年的一个黑夜,某国外海的上空,一架美国空军的大型飞机,正悄悄的飞行着。漆黑的座舱里,一名中尉用光笔点选着面前大屏幕上密密麻麻、不断移动的几何状符号,查看这些符号所代表目标的详情。他圈住了距海岸几十千米处,一个编号D301、威胁级别判断为"高"的地面移动目标,机腹下的大型雷达加强了对其的监视。返回的信号分辨率很高,是一台8轮轴大型机动车辆。他又注意到,雷达发现附近有一些雷达反射面积很小的空中高速目标,应该是隐身战斗机。同时电子战系统显示有敌军的地空导弹预警雷达发出的信号。中尉判断,这必然是一台有重兵保护的移动弹道导弹发射车。他将目标信息和态势汇总打包,发送给几百千米外的飞机、舰艇和装甲部队,同时开始干扰对方的预警雷达。 几分钟后,中尉看见海岸线附近出现了一些反射面积极小的高速空中目标。根据海军的信息和目标运动方向判断,这是己方的舰射隐身高速巡航导弹。他对敌战斗机进行了干扰,同时观察到敌方空地武器发起了拦截,有一两发己方导弹被击落。稍后,"D301"的信号特征明显改变,装甲目标开始脱离这台车辆。中尉这时命令潜伏在附近的一架无人机传回实时红外图像。图像显示大型车辆上巨大的发射筒已经扭曲,正在猛烈燃烧,中尉按下话音按钮:"Target D301,ICBM,terminated"。

上面是一段幻想文字,所说的大型飞机是指去年美国空军正式启动研制的"多传感器的指挥和控制飞机",英文名称Multi-Sensor Command and Control Aircraft ,缩写MC2A。这一飞机将具有空前强大的空地监视、战场管理、指挥和控制、目标指示能力,计划在2012年起为美空军装备50架。

信息星座与明星

预警机是现代海陆空联合作战的探测、监视与指挥体系的核心之一,在多场局部战争中发挥了关键性的作用。为使美军在21世纪拥有最先进的预警机,MC2A项目闪亮登场,其性能指标也是空前的。MC2A实际上是美国MC2C计划的核心部分之一,MC2C是Multi-Sensor Command and Control Constellation计划的缩写,中文直译"多传感器指挥与控制星座",正式译名为"多传感器指挥与控制群"。MC2C将是美军下一代覆盖海陆空天大范围的指挥、控制、情报、监视和侦察(Command Control Intelligence Surveillance Reconnaissance C2ISR)网络,囊括了现有多种平台,如卫星、地面/水面平台、预警机和侦察机。"星座"一词准确的形容了MC2C覆盖广、平台多、信息量大的特点。而MC2A将是MC2C星座中最夺目的一颗明星。美军具体的要求,是将现役E-2C、E-3A、E-8联合监视目标攻击雷达系统(JSTARS)等几种监视侦察平台,整合到MC2A上。因此,MC2A将是C2ISR飞机的巅峰之作。

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MC2C将极大的提高美军的作战信息化程度,但覆盖面更广、技术更深入的多平台通用数据链(MP-CDL)项目,已经开始进行概念研究。MP-CDL网络将成为美军21世纪作战信息化标准,可以把大量的海陆空平台编成集成式信息网络。MP-CDL将包括MC2C计划、"协同目标导向(NCCT)计划"等几部分,因此MC2A成为了MP-CDL的关键项目之一,其他重要项目还包含"多平台雷达技术改进计划(MP-RTIP)"、改进E-8 JSTARS、"陆军分布式通用地面站(DCJS-A)"和"全球鹰"等。总而言之,MC2A在美军21世纪的作战体系中将是不可或缺的一员。

探测监视

大型雷达是预警机的主要的探测、监视工具,MC2A也不例外。但以往的预警机雷达主要进行对空探测,兼顾少量的对地任务。而MC2A要把对空和对地探测综合在一起,为此要确保对地工作的视野,所以雷达天线将像E-8 JSTARS那样安装在机腹下方。美军要求MC2A对于空地目标的探测距离要达到数百千米,必须超过E-8(250千米)。可以肯定的是MC2A一定会采用有源电扫描阵列雷达(AESA),天线约7.4米长,大致与JSTARS相当。AESA是近年发展起来的雷达新技术,在天线阵列、信号数据处理及微电子技术等方面有大量革新,性能与传统雷达相比有阶段性的提高,具有性能稳定、故障率低的特点。现役预警机雷达的无故障时间约500小时,而MC2A雷达的无故障时间将倍增,这样MC2A能长时间连续作战。当前只有F-22和F-35战斗机确定使用AESA雷达。

AESA的缺点是其关键零部件:T/R组件的价钱很贵,一个就值几百美元,一部雷达需要几千个组件。美军坚持选用昂贵的AESA的原因,是其他体制的雷达难以满足MC2A的指标。将来随着T/R组件成本降低,价格将有所下调。

美军为减小研制MC2A雷达的风险,将分阶段进行开发。第一步先推进"多平台雷达技术插入计划(MP-RTIP)"项目,由诺斯罗普·格鲁曼公司和雷神公司负责。E-8的AN/APY-3雷达就是这两家公司的产品。1998年MP-RTIP刚启动时,计划用于改进JSTARS,2002年初美军把这种雷达用于MC2A。如前所述,MP-RTIP将使用AESA技术,采用X波段有源电扫描阵列,可同时以合成孔径(SAR)和动目标指示(MTI)两种模式工作,而无需切换。前一种模式用于对地探测,后一种用于捕捉移动目标。合成孔径模式的分辨率可望达到0.30米或更高,远优于AN/APY-3,足以探测具有隐身技术的巡航导弹。这样的分辨率,使得MC2A可以辨认出目标是坦克、装甲车还是卡车,同时对山区目标的分辨能力也得到了保证。动目标指示(MTI)模式可根据地面目标的多普勒特征进行跟踪,令移动目标无处藏身。

第二步,在MC2A雷达上增加空中动目标指示能力,这时才真正完成将E-3、E-8等预警机的功能整合到MC2A上。该阶段要解决各种传感器的相互兼容问题。

第三步,将MC2A的雷达与先进的指挥控制系统结合起来,全面达到MC2A的设计要求。届时除雷达外,电子战与光电侦察器材也可能加装到MC2A上。

指挥与控制

MC2A先进的雷达获取的目标信息,需要强大的指挥控制系统进行处理、决策和转发。为此MC2A将配备"战斗管理、指挥、控制、通信、计算机和情报(BMC4I)"机载系统,包括了中央计算处理、子系统互联网络、数据存储分发、信息综合利用、通信和数据链等子系统。BMC4I先将目标信息划分成地面移动目标显示、巡航导弹防御、无人机控制和高速目标拦截等不同分类,然后针对各个分类进行相应处理,提交给机上操作人员鉴别决策。得出了分析结论、相应对策通过数据链高速分发到其他的作战平台上。E-3预警机可同时处理600个目标,得益于AESA和先进的计算机技术,MC2A同时处理的目标数目必将倍增。

与E-3、E-8相比,MC2A的BMC4I具有更高的信息集成程度,数据处理速度更快,操作人员的分析决策更快捷简便。通过借鉴商业计算机技术,BMC4I的软硬件可快速扩充、升级和更新。其设计符合美国信息产业的"公共操作环境(COE)"标准,所采用的开放式架构有利于最大程度的实现系统共用。BMC4I能兼容多种操作系统,确保MC2A的信息能在现在和未来的不同计算机平台上互联、互操作和保密。在BMC4I内,信息保密分成了多个级别,在确保安全的前提下提高了效率。

对于MC2A的操作人员来说,如何正确了解、分析和判断瞬息万变的现代海陆空战局,原本是非常头疼的问题。而BMC4I可以降低他们的劳动强度,更多的工作可交由计算机预先处理,减少人手操作。新开发的人机界面、宽大的操作空间能令操作人员更舒适。同时高速数据链能把更多、更详细的目标信息交给其他作战平台的指挥人员,让他们能自行分析决策,从而分担了MC2A操作人员的工作。


数据链

MC2A将依照多平台通用数据链路(MP-CDL)的标准配备数据链系统,令预警机和其他平台建立起更好的信息互联通道。MP-CDL使用已很成熟的"网络广播"和"点对点"两种工作模式,大量采用光纤介质。网络广播模式能同时向32个平台发送信息,点对点模式则可以在两个平台间建立更高速的链接。理论上,MP-CDL最高传输速率10~274兆比特/秒,远远高于目前美军56~59千比特/秒的水平,足以实现实时语音或视频传输,而且具有很强的抗干扰能力。2003年MP-CDL将确定承包商,MC2A将是首个装备MP-CDL的平台。

显然,其他美军单位要积极开展信息网络建设,才能充分发挥MP-CDL的作用。如陆军的"作战人员信息网",力图将陆军部队的传输带宽提高一个数量级。美军各兵种的数据传输网络均基于统一的标准,采用成熟的商业互联网技术。这样,一个庞大而统一的战术互联网正在美军全范围内建成。

为了给MC2C的建立奠定基础,美军正积极建立渗透到每个单位的全新数据网络。今年的"千年挑战2002"演习上,美军对C4I网络、全球情报与图像整合、联合侦察群组工具、网络安全管理、数字化指挥控制系统等大量项目进行了初步验证,预计2010年这些项目将基本成熟,从而令MC2A服役时能立即大展拳脚。

电子战

预警机参与的多次局部战争的实战经验证明,预警机是电子战的优秀平台,例如E-2C预警机在以色列空袭贝卡谷地一役中的电子侦察和压制发挥了关键作用。预计2011年MC2A的雷达、指挥控制等系统成熟时,将逐步加装先进的电子战系统。美空军已把MC2A视为EC-130和RC-135S、V、W等多种电子战或侦察飞机的最佳替代方案。RC-135S是针对弹道导弹的侦察机,而RC-135V/W则侧重对包括广播、通信等广泛领域的电子侦察任务。这意味着MC2A最终将打破预警机的传统定义。

载机平台

美空军目前的预警机平台基本上都是"古董"级的波音707,显然无法满足21世纪的形势。经兰利空军基地C2ISR中心经过对KC-135、波音767、波音737及一些喷气公务机的评估,美军认定波音767-400ER(ER即"增加航程")客机最适合作为通用大型载机平台。MC2A和美军新一代加油机都将选用波音767平台。

波音767-400ER是767系列最新的型号,去年夏天才开始投入民航市场。ER型最大的改变是采用了崭新的斜削翼尖技术,能提高燃油效率5%。机身比以往的767更长,最多可载375人。机体宽敞,仅仅下层货舱容量就达到129.6立方米,比波音707要大多了。ER型飞行噪音和振动很小,商业航程达10460千米,可从伦敦以0.8马赫速度不停留飞到东京。航程虽然比不上747和777,但已足以满足MC2A的需求。动力采用普惠 PW4000(推力28,713千克)和GE CF6-80C2(推力28,804千克)两种涡扇发动机。400ER的经济性很好,可以降低MC2A的运作费用。

计划与进度

以往美军研制新机型时,一般采用"一步到位"的做法,原型机就基本达到了设计指标。现代作战飞机越来越复杂,风险很大,遇上挫折时损失很大(如V-22"鱼鹰")。因此MC2A、MP-RTIP项目将采用螺旋式渐进发展的策略。

第一阶段:诺斯罗普和雷神两间公司执行初始合同,2003财年底向国防部提交阶段性成果,审查满意后才发出第二阶段合同。这一阶段重点研制MP-RTIP雷达和光纤网络,空军将投入45亿美元,并购买一架波音767作为试验平台。

第二阶段:2005财年MP-RTIP雷达开始试验室验证,空军在07财年购买首批四架767-400ER进行改装,次年开始把MP-RTIP和767整合起来。

第三阶段:在之前的基础上完成MC2A其他系统的整合,2011财年完成对全系统的试验。2012年空军首次接收上述4架性能达到100%的MC2A,并进行深入试验评估,顺利的话同年MC2A将投入现役。

通过这三个逐步渐进的阶段,MC2A的风险可以得到较好的控制,不至于出现项目出现巨大危机而崩溃的局面。同时也有利于解决经费问题。MC2A初始合同已达3.03亿美金,总费用超过100亿,为此美军进行了精打细算:一、在各阶段尽量引入成熟产品,并不断评估、采用更先进而便宜的新技术;二、争取向盟国输出MP-RTIP,分摊成本;三、研制MP-RTIP的兄弟型号,用于改进E-8、"全球鹰"等各种平台。此外不再改进E-3预警机的雷达,腾出一些经费。美军还将先调用一架属于科研机构的波音707作为MC2A试验平台,后期才购置全新的767。

2003年9月,美空军分别授予3个工作队为期6个月、总额400万美元的合同,用以完成E-10A(MC2A)的初始概念开发。这三个工作队分别由波音、洛克希德·马丁和诺斯罗普·格鲁门公司牵头。空军说,它预计到2004年4月前选择一家竞争获胜队。波音公司作为三个工作组的最后一个,已透露在该项开发中它的工作队成员。它们是BAE系统公司、Booz Allen Hamilton公司、通用动力公司和诺斯罗普·格鲁门公司电子系统部。

评述

21世纪的战场具有大纵深、非线性的特点,瞬息万变,充满了难以探测的目标。而MC2A的种种优点,必将使其成为美军应对复杂战局的极佳工具。

一方面,MC2A兼并了E-2与E-8的功能,能同时监视空地目标,能胜任21世纪的预警与指挥任务;另一方面,MC2A减少了战时需出动的C2ISR飞机架次,减轻了后勤负担,增强了应付高技术、高强度战争的能力。同时,MC2星座、MC2A的出现,打破了以往线性的作战信息体系,取而代之以一个覆盖整个战场的信息网络。无论是战斗机、装甲车还是步兵班组,只要接入MC2星座,随时能获得最详尽的目标信息;而且通过MC2A的调度,还能实时获得不同角度、不同距离的各种平台的侦察信息,各级部队就如同开了"天眼"一般,洞悉战场态势。部队借助这种信息优势,能在反应速度、投射火力上处处领先于敌人,把敌人陷于被动挨打的境地。

更重要的是,如前所述MC2A费效比很高,军队能买得起、用得起。强调通信标准统一化和引入现成商业技术,既提高了作战能力,又降低了整体成本。还要指出的是,计划伊始MC2A就是崭新的、完善的新作战体系中的一个节点,而不是先打造了各种节点,再把它们拼凑成一个整体。这使得作战体系建设有着严谨科学的目的性和一致性,避免了重复浪费,这也许是发展中国家对MC2A最应予以关注的地方。

2003年11月,由诺斯罗普·格鲁门负责的多传感器指挥和控制飞机开发作战管理指挥和控制(BMC2)子系统完成了几次模拟飞行,以评估研究进展。试验于10月7日到9日进行,使用了一个BMC2子系统全尺寸模型作为虚拟战场传感器、智能和控制单元和精确打击单元所组成网络的中心节点。试验验证了BMC2子系统作为机载空中指挥中心的能力。诺斯罗普·格鲁门公司在BMC2试验中使用了其机组人员区域虚拟环境,该装置是一个40英尺长的波音767-400机身实体模型,并安装了全套BMC2操作控制台。同时由公司Cyber战场集成网(CWIN)提供的各种监视和武器系统的高保真仿真系统也投入了试验。BMC2试验连续进行了3天,每天2次试验。研究小组将用每次试验的数据对BMC2结构概念进行进一步细化。

2003年12月,美国空军表示可能削减采购E-10A的计划,因此正在考虑是否改为将老式的波音707作为E-10A的平台,以节省经费。近期美国国防部决定在2005财年削减该项目的资金,转向投资“联合无人攻击机”。空军部长罗奇表示,现在空军关心的重点是“网络”(站长认为指的是“网络中心战”),所以空军实际上对E-10A仍有很大兴趣,但是否仍采用波音767作为平台,还是采用波音707或者“全球鹰”、“联合星”等无人机,就尚待研究。

2004年4月,洛·马公司领导的E-10A作战管理指挥与控制(BMC2)系统竞争小组演示了该型号飞机的巡航导弹防御和时间关键性瞄准(TCT)两项先进性能。这两项性能都是该小组的BMC2原型机方案的一部分。最终的BMC2招标书预计不久将发布。演示在该竞争小组位于科罗拉多州斯普林斯的高清晰视景水平集成实验室进行,模拟品质达到演习水平。该小组模拟了一系列情景,集中于演示在几分钟内发现、瞄准和攻击巡航导弹、地面移动目标和敌指挥阵地。原型机中的“攻击文件管理器(EFOM)”是一个水平集成的TCT应用,负责管理工作流,以大幅度缩减决策时间。该原型机重新采用了许多业已证明的指挥、控制、情报、监视和侦察(C2ISR)应用系统。据洛·马公司说,通过采用开放式架构、水平集成以及重新采用关键的C2ISR应用系统,将使BMC2系统尽可能地敏捷和灵活,从而使在捕捉时间敏感性目标和支援动态战场管理方面的操作速度达到前所未有的水平。

2005年1月,据报道E-10项目的经费在2006和2007财年将各削减3亿美元。一位美国防部官员认为,E-10项目经费在2006财年的削减幅度将降低约10%,即3000万美元。

2005年3月,基于经费的缩减,空军重新调整了E-10A计划,在2006财年预算申请中,空军计划在两年内削减该计划约6亿美元的经费。据诺斯罗普·格鲁门公司E-10A项目副总裁Jerry Madigan称,空军计划削减E-10A项目经费主要影响到波音公司,对诺·格公司没有影响,因为空军在重构计划中主要是减少改装E-10A平台的费用,例如不再考虑载机平台的空中加油能力以及飞行中除冰能力。而该平台目前准备选用的是波音公司的767-400ER飞机,当时空军之所以选择波音767,主要是因为767的空中加油设备以及除冰系统优越。这对波音公司来说又是重大一击。本来空军的空中加油机计划选用的就是波音767飞机,因国会权威人士的强烈反对以及波音高官的丑闻揭露导致该计划流产,目前又加上空军E-10A项目削减改装波音767飞机的费用,看来波音767生产线寿终正寝的时日到了。波音公司已表示,如果没有新的订单,公司计划今年年中关闭767生产线。Madigan表示,尽管目前E-10A重构计划还未获得批准,但估计有95%的把握。去年9月,诺斯罗普·格鲁门公司击败波音和洛克希德·马丁公司,赢得美国空军E-10A多传感器指挥控制飞机(MC2A)战斗管理指挥控制(BMC2)系统开发项目合同。诺·格公司目前正在按原计划开展该项目工作。

2006年2月,美国国防部消息,诺斯罗普·格鲁门公司去年12月接到了一份合同,将开展E-10A多传感器指挥与控制飞机项目的系统先期研制与验证以及初始设计评审工作。该项为期到2007年5月、总额2.8亿美元的合同于2005年12月23日签署,但国防部今年2月13日才宣布,国防部将推迟宣布的原因归咎为"管理疏漏和人员变化"。该合同是在E-10A项目2004年底遭遇经费削减、项目重新调整、进度推迟几年之后授予的合同。该机研制工作曾预计将遭遇大幅削减或是被终止。新预算申请规划用14亿美元开始AWACS和J-STARS飞机的换发。但据报道,空军计划和项目副参谋长Stephen Wood中将本月表示,E-10A仍将在2007财年获得3.9亿美元研发费用,支持发展至少一架飞机。为回应2004年12月五角大楼通过的6年削减300亿国防支出的第753号项目预算决定,空军决定减慢发展E-10A项目。该项目承担的经费削减额度为6亿美元,或本财年和下一财年各削减3亿美元。另外,2005年12月9日,诺斯罗普·格鲁门公司还接到了一份9.9亿美元"全球鹰"项目合同。该合同将支持第5阶段工程与制造发展活动,合同工作于2007年12月结束。该合同也和E-10A合同类似被延误宣布。

2008年8月,正当诺斯罗普·格鲁门公司等待美国空军做出是否继续开发先进的E-10雷达以及用此先进雷达改装E-8 JSTARS机队时,美国工业部门的高级分析人士预言,这个雷达很可能遇到了财务问题。将会削减其财政投入,尽量采用传统设备满足当前的作战需求。莱克星敦研究所的航空分析专家L.汤姆逊在8月10日新闻发布会上说,在两年内对于技术先进的监视飞机传感器系统--多平台雷达技术引入计划(MP-RTIP)的投资将会枯竭。不仅仅在空军2008年财政计划中要终止对E-10雷达的投入,而且,MP-RTIP雷达的投入也会削减。只有用在改装"全球鹰"无人机上的缩小型MP-RTIP雷达还会保留一部分经费。不过,这种雷达口径尺寸太小,难以发现和跟踪隐身目标,如巡航导弹等。但是美国空军官方尚未表态。诺斯罗普·格鲁门公司负责ISR(情报、监视和侦察)项目的副总裁D.Nagy表示,到目前为止,美国空军还没有任何关于削减雷达开发资金投入的通知。公司对于这个项目非常关注,目前已经注入资金11亿美元,完成了全部计划的70%,所开发的雷达能够很好地跟踪和识别地面目标,包括运动目标。D.Nagy表示,雷达还可以跟踪各种空中目标,包括从空中跟踪巡航导弹,这是一种以前还从未掌握的技术和能力。MP-RTIP是一种监视系统,它不仅仅是一部雷达。如果美国空军继续他们的JSTARS改进计划,我们的理解是他们必须装备一部先进的雷达。从现有的设备中小改一下是得不到上述能力的。 D.Nagy还表示,在"全球鹰"无人机上改装缩小尺寸的MP-RTIP雷达,将使其监视能力比现在的配置会有大幅度提高。这个雷达的体积仅有E-10雷达的1/4,其天线口径尺寸是其一半。

2007年2月23日,美空军通知诺斯罗普·格鲁曼公司,决定结束E-10A多传感器指挥控制飞机武器系统集成(WSI)项目。由于在2008财年预算中,E-10A武器系统集成技术开发项目未获得预算,所以E-10A项目在本周初始设计评估完成后将开始规划结束工作。这项工作预计将于2007年5月末完成。E-10A项目设计用于将诺斯罗普·格鲁曼公司的多平台雷达技术嵌入项目(MP-RTIP)广域监视(WAS)传感器和战场管理指挥控制(BMC2)任务套件集成到一个机载系统中,提供巡航导弹防御、地面动目标跟踪以及分发时敏数据等能力。

2007年6月,美国空军已授予诺斯罗普·格鲁门公司一份1220万美元的E-10A有关工作合同。6月1日发布的一份五角大楼合同通告称,马萨诸塞州Hanscom空军基地的空军电子系统中心授予了一份修改合同,是对SDD(系统设计与研制)前期项目的无缝延续,以在不增加新需求情况下完成战场管理指挥与控制(BMC2)任务实施和BMC2杀伤链(BMC2 Kill Chain)有关领域的有限风险降低活动。同资金将用于支持武器系统综合项目技术研制第1阶段的BMC2和杀伤链风险降低活动。五角大楼称活动延长期将为12个月,即合同工作将延续到2008年5月。

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