[空地一体]预警机的地面配套设备

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  预警机凭借自身种类众多功能强大的“耳目”,可以获得丰富的战场信息,并通过通信系统和数据链将信息传递给协同作战的战斗机等作战单元,对它们实施引导和控制,无愧是信息化战争中的“空中帅府”。但是在一般情况下,预警机需要接受地面指挥所指挥,并与地面指挥所互联互通,做到这一点并不如想像中的那么容易。此外,预警机要想成为空中霸气十足的庞然大物,在地面还必须有很多配套设施。这些设备虽不为人所知,但正是它们的协同工作,使得预警机真正具备令敌人望而生畏的战斗力。今天,我们的话题就是预警机的空中部分和地面部分是如何建立联系的,让地面设备从幕后走到台前。
  
  风筝之线
  
  预警机在空中翱翔时,始终有一根无形的线在控制着它,就像风筝之线,这就是无线电。它不仅“拴”着预警机,也搭起了空地之间的通信通道。预警机这个“巨无霸”所刺探到的战场情报要搭乘这个“无线电车”,一批批地“空降”到地面指挥所。情报在“空降”时,取决于搭乘的无线“电车”的速度。如果搭乘的是“短波”电车,空降速度通常不超过4.8千比特/秒;搭乘“超短波”电车时。空降速度提高到9.6千比特,秒以上:搭乘“卫星通信”电车,速度更快,在19.6千比特/秒以上。一般来说,用于通信的频段越高,传输速度就越快。在“费尔康”预警机中,配备了C波段(工作频段4~6G)宽带通信设备,空地之间的数据传输速度高达256千比特/秒。
  另一方面,指挥所的命令也要通过这趟“车”传送到预警机上。预警机把情报送到指挥所是因为地面指挥所(战区级或以上)掌管的作战范围常常比预警机的执勤区域(包括它的巡逻区域及其耳目所及的区域)还要大,在这个区域内,还有其它数量众多的情报站(如地面雷达站)。因为预警机高高在上,它的重点监视区域通常是低空,能尽量减少地球曲率和较高地形或建筑物等对无线电波的遮挡。最大限度地避免地面雷达的低空盲区。但是,对于中、高空区域的战场情况。地面雷达的天线个头更大,容易获得更多的电力,所以比预警机看得更远。这时,预警机更多是发挥空中情报站的功能。从地位上来说,和地面雷达站、电子侦察站等是一样的。但由于它的机动性,它的登高望远,它自身的多种“耳目”,所以,预警机比地面固定的情报站能获得更大范围内、种类也更丰富的战场情报,它把获得的情报传递给地面指挥所,接受它的命令执行任务,使地面指挥所可以在更大的区域内把所有参加作战的单元都调度起来,形成统一的战场场景。
  以“爱立眼”预警机为例,它的工作模式有两种。一种是空中监视、地面控制,只需要一名电子设备操作员登机在空中执行任务,预警机就是空中情报站,不执行指挥控制功能。一种是空中监视、空中控制,在地面指挥所的授权下对战斗机进行指挥引导。
  
  预警机中的“土行孙”
  
  实际上,预警机把情报送到指挥所,以及指挥所把命令送到预警机,这个过程中都是需要“接力”的,就像古时的“驿站”。情报或命令在一段路上是无线传输,一段路上又是有线传输,无线和有线的转换点就是这个接力站,可以叫做地面接入站,实际上是通信设备。它可以是移动的(比如做成方舱形式放到野战车上),便于机动部署,也可以固定在一个地点。为覆盖全国,需要设置很多这样的站点。
  预警机的情报进入指挥所有无线和有线两种方式:无线传输是因为预警机是机动的;有线传输可以利用铺设在地下的光纤网,比无线信道传得更快。类似于《封神演义》中的“土行孙”,他身材矮小,本领高强,以遁地术称雄诸神,可日行千里,后在第87回中死于地行一日一千五百里的渑池总兵张奎之手。在光纤中传输的情报,虽然也是遁地而行,但比土行孙和张奎不知要厉害多少倍。指挥所的命令需要“上天”时,也要先“坐”上一段光纤网线,再“换乘”无线通道。
  地面接入站内所包含的通信手段种类必须同预警机的空中部分一致,但数量可以减少。例如,在出口巴基斯坦的“爱立眼”预警机上,通信设备包括了9部超短波电台。其中2部用于飞行机组同地面机场塔台的通话,7部用于任务机组。而这7部电台中。2部用于空地的话音或数据传输,其余5部用于对战斗机进行空空引导。因此,地面接入站中也要配备2部超短波电台。如果预警机上配备有卫星通信机载站,地面接入站中也要配备卫星通信手段。
  通信站只是为空地情报和指挥控制命令的传输提供一个通道。为实现地面指挥所对飞机的指挥。要在指挥所里增设一个或多个预警机的操作员席位,称为“数据链路接口”。一方面,这个席位是地面指挥所和预警机进行交互的人机界面,另一方面,它的一个很重要的功能是进行数据格式转换。由于预警机是新型装备。而地面指挥所又和很多地面雷达站相连,预警机的情报格式通常和接入指挥所的雷达情报格式并不一致,因此需要在这个席位上提供两者之间的转换功能。
  数据链路接口设备(或者说操作预警机的地面指挥所席位)也可以设在与地面指挥所不在同一地点的其它建筑物内或地面指挥所的备份地点,这样在地面指挥所被破坏的情况下,仍然能够指挥预警机。在这些情况下,数据链路接口设备要通过专线或已有的地面光纤网络同指挥所相连。数据链路接口设备还可以安装在可移动的方舱内,随地面接入站一起机动,构成实际简易指挥所。
  
  战勤人员的“游戏机”
  
  为使预警机的操作员尽快掌握预警机操作。需要配置训练模拟器。就像战勤人员的“游戏机”。只是比任何一款游戏的仿真度都要高很多。训练模拟器包括飞行训练模拟器和任务训练模拟器两类。飞行训练模拟器主要培训飞行机组,任务训练模拟器培训任务电子系统的操作员。训练模拟器当然不能完全代替真正的飞行训练、演习或实战训练,但在很大程度上可以节约用真实飞机训练的成本和时间。而且,计算机可以方便地产生各种模拟场景,具有更大的灵活性。如果完全依赖于真实飞机训练,以A-50预警机为例,一小时耗油近10吨,飞行一个架次以4个小时计算,仅油耗费用就近40万元,还得除掉飞机爬升和下降阶段的时间,这一阶段任务电子系统一般是要关机的,不能进行训练。如果赶上不适合飞行的条件,也不能进行训练。然而在训练模拟器上,可以全天候、任意时间内训练。
  随着“玻璃座舱”技术的普及,飞行训练模拟器的主要操作就是对玻璃座舱中仪表的操作。传统的飞机座舱内,视野不够宽广。后来发展的新型飞机,增加了驾驶舱玻璃的面积,扩展了驾驶员的视野,并通过平面数字化综合显示仪表,使驾驶员能更全面、准确地了解飞机状态,传统的机械仪表的指针式显示正在消失,像伊尔-76飞机的领航员舱(即前机身下部的突起部分,为领航员的独立舱室)已不再需要,因为领航员可以和驾驶 舱的正副驾驶员一起,通过数字化仪表观察。实际上,平面数字化综合显示仪表已成为玻璃座舱的标志。
  训练模拟器所使用的计算机、软件和人机界面必须和实际飞机上的一模一样。只是由于需要对场景进行控制(包括教员控制软件以及在显控台终端上选择场景的软件),在任务训练模拟器中还需要多增加一些计算机或是应用软件,例如要包括与真实预警机所配备的任务电子设备相似的模拟器,如雷达、电子侦察、通信模拟器等。包括预警机的地面站模拟器,以最大限度地模拟真实情况和进行完整的训练。
  
  预警机作战数据库的“产床”
  
  凡事预则立,不预则废。预警机和其它作战单元一样,在每次执行任务前,都要做好充分准备。作为电子设备来说,最重要的工作之一便是准备一些数据,以备作战之需。数据准备要在专门的设备上进行,准备好后把数据拷贝到u盘或移动硬盘里,再拷贝到预警机上,预警机的操作员可以在飞行过程中调用这些数据。这个为预警机准备作战用数据的“产床”,在“爱立眼”预警机中被称为“规划与报告系统(Planning and DebriefingSystem,PDS)”。那么,预警机作战前到底需要准备哪些数据呢?
  预警机作战前需要准备的数据之多超乎想像,覆盖预警机的所有电子系统。首先是这次作战区域所对应的数字地图。现代预警机所使用的数字地图已经高达30层,通过操作员的菜单,可以很方便地控制很多元素(比如说河流、城市、道路等等)显示或者不显示在显示屏上。
  在准备数字地图的同时,还要把这些区域内的一些敌情或我情加载进去。比如说,这个区域内布置了哪些雷达站,它们的威力覆盖范围是多大;有哪些高炮或导弹阵地,有哪些指挥所或者机场。以机场为例,当预警机探测到威胁飞机后,会就近选择一个我方的机场,命令一架飞机从这个机场起飞去拦截。此外,PDS系统还要把这次预警机飞行所使用的导航数据以及其它一些飞行参数数据准备出来,加载到预警机上。
  从通信系统来说,首先要规定这次上天执行任务时电台所使用的频率。以超短波电台的频率为例,这些频率不仅与预警机有关,也与其它使用超短波电台的作战单元有关。还与地面指挥所使用的频率有关。因为它们要与预警机通信。也必须使用超短波电台,频率必须在整个战区内统一规划。由于话音和数据通信都是要加密的,作战前需要准备这次用的密钥,而下一次执行任务可能就要更换为另一组。还有,预警机上有多个电台,如果有一个电台“病”了,该由哪个电台来顶班,使用哪个频率,也必须事先规划好。
  我们在前面的系列文章中介绍过,预警机的电子侦察设备在侦测到新的情报后,会把它同数据库中的已有数据进行比对。这个数据库也要在PDS中准备。此外,还要准备这次执行任务过程中。电子侦察以什么样的策略进行搜索,比如,重点“侦听”哪个区域或哪个频段。
  对于雷达来说,则需要确定在空中执行任务时使用的工作频点以及在遇到干扰时,如何更换频点,需要确定这次搜索的重点区域,也需要确定在哪个区域内不能发射雷达波(称为搜索扇区静默)。比如,在某个方位所对应的区域内可能会存在敌人的侦察设备,为避免被侦察,雷达在扫描到这个方向时停止发射,等到天线转过这个区域后,再进行发射。对于敌我识别器来说,在作战前则需要准备好这次的密码。
  此外,与飞行机组在飞行前总要制定应对各种意外的策略一样,任务机组在PDS中,也要规定好各种特殊情况的处置预案。比如说,对外的通信联系中断了怎么办。操作员显控台坏了一个怎么办,雷达出故障了怎么办等等。
  PDS系统在预警机执行完任务落地后也是有用的。在飞行过程中,像“黑匣子”会记录飞机的操作情况以及飞行员的通话一样,PDS的数据记录设备也会记下来执行作战任务过程中各个设备工作是否正常,发生了哪些故障,雷达、电子侦察、导航等各个设备获取了哪些信息,还有机上各个操作员之间的内部通话、机上操作员同战斗机或地面指挥所的通话,以及所传送的数据。这些数据都可以从预警机上卸载下来,并且输入到PDS中进行回放,以分析设备故障、进行战术演练或者补充已有的数据库。例如,对于电子侦察数据库。在预警机执行任务的过程中,ESM可能会侦察到新情报,而对应的数据可能是数据库中没有的,利用PDS可以对已有的数据库进行更新,用于以后侦察到新情报时进行比对。
  
  预警机地面工作时的“鞍前马后”
  
  与战斗机在地面检查、维护或调试时,需要大量专用保障设备“伺候”一样。预警机在地面检查或维护时,也需要借助专门的设备。
  这些专门的设备可以划分为两类:一类是针对预警机的载机本身的,另一类是针对预警机的任务电子系统的。由于预警机的载机通常都是由民航机或运输机改装而成,因此针对载机的检查、维护或调试,可以利用相应的民航机或运输机的设备。
  预警机任务系统的专用保障设备包括电源车、液压车、空调车和冷却车等等。预警机的任务系统在空中工作时。是靠发动机带动的发电机供电。在地面检查、维护或调试时,一般情况下。不可能长时间或者满功率地启动发动机,发电机也就不能工作,还需要有电源车。电源车的供电种类、品质和容量要能同机上的一致。有的设备是利用115伏/400赫兹电力工作的,有的设备是利用220伏/50赫兹工作的,还有的设备是利用28伏直流工作的。电源车都要提供。电源车一般配备柴油发电机。在有条件接入220伏市电的停机坪上,可以配备静变电源车,即不由柴油发电机产生115伏和28伏电,而由市电进行转换,这样在需要预警机长时间地面工作的情况下。可以节省油料。并且降低发电时的噪声。
  预警机的任务系统特别是雷达是电老虎,工作时发热量也非常大,而随着海拔每升高1千米,气温降低6℃,所以预警机的任务系统在空中工作时,温度非常低。以地面温度20℃为例,9 000米的巡航高度上,气温低于零下30℃,可以利用这种冷空气对雷达进行冷却。适用于雷达发射机在罩内的有源相控阵雷达情况(此时,雷达发射机实际上是收发组件)。但对于发射机位于舱内的雷达(如无源相控阵或非相控阵)来说,不能把冷空气引入有乘员的舱内。例如,空警200预警机的机背雷达罩的前端,就有一个利用强迫空气冷却雷达收发组件发热的进风口。但预警机在地面工作时,没有冷空气可以利用,需要空调车制冷。空调车在冬天或气温较低的时节,还可以对天线罩内或者舱内的设备进行升温,以满足它们正常工作的温度需要。顺便说一下,对于天线罩内的设备,由于大气温度较低。在空中执行任务时,需要引入经过发动机后的热气至罩内,对设备进行适度加热。
  对于功率更大的有源相控阵雷达来说,仅仅依靠强迫空气进入来冷却罩内 发热的收发组件,可能无法满足散热要求,因此需要采用液体冷却。例如,空警2000预警机由于配备了数量众多的收发组件,就采用了液体冷却方式。在空中飞行时,利用飞机上配备的冷却液(主要是乙二醇和水)进行冷却,而在地面雷达开机时,则利用液冷车提供的冷却液冷却。为预警机看“病”的“综合医院”
  预警机必须配备一些专用的场地、工厂或车间,对预警机发生故障的那些设备和工厂进行诊断、排故或更换,这样的设施我们称为预警机的“专科”医院。因为在这样的场地,通常只限于排除设备而不是全系统一级的故障。
  “热模台”是预警机的一个大型综合性“医院”。在这个医院里可以对预警机的故障进行会诊。而且,这个医院一般不是配置在用户那里,而是多配置在开发方那里。
  热模台的组成通常包括一套完整的任务电子系统设备。各组成部分的安装位置、连接关系都跟真实飞机上的完全一致或者相似。此外还要配备一些相应的天线、供电装置、冷却设备。或一些仿真模拟器。在产品交付用户之前,可以把需要装上飞机的设备先在热模台上试验,运行正常后再装上飞机。在产品交付用户以后。开发方通常会多生产一套设备。放置在热模台内,当用户在预警机的使用过程中反映有故障并且在现场无法排除时,可以在热模台内进行故障复现,进行后续处理。当不需要排除故障时,可以作为开发环境,在上面进行设备的进一步科研试验或者是新版软件的开发等等,甚至可以用作对用户的培训环境,训练用户操作预警机设备的能力。
  关于预警机的系列文章,到本期就全部结束了。需要说明的是,作者介绍的所有内容都只是抛砖引玉,希望有更多的读者因此而关注预警机、了解预警机,甚至在将来献身我国的预警机事业。我们也就有理由相信,这个伟大的事业必将获得长足的、更大的发展。我国自行开发的预警机必将不断领先于世界。
  (全文完)
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  《预警机——信息化战争的空中帅府》
  一书由本系列文章作者曹晨所著、该书为“电子和信息技术科普系列丛书”之一,日前已由电子工业出版社出版全书共28万字,分11章。第1章回顾了电磁波、雷达和预警机的诞生过程,并穿插了一些饶有趣味的故事。第2章至第10章涉及预警机的主要组成和主要技术,针对广大读者关心的一些技术问题(如机载雷达的“三高”技术、雷达工作波段、相控阵及其与机械扫描的比较、高中低重复频率、单脉冲、电子对抗、数据链、导航战和开放式体系结构等)进行了深入浅出的介绍,还对预警机的发展史和参战史,包括我国自行研制预警机的艰辛历程,进行了全面回顾。第11章总结了推动预警机发展的主要因素,并对预警机65年来的发展进行了划代,对预警机的未来进行了预测。
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