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航空反潜的革命性装备:详解P-8A“海神”巡逻机

发布时间:2019-06-20 16:06 来源:未知 编辑:admin

  原标题:详解P-8A“海神”新一代海上巡逻机前言为了取代服役已四十余年,维持费已几近无法忍受的P-3C,美国海军由90年代末期开始正视P-3C的替换计划,并于2000年起启动多

  为了取代服役已四十余年,维持费已几近无法忍受的P-3C,美国海军由90年代末期开始正视P-3C的替换计划,并于2000年起启动多任务海上飞机项目,经过激烈的竞争后,波音公司的P-8A在2004年6月胜出。P-8A改装自B-737-NG机体,飞行性能优越,续航力强,未来将搭配无人机建构一全时海上监视系统,提供美国海军长时间、大海域的海上情报。

  美国海军的海上侦察机由洛马(Lockheed Martin)P-3C“猎户座”(Orion)把持40余年后,新一代的波音P-8A“海神”(Poseidon) 多任务海上飞机第一架原型机(T1),终于在2008年8月12日正式和世人见面,未来由空中进行的海面监测也将有全新的面貌。美国海军作战部长克拉克(Vernon Clark)上将在2002年6月提出《21世纪海上力量》(Sea Power 21)展望,宣称未来20年到30年的美国海军建军蓝图,将集中于三个领域:

  多任务海上飞机就是“海上盾牌”的关键组成部分,它可长时间持续进行反潜和反水面战的情搜、监视和侦察,为“海上打击”部队提供最有效的支持。

  第一架P-8A原型机于2009年初移往波音公司的西雅图工厂,完成系统整合及多项测试后,2009年5月25日完成首飞。2008年8月美国海军宣布,由2010到2012年的低速率生产(Low Rate Production)期程中,将采购36架(2010年10架、2011年12架、2012年14架),第一批10架将于2012年交机,2013年具备初级战备能力(Initial Operational Capability)。预定2012年后才会开始的全速率生产(Full-Rate Produc-tion)将生产81架,每年出厂12到18架,好让P-3C能在2020年前除役。美国海军原订购108架P-8A,2009年6月16日增购9架,使采购总数达到117架。

  美国海军希望P-8A能尽快完成战备,因为P-3C的维持费很贵,若能早点除役,就能省下任务系统性能提升的经费。波音和美国海军正共同努力加快P-8A的战备脚步,包括缩减部分测试评估项目,以及提升P-8A的生产速率。P-8A为美国海军的海上侦察机队带来重大的改变。P-8A的设计重点着重于容易进行性能提升,它的速度、高度、航程性能都很优异,而且安装传感器及武器非常简易,会大幅改变未来反潜战和反水面战的面貌。

  在90年代初期时,美国海军认为只需通过延寿项目(Service Life Exten-sion Program)的执行,就能让P-3C青春永驻,因而取消了两项原定的机队更新计划:一是洛马的P-7A,它是P-3的机身加长及换装新发动机版本;另一是波音的P-3性能提升第四型(Update IV)项目。等到海军参与了90年代末期的科索沃及巴尔干半岛战争时,由于P-3C的任务太过繁重,才体认到P-3机队老化以及使用科技都已过时,操作成本已到难以忍受的程度。美国海军最初的构想是继续进行P-3C的延寿工程,让海上侦察机由2015年起开始取代P-3C。2000年初时,美国海军空中系统司令部(Air Systems Command)成立了海上侦察机办公室(Maritime Surveillance Aircraft Office),此办公室的主要任务之一,就是执行替代性分析(Analysis of Al-ternative),检讨由无人机(UAV)、新设计飞机、现役海上侦察机所构成的不同组合中,找出最符合海军需求的项目。

  海上侦察机办公室因此于2000年6月请四家国防工业公司进行专题研究,波音的题目是如何将737民航机改装成符合海军需求的多任务海上飞机;诺格(Northrop Grumman)的题目是多任务海上飞机与广域海上侦察的概念探索;雷神(Raytheon)的题目是制造现代版的P-3和EP-3飞机;洛马的题目是重新生产能服役到2040年的P-3和EP-3。2000年底四家公司缴交研究结果,由海上侦察机办公室进行广泛且深入的分析后,认为海军必须要有专业的海上侦察机,无人机不足以承担大多数的海军任务。美国海军因而在2001年初做出关键决定,既然海上侦察机不可或缺,因此取消P-3C的延寿方案,把经费用来加快多任务海上飞机项目,投入服役时间也提前到2012年。项目办公室在2002年初先行启动“零组件先进发展”(Component Advanced Development),以降低设计时间及系统发展验证阶段的风险。波音、洛马、以及英国宇航系统(BAE Sys-tems)均向海军递交零组件先进发展规划书,也都获得海军的发展合约,但英国宇航系统后来退出。海上侦察机办公室对项目有三项基本要求:

  “零组件先进发展”分为两阶段,第一阶段期程由2002年9月到2003年2月,两家公司对多任务海上飞机的需求及规格进行评估,制定出可满足需求及规格的规划方案,以及此方案的发展经费概估。海军空中系统司令部审查波音及洛马的规划方案后,原订是挑选一家执行后续的第二阶段,不过它却在2003年11月宣布波音和洛马均获得第二阶段的合约,让两家公司继续竞争。零组件先进发展第二阶段由2003年2月开始,为期13个月,期程中波音及洛马须根据海军的风险评估及第一阶段的研究结果,各自强化原先的规划方案。2004年初零组件先进发展第二阶段届期后,洛马响应给海军的是一架根据P-3原设计,但搭配新座舱及新发动机的飞机;波音则是以B-737客机做为海上侦察机的载台。

  美国海军此时所构想的多任务海上飞机,是一架大型的陆基型(land-based)飞机,根据机上不同的筹载,计有取代P-3C的搜索与攻击型,以及取代EP-3E“白羊座2”型(Aries II)的侦察与情报型,分别担负巡逻、情报搜集、战场管理的任务。海上侦察机的典型任务为在离基地2200公里的海面上,执行最少4小时的搜索与巡逻,B-737原设计为一短程商务客机,无法满足此种任务对筹载、航程的需求,另外它只有两具发动机,海军担心恐怕对海上低空巡逻任务的飞行动作会力不从心。不过,最新推出的新一代B-737-800重载型(Increased Gross Weight)性能已非昔日的吴下阿蒙,B-737服役生涯中的可靠度超过百分之九十九,意思是在每100次飞行中,因飞机本身因素而延误15分钟以上起飞的次数,不到1次;而它的燃油携带量及耗油率也俱佳,由CFM国际公司提供的CMF56-7发动机推力大,可靠度极佳,这也是B-737空中预警机使用的同一型发动机,单发推力27,300磅,在各型飞机上的累积使用总时数已超过3,000万飞行小时,每百万飞行小时的飞行中发动机失效比率小于万分之四,因而虽然只有两具发动机,仍获得美国联邦航空总署(FAA)允许的越洋飞行。例如B-737-700是德国航空公司飞越大西洋的定期大众运输客机,最大航程超过11,500公里。

  在2002年末,波音派遣一架公司的B-737-700到美国海军巡逻机中队,进行一系列的巡逻任务飞行动作展示,譬如:巡逻机通常在60米高度抛投声纳浮标,高度越低,飞机收到声纳传回讯号时,所飞越的距离就越短,一旦发现敌踪就能尽快转弯飞回目标上空发动攻击,要转弯时飞机得把速度放慢,机身侧倾60度。在展示飞行中,海军飞行员担任机长,波音飞行员担任副机长,当飞机转弯时,副机长把一具发动机的油门拉回到慢车的位置,仿真发动机失效的情况,由剩下的一具发动机负责把飞机拉平。展示飞行显示即使是在满载的情况下,737单靠一具发动机的爬升速率,也会比四发动机的P-3来得快。波音在完成展示飞行后表示︰B-737的机体、发动机、飞行甲板、空电组合已通过实际验证,即使抬头显示器也通过商用飞机的使用认证。相形之下,洛马的飞机是在1950年代的机体上安装新发动机及新空电,并未有实际验证。波音固然为全球民航业巨子,但它在军机方面也有丰富的经验,譬如全球颇负盛名的E-3空中预警机,就是波音的作品。当海上侦察机项目公布由波音赢得发展合约时,该公司早已为澳大利亚开发同样以B-737为载台的E-7A“楔尾”(Wedgetail)空中预警机,海上侦察机所需的一些特定装备,如:升级版发电机系统、空中加油装置、“指向性红外线对抗系统”(Directional Infra-Red Countermeasures,DIRCM),都取材自澳E-7A项目。

  波音737海上侦察机虽然较P-3大且重,但操作成本反而较便宜,最大的原因来自机体的后勤维修成本,B-737在世界各地都有营运,随处均可获得维修支持。波音且完成一系列的取舍研究,以决定如何将737-800改装成最佳的海上侦察机,譬如把内置式武器舱摆在后机身,降低的风阻就足以弥补因之而增加的重量。而且波音从777系列开始,商务客机均采用全数字设计与制造,使用最新式的生产线-NG也是如此,提高了项目进展的便利程度。波音原打算遵循以往737空中预警机及KC-767空中加油机的方式,先在华盛顿州的兰顿(Renton)商务机生产线-NG的机体制造后,再飞到威奇塔(Wichita)工厂进行改装,这种方式非常没效率,基本上就等于把飞机组装、拆散、再组装,美国海军提醒波音这对该公司的竞标会有不利的影响,波音因此在最后一刻毅然决定在兰顿专设海上侦察机的生产线日,美国海军比较波音与洛马两家公司规划案在技术、管理、经费、时程等方面的差异后,根据“最有利标”(best value)的精神宣布由波音赢得总金额39亿美元的系统发展验证(System Develop-ment and Demonstration)合约,内容涵盖全本的飞机设计发展,包括机上所有的任务系统、机体结构修改、飞控软件、后勤支持、教育训练等,并制造5架全尺寸原型机和2架生产型飞机,原型机中3架(T-1到T-3)执行飞行试验(T-1负责适航性(Airworthi-ness)飞试、T-2负责任务系统飞试、T-3负责武器系统飞试),一架(S-1)执行静力试验(Static Test),一架(S-2)执行疲劳试验(Fatigue Test)。2004年9月美国海军举行系统需求审查(System Requirements Review),确定波音确实了解合约需求。

  2004年10月波音执行十六分之一比例模型低速风洞吹试,接着是12月在美国航天总署艾姆斯研究中心(Ames Research Center)11英尺长的高速风洞中,对千分之六十二比例模型进行吹试,2005年4月完成1,300小时测试,737翼尖原本的垂直小翼,根据吹试结果修改成类似777的后掠小翼,以便于较容易除去积冰。美国海军在2005年3月22日将海上侦察机赋予P-8A编号,2005年11月4日完成初步设计审查(Preliminary Design Review),确定P-8A可开始进行细部设计;2007年6月15日完成关键设计审查(Critical Design Review),确定已有足够的细部设计让P-8A开始进行生产;2007年1月9日命名为“海神”。第一架原型机(T-1)于2008年8月12日出厂,第一架生产型机于2009年7月30日的隆重仪式中正式交给美国海军。T-1机与T-2机分别于2009年10月及2010年6月开始进行飞试,T-3机于2010年7月29日展开试飞。

  波音是多任务海上飞机的主合约商,也负责开发关键空电装备,包括任务计算机和音频处理器。在尚未赢得系统发展验证合约前的2003年11月,波音就已经和四家航天工业公司针对各关键项目合组开发团队:与CFM国际公司(CFM International)合组发动机团队;与雷神合组雷达团队;与诺格合组光电/红外线传感器、方向性红外线对抗系统、电子支持措施系统团队;与史密斯航天(Smith Aerospace)合组飞行管理与外挂载管理系统团队。2005年7月波音与雷神正式签署雷达发展合约,雷神根据为P-3C反水面战改良方案(AsuW Improvement Program)大幅度改良现役APS-137雷达的经验,为P-8A开发出AN/APY-10新雷达,2006年2月雷神交出两具原型雷达。

  在美国国防部的联合电子型号命名系统(The Joint Electronics Type Des-ignation System,JETDS)中,A代表安装在有人驾驶飞机上的装备,P代表雷达,S代表探测和搜索,而Y则代表监视和控制,由型号的改变具体反映出P-8A任务的扩展。AN/APY-10针对不同的任务及目标,具备下述六种工作模式︰

  用于静止目标、地面区域、海岸线、海面环境的实时(Real-Time)图像。这种模式可调整解析度,低解析度用在实时地形绘图,高解析度用在小型目标确定与损伤评估。

  用于远距离外,对海面或地面目标进行辨认及实时显像。特别适合搜索、辨认岸边小而快速移动的船艇。

  海洋的浅水区域常有许多小雷达截面积的物体漂浮在水面上,其中有可能是柴油潜艇的潜望镜,现役的APS-137雷达无法辨识别该物体,因此AN/APY-10雷达还有一项很重要的改良,就是“自动化雷达潜望镜探测识别”(Automatic Radar Periscope Detection and Discrimination)系统,由雷神和美国海军研究院(National Research Laboratory)共同开发,经验证即便是潜望镜短暂地伸出水面,它也能在3,000个目标中成功地找到。

  MADP-8A的探测装备中有AN/ASQ-508“先进整合式磁异常探测”(Advanced Integrated Magnetic Anomaly Detection)系统,由加拿大的CAE公司提供。美国海军曾资助许多科技项目开发这种系统,但加拿大这家本业为训练及模拟的小公司,由于长期参与加国的海王式(Sea King)直升机项目,在磁性空测仪领域建立了领导地位。加拿大的ESM科技(ESM Technologies)公司则提供eNfusion HSD-400高速卫星资料终端机,此装备为商用现货,供商务客机及民航机使用,它连接国际海上卫星组织的卫星群及其通讯网络,提供P-8A及美国国防部网络速率达每秒3MB的双向影像及语音传输。

  P-8A可携带美国海军全系列声纳浮标,包括可攻击AIP潜艇的“延迟回声距离”(Ex-tended Echo Ranging)新型声纳,这种声纳应用火药爆炸后的声波去撞击潜艇并估计距离,未来还有主动式电子浮标,可进行多重声波撞击;美国海军也考虑在声纳浮标上安装全球定位系统(GPS)接收机,以提升探测精度。

  P-8A共可携带120具的声纳浮标,相较之下,P-3C只能携带84具,更重要的是P-8A使用声纳浮标非常有弹性,并能实时反应。P-8A机上有3具十联装浮标投掷器,可在飞行中随时装卸浮标,因此机上随时有30具不同种类的浮标可供应用。武器挂载P-8A可装载多种武器,包括一系列的精确导向炸弹。P-8A后机身长的武器舱内有5个挂弹位,总载弹量5.6吨;前机身机腹有两个外挂点,各能载重658公斤,可携带联合制导攻击炸弹(JDAM)和联合远距炸弹(Joint Stand-Off Weapon);两翼下方共4个外挂点,各能载重1,360公斤,可携带远距攻地增强反应(Stand-off Land-Attack Missile-Expanded Response)巡航炸弹。P-8A初期携带现役制式武器,包括:MK-54轻重量鱼雷、远距攻地增强反应巡航炸弹、水雷、联合系列(J-series)的制导炸弹,以后所携带的鱼雷或水雷会有飞行翼面及制导装置。目前洛马正在研发一型可装于鱼雷上的飞行翼面,称为高高度反潜战武器概念(High Altitude ASW Weapon Concept),它的长射(Long-Shot)翼面转接器上内置全球定位接收机,MK-54装上此飞行翼面后,P-8A不需降低飞行高度到1,000米下,且无需靠近目标就能投掷MK-54,MK-54滑翔飞行到低空靠近目标时,再依照一般方式以降落伞减速钻入海中。

  由于飞机不再需要因为接战目标而时常变换飞行高度,不但减轻机体所受的疲劳,也能省下不少的燃油,进而提升飞机的航程。P-8A很容易增添新传感器或新武器,原因是它的机体很宽大,且空电系统采用开放架构。美国海军和波音的合约中,定义所谓的“开放架构”是指新传感器的软、硬件需求必须对所有的供货商公开,且波音并未拥有P-8A软件的知识产权,意思是如果诺格要为P-8A发展新雷达,它可以全权使用P-8A的任务软件,在现有的计算机系统架构下,为新雷达设计驱动软件。在P-8A未来的服役生涯中,也会有一系列的性能提升项目。

  在美国海军的规划中,P-8A会搭配一种无人化的“广域海上监视系统”,该系统会长时间在海上飞航,借由搭载的水面搜索雷达、光电/红外线显像系统、电子支持措施传感器,探测、分辨海上目标,执行持久的大范围情报、监视及侦察(ISR)任务,而P-8A则专心于反潜任务,二者构成一“海上巡逻搜索机队”(Maritime Patrol and Reconnaissance Force),与其他的侦察载台共同合作,为预备进入作战或作战中的航空母舰战斗群,提供持续的海上情势讯息。广域海上监视系统不携带武器,P-8A则携带武器。

  美国海军继2000年请诺格完成广域海上侦察的概念探索后,于2003年3月以一架NP-3C和一架空气光(Aerolight)低成本无人机,模拟验证P-8A与广域海上监视系统间的作业情形。NP-3C机组人员以雷达追踪到一艘海岸警卫队(Coast Guard)的船舰后,导引无人机飞近拍摄影像,再以数据链传回给NP-3C。未来的P-8A在执行任务时,也会依照同样的模式,因此不需冒险进入敌方炮火范围内,就能正确地确定目标。2003年美国海军向诺格采购两架RQ-4A全球鹰(Global Hawk),分别在2004年底及2005年初交机后,装上各种海上传感器进行飞试,目的在建构及精进高空长续航力无人机与有人飞机间的作战使用观念,让广域海上侦察项目的进度能加快脚步。

  作战方式改变就作战应用层面而言,美国海军仍在探讨改用高高度飞行反潜机、远程武器以及传感器后,对反潜战术会带来何种的改变,目前至少确定改用P-8A后,会根本地改变海上侦察机的操作模式。现役的P-3机队因为特殊的机体及发动机,需要特定的维修人员及装备支持,因此得有多处的海外基地,如:西班牙的罗塔(Rota)、冰岛的克福拉维克(Keflavic)、意大利的西格诺拉(Sigonella)。P-8A就比较简单,美国海军打算把这架飞机的机体及发动机维修,外包给使用737的航空公司及工程维修场站,美国海军的维修人员因此可由现在的4,400人,降到最后一架P-3除役时的900人,而且也不需要大型的专属维修基地,海上侦察机组人员不必浪费时间紧盯着维修人员。

  另一项重大的改变是大幅度应用无人机,在美国海军的规划中,未来的海上监视机队,将是有人机、无人机的混编搭配。美国海军于2009年11月以2,750万美元的合约金额,要求波音进行由P-8A上操作“磁鹰”(MagEagle Compressed Carriage)折叠无人机的研究,该无人机的滞空时间为14到24小时,巡航时速80节,最高时速115节,没有武装,它的机翼、飞控翼面、以及螺旋桨都可以向内折叠,放置于P-8A的机腹武器舱内或外挂于机翼下,由P-8A发射后专责对海面可疑目标进行定位及追踪,任务完毕降落于航空母舰或地面基地。搭配无人机后,不但可以提高P-8A的侦察距离及成效,P-8A也因此不必时而爬升、时而低飞去追踪目标,减轻飞机结构的疲劳损伤,延长飞机的服役寿命。

  交付和外销美国海军目前订购了122架P-8A,截至2018年6月,波音已经交付了93架,美国海军计划使用这122架P-8A“海神”再搭配70架MQ-4C“海神之子”无人机完全取代P-3“猎户座”。外销方面,印度海军订购了12架P-8A的印度版本“P-8I”,目前已经交付8架;皇家澳大利亚空军也订购了12架,目前已交付2架;皇家新西兰空军订购了4架,预计2022年开始交付;英国皇家空军订购了9架,预计2022年开始交付;挪威空军订购了5架,预计2023年开始交付。此外,马来西亚、韩国、意大利和加拿大目前也在考虑引进P-8A。

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