美军研发预警机鼻祖的初衷 为阻止日军神风自杀攻击
二战末期美国海军发展了用来进行通讯中继的雷达系统,但却因为日本海军疯狂的神风行动而专职成为雷达警戒机,这一被迫改变却成就了预警机这个机种,如今预警机已成为大国空军的必备力量倍增器。
预警机已经是现代战争必不可少的装备
海战之中,更远的射程,更大的发现距离,一直是各个海军强国孜孜不倦的追求。随着大口径舰炮以及后来航母的服役。海战中的火力投送距离越来越远,但是有限发现距离却未能相匹配的成比例增长。
在进入航空时代前,海战观测全靠船员肉眼,军舰都设有高高的瞭望台。
在使用侦察机之前,海军编队作战的战场侦查工作通常依靠速度快,机动灵活的中小型舰艇前出搜索。可以说航空手段的加入使得索敌距离大大增加了,但是少量的侦察机很难搜索大面积的海域。航母加入舰队后,一定程度上改善了侦查的困境。航母可以携带更为大型的侦察机(航母常常使用鱼雷轰炸机这类多成员飞机执行侦查任务),在执行侦查任务时派遣更多批次的飞行编队。不过即使是在使用多批次侦察编队的情况下,最终的搜索工具仍然是飞行员的肉眼,侦查效率并未得到实质性改变。要想在茫茫大海中准确锁定敌方主力编队动向,很多时候还是要靠运气,中途岛战役中美日双方航母编队的表现就是很好的例子。
鱼雷攻击机和舰载轰炸机这类多乘员飞机是远程侦查搜索的主力。
相比进攻中的搜索,航母编队在面对空袭的形势更加不容乐观。如果说进攻中的侦查是险象环生,那么防御端就是九死一生了。二战中多次海战都已证明,水面舰艇编队在敌航空兵接近发起攻击前都很难在有效距离上发现对方,无论是藏在云层之中的轰炸机,还是掠海突击的鱼雷机。
二战中期开始普及的舰载雷达一定程度上解决了复杂气象条件下信息获取的问题,但即便是安装在战列舰桅杆顶端的搜索雷达对空搜索距离也仅有数十海里,对低空目标的有效探测距离仅有十海里。在面对常规目标时,雷达的作用还是很有效的,不过在太平洋战争末期,一种非常规的特殊武器被投入使用--人操自杀飞机。
掠海袭来的零战,神风攻击让人防不胜防。
战争中打红眼的飞行员架机撞击敌舰的行为并非个例,但是将其作为战术有计划有组织投入使用的也仅有旧日本海军了。一开始投入神风作战的主要是低空性能较好的零式系列战斗机,但是后期日军又专门发展了火箭动力的专用自杀机。低空突防的人操自杀飞机无论是速度还是机动性都远超慢慢吞吞的鱼雷机,有人操控的特性又使得攻击变得更为精准可怕,其战术特点已经颇为接近后世的反舰导弹了。虽然“神风”攻击很难称得上是高效的战术,但在客观上给美英舰队带来了大量伤亡。
樱花自杀机可以称得上是人操反舰导弹了
依靠防空炮的被动防御实在是下策,唯有通过改善侦查手段,将这些不要命的“人弹”挡在编队空域之外才是上策。而以TBM-3W雷达警戒机为核心的早期空中预警系统出现,打破了以上攻防两端的侦查困局,刺穿了海战中的迷雾,正式拉开了预警机发展的序幕。
TBM-3W可以说是应运而生
最早将雷达装上飞机的其实是英国人,英国人在30年代就将一部功率为100W的雷达搬上阿芙罗 安森轻型运输机进行了测试,虽然结果令人振奋,但项目未能延续下去。早期的雷达设备笨重、操作复杂,往往需要大量的电子辅助设备、冷却系统和维护设施,而且受海面背景反射杂波影响,第一代机载雷达对水面舰艇的探测能力不佳。所有上述因素都在很大程度上阻碍了空中搜索雷达技术的发展,直到战争末期才得到了突破性进展。
阿芙罗 安森多用途飞机,集轰炸、运输、训练、空投为一体。
虽然英国人在技术创新方面走在了前面,但是空中早期预警的概念却是美国人提出来的。1942年春,美国海军舰队总司令恩内斯特。金上将要求美国科学研究与发展局(OSRD)下属的国防研究委员会(NDRC)开发一种雷达中继系统,确保舰队指挥官们更有效的传递战场情报和信息,以便舰队指挥官们更好的理解和应对针对水面编队的威胁,更好的掌握战场态势。第一代雷达中继系统NA-112于1942年6月由美国麻省理工学院辐射实验室(MIT-RL)开发完成。该雷达中继链路的设计思想是将不同的水面舰艇获取的雷达信号图象进行共享分析。此后这种系统进行了长时间的研究与发展,但由于技术难度太大,进展非常缓慢。1944年初,海军航空部决定把研究重点从雷达信息共享技术转移到研制适合机载的空中早期预警雷达上来。这一决定构成了美国海军日后开发空中早期预警系统(AEW)的基石。
安装了雷达天线的安森轰炸机
1944年2月,MIT-LR开始发展代号为NA-178的高功率机载雷达系统。1945年2月,该项目更名为“凯迪拉克”(缅因州的Cadillac山脉,很多早期航空试验在此进行)计划。为了验证雷达系统的工作,MIT-RL在美国海军现役飞机中寻找适合作为试验平台的机型。首个入选的机型就是美国海军TBM-3“复仇者”鱼雷攻击机。
TBM-3W结构透视图
为什么是TBM?
TBM“复仇者”是由美国通用汽车公司生产的三座舰载鱼雷攻击机(原为格鲁曼公司研制的TBF,由于生产任务原因转由通用汽车生产,并改名为TBM),TBM系列产量巨大且经历了战争的考验,是当时美海军现役并广泛使用的舰载机中最大最重的之一。TBM-3是该系列中生产数量最大的子型号,TBM-3安装一台R-2600-20发动机,两翼可安装抛弃油箱或者火箭弹,其宽敞的内部空间方便容纳体积较大的雷达设备。
TBF/TBM是二战中最成功的的鱼雷轰炸机
NA-178项目的机载雷达系统最终被定型为AN/APS-20。该系统采用S波段雷达,天线直径2.4米,系统全重680kg,可进行360°扫描,垂直方向为±15度。早期的APS-20雷达以10厘米波和2微秒脉冲工作,峰值功率达0.8~1KW。
一代神机AN/APS-20预警雷达
早在载机改装工作尚未完成前,包括APS-20雷达在内的机载设备就在缅因州的凯迪拉克附近展开了一系列测试工作。1944年8月,TBM-3W警戒机在波士顿投入了机场测试,10月进行了雷达全尺寸模型飞行模拟测试,首架量产型飞机于1945年3月交付。作为开创性的军用飞机,TBM-3W仅用了13个月就完成交付,这即使是在战争期间也称得上是奇迹,这不仅显示出美方深厚的技术底蕴,也充分体现出美军的急迫性。
地面机场的TBM-3W
TBM-3W与TBM的主体结构基本相同,两者在外观上的最大区别就是TBM-3W在机身下主起落架之间、原机身弹舱的前部安装了大尺寸的电介质雷达天线罩。除此之外,技术人员还拆卸了所有的武器,为了保持航向稳定性,在水平安定面两边各安装1个辅助垂直面形成三垂尾布局。
TBM-3W最大的外形特点就是机腹的雷达罩和三垂尾
TBM-3W在海况良好时可在120千米距离上搜索到150米高度的低空目标,对大型战舰的探测距离为320千米。早期装备的AN/APS-20雷达抗背景杂波干扰的能力非常有限,在海况恶劣和有岛屿干扰的情况下难以分辨出有效的雷达信号,机载雷达无法正常探测目标。根据实践证明,航空母舰编队在装备TBM-3W后对低空飞行海上目标的探测距离相比舰载雷达提高了近2倍,对于空中编队的探测距离提高了2至4倍,对海面目标的探测距离则提高了至少6倍!并且还可以通过舰载指挥系统为带机载截击雷达的F6F-5N、F4U-5N等夜间战斗机提供目标指示,使全天候拦截效率得到明显提高。
TBM-3W上的AN/APS-20搜索雷达
虽然使用上还有着种种缺陷,自动化程度也很低,且不具备直接引导战斗机的能力,作战使用中也很少远离航母编队执行攻击任务,但是以TBM-3W为核心的美国海军早期空中预警系统已经是冠绝时代的存在,AN/APS-20雷达更是一代神机,在升级改进后一直用到上世纪90年代才退役。
英国在引进AD系列雷达警戒机后,利用塘鹅反潜机研制了自己的舰载预警机塘鹅。AEW
虽然抢在战争结束前交付美军海航,由于正式服役时间较晚,TBM-3W没能在二战中一展身手。直到1948年7月6日,首批两支航母舰载预警机中队才正式组建,其中VAW-1中队驻扎在圣迭戈,VAW-2中队则位于弗吉尼亚的诺福克。战后美国海军又对AN/APS-20雷达系统进行了改进,使其具备了搜索潜艇通气管的能力(良好海况下30公里),进行相关升级的TBM-3W改称为TBM-3W2,并从1951年开始服役,早期交付的TBM-3W随后都进行了升级。50年代的巅峰期美国海军一度拥有156架TBM-3W2雷达警戒机并使用到1956年才退役。
TBM-3W2战后转职为反潜巡逻机,和同门兄弟TBM-3S系列反潜机一道猎杀水下目标
TBM-3W/2不但为美国海军航空兵服务,也曾在战后出口到多个国家服役。其中加拿大在1952年采购8架,荷兰在1953年采购24架,日本海上自卫队在1954年采购10架,法国也曾使用过TBM-3W2,具体数量不明。
荷兰人的TBM-3W,配给自家的卡雷尔·多尔曼号航母
“凯迪拉克”计划发展成功后,美国海军接着展开“凯迪拉克二号”计划和OP/V26/F42-1计划。该计划的成果有PB-1W预警机,AF-2W“卫士”舰载雷达警戒机,AD-3W/4W/5W舰载雷达警戒机,HR2S-1W预警直升机,P2V-4/5/7海上巡逻机。这些机型虽然仅有部分型号进入军队服役,但是作为美国海军的早期探索,为之后的舰载早期预警系统打下了坚实的基础。(作者署名:啮花熊)