身為國產“大飛機三劍客”之一,AG600究竟能否成為反潛機?

近期,有關國產AG600“鯤龍”水陸兩棲飛機的消息似乎少瞭一些,但這依然不妨礙我們對其進行分析研究。一年半前的2017年12月24日,央視直播瞭我國自主研發的AG600“鯤龍”大型水陸兩棲飛機首飛,這是繼運-20、C-919之後的國產第3款大型飛機項目首飛。一年半後的今天,我們或應嚴肅面對一系列奇怪的問題,軍方在反潛方面是否對該機有需求?AG600到底能不能反潛?其17架意向訂單中是否包含軍方的訂單?

身為國產“大飛機三劍客”之一,AG600究竟能否成為反潛機?

不得不承認的一點是,各國現役水上飛機力有兼職反潛的嗎?其實真沒有……日本US-1A/2的功能是水上搜救,消防版本沒推銷出去,反潛則是其前輩PS-1停留在紙面設計的功能。俄羅斯發展中的別-200的功能是滅火和水上救援。加拿大的水上飛機普遍偏小,主要用途是滅火兼顧搜救。我國最早的水上反潛飛機是改裝自別-6的青-6,因為性能不滿足要求,改裝後被迅速放棄。之後我國自行研制瞭水轟-5型水上反潛機,並在此基礎上改裝瞭森林滅火機等機型,還曾改裝測試過一些其它用途,如導彈發射、轟炸等,它已經是唯一一種兼顧反潛任務的水上飛機瞭。

水上飛機反潛能力輝煌的年代是在二戰,也僅僅是作為輔助機型,主力已然是長航程的陸基反潛機。作為一種基本消失的機型,回顧過多的水上反潛機歷史並無意義。下面通過分析反潛飛機的需求,探尋一下為何全球都不再單獨發展水上飛機作為反潛機。

身為國產“大飛機三劍客”之一,AG600究竟能否成為反潛機?

在中航工業的宣傳材料中,AG600的定位是大型滅火/水上搜集機

反潛機的獨特需求

反潛這個老大難問題不僅僅在我國長期存在,而且是全球難題,這是鐵一般的事實。號稱全球反潛能力第一的日本有上百架P-3C反潛機,也無法確保其領海內沒有不明潛艇。世界頭號海軍強國美國也在演習中發現,哪怕是老舊型號的潛艇成功滲透、突入航母編隊的核心防禦圈也不是一次兩次瞭。面對水下防禦問題,各海洋大國都不惜代價研發反潛機,采用成熟的飛機平臺進行改裝,以增強反潛能力、彌補防禦的短板。但無一例外的是,這些型號都采用瞭陸基飛機平臺,而不是海基或水上飛機平臺。

反潛機的使用特點比較獨特,當前潛艇性能不斷增進,但反潛戰術卻未能有效提升,因此要當一隻“擅抓老鼠的好貓”也越來越難。一般來說,反潛機要求航程遠、滯空時間長,裝備多種搜潛設備和反潛武器,具有很強的反潛作戰能力,可以作為戰役、戰術反潛兵力實施作戰行動。其擔負的主要任務包括日常巡邏反潛、關鍵地區檢查反潛、應急應召反潛和艦機協同聯合反潛。從遂行任務的過程看,其反潛任務可以歸結為應召反潛和反潛巡邏兩類,前者是從其它途徑獲得對方潛艇活動的大致位置和時間,反潛機奉命快速飛抵目標區域進行搜索和攻擊;後者是在指定海域和重要航道內,用多種搜索手段反復進行檢查和監視,為戰鬥艦艇編隊、登陸艦艇編隊、己方潛艇出航和大型運輸船隊的安全出航實施巡邏警戒。反潛機發現可疑目標後完成識別確認,或向指揮所報告敵情,或直接進行警告性的攻擊予以驅離。

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因此,反潛機的任務需求非常明確。首先要能夠快速抵達目標巡邏區域,對海面和水下目標進行搜索,典型的工作情況是飛到距離基地800公裡外的海域,並在該海域逗留幾個小時執行搜索任務,然後返回基地,並有足夠的剩餘燃料遂行惡劣天氣下的轉場降落任務。反潛機早期任務較為簡單,主要是聲吶與雷達結合進行搜索,而後用深水炸彈進行攻擊。隨著反潛設備性能的提高,制導魚雷等高科技裝備的使用,目前發展為自動化搜索和制導化攻擊,反潛機已成為高度綜合化的反潛控制平臺。其典型作戰方式是高空大速度出航,在目標區低空低速巡邏,完成任務後高空大速度返航。為滿足上述要求,岸基巡邏機發展方向是出航高度6000~12000米,盡可能與民航機的高度速度保持一致,以迷惑對方的偵察預警體系。抵達目標區後,迅速下降高度到幾百米,躲避對方預警雷達的探測,同時用搜潛設備進行搜索。轉入攻擊時在更低的高度上投放彈藥,縮短攻擊時間,盡可能壓縮對方潛艇的反應時間,獲得更高的攻擊效率。

這種對飛行性能非常矛盾的需求,造成反潛機設計上困難重重。而且其需求量較小,單獨研制一個平臺的成本高昂,所以全球單獨研制反潛機的國傢寥寥無幾,大都在已有平臺上進行改裝。目前現役的比較著名的反潛機包括美國P-3C、P-8A,日本在研的P-1,英國的“獵迷”MK4,俄羅斯的伊爾-38,以及曝光不久的國產運-8系列平臺為基礎改裝的反潛機。

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外形頗為奇特的獵迷Mk4反潛機

飛機平臺的改裝限制

反潛機的任務貌似與普通對地飛機的任務差不多,實際有很大不同。反潛機的第一任務是搜索水面和水下目標,因此需要較長時間維持超低空飛行,時長甚至超過任務時長的一半。搜索高度多數在100米左右,轉入攻擊時的飛行高度一般僅為60米,遠低於普通對地攻擊飛機。反潛機的任務系統與其它飛機也有很大差別,主要體現在兩方面:

第一個是搜潛系統。為瞭對付處於不同航行狀態,主要是水面航行狀態和工作深度潛行的潛艇,反潛機擁有多種不同的搜索手段,對潛艇進行搜索和定位。對此分別發展出兩類搜潛系統,對水面進行監測的搜潛系統主要設備是對海搜索雷達、紅外/電視搜索儀、無線電偵察系統和目視觀測窗,主要用於對處於水面航行狀態、半潛狀態、潛望深度航行狀態潛艇進行搜索。大多數潛艇尤其是常規潛艇,必須定期浮出水面進行充電和換氣,即使是在戰鬥期間,其海面暴露率也在25%左右,而且普遍需要長時間的充電才能維持水下航行,所以此類搜潛系統作用比人們通常認為的大得多。

第二類是用於搜索水下潛艇的搜潛系統,主要是聲吶浮標定位裝置和磁探儀。聲吶浮標定位裝置分為兩種,普遍使用的被動定位浮標能把水中潛艇發出的噪音變成無線電信號,自動發送給飛機,從而通過三角定位原理大致推算出潛艇的相對位置,然後反潛機飛臨相關水域,用磁探儀進行詳細的搜索。

另一個特殊的任務系統是自衛與攻擊系統。自衛系統主要包括雷達告警、紫外線導彈逼近告警、箔條/紅外誘餌,攻擊武器包括魚雷、普通炸彈、深水炸彈、水雷、火箭等。

岸基反潛機外形尺寸大、機體大、機身內部可利用的空間大,機載設備齊全,裝載的反潛搜索設備和武器種類多,搜索能力和攻擊能力強。而為瞭達成這一目標,陸基飛機改裝反潛機有一些特殊要求,不是什麼飛機都適合作為反潛機平臺的。反潛機特殊的改裝需求主要包括以下幾個:

一是高低空矛盾問題。改裝成反潛機後,其作戰使用環境的特殊要求決定瞭飛機的飛行環境有特殊而矛盾的需求,即要兼顧高低空性能。出航時能高空高速出航,盡快抵達目標區域。抵達後長時間在低空甚至超低空巡邏,進行反潛搜索定位與攻擊。

二是天線問題。出於滿足作戰任務需求的考慮,反潛機要安裝多種類型的天線和傳感器,而且多數具有獨特的、不符合氣動要求的外形。一般來說,前機身或者機頭部位要安裝對海搜索雷達,下部要安裝紅外/光電轉塔或觀察窗。中部機身要承載武器艙或者聲吶浮標投放窗口,機身尾部還要增加一個長達數米的磁探儀延伸桿,有的還在垂尾端部增加外伸的部件來輔助探測。此外還可能要在外部加掛多種反潛武器,為此需增加機翼掛架。飛機內部不但要安裝大量的電子設備,還要在特殊位置安裝需要投放的搜潛設備。在追求阻力最低的年代,為此不得不設計一些內置的武器艙,以安裝需投放的反潛武器。

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被國內軍迷戲稱為“頭頂麻將桌”的伊爾-38反潛機

因此在對運輸機或客機進行的特種飛機改裝中,反潛機的改裝難度是最大的。按照公開資料,在對某基本型飛機進行特種機改裝的風洞模擬數據表明,不同類型改裝後對氣動特性的影響是非常明顯的。武器外掛的反潛機氣動阻力會急劇增加,有時甚至會超過載機自身的阻力,從而嚴重影響飛行性能。

身為國產“大飛機三劍客”之一,AG600究竟能否成為反潛機?

其它改裝要求

飛機改裝不僅要看平臺自身的氣動和飛行性能,還要考慮很多技術細節。例如蘇聯伊爾-18客機改裝成伊爾-38反潛機時,需要加裝的主要任務設備是搜索探測系統,其被稱為“金雕”系統,主要包括搜索雷達、無線電探測與定位裝置(ESM)、電子對抗裝置(ECM)、與水面艦艇協同作戰所需的通信和導航裝置、磁異常探測裝置、自動導航設備、無線電羅盤、高精度的無線電高度表及各種通信設備、敵我識別設備,此外還包括武器系統,包括聲吶浮標、魚雷、深水炸彈、水雷、深水核彈等。

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P-1反潛機

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P-1反潛機頭部分琳瑯滿目的各種天線

涉及到載機本身的更改包括:加長機身,在機翼大梁的前後機身地板上增加兩個武器艙;機翼遷移以調整飛機重心,滿足加長機身和增加武器艙的後的全機重心要求;在前機身下部增加搜索雷達的橢圓形天線;在機身尾部增加磁異常探測器,長度約4米;機頭安裝氣象雷達;換裝動力裝置,改用AI-20M渦輪螺旋槳發動機;加長背鰭以安裝天線。

為瞭滿足新機的重心要求,還要對飛機的重量和重心進行重新校核,調整翼面的位置來滿足穩定性的要求;根據飛機自身結構的設計特點,計算飛機各個部分的承載能力;預估飛機上安裝的各個系統和設備的重量,對飛機進行裝置和重量計算,確保改裝後的飛機的載荷、重量和重心控制在允許范圍內;對飛機的強度和剛度進行分析,對部分部位進行補強和改裝,以滿足安全性要求。

此外一個不可忽視的重點,是飛機供電系統的設計和改裝工作。客機和運輸機的電力需求較少,因為飛機上並沒有太多耗電量巨大的專用設備,因此其發電和配電系統一般不會有太多的儲備餘量。改裝成反潛機後,原有飛機平臺的發電量一般都不能滿足需求,為此需要加大發動機所驅動的交流/直流發電機的供電能力,於是,一些比較簡單的改裝方式就出現瞭。仔細觀察很多現役型號的反潛機,在發動機部位都會發現一些不太顯眼的突起,例如P-8A的發動機雖然采用的是與民航客機相同的發動機,但其驅動的發電機明顯大瞭一圈,迫使發動機整流罩出現明顯凸起。在發電機的工作能力滿足不瞭需求的情況下,有些飛機上配置的應急發電裝置(APU)也可以加入工作,並網發電以保證電力供應。

發電機發出來的電在設備使用後,大部分轉化為熱能,於是出現瞭新問題——飛機整機的熱管理。雖然客機和運輸機普遍配備瞭空調系統,但面對大量設備源源不斷發出的熱量,也必須采取措施對設備降溫,為此必須增加空調系統的工作能力。但不幸的是,目前采用的降溫設備一般是渦輪冷卻器,需要從發動機中提取壓縮空氣進行驅動,這無疑會增加發動機的工作負擔、降低可用功率。還有一種辦法是引入機外的冷空氣,進行強制對流冷卻來為設備降溫。但是這在地面無法實施,必須依賴空調系統的冷卻來保證降溫,或者在嚴格限制地面開機的時間,以確保設備不會被自身的發熱燒毀。龐大的冷卻系統所帶來的重量增幅,也是相當可觀的。

改裝中不可忽視的難題還包括電磁兼容性設計。事實證明,飛機改裝設計中的電磁兼容性往往成為改裝工程成敗的關鍵,這一點必須充分予以考慮並進行大量測試。首先,必須保持基本型飛機原有的電子設備的電磁兼容性,這一般不是問題,畢竟一款飛機要成為穩定的改裝平臺,必然是久經考驗的飛行平臺,其自身的電磁兼容性問題早已充分暴露並得到解決。重點是加改裝設備的電磁兼容性,如電子設備的輻射強度、接收靈敏度和頻譜頻譜。在確定加改裝方案佈局後,必須進行加裝電子設備的電磁兼容性測試,保證飛機基本電子設備與加裝電子設備電磁兼容性的設計達到要求。如果在設計階段未能很好的協調與解決電磁兼容性問題,將帶來災難性的後果。

任務設備往往要同時協同工作才能發揮性能,但其都被加裝在一個機體內,使得用電設備高度密集,導致整機耗電功率更大、電磁輻射強度提高、輻射頻帶更寬。如果電磁幹擾問題最終無法解決,那就會出現A設備正常工作時其它設備無法工作的尷尬問題,這必將影響作戰任務的完成,甚至幹擾飛行控制和導航系統,危及飛行安全。對此有的機型深受其害,甚至因此半途而廢,典型的例子就是英國“獵迷”Mk.4反潛機。

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運-8反潛型是中國海軍目前急缺的支援平臺

該機源自“獵迷”Mk.2反潛機,進行的改進可謂大刀闊斧,機體、機身和武器系統的改進紛繁復雜,暫且不提,這裡僅就其核心電子設備的問題進行探究。該機的任務系統是以波音公司集成的戰術指揮和傳感器系統為核心,主要包括:

通信設備系統,包括5部軍用加密的VHF/UHF波段電臺,兩部普通UHF電臺、敵我識別裝置和S模式應答機、特高頻/超高頻衛星通話系統、11號和16號數據鏈,上述設備的生產商來自美國和英國;監視雷達系統,包括機身下部全新的法國泰利斯公司的水面探測2000MR雷達,具備氣象探測、海上偵察、條帶式與聚焦式合成孔徑、逆合成孔徑、對空探測等多種工作模式,敵我識別裝置的天線被安裝在雷達天線上,以盡可能快速的進行識別;電子支援系統是來自以色列艾爾塔公司的EL/L-8300UK ESM系統,這是專門為英國改裝的型號;光電/紅外傳感器和轉塔來自美國諾·格公司的EOSDS;磁異常探測設備是加拿大CAE公司的AN/ASQ-504(V)先進綜合磁異常探測系統,與聲學系統共用處理機;

聲學系統包括天線、接收機系統、聲學處理器系統和聲吶浮標數據處理機,聲學處理器系統采用的是通用電力加拿大公司研制的UYS-503/AQS-970系統,包括5根外置的專用天線,其中一根主天線負責接收聲吶浮標發射的信號,另外4根天線佈置在機身腹部並組成陣列,以確定浮標的具體位置,從而推算目標潛艇的方位;自衛系統采用的是BAE系統公司的防禦輔助子系統,具有獨立的1553B數據總線,主要包含雷達告警接收機和導彈逼近告警系統,此外還安裝瞭對應的箔條/紅外幹擾彈投放裝置、反雷達制導導彈的拖曳式誘餌;機身內部安裝瞭7個任務系統工作站,可以集成處理所有的戰術態勢感知、傳感器控制、通信、自我防禦系統的工作及武器投放。

通過上述改裝,該機可以很完美的執行作戰任務瞭麼?現實相當慘烈。因為相應的電子設備和系統來自不同的國傢,對電磁兼容都要各自的要求和解決辦法。各設備單獨工作時都沒有問題,但在進行綜合測試時,各個國傢的系統各自為戰、互相幹擾,誰都無法正常工作;而各系統又各負其責,任意一個不能正常工作都無法保證飛機安全遂行作戰任務。為此英國人不得不進行大量後續修改測試工作,導致該機生產出來之後始終無法投入作戰使用,升級改裝所需的研制經費也不斷暴增,一直到退役拆毀都沒有完全解決問題。當然,其最終失敗並不僅僅因為電磁兼容問題,但它已經成為被電磁兼容問題搞死的典范。

以上情況結合AG600目前的狀態,筆者很難想象改裝反潛機以後,其氣動性能會下降到什麼程度。畢竟從目前的資料看,AG600自身就存在著一些不足,使其不能很好的滿足滅火和救援需求。雖然這些看似與反潛任務不相關,但良好的平臺是發展出優秀特種飛機的基本保證。

身為國產“大飛機三劍客”之一,AG600究竟能否成為反潛機?

AG600更像是水轟-5的簡單升級

從目前現役的反潛機來看,各國普遍放棄水上飛機這一看似美好的平臺而改用陸基飛機。我國在此方面實在沒必要承擔過大的風險而去研制一個獨樹一幟的型號。從目前公開的AG600的資料來看,該機的性能確實缺乏亮點,尤其是在關鍵的抗浪高度和最大航程等指標上,未能達到較高的技術水準。而機內空間不足,發展潛力受限,航程過短等缺陷,也意味著該機改裝成反潛機的可能性實在是微乎其微。從平臺的角度來看,該機很可能會成為優秀的遠海搜索和巡邏機,但或實在無法滿足反潛機的戰術需求,不具備相對較好的改裝潛力。因此改裝反潛機這個設想,可能永遠停留在數字模型階段,而無法出現在公眾的視野。

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