王小谟预警机 专访我国预警机总师、预警机事业奠基人之一王小谟院士

20世纪60年代,王小谟院士创造性提出雷达脉内扫描方法,使雷达高频系统大大简化。70年代在全国率先开展三坐标雷达的研制。80年代,王小谟院士主持设计了我国第一部数字化、集成化和自动化引导雷达——JY-8和世界优秀的低空雷达——IY-9,很好地解决了雷达数据率、精度和威力三者的矛盾,并因此分别于1985年和1995年两次获得“国家科技进步一等奖”。

80年代末,王小谟院士开始从事预警机系统的研制,是我国现代预警机事业的奠基人。

在中以合作期间,王小谟院士作为中方总设计师,在国际上首次提出了新型相控阵雷达方案,并部署国内同步研制,为中以合作中止后国内立项研制预警机创造了条件。王小谟院士提出了我国预警机系列化发展的总体思路,构建了我国预警机发展的谱系,并曾亲任某型预警机总设计师。

王小谟院士长期工作在预警机科研领域的第一线,并于2002年和2007年两次获“国防科学技术一等奖”,2008年获“国防科学技术特等奖”。

何:王院士,首先感谢您接受《兵器知识》的专访。国庆阅兵典礼上,最引人注目的就是预警机了。您作为我国现代预警机事业的奠基人,一定也感到非常自豪!

王:这个自豪并不属于我个人,而是属于我们集体、我们国家。预警机的研制要集中全国的百余个研究院所和工厂,覆盖到很多行业和很多专业,要耗费巨资才能坚持下来,不仅研制的费用很高,研制出来后还要进行各种试验和数千架次的试飞,费用常常更高,仅靠单位和个人是无法做到也是负担不起的。因此,预警机的研制是国家的行为,国家不支持就不可能有今天的预警机,预警机的成功。是国家综合实力的体现。

何:我国从60年代末就开始研制自己的预警机,曾经试制出了“空警一号”,但不久就中止了,是从什么时候重新开始正式研制预警机的?

王:我们重新开始研制预警机有两个大背景,第一个大背景是我们已经具备了技术条件我国从20世纪50代就开始自主研制雷达。当时很多人都不知道雷达是什么样的,更不知道该怎么做,研究人员就跑到中苏边界用望远镜看人家的雷达是怎么回事,也就是从那时起,我国雷达界就有了自力更生的传统由于雷达上天后往下看会碰到严重的地杂波反射,“空警一号”未能解决反杂波问题而中止,总结“空警一号”的经验教训,我们从基础做起。

首先要攻克“两高一低”技术(高纯频谱发射机、高性能信号处理器、超低副瓣天线),因此,70年代初我们下决心要在这三项技术上突破。

那时美国人已研制出预警机,我们也提出自己研制预警机,贵州的某研究所开始搜集国外资料做预研工作,相当于技术储备。

我们攻克了超低副瓣天线技术,获得了“国家科技进步一等奖”。接着,高纯频谱发射机也做出来了。唯一待解决的是高性能处理器。上个世纪70年代后期,集成电路开始小规模发展,到80年代末期已发展成为中大规模,这样我们做滤波器已感觉较轻松了。随着计算机的发展,高性能处理器现在已经变得非常容易。过去的多功能处理器像十几个柜子那么大,现在一块板子就做下来了。

第二个大背景就是在世界军事转型的大背景下。特别是预警机在局部战争中的表现,以及当时的国际和周边环境,军方更加迫切需要作为信息化武器装备的预警机。因此在90年代初就决策重新开始研制工作。

何:当时国家决定立项研制预警机,是不是很不容易?

王:是的,这时国家要上预警机,而我们已有了十几年的预研基础,我认为我们能做,但也有人认为我们不能做,意见未能达成统一。1992年,我们十几位专家,向上级领导陈述了我们自己能干预警机的理由和决心。为了统一意见,国家组建了一个由各方面专家组成的考察团赴国外考察。我是其中的一员。当时有三种购买选择:英国的,以色列的,或者是俄罗新的,考察三家后再做决定。我们考察回来后,有人认为为尽快具备作战能力,倾向于购买。以色列的东西好,但是不成熟,因为它是相控阵的。而当时世界上的主流预警机,就是以美国E-2和E-3为代表,都是机械扫描的。俄罗斯的较为落后,性能不能满足要求。所以倾向是买英国的,而英国人也说能很快、很便宜地卖给我们比较简单的预警机,就是“猎迷”。但是最后他们自己也没做成。项目下马了。

我们认为最好是自己来做。如果引进,以色列的比较有价值,因为相比之下他们的技术比较先进。国家最终决定双管齐下:如果着急可以先买英国的预警机以备急需:工业部门继续跟以色列谈,通过国外先进的技术来提高我们自己的技术水平;急需的型号被称为基本型,我们自己的型号称发展型,是为今后做准备的。

最后国家同意从以色列先引进一架,希望通过这一架预警机把技术学到手。但以色列入也在打自己的“如意小算盘”,说“我可以给你做一架,之后如果需要我还可以再多卖你们几架”。1992年,我们与以色列谈好,称作两家“合作”研制,共同开发一架发展型预警机,中以合作拉开序幕。随后双方谈判了四年,1996年正式签订合同。合同中明确,双方一起提出设计方案,共同选择了俄罗斯的伊尔-76作为载机平台。但我们对以色列的方案并不满意,他们提出的是机身头部和前部两侧配置三块天线阵面扫描260度的方案,存在很大的方位盲区,不能满足我们的要求,于是我们提出了更有新意的技术方案。同时,为了进一步增加雷达的探测距离,我们在俄罗斯A-50预警机天线罩的基础上又进行了加大,做出了世界上最大的天线罩。

何:这个世界上最大的天线罩,研制过程中一定有很多难度,您能介绍一些吗?

王:天线罩不仅是保护雷达天线和改善飞机气动外形的一个结构件,还要把它里面的电磁波透出来,同时又不能让波束产生过大的变形。它中间厚两边薄,是异形结构,精度要求高,很难做,而对于我们所采用的相控阵雷达,就更难了,比美国E-3预警机的天线罩要复杂得多。

因为相控阵雷达的天线是不转的,波束本身相对于天线罩要转动左右60度。因此天线打到罩体上的入射角不一样,特别是相控阵天线本身随着扫描角的增大,性能就要下降。所以,我们的天线罩需要在各个入射方向上都要做好。

而E-3的天线罩是跟着天线一起转的,天线波束始终对着罩体的一个位置入射出来,只需要把对着天线波束的这一部分的透波性能做好就可以了。天线罩在设计过程中需要靠非常复杂的计算和模拟,在前十年我们就做不了,没有那么大的计算能力,现在我们已有自主开发的软件,可以在做之前先进行计算模拟。

另一方面,天线罩采用复合材料。里面做成蜂窝状,然后灌上树脂,再在热压罐里加压固化。出来就成形了。现在机翼也做成这样。对于我们这么大的天线罩,不仅模具要做得很大,还要大的高温热压罐。我们原来没有,只有小的。国家投入了一大笔钱,做了一个亚洲最大的热压罐。

何:对于相控阵雷达的认识,我们很多人是从“宙斯盾”军舰开始的。它上面有四面天线,各负责90度。看世界各国用的相控阵雷达,基本上也都是用四面天线覆盖360度。我国同以色列合作的预警机的雷达只有三面天线,是不是更有难度?

王:是的。美国人曾提出了一个接替E-3预警机的方案,叫作“游泳池方案”。它就采用四面相控阵天线。就像围了一个边长20多米的“游泳池”,搬到波音747上,探测距离更远。当时炒得很热,后来因为项目太昂贵而下马。我们要利用相控阵实现全方位扫描,一方面,相控阵天线随着扫描角度增大性能会恶化,所以,一个天线阵面扫描角度不能过大;另一方面,如果把一个天线阵面负责扫描的角度尽量减少。就需更多布置几块阵面,才能覆盖全方位,这样,每块天线的尺寸就不可能很大,这对于争取更远的作用距离非常不利。综合这两方面的考虑。我们当时提出了三面阵的方案,每个阵面左右扫描各60度。由于利用相控阵实现宽角扫描是非常难的一件事情,当时在雷达界,能不能这样做是有争议的。

何:随后中以的合作过程并不顺利,是不是也对我国的预警机发展造成了很大影响?

王:那是我们从事预警机研制的第二道坎。当时。我们的各项工作已经展开,到了1999年,飞机改装已经由俄罗斯完成,上面带了一个大圆盘(雷达天线),从俄罗斯飞到以色列准备开始加装电子设备,这时候被美国的卫星侦测到了。克林顿总统马上找到以色列,要求以色列中止跟我们的合作,以色列开始还犹豫不决,因为他们要赚钱,所以也没理会美国。美国最后施压,说如果以色列继续与中国合作,将停止每年对以的军援。在这种情况下,以色列提出要求中止合同。我们的态度很坚决。指责以色列单方撕毁合约。以色列又跟我们高层人士多方接触,总算达成协议,在赔偿经济损失后解除合同。跟以色列合作的中止,推迟了我们国内装备预警机的时间,但是加快了国内自主研制的步伐。

何:那我们不是更要从头干起了吗?

王:没有。在和以色列的合作中,我们学习到了很多有益的经验,比如对规范的尊重。

预警机的雷达上有上千个T/R组件,这是有源相控阵雷达的核心组件,在同以色列合作的过程中自己制造。以前,我们造电子产品很简便,很多时候手工作坊的痕迹很重,好像拿个烙铁焊几下就成了。但因为没有工艺规范,从张三换成李四就不一定能做出来;即使第一个做出来了,第二个就不一定做出来以色列方面当时对我们的要求之严,可以称之为“吹毛求疵”,比如一个盒子一个角都明确做出尺寸和公差要求来,要求照这个规范做。

而过去我们从来没有这样要求过,图纸上写成倒角就行了,工艺师傅就照此做,不合要求再调整。

所以,一开始很费周折,工人师傅们都非常生气,私底下骂我们是“卖国贼”,说为什么要迁就以色列人,结果我们做好了交给对方,以色列认为我们没有达到要求,退了回来,说必须按照他们的要求做这回我们严格按照以方的要求重新做出来后,一检验就通过,不用调。

于是大家就理解了以色列人的做法,也非常服气通过这次跟以色列合作后我们有了经验,知道批量生产该怎么搞,做一个成一个,以后质量稳定了,也省掉了很多维修的麻烦。

做复合材料的天线罩时我们也借鉴了这种方法,控制了质量。当时我们这些人好像是“乌合之众”,几百个人就在那切材料,没有规范做指导,以色列人每天“骂”我们因为天线罩中的玻璃钢是必须要靠人工做前期加工的,人工操作也要有规范,要跟机器人一样,不能随意而为,经过那一段时间的改造后,现在完全规范了,质量得到了保证。另外当时我们连无尘厂房都没有,现在环境也改善了。可以在超净的环境下生产。

跟以色列人合作不但提高了我们的工艺水平,在技术上对我们也有帮助。当时雷达界还是按照常规思维来做,没有用上网络,而以色列在二十世纪90代初就用上了网络技术,完全网络化。他们当时提出的基于网络和总线的雷达结构我认为是非常好的。我们通过引进学习了技术,对预警机立项很有帮助,加快了研制周期。因为我们在同以色列合作期间,坚持了不只是买东西,而是着眼于同步研制。实际上我们没想到以色列后来会撕毁合同,只是想先跟着学,最后肯定要我们自己做。

何:和以色列解除合同后,我们的预警机是不是又要面临新的抉择?

王:当时,俄罗斯有过些想法,说你们现在有技术基础了,我跟你联合改进A-50,当时形势很紧张,俄罗斯还提出了先借我们4架预警机用,后面再联合改进。条件看上去确实很诱人,马上就能拿到4架预警机。而事实上俄罗斯根本不相信我们自己能研制出预警机。

当时情况比较紧张,因为需要更快地拿出装备,如果按照科研程序,我们自主研制的科研样机都没做出来,科研样机做出来后还要做出正样机,根据正样机的情况才能决定是否形成装备,按常规说至少还要十年时间。因此,从这个角度看,当时我们提出自行研制,确实得不到大多数人的理解。

但这个时候必须破釜沉舟,通过与以色列的合作,我们也学到了技术,我们又有十年的预研基础,懂得了自行设计。我认为我们电子系统的样机也已基本做出来了。而且当时还有一个有利的地方,就是在以色列单方面中止合同后,我们已经有了一套自行设计的电子设备样机。在这种情况下,关键的问题是决策我们自己做不做,当时的意见极度分歧。

从我国最高层来看,国家领导人也多次强调“工业部门一定要争口气,否则总是被别人卡脖子”,因此,我们研制预警机的队伍内部管预警机叫做“争气机”,请求国家给我们争气的机会,保证能做出来最后各部门终于协调好,同意我们自己研制预警机。

到了第二年,我们的科研地面样机就全面做好了,又过了一年,样机就飞上了天,当时军委领导看了后说:“没想到你们做得这么快,在我这次来之前,我虽然给江主席打了报告,心里却还在打鼓,现在我看到落实了。”这样,样机做出来后,关于预警机后面的发展,大家的意见就非常统一了

何:在做样机的过程中,除了前面提到的最大天线罩、宽角扫描,在技术上还有哪些难点?

王:预警机上要把很多技术集成起来,也是非常难的首先就是电磁兼容性,把这么多电子设备集成在个飞机上,完全是我们自己摸索出来的,而且我们当时国内立项以后,所加装的电子设备比中以合作期间的要多。还有软件,原先是由很多家编的,计算机、操作系统和应用软件五花八门,要把这些异构的软件集成在一架预警机上,我们的确没有经验,后来我们做了一个叫操作系统扩展的中间件,为不同体制的软件互通搭了桥,大家都能在预警机上跑起来,并且很协调,这是很了不起的。

还有信息融合,因为预警机上天不是独立的,它还是一个指挥所,要带战斗机上去,每架战斗机上都有雷达,地面也有好多雷达。如果出现一架敌机,五架飞机看见它就是五个坐标,都报告给预警机,预警机就得综合,判断到底是多架还是一架。

既然是指挥所,通信就很重要。过去用短波电台,可以传很远,但带宽很窄,还容易丢失数据,现在大量用超短波,但超短波通信跟雷达一样,是直线传播,受视距限制,必须放得很高。现在有了预警机以后,在增加雷达高度的同时也增加了通信的高度,扩展了通信的距离,就可以把战场上整个通信全部联通好,所以预警机是战场上的一个重要枢纽。最先把数据链用得好的还是预警机,因为预警机用了数据链以后,才真正能够把战斗机和指挥所也使用数据链带动起来。

相控阵体制虽然先进,对多批次、大范围、远距离目标探测效果好,跟踪快,但也有一些先天不足,比如由于波束扫描到大角度上性能变差,天线副瓣不容易做低,往下看时,反杂波能力不如传统天线,对付单个目标不如后者,在强杂波、山区里面就有些地方好,有些地方不行,并且对于一个天线阵面来说,在法向上看是面积是最大的,但波束转了60度时,有效面积就只有一半了,性能自然差一些。

在开发预警机的过程中,我们最头疼的一个问题就是不能选择飞机,只能用外国人的。但你用哪个飞机,哪个飞机就卡我们,现在俄罗斯看我们做出预警机了,他不想卖伊尔-76了,这不卖不要紧,“逼”得我们在小一些并且是我们自己生产的飞机上面也能做到这种性能,我们利用自身的特点,想出了各种各样的办法,做出了有自己特色的预警机。

何:现在我国已经开始了大飞机项目,是否能解决这个问题?

王:大飞机做出来之后,当然会给我们提供平台。可以说是国家帮我们解决了首要问题,我认为我们有能力和实力研制大型运输机和大型客机,大客可以全球采购,能很快做出来,但难点是要拿适航证,国外会在这方面设置很高的门槛,等我们做出样机后,他又提出一两项新东西,标准和要求又变了我们研制大飞机的关键是要坚持下去,像我们做预警机做了十年,差点下马,最终坚持下去了 只要国家支持,坚持下去肯定没问题。

何:您在前面曾提过,从科研样机到研制成功至少要十年时间,我们显然打破了这个常规。

王:我们的预警机设计人员玩了命地干,连续五年没过过一个春节,都是在试验场和部队度过的。大家一天当作两天用,没有这种精神干不出来预警机,而且,在当时的国际和周边形势下,我们立了项就必须按期交付部队。

何:真是“功夫不自苦心人” 我国预警机除了相控阵雷达等方面,还有哪些先进之处?

王:网络化体系结构是另一可圈可点之处,过去我们的雷达都是串行的,现在变成网络化以后我们就很好做了。另外我们的结构是开放式的。过去你计划用一个计算机去做,等五年后产品定型时已很落后了,该型计算机已买不着了。现在我们的结构是开放的,计算机可以随时更新,可以通用了。

我们的电子设备,从配置上说,是非常齐全的,国际上还没有一种型号有我们的齐全。另外,从体制上说,几乎每一种电子系统的体制都是处于世界上现役预警机里的先进水平。

但我们也不能盲目自大。虽然美国预警机归纳起来只有海军型和空军型两种,但他们的能力和技术水平还是很高,有技术潜力可挖,我们从技术能力和水平上都不如人家。美国人现在也应该可以做成我们这样,只不过他们觉得现在的预警机已经够用了,觉得没必要跟着别人不断更新,投入不必要的成本,这样,我们就后来者居上了。

何:这次国庆阅兵,大家看到了两种预警机飞过天安门,是否说明我国在预警机的发展方面有着系统、长远的考虑?

王:是这样的。第一个型号做出来后,后面的各种机型也都能做出来了。我们现在的预警机已经形成一个非常完整的系列。中国人很聪明,各种各样的东西都能做出来。我认为只要原理通了,总能做得出来,只是好一点差一点、快一点慢一点的事情。我们现在做预警机的点子很多,大家也对我们充满了信心。

何:那您能对未来的预警机作一下展望吗?

王:下一步我们研制预警机准备向小型化、网络化、多功能化、使用方便、价格便宜方面发展,尤其是成本方面。从发展来看。以后的预警机会越来越便宜。第一代预警机我们做的就是大哥大,个头大,就像早期少数有钱人的手提电话。今后预警机做的也会同现在的手机一样。买起来不算什么。第一次做的几架预警机花了几十亿。现在预警机十几亿就可以做出来了,以后一两亿就可以做一架。过去做预警机要惊动国家领导人,现在部门领导知道就行了,以后连部门领导都不用知道。就像造桥,当初造南京长江大桥的时候惊动了主席和总理,现在,一个地级市就可以造,造的比南京长江大桥还好。因为现在我们的设计基础和设计方法相比以前都有很大的改善。

另外,我们国土这么大,对预警机的需求量很大,各种各样专用的我们都可以按需来做,同时考虑柔性的设计。就像汽车一样,每年都在求变,同一型号产品08款和09款差距很大。我们的预警机也一样,每两年一款,都有新东西在上面。我们有信心比美国人做得好。

何:预警机要实现小型化,有哪些方法?

王:过去预警机大,主要是因为探测距离要远的话,必须要天线大,这样飞机就必须大。同时,飞机大了以后,里面的人可以更多,可以做更多的事情。现在技术发展了,天线可以做小,距离还很远。同时,设备的功能越来越强,很多需要人来做的事都可以交给机器。再加上通信和数据链技术的发达,不用那么多人上天,甚至可以无人,把预警机的情报利用数据链传到地面就行,这样飞机就可能变小了。

天线做小以后,还能够保证雷达看得依然很远,这里面会有很多花样。比如采用共线阵,取消机背上的大蘑菇。要这个蘑菇的原因主要是天线面积大才能看得远,而天线的各个辐射单元又必须集中放置。可是,你看飞机多大的面积,好几百个平方米为什么不用?以后我们可以做很多相控阵天线单元,到处分布,像装修房子贴磁砖一样。到处贴,哪有空地就把天线贴上去,比如飞机的翅膀、肚子上。现在我们通过测算,认为原理上可行,下一代或者下下代预警机就准备朝这个方向发展。做好以后,你将找不到天线了,这就是下一代预警机的维型。

但做好分布式雷达的一个很大障碍在计算能力上,对计算机的速度和容量要求更高。如果分布的天线单元很多,现在的计算机能力还不行,特别是搬到机载平台上。还得循序渐进,也要依赖于国家投入。现在我们的雷达技术已与国外处于同一水平,开始要跟国外比,就包括新原理雷达,看谁能先研制出来。

何:王院士,听了您的介绍,我们非常振奋!那么,您认为我们之所以有现在的成就,最主要的原因在哪里?

王:归根结底,预警机的研制成功首先是国家行为。我国现在的经济实力和科研水平想做什么都能做成,已今非昔比了。改革开放后,我们的经济基础有很大的提高。我们中国人也很聪明。所以我认为“两弹一星”精神应该继续发扬,即想做什么就必须要做出来。当时,毛主席在一穷二白的情况下成立七机部搞导弹,成立核工业部搞原子弹,责任落实到人,做出了原子弹、导弹,提高了我国的国际地位。而70年代末期我们研制运十,样机研制出来了,并飞上了天,但技术问题很多,因此反对派呼声四起,导致项目被终止。当时如果多听听不同意见,就坚持下来了。所以,关键是要下定决心、坚定不移。

采访结束后,目送王院士渐渐离去的背影,在他那坚定的脚步中,我不禁想起绍兴鲁迅故居门前“民族的脊梁”几个大字,正是王小谟院士这样千千万万的国防工业工作者,用他们的坚韧与顽强,责任与智慧,挺起了中华民族国防工业的脊梁,并赢得世界的尊重!