未来预警机面临的主要威胁及其对抗手段*

焦广伦

(中国电子科学研究院,北京100041)



未来预警机面临的主要威胁及其对抗手段*

焦广伦**

(中国电子科学研究院,北京100041)

论述了未来战场中预警机面临的主要威胁,包括远程面空武器、隐身战机及其发射的空空导弹等火力打击威胁，以及激光武器、高功率微波武器等新式武器威胁和赛博攻击威胁。提出了针对性的防护措施，其中对火力打击威胁提出了增强威胁态势感知和告警能力、协同防御和提升末端防御等体系防御概念；对赛博攻击提出了加强无线通信安全接入、网络攻击检测与防护、作战业务信息系统安全防护；对高功率武器提出了需要做好屏蔽防护、传输线防护和滤波防护，并针对火力打击分析了系统生存力。上述防护措施能使预警机的生存力得到较大提升。

预警机；体系防御；火力打击；激光武器；高功率微波武器；赛博攻击；赛博防护

1 引 言

预警机集早期预警、通信和指挥控制功能于一身，是现代战争中的重要力量。预警机能在复杂电磁环境下执行任务，监视、跟踪、识别空中及海面目标，将情报及时分发到指挥机构或作战单元，完成对作战飞机的指挥引导任务。由于预警机的重要性，其成为敌方打击首选目标。在世界各军事强国中，生存力已是军用飞机设计和使用的主要战技指标之一[1]，而预警机的生存力也是其总体性能的重要组成部分[2-3]。

预警机当前面对的主要威胁主要有敌方战机及其发射的空空导弹、舰空导弹和地空导弹。随着世界各国大力发展隐身战机、远程面空导弹、激光武器、高功率微波武器(High Power Microwave Weapon,HPMW)以及赛博攻击等新式打击武器，预计今后将对预警机的生存构成严重威胁，从而对预警机的对抗手段提出了更高挑战。但从当前公开的文献和预警机实际防护装备来看，仅限于对常规火力打击的对抗，对未来面对的威胁未见系统性描述和对抗措施研究。因此,需要研究这些威胁，并根据这些威胁的特点，制定针对性的防护措施。

2 预警机今后面临的主要威胁

2.1 火力打击威胁

2.1.1 隐身战机及其发射的空空导弹威胁

四代战机具有隐身、超音速巡航的特点，隐身战机的雷达散射比普通战机小10～20 dB，造成预警机对其探测距离大大下降；同时，超音速巡航导致预警时间变短，严重削弱了预警机生存能力。敌方通过电子干扰机对预警机进行电子干扰，进一步压制预警机对四代机的作用距离，指挥四代机采用低空突袭、高空高速突防等主佯结合手段突破预警机的防卫圈，通过发射中远距空空导弹实现对预警机的打击，对预警机的安全造成很大威胁。目前主要的四代战机有美国的F-22和F-35，而俄罗斯T-50 第五代战斗机正在研制中。美国的F-22已装备187架，F-35也已批产。根据日本和美国达成的协议，日本将拥有42架F-35，且最早在2016年接装。F-22、F-35携带的AIM-120先进中距空空导弹，属于第四代先进空-空中距导弹，采用复合制导体制(数据链修正+中段惯性制导+末端雷达主动制导)，具有“发射后不管”、多目标攻击能力。

2.1.2 面空武器威胁

利用远程面空导弹攻击预警机作为一种全新的作战方式，具有突然性强、难于防范的特点。远程面空导弹可由远离战区的舰艇发射在他机制导方式下奔袭远程目标，由于距离远、雷达散射截面积(Radar Cross Section，RCS)相对较小，导弹发射后不容易被预警雷达发现。导弹采用高抛弹道，越接近攻击目标俯冲速度越大，留给预警机的反应时间越短。按照攻击距离400 km、平均速度3马赫计算，从导弹发射到命中目标的时间只有6分多钟，对预警机的探测和防御响应要求极高。据报道，美国SM-6导弹和俄罗斯S-400防空导弹具备对预警机等空中目标的远距离打击能力。

远程面空导弹打击示意图如图1所示。美军具备协同交战能力(Cooperative Engagement Capability，CEC)的E-2D预警机通过双向数据链引导导弹修正自身弹道，确保中、末制导的可靠交接。在远程打击过程中，由E-2D提供导弹发射时所需的目标初始位置并在中段引导过程中通过双向数据链为SM-6导弹提供指令制导信息，直至完成中末制导交接。

2.2 新式武器威胁

2.2.1 激光武器

2014年，美军“庞塞”号两栖运输舰安装了AN/SEQ-3 激光武器系统，实现实战部署，标志着高能激光武器系统已经走入战场。据报道，世界上其他一些国家如德国、以色列也拥有了自己的高能激光武器技术或产品。

美空军共有先进战术激光器、机载激光器、空对空高能激光战机、空对地高能激光战机等6项研制计划。据报道，机载激光试验台在2010年2月成功摧毁了助推段飞行的弹道导弹[4]。虽然机载激光器计划在2011年终止，但在机载高能激光武器技术的推动下，美国空军研究实验室和美海军空战中心武器分部均计划发展机载高能激光武器系统。目前一些激光器能够产生兆瓦级杀伤激光，射程200～600 km。美空军计划到2023年研制出可用于实战的机载激光武器，首先装备在C-17运输机等较大型平台上，具备摧毁来袭导弹等目标的能力。美军设想未来机载激光武器的主要性能有：机舱内存储的激光介质射击次数达到40次，辐射目标的时间为3～5 s，激光功率为3 mW，最大射程600 km，平均巡航时间为48 h。随着激光武器小型化技术的不断完善，预计未来将装备在F-15战斗机、F-16战斗机或F-35战斗机等小型战机上。机载激光武器有着广阔的应用前景，可能被用于空-空作战、近距离空中支援、反无人机、反艇、进行地面攻击，甚至可用于导弹防御任务。可以预见，激光武器也将是预警机今后面临的重要的攻击威胁。

外军主要激光武器项目如表1所示。

表1 外军主要激光武器项目Tab.1 Major laser weapon projects of foreign army

2.2.2 高功率微波武器

高功率微波武器是利用定向发射的高功率微波束能量来损伤敌方电力和电子设备，甚至毁伤敌方人员的一种新型定向能武器[6]，可以通过巡航导弹搭载方式攻击预警机。目前，美国、俄罗斯、英国、法国和德国等国家均在研制高功率微波武器，美国在这方面的研究投入最多，技术也最成熟。美军早在海湾战争中就首次使用“战斧”巡航导弹搭载高功率微波弹头，导致伊拉克部分防空网失效[7]。在2003年3月的伊拉克战争中，美国对伊拉克国家电台使用了高功率电磁脉冲弹，将其电视转播信号进了了全面阻断[8]。美海军微波武器在未来20年内将会首先投入使用。在敌方控制冲突级别而又要对预警机造成一定损伤的情况下，高功率微波武器是一个优于常规电子干扰的一个有效选择，因此是预警机在未来面临的主要威胁之一。

2.3 赛博攻击威胁

作为一个信息系统装备，预警机不可避免地受到赛博攻击，同样也面临着不断发展的先进病毒和木马程序、僵尸网电等传统攻击方式；但主要面临以电磁为手段的欺骗式信息软侵入，主要表现为配备的数据链、传感器面临无线“侵入方式”的攻击。目前，美军赛博战武器已可实战部署，新型赛博战与传统电子战正趋向融合。长期以来，美军一直在实施“舒特”计划，其核心目标是为了入侵敌方通信网络、雷达网络以及计算机系统，尤其是那些与联合防空有关的系统。2015年9月，美国空军成功地对其EC-130“罗盘呼叫”电子战飞机进行了改进，并进行了一系列试验，据称可以通过无线手段攻击敌方网络，能够从空中接触网络目标并对其进行操控。除电磁信号攻击外，开辟了从赛博空间攻击网络目标的途径。这种攻击方式，与“震网(Stuxnet)”病毒攻击需要物理接触不同，具有极大的攻击隐蔽性。在正面作战时，敌方结合大型电子干扰机在外围压制与电子战飞机随队支援的方式，通过侦察分析与识别，引导无线攻击直接对预警机无线通信网络实施无线入侵，通过非法数据、攻击指令注入，实施网络瘫痪、态势欺骗等网络攻击，是对预警机的极大威胁。典型的“舒特”系统一般由RC-135U/V/W电子侦察飞机、EC-130H专用电子战飞机或EA-6B等普通电子干扰飞机和F-16CJ战斗机组成[9]。

3 主要对抗手段

3.1 隐身战机、空空导弹和面空武器防御

隐身战机、空空导弹攻击和面空武器攻击属于传统的火力打击范畴。面对隐身飞机、导弹目标探测困难，不易防御的特点，需要发挥预警机自身和体系的作战能力，不能以预警机一个节点对抗敌方一个攻击体系；需要协调己方侦察机、干扰机、无人机等平台，以体系力量进行防御，在威胁态势感知与告警、对敌方战机火控雷达和导弹中制导进行干扰以及末端自卫对抗等方面发挥体系优势。

3.1.1 增强威胁态势感知和告警能力

面对隐身飞机及空空、面空导弹不易探测的特点，就预警机平台自身而言，应加强预警雷达等主传感器的探测能力，对前述威胁目标及时发现；就雷达而言，目前对各类隐身目标的发现是一个难题，需要加大天线孔径，改进信号处理方法；就探测传感器而言，预警机还可以考虑增加红外探测等新体制传感器。虽然隐身战机采用了一些红外隐身技术，在尾喷管、飞机外形设计、机身涂层等方面进行了红外隐身设计，但是效果有限，其超音速飞行中的红外特性和背景的红外辐射峰值波长以及红外辐射强度是不可能一致的，通过红外特性差异可以提取出隐身飞机目标。另外，预警机需要增强射频无源防御性态势感知能力，具有抗低截获的能力，能够对低截获概率雷达、通信、导航等信号进行高概率截获。

从体系上考虑，需要加强预警机与电子战飞机、战机等其他探测侦察平台的情报共享能力，提前掌握敌方四代机等隐身目标空情。对各情报源上报的无源、有源协同探测获取的敌隐身目标态势、辐射源定位等信息实时综合，结合敌活动规律航线、敌方目标的编队关系、作战能力等判断敌方的作战意图，从而判定威胁程度大小，提前给出告警。

3.1.2 进行协同防御

预警机自身的末端防护系统是在最后关头发挥作用的，是预警机防护的最后屏障。在敌方隐身战机火控雷达开机搜索、发射导弹后制导过程中，以及远程面空导弹发射后至进入预警机自身末端防御系统作用距离之前的一段很长的时间内，预警机可以调动电子战飞机、作战飞机等多种资源对威胁目标进行干扰、击落等，将威胁目标防御在末端防御系统发挥作用之前，从而提高预警机的生存能力。

发现敌机后，通过预警机有源干扰设备干扰敌机火控雷达，阻止敌方战机火控雷达对预警机锁定；一旦被锁定，敌空空导弹发射后，继续对雷达实施自卫干扰，通过干扰敌战斗机火控雷达对预警机的精确跟踪破坏导弹的中末交班；在中制导阶段，启动对导弹双向数据链的有源干扰，破坏敌方预警机与导弹之间的通信，使导弹不能顺利接收到敌方预警机的中段引导信息，降低导弹的攻击成功率。

协同防御示意图见图2。

图2 协同防御示意图Fig.2 Schematic diagram of cooperative defense

3.1.3 提升末端防御

预警机末端防御可以加装多种自卫手段。除传统的箔条和红外弹干扰手段外，还可以加装有源干扰自卫措施。如:拖曳式雷达诱饵和交叉眼等双点源干扰是对抗主动寻的导弹的一种有效方法[10],可以在预警机防御中有针对性地加装。在对威胁目标综合识别的基础上，可针对不同特性的威胁目标组合使用，有源自卫干扰和无源投放干扰装置在末端防御中都可以发挥作用。

3.2 激光武器防护

针对激光武器的威胁，可采取的防护手段有滚动飞行、采用抗激光结构设计飞行器壳体和应用抗激光物质涂层技术增大飞行器壳体对激光的反射系数等措施[11]。从预警机自身特点来看，除遇到激光武器攻击时通过一定的机动或转向动作来避免激光照射一个固定部位，防止热烧蚀破坏外，更重要的是在设计阶段要采取抗激光结构设计和抗激光物质涂层来加强防护。其中，涂敷保护层采用一种耐热烧蚀的、汽化潜热大并且对激光反射率高的材料，可以合理的工艺附着在机体表面。高能激光在对目标产生严重破坏前必须先将该保护层穿透，因此可使预警机抗破坏能力提高10 倍以上[12]。

3.3 高功率微波武器防护

高功率微波武器攻击预警机时，也是采用巡航导弹搭载，在进入到离预警机一定距离时引爆，从而对预警机电子设备造成损伤。对这种武器的防护，可以参照空空导弹和面空导弹的应对策略，早发现并采取协同防御措施对其干扰或击落。

高功率微波武器可以通过“前门”耦合，也就是能量通过目标上的天线、传输线等媒质线性耦合到其接收和发射系统内，以破坏其前端电子设备；也可以通过“后门”耦合即通过目标上的孔缝、电缆接头和焊缝等耦合[8]。因此，可以在预警机系统级防护设计上，利用新型防护材料和技术，建立强电磁对抗防护体系，使其具备高功率微波武器的防护能力。重点做好屏蔽防护、传输线防护和滤波防护等。

3.4 赛博攻击防护

美军在赛博防护方面主要有 “爱因斯坦(EINSTEIN)”计划和“赛博盾牌(Cyber Shield)”等。其中，“爱因斯坦计划”在联邦政府网电中监视通过网关和互联网接入点的数据流，检测恶意代码和异常活动，及时发现威胁和入侵，同时掌握网电整体安全态势；“赛博盾牌”系统可以实时分析网络中的数据包，实时防御，侦察各种可能的赛博入侵甚至攻击行为，可迅速滤除各种非法数据包及其他攻击载荷[7,13]。

我预警机装备可以借鉴美军经验，在无线通信安全接入、网络攻击检测与防护、作战业务信息系统安全防护上采取相关的防护措施。

无线通信安全接入方面，为保证预警机对外无线通信资源可用、数据通信安全，需要采取无线接入认证、无线通信数据保护等多种手段，实现无线通信系统的受控接入，防止外部通信终端非法接入。

网络攻击检测与防护方面，采取有效的网络攻击检测和防护手段，及时发现和识别网络攻击，并阻止攻击。通过网络侦察分析的手段，具备对网络威胁的识别与预警能力；利用雷情及网络态势信息，形成决策相关知识库、分析模型库和情报研究方法库，进行网络安全多元信息融合、大数据挖掘、数据关联分析、多维态势展现和安全信息推理，实现对威胁的快速响应。

作战业务信息系统所依托的硬件平台和软件运行平台等计算环境，面临病毒、恶意代码、后门程序、非法使用等安全威胁。因此，在作战业务信息系统安全防护方面，应采取可信计算、软件可信管理、计算终端安全管控等手段，保证作战业务系统运行环境可信、安全可控，防止病毒感染、恶意程序植入、数据泄密等安全威胁。

4 生存力分析

飞机生存力包含敏感性和易损性两方面的因素。生存力Ps可以表示为[14-15]

Ps=1-PhPk/h=1-PdPh/dPk/h。

(1)

式中：Ph为飞机敏感性，由飞机的被探测概率Pd和发现后被威胁击中的概率Ph/d组成;Pk/h为飞机易损性，即被导弹击中后的毁伤概率。

针对敌战机突防发射空空导弹打击条件下，预警机的生存力公式可以表示为

Ps=1-PdPp(1-Pcecm)Pho(1-Peecm)PhPk/h。(2)

式中：Pp为经护航战机拦截后的敌战机突防概率，Pcecm为对敌方火控雷达进行协同干扰和自卫有源干扰的成功概率，Pho为敌战机发射的空空导弹中末交班成功概率，Peecm为对敌战机发射的空空导弹进行末端对抗的成功概率，Ph为敌战机发射的空空导弹正常命中目标的概率。

从式(2)可以看出，预警机生存力和协同防御各个环节紧密相关，在拦截、协同干扰和末端对抗的一个环节失效的情况下，预警机仍能保证较高的生存概率。

5 结束语

在上述威胁中，根据相关技术发展评估，激光武器、高功率微波武器等新式武器在今后5～10年内还构不成对预警机的现实威胁，同时预警机可通过作战规划远离敌面空武器火力范围，因此今后一段时间内预警机面临的威胁还是以隐身战机及其发射的空空导弹火力打击威胁为主。但在新威胁对应的防护研究中不能掉以轻心，要提前做好防护技术的试验验证。

针对预警机的攻击手段的不断发展是预警机自卫对抗措施发展的动力。随着预警机面对的攻击多种多样，期望通过一套自卫系统完成对所有来袭目标的对抗是不现实的，很多情况下是保障预警机在一定条件下、一定时间内不被击落或损伤，为其边避险边指挥引导后续战斗机等保护力量的到来争取时间，在与敌对峙中占得先机，从而主导战斗进程，获得最终胜利。

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Major Threats to and Corresponding Countermeasures for Airborne Warning and Control Systems in the Future

JIAO Guanglun

(China Academy of Electronics and Information Technology,Beijing 100041,China)

The major threats to airborne warning and control system(AWACS) in future battlefield are analyzed，such as fire strikes including surface-to-air missiles，stealth fighter and air-to-air missile launched,new style weapon threats including laser weapon and high power microwave weapon(HPMW),cyber attack. The corresponding countermeasures for AWACS are pointed out. System defense concept including enhanced threat awareness and alarm capability,cooperative defense,and upgraded terminal defense,is pointed out for fire strikes. Secure wireless access,network attack detection and defense,operational information system security protection should be strengthened for cyber attack. Shielding protection,transmission line protection and filtering protection should be improved for HPMW. System survivability is analyzed for fire strike. System survivability of AWACS can be greatly improved by the above-mentioned countermeasures.

airborne warning and control system(AWACS);system defense;fire strike;laser weapon;high power microwave weapon(HPMW);cyber attack;cyber protection

10.3969/j.issn.1001-893x.2017.07.005引用格式：焦广伦.未来预警机面临的主要威胁及其对抗手段[J].电讯技术，2017,57(7):762-767.[JIAO Guanglun.Major threats to and corresponding countermeasures for airborne warning and control systems in the future[J].Telecommunication Engineering,2017,57(7):762-767.]

2016-10-25；

2017-04-10 Received date:2016-10-25；Revised date：2017-04-10

TN973

A

1001-893X(2017)07-0762-06

焦广伦(1976—)，男，山东菏泽人，2003年于北京航空航天大学获通信与信息系统专业硕士学位，现为高级工程师，主要研究方向为综合电子信息系统总体设计、系统集成。

Email:jiaoguanglun@sina.com

**通信作者：jiaoguanglun@sina.com Corresponding author：jiaoguanglun@sina.com