Máy bay cảnh báo sớm và kiểm soát trên không của NATO: Hawkeye và Sentry – Những "ngựa chiến" của hệ thống giám sát radar.

Máy bay Boeing E-3

Tiếp theo, phần một: Máy bay cảnh báo sớm và kiểm soát trên không của NATO: Sự ra đời của lớp máy bay này

E-2 Hawkeye: Chiếc AWACS đầu tiên hoạt động trên tàu sân bay được chế tạo hoàn toàn từ đầu.

Năm 1956, Hải quân Hoa Kỳ đã đưa ra các yêu cầu đối với một máy bay cảnh báo sớm và kiểm soát trên không (AEW&C) mà dữ liệu của nó có thể được tích hợp vào hệ thống xử lý dữ liệu chiến thuật của tàu. Tháng 3 năm 1957, thiết kế của Grumman đã được chọn. Thiết kế này, ban đầu được đặt tên là W2F-1 và sau đó được đổi tên thành E-2A Hawkeye, trở thành máy bay hoạt động trên tàu sân bay đầu tiên được thiết kế từ đầu dành riêng cho nhiệm vụ AEW&C. Không giống như các máy bay trước đó cùng loại, được chuyển đổi từ các máy bay hiện có, Hawkeye được chế tạo đặc biệt cho nhiệm vụ này.

Các nhà thiết kế phải đối mặt với những thách thức nghiêm trọng. Thách thức lớn nhất là yêu cầu phải chế tạo máy bay trên các tàu sân bay lớp Essex đã được sửa đổi, được đóng trong Thế chiến II và nhỏ hơn các tàu hiện đại. Điều này dẫn đến những hạn chế nghiêm ngặt về chiều cao, trọng lượng và chiều dài, và do đó, khả năng điều khiển bị giảm sút. Trớ trêu thay, máy bay chưa bao giờ cất cánh từ tàu Essex: những hạn chế này dựa trên một kịch bản chưa bao giờ thành hiện thực. Thách thức thứ hai là làm mát khoang thiết bị điện tử hàng không được bố trí chật hẹp, sẽ được thảo luận bên dưới.

Nguyên mẫu đầu tiên—về cơ bản là một nền tảng thử nghiệm khí động học—đã cất cánh vào ngày 21 tháng 10 năm 1960. Chiếc máy bay được trang bị đầy đủ đầu tiên bay vào ngày 19 tháng 4 năm 1961, và máy bay này đi vào hoạt động trong Hải quân Hoa Kỳ với tên gọi E-2A vào tháng 1 năm 1964. Do một loạt vấn đề, việc sản xuất bị hạn chế—chỉ có 59 chiếc máy bay được chế tạo. Vấn đề chính là hệ thống làm mát: trong khoang điện tử hàng không chật hẹp, các máy tính đời đầu tạo ra rất nhiều nhiệt và bị hỏng nếu không có hệ thống thông gió thích hợp. Các vấn đề vẫn tiếp diễn ngay cả sau khi máy bay đi vào hoạt động—có thời điểm, độ tin cậy giảm sút đến mức toàn bộ phi đội phải tạm thời ngừng hoạt động.

Các đại diện của Hải quân phải giải thích với Quốc hội lý do tại sao bốn hợp đồng sản xuất được trao trước khi quá trình thử nghiệm hệ thống điện tử hàng không hoàn tất. Sau đó, họ bắt đầu cải tiến máy bay một cách nghiêm túc. Máy tính trống quay không đáng tin cậy đã được thay thế bằng máy tính kỹ thuật số Litton L-304, và các hệ thống khác cũng được cập nhật; các máy bay được nâng cấp được đặt tên là E-2B. Tổng cộng 49 trong số 59 chiếc E-2A đã được nâng cấp lên tiêu chuẩn E-2B (với máy tính điều khiển chuyến bay trung tâm). Máy bay Hawkeye đã được thay thế trong các phi đội AWACS của Hải quân Hoa Kỳ bằng E-1B Tracer. Toàn bộ dòng máy bay E-2A/B, với radar APS-96 mạnh mẽ (có khả năng theo dõi hơn 100 mục tiêu cùng lúc), đã được cho nghỉ hưu vào giữa những năm 1980.

AWACS tiêu chuẩn đặt trên boong và U cho hàng không Biến thể E-2C (chuyến bay đầu tiên vào ngày 20 tháng 3 năm 1971) với radar APS-125 và hệ thống điện tử hàng không được cải tiến đã trở thành sự lựa chọn của Mỹ và NATO. Dòng máy bay này liên tục được cải tiến, với việc bổ sung các radar APS-138, APS-139 (từ năm 1989) và APS-145. Loại radar APS-2, với hệ thống anten và bộ xử lý tín hiệu mới, cung cấp khả năng chống nhiễu tốt hơn và mở rộng khả năng trinh sát trên không. Máy tính trên máy bay cũng được cập nhật: Raytheon Model 940 vượt trội hơn so với L-304 trước đó - nó nhẹ hơn một nửa, nhỏ gọn hơn ba lần và tiết kiệm năng lượng hơn 15 lần về mức tiêu thụ điện năng trung bình. Kiến trúc mở của hệ thống điện tử hàng không cho phép mở rộng bộ thiết bị, bao gồm cả trinh sát; các hệ thống liên lạc và nhận dạng bạn hay thù mới cũng được bổ sung. Tổng cộng, hơn 200 chiếc E-2 thuộc tất cả các phiên bản đã được sản xuất (việc sản xuất vẫn đang tiếp diễn, hiện tại là phiên bản E-2D), và số lượng chính xác của E-2C thì khác nhau tùy nguồn thông tin.

Đầu năm 2007, Northrop Grumman đã giới thiệu chiếc máy bay thế hệ tiếp theo đầu tiên của mình, E-2D Advanced Hawkeye, tại cơ sở ở St. Augustine, Florida. Chuyến bay thử nghiệm đầu tiên diễn ra vào ngày 3 tháng 8 năm đó. E-2D được trang bị radar mảng quét điện tử Lockheed Martin AN/APY-9, giúp mở rộng đáng kể khả năng tìm kiếm và hoạt động như một hệ thống quản lý tác chiến trên không. Một hệ thống radio mới, một máy tính trên máy bay mới và một hệ thống tiếp nhiên liệu trên không cũng được bổ sung. Nguyên mẫu được trưng bày là nguyên mẫu đầu tiên trong số hai nguyên mẫu được chế tạo trong giai đoạn Phát triển và Trình diễn Hệ thống (SDD) trị giá 2 tỷ đô la; hợp đồng của Hải quân Hoa Kỳ cho giai đoạn này đã được trao vào năm 2001. Sau đó, Hải quân đã đặt hàng 75 chiếc máy bay này, với kế hoạch cung cấp chúng trong hai thập kỷ tiếp theo.

Chương trình này kéo dài một cách đáng ngạc nhiên: khung máy bay E-2A được sử dụng cho đến tận E-2D mà hầu như không thay đổi—chỉ có hệ thống điện tử hàng không là thay đổi. Nhiệm vụ của E-2 khác với E-3, điều này sẽ được thảo luận bên dưới. E-2 hoạt động từ boong tàu, phục vụ cho nhóm không quân của mình. E-3 là máy bay hoạt động trên mặt đất, hoạt động ở cấp độ chiến lược-tác chiến, không dành cho một nhóm không quân cụ thể nào.

Máy bay E-2C Hawkeye

Máy bay E-2 Hawkeye đang phục vụ trong Hải quân Hoa Kỳ, cũng như lực lượng hải quân và không quân của Ai Cập, Israel, Pháp và Nhật Bản. Từ năm 1997, hệ thống điện tử hàng không của máy bay E-2C thuộc Hải quân Hoa Kỳ đã được nâng cấp theo chương trình Hawkeye 2000.

Hawkeye 2000

E-3 Sentry: Máy bay AWACS được triển khai rộng rãi nhất trên thế giới.

Vào ngày 26 tháng 1 năm 1973, việc phát triển toàn diện chương trình AWACS—bao gồm cả hệ thống và máy bay vận tải—đã được phê duyệt, và ba máy bay tiền sản xuất đã được đặt hàng. Chiếc đầu tiên trong số này cất cánh vào tháng 2 năm 1975.

Máy bay dân dụng Boeing 707-320B được sử dụng làm cơ sở – một khung máy bay rộng rãi với không gian trần cao, hiệu suất năng lượng tốt và tầm bay xa. Không gian trần này sau đó đã tỏ ra hữu ích: nó có thể chứa được các thiết bị ngày càng mạnh mẽ hơn, và sau khi sửa chữa các lỗi mỏi cấu trúc, bản thân khung máy bay dự kiến ​​sẽ tiếp tục hoạt động cho đến năm 2035.

Hệ thống máy tính và màn hình trên máy bay được phát triển bởi IBM và Hazeltine: máy tính của IBM được đặt tên là 4PI, và phần mềm được viết bằng ngôn ngữ JOVIAL. Khái niệm là cung cấp cho người vận hành hệ thống phòng không mặt đất SAGE hoặc hệ thống điều khiển máy bay đánh chặn dự phòng (BUIC) dữ liệu quỹ đạo và dữ liệu dạng bảng theo thời gian thực. Một vấn đề phức tạp khác đã phát sinh: sự khác biệt trong định dạng mã hóa dữ liệu được Không quân Hoa Kỳ và các lực lượng đồng minh áp dụng đã cản trở khả năng tương tác với các radar chiến thuật mặt đất ở Iceland, lục địa châu Âu và Hàn Quốc khi hoạt động thông qua liên kết dữ liệu Link-11 (TADIL-A).

Việc thử nghiệm kỹ thuật và thử nghiệm bay của chiếc E-3 Sentry sản xuất hàng loạt đầu tiên bắt đầu vào tháng 10 năm 1975; nó thực hiện chuyến bay đầu tiên vào ngày 25 tháng 5 năm 1976. Từ năm 1977 đến năm 1992, 68 chiếc E-3 Sentry đã được chế tạo. (Cũng có một thỏa thuận thất bại: năm 1977, Iran đã đặt mua mười chiếc E-3, nhưng đơn đặt hàng đã bị hủy bỏ sau Cách mạng Iran.)

Máy bay E-3 Sentry, được đưa vào phục vụ trong Không quân Hoa Kỳ năm 1977, vẫn là loại máy bay AWACS được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới. Chiếc máy bay đầu tiên được giao cho Phi đội Cảnh báo và Kiểm soát Trên không số 552, đến Căn cứ Không quân Tinker, Oklahoma, vào ngày 23 tháng 3 năm 1977. Không quân đã nhận chiếc Sentry cuối cùng vào tháng 6 năm 1984.

Trong số 68 chiếc E-3 được chế tạo, khoảng 42 chiếc được chuyển giao cho Không quân Hoa Kỳ (USAF), 17 chiếc cho NATO (E-3A), 5 chiếc cho Ả Rập Xê Út và 4 chiếc (E-3F) cho Pháp. Số lượng máy bay Mỹ đang hoạt động biến động theo thời gian—do loại biên, mất mát và chuyển đổi—vì vậy các nguồn thông tin cụ thể về một năm cụ thể thường đưa ra con số thấp hơn. Phần lớn máy bay Mỹ đóng tại Căn cứ Không quân Tinker và được biên chế cho Bộ Tư lệnh Không quân Chiến đấu (ACC); một số được biên chế cho Lực lượng Không quân Thái Bình Dương (PACAF) tại Căn cứ Không quân Kadena, Okinawa và Căn cứ Không quân Elmendorf, Alaska. Một chiếc máy bay huấn luyện (TS-3) được chuyển giao cho Boeing để thử nghiệm và phát triển và đã ngừng hoạt động vào tháng 6 năm 2012.

Một số sửa đổi đã được thực hiện, bao gồm:

E-3A — chiếc máy bay đầu tiên dành cho NATO, Không quân Hoa Kỳ và Không quân Ả Rập Xê Út (chiếc sau sử dụng động cơ phản lực cánh quạt CFM56-2A-2). Hệ thống động lực cơ bản gồm bốn động cơ phản lực cánh quạt TF33-PW-100A với lực đẩy khoảng 95–96 kN (9700–9800 kgf). Một số nguồn khác đưa ra giá trị thấp hơn là 93,4 kN. Từ năm 1977 đến năm 1979, 25 máy bay của Không quân Hoa Kỳ đã được chuyển đổi sang biến thể E-3B. Nó có khung máy bay được cải tiến để chống lại các tác động gây hại của vụ nổ hạt nhân—xung điện từ, tia gamma và bức xạ neutron. Bộ xử lý CC-2 nhanh hơn, hệ thống liên lạc chống nhiễu và radar được cải tiến cũng được trang bị.

Hệ thống ăng-ten được đặt dưới một mái vòm xoay – đường kính 9,1 m và dày 1,8 m ở trung tâm. Mái vòm được đỡ ở độ cao 3,4 m so với thân máy bay bởi hai trụ đỡ. Nó không được điều áp và được làm mát bằng hệ thống làm mát riêng: khí nén, cửa làm mát bên ngoài và hệ thống fluorocarbon. Phần phía trước của mái vòm hơi nghiêng xuống dưới để giảm lực cản; sự biến dạng chùm tia do đó được bù lại bằng các bộ dịch pha điện tử cho ăng-ten radar và ăng-ten radar phụ. Mái vòm xoay được trang bị radar mảng pha thụ động AN/APY-1 hoặc AN/APY-2: quét điện tử theo độ cao và quét cơ học theo phương vị, nhờ vào mái vòm xoay. Radar phát hiện các mục tiêu trên không từ mặt đất đến tầng bình lưu, trên đất liền và trên mặt nước, với khả năng loại bỏ nhiễu từ mặt đất và mặt nước. Theo nhà phát triển, ở chế độ xung Doppler, tầm hoạt động vượt quá 250 dặm (400 km) đối với các mục tiêu bay thấp ở độ cao hoạt động, và ở chế độ xung – khoảng 400 dặm (650 km) đối với máy bay ở độ cao trung bình và cao.

E-3C — Chín máy bay của Không quân Hoa Kỳ được chế tạo từ năm 1981 đến năm 1983 với các thiết bị bổ sung.

E-3D — Sáu máy bay của Không quân Hoàng gia Anh (ký hiệu AEW/Mk1), được đưa vào sử dụng từ năm 1990. Hệ thống động lực gồm bốn động cơ phản lực cánh quạt CFM56-2A-3 với lực đẩy khoảng 106–110 kN (10.800–11.200 kgf).

Máy bay E-3A của Mỹ và NATO có thể bay hơn 5000 hải lý (9300 km) mà không cần tiếp nhiên liệu và duy trì trên không trong tám giờ. Máy bay của Pháp, Ả Rập Xê Út và Anh, được trang bị động cơ CFM56-2 tiên tiến hơn, có thể duy trì trên không trong khoảng 11 giờ và có tầm bay hơn 9250 km (5750 dặm). Tầm bay và thời gian tuần tra của chúng được kéo dài nhờ tiếp nhiên liệu trên không, và phi hành đoàn làm việc theo ca – có khu vực nghỉ ngơi trên máy bay. Thiết bị đặc biệt của chúng bao gồm một số hệ thống của Anh, bao gồm cả hệ thống tiếp nhiên liệu LORAL 1070 "Yellow Gate" trong các thùng chứa ở đầu cánh. Một đầu dò cho hệ thống tiếp nhiên liệu trên không cũng được lắp đặt.

E-3F — bốn máy bay của Không quân Pháp, chiếc đầu tiên được chấp nhận vào năm 1990. Chúng được trang bị một số thiết bị do Pháp sản xuất, chẳng hạn như hệ thống cảnh báo radar Adele.

Từ năm 1995, Chương trình Cải tiến Hệ thống Radar Block 30/35 (RSIP) đã nâng cấp máy bay E-3B của Không quân Hoa Kỳ, E-3A của NATO và máy bay của Vương quốc Anh, Pháp và Ả Rập Xê Út. Mục tiêu là cải thiện radar trên máy bay, tăng khả năng chống nhiễu và tăng gấp đôi tầm phát hiện các mục tiêu nhỏ. Đồng thời, trạm tình báo điện tử AN/AYR-1, bộ thu định vị vệ tinh NAVSTAR và các thiết bị liên lạc mới cũng được đưa vào sử dụng. Theo nhà phát triển, AN/AYR-1, với tầm hoạt động lên đến 600 km, có khả năng phát hiện và nhận dạng các loại thiết bị điện tử và phương tiện mang chúng với độ chính xác từ 50 đến 100 mét.

Trong khuôn khổ chương trình EAGLE (Extended Airborne Global Launch Evaluator), Boeing đã trang bị thêm cho máy bay E-3 một hệ thống quang điện tử thụ động để phát hiện tên lửa chiến thuật và tên lửa đạn đạo. tên lửa Tên lửa tầm trung và liên lục địa—điều này cho phép bản thân máy bay E-3 được tích hợp vào các hệ thống phòng thủ tên lửa chiến trường. Để phục vụ mục đích này, một trạm phát hiện hồng ngoại và theo dõi chính xác, một máy đo khoảng cách laser, bộ xử lý hiệu năng cao và thiết bị liên lạc đã được lắp đặt trên máy bay.

Việc thay thế động cơ được thảo luận riêng nhằm giảm chi phí vận hành, cải thiện hiệu suất và bảo tồn phi đội đến năm 2035. Động cơ tiêu chuẩn của E-3 là TF33 (phiên bản dân dụng của JT3D), và CFM56 được xem xét là động cơ thay thế chính, nhưng điều này chưa bao giờ thành hiện thực đối với phi đội của Không quân Hoa Kỳ. Tuy nhiên, vấn đề mỏi khung máy bay và bề mặt điều khiển đã được giải quyết riêng, giúp tăng thêm 18.000 giờ bay vào tuổi thọ. Các hệ thống hiện đại tiêu thụ nhiều năng lượng hơn, vì vậy máy bay đang được trang bị máy phát điện và pin mới.

Từ đầu những năm 2000, Mỹ và các nước NATO đã nâng cấp hệ thống máy tính và hệ thống hiển thị trên máy bay của họ. Họ đã chuyển đổi thành công hoàn toàn sang các hệ thống kiến ​​trúc mở, dễ dàng mở rộng và cập nhật hơn. Các trạm làm việc của người vận hành hoạt động trong môi trường giống Windows, cung cấp giao diện thân thiện hơn với người dùng và giảm khối lượng công việc cho phi hành đoàn. Sau khi nâng cấp phần mềm, hệ thống Tích hợp Đa cảm biến (MSI), tích hợp dữ liệu từ nhiều cảm biến, thu thập mọi thứ vào một mạng duy nhất và tạo điều kiện thuận lợi cho việc trao đổi tương tác giữa phi hành đoàn và hệ thống điện tử hàng không. Bộ xử lý tín hiệu được cải tiến cho phép theo dõi mục tiêu chính xác hơn và cung cấp bản đồ chi tiết. Năm trạm làm việc của người vận hành đã được bổ sung vào E-3, cung cấp quyền truy cập vào các nguồn mạng bên ngoài (bản đồ, dữ liệu thời tiết) và cập nhật cơ sở dữ liệu theo thời gian thực. Buồng lái cũng đã được thiết kế lại để giảm tải thông tin. Theo các chuyên gia của Mỹ, điều này đã giảm đáng kể thời gian đào tạo phi hành đoàn và nhu cầu về máy bay huấn luyện.

Trọng tâm chính của công việc phát triển hệ thống AWACS và CAS tiên tiến là chuyển giao các chức năng điều khiển và dẫn đường cho các sở chỉ huy trên mặt đất và cuối cùng là cho tàu vũ trụ. Đây là trọng tâm của chương trình "Phi hành đoàn xuống mặt đất" (Mission Crew to Ground - MCG): chỉ có phi hành đoàn, nhân viên vận hành thông tin liên lạc, kỹ thuật viên radar và các kỹ thuật viên khác dự kiến ​​sẽ ở lại trên tàu. Toàn bộ dữ liệu AWACS sẽ được truyền xuống mặt đất, nơi nó sẽ được xử lý cùng với dữ liệu từ các UAV trinh sát. Điều này được kỳ vọng sẽ cải thiện hiệu quả hoạt động của AWACS và CAS và giảm số lượng phi hành đoàn. Song song đó, công việc đang được tiến hành về việc sử dụng kết hợp AWACS và CAS với UAV trinh sát để phát hiện các mục tiêu ở độ cao thấp ngoài tầm nhìn. Rất khó để đánh giá từ dữ liệu hiện có liệu chương trình MCG đã được triển khai thực tế hay vẫn chỉ là một chương trình nghiên cứu.

Dù sao đi nữa, E-3 vẫn là xương sống của hệ thống giám sát radar tầm xa của Mỹ và NATO trong gần nửa thế kỷ—và, xét theo các chương trình kéo dài thời gian phục vụ, nó sẽ còn được sử dụng trong một thời gian dài nữa. Kế hoạch thay thế nó bằng gì sẽ được thảo luận trong phần tiếp theo.

Còn tiếp...