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国外机载氮化镓有源相控阵雷达最新进展

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印度国防部国防研发组织(DRDO)电子与雷达发展院为“光辉”战斗机研制了“卓越”机载有源相控阵火控雷达。该雷达从2008年开始研制,2009年就在印度航展上披露。印度宣称该型雷达为液冷雷达,截至2020年8月已完成100多小时他机试飞和近25小时配装“光辉”战斗机的试飞,并完成了关键的空对空模式试验,获得了比以色列航宇工业公司埃尔塔分部的EL/M-2052机载有源相控阵雷达更好的探测结果;计划在2021年年底或2022年年初之前完成空对地和空对海模式试验,然后投产。“卓越”雷达的主动阵列天线单元(AAAU)共有184组4单元收发组件通道、共736个收发通道。图为机头配装“卓越”雷达的“光辉”在2019年印度航展上进行展示。未来,印度会借助欧洲国家和以色列的帮助,或直接引进相关产品,为已采用液冷的“卓越”雷达引入氮化镓技术吗?(印度国防部国防研发组织等图片)

但雷达制造商的终极战利品将是下一代作战飞机。美空军和海军正在发展分别取代F-22和F/A-18E/F的战斗机。一型高度隐身的飞机应能更加靠近目标而不被探测到,实际上降低了对氮化镓雷达探测距离优势的需求。但是,氮化镓基传感器可以提供其他好处,例如可以采用更小的阵列,并在比砷化镓更宽的频谱范围内应用跳频技术。迪特马尔斯说:“拥有更宽的频带将使你能够进行跳频,确保你不会停留在某个特定频率上。后一种情况会让你更容易被探测到”。

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日本正在为F-X(即F-3)下一代战斗机研制氮化镓有源相控阵火控雷达。上图为2018年11月,防卫省防卫装备厅在东京航空航天展上展出的基于氮化镓的多功能射频系统1比5样机;下图为2017年11月,防卫省防卫装备厅在年度防卫技术大会上提供的氮化镓机载多功能射频系统的介绍。按照防卫装备厅的计划,该系统样机将在F-2战斗机上开展领先试飞(日本防卫省图片)

此外,射频传感器技术将在下一代战斗机上得到进化:一个多功能孔径组成的网络将能完成感知、干扰和通信功能,分布在战斗机组成的网络而不是仅仅单个飞机上,“随着你转向更保形的材料和其他现有技术,你能更有效地将天线放置在任何地方。你还能真的协调分离的天线共同工作,这样,你就能在一架飞机上安装雷达,也能在僚机上协调更复杂的解决方案。当你开始将这些不同的阵列联网时,你就能做某些有趣的事情,使你既不被探测到,又能感知整个空域”。

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美国防部国防高级研究计划局(DARPA)已将氮化镓研究推向“氮化镓+”,拟通过增强的片上冷却,将氮化镓晶体管的功率密度由2016前后最高的10瓦/毫米左右,在2020年前后提升到25瓦/毫米左右。这样可在提高可靠性的同时,将设备输出功率提升至2016年时最先进氮化镓技术的6.8倍,雷达探测距离和通信作用距离则分别提升至1.6倍和2.6倍。也即,未来战斗机采用的氮化镓机载有源相控阵火控雷达,其性能可能比当前的氮化镓雷达有进一步重大提升(DARPA图片)

不过,雷神公司在现有火控雷达中应用氮化镓技术的路径可能并不是通用的。美国诺格公司已在为美海军陆战队提供采用氮化镓技术的AN/TPS-80“地面/空中任务导向雷达”(G/ATOR)。该公司也是F-16战斗机的AN/APG-83,F-22的AN/APG-77和F-35的AN/APG-81等机载有源相控阵火控雷达的供应商,但它没有评论是否应为现有系统提供包括转向氮化镓在内的升级路线图。该公司空中主宰及打击副总裁 格雷戈·西默(Greg Simer)表示,公司致力于在有意义的地方应用氮化镓。“我不知道那些传统‘大黄蜂’机队的具体细节,以及导致它们采用氮化镓方案的驱动因素和要求是什么。但是每型飞机都有独特的约束和要求,在正确的场合采用氮化镓也是可能的”。

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上图为2018年3月14日,瑞典首架“全球眼”预警机完成首飞后着陆;下图为以色列2016年年底交付给意大利的“湾流”G550公务机改“保形空中预警”飞机。“全球眼”是目前已知的第二型采用氮化镓收发通道阵列预警雷达的预警机,阿联酋空军现已列装3架,瑞典空军也将列装。我们曾认为“全球眼”是世界上首架实际采用氮化镓预警雷达的预警机。但是以色列在2018年11月首次披露,其从2016年12月开始交付给意大利空军的“湾流”G550公务机改“保形空中预警”飞机已采用基于氮化镓技术的预警雷达(瑞典萨伯集团公司、以色列航宇工业公司图片)

以色列航宇工业公司埃尔塔系统分部也是机载火控雷达供应商,它确认其已将氮化镓技术应用到某种战斗机阵列,但没有提供细节。该分部研究、发展与创新副总裁以色列·卢帕(Israel Lupa)透露,“你可以这么说:我们也在机载应用方面实施氮化镓技术,包括战斗机”。

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除了为“白尾海雕”预警机的预警雷达采用氮化镓技术,以色列航宇工业公司已交付以色列国防军等用户的EL/M-2084防空雷达在改进中,也已采用氮化镓技术。美国洛马公司在竞标美陆军“低层防空反导传感器”项目时,就和以色列航宇工业公司合作,在后者的EL/M-2084基础上提出基于氮化镓的竞标方案。本篇动向中以色列提及在战斗机上采用氮化镓技术,推测其应用可能涉及以色列为F-35I、F-15I、F-16I等战斗机及部分无人机开发的保密电子战系统,以及一些主要面向出口市场的机载火控雷达(以色列航宇工业公司图片)((中国航空工业发展研究中心 张洋))

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