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中国机载火控雷达“超英赶美”?

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近日,一篇记述中国电子科技集团公司首席科学家、第十四研究所首席专家林幼权先进事迹的文章在网上广泛流传,被很多网友认为是中国军事技术“超英赶美”的又一佐证。文中提到林幼权“主持完成了我国第一部机载有源相控阵火控雷达的研制与试飞,雷达系统设计水平国内领先,与世界上最先进的装备美国F-22飞机的AN/APG-77雷达相当”。那么有源相控阵雷达是怎么回事,AN/APG-77又先进在哪里呢?

有源相控阵(AESA,有源电扫描阵列)雷达是目前先进战机的标准配置,不仅逐步占领了战斗机市场,也已进入机载预警雷达、面对空导弹火控雷达和立体搜索雷达领域。要想讲清楚AESA技术的来龙去脉,首先得从电扫描阵列或相控阵(ESA)的发展历程说起。

其实相控阵雷达也不是什么新概念,早在二战后期德国就部署过世界上第一种“现代化”军用量产型相控阵雷达“猛犸象”。通过改变经由天线阵列阵元的信号的相对相位或延时来实现波束控制,而不再需要通过机械的方法控制庞大笨重的天线扫描大范围空域。

20世纪70年代,ESA技术取得了长足进步,具备了同时跟踪大批量高速运动目标的能力,开始广泛应用于导弹制导和弹道/巡航导弹防御。例如美国的FPS-115“铺路爪”雷达和苏联的NIRI 5N15“第聂伯河”/“鸡舍”系列PESA雷达,用于执行关键战略弹道导弹捕获和跟踪任务。美国陆军的C波段MPQ-53“爱国者”交战雷达、美国海军的SPY-1“宙斯盾”S波段无源相控阵雷达和苏联的X波段5N63/30N6(用于S-300PT/SA-10)和9S32(用于S-300V/SA-12)交战雷达也是PESA雷达,用于摧毁飞机、巡航导弹、远程导弹和战术弹道导弹。这些型号被称为第一代ESA雷达,采用无源透射铁氧体移相器和行波管发射机提高整个系统的峰值功率,至今仍在服役和生产。

第二代ESA雷达于20世纪80年代面世,主要针对机载应用。例如美国B-1B“枪骑兵”的X波段APQ-164雷达和B-2A“幽灵”的Ku波段APQ-181低截获概率雷达,适于隐身探测,具备导航、瞄准和自动地形跟随能力。苏联的首部X波段机载PESA雷达是为米格-31开发的BRLS-8B“盾牌”(Zaslon,北约称“闪舞”),是第一种装备前线战斗机的批生产型ESA雷达,最显著的特征是L波段IFF询问机的PESA阵列被嵌入X波段雷达阵列之中,最出名的段子是可以烤熟兔子。以上这些第二代ESA雷达采用天线馈电网络,这也是堆栈行结构的典型特征。

PESA采用无源移相器件,而AESA的T/R模块则集成了多个微波单片集成电路(MMIC),形成独立控制的接收机、发射机和波束控制器,系统整体可靠性大幅提升。除了波束捷变能力和可靠性的优点外,AESA的波束更精确,有利于副瓣抑制,降低被敌方截获的概率。另外,AESA带宽优势明显,可以用作威胁告警系统的附加高增益天线,或作为带宽高达数千兆比特每秒的数据链。大功率孔径AESA还能用作定向能武器,对电子密集目标系统或电子设备造成毁灭性影响。就雷达结构截面积而言,固定的AESA本身就优于万向支架式的MSA,更容易与其他隐身平台融合。

AESA的优点明显,同时也更复杂,研发费用更高。功耗冷却是AESA面临的两大难题,也是与小型平台整合的最大阻力。随着实时处理要求的提高以及复杂应用模式的扩展,AESA对软件依赖性大大增强,带来了许多不属于射频领域的独特工程问题,类似现象在新一代装备的研发过程屡见不鲜。简单讲,材料封装技术是设计生产高性能AESA雷达首先要迈过的两个门槛。在这两个领域,美国和日本有着较为明显的优势,欧盟在技术上基本处于同一代,俄罗斯则有代差。例如,俄制五代机T50的雷达所用T/R模块仍然采用细长方形“砖”式封装,仅集成了1500个T/R模块,还不及小一号的APG-81。

F-22A“猛禽”战斗机装备的APG-77是首部批生产型AESA雷达,集成了2000个T/R模块,被认为是AESA技术发展风向标。生产商诺斯罗普·格鲁曼公司将APG-77视为第三代AESA雷达,APG-80 (用于F-16)、APG-77(V)1 (用于F-22)、APG-81 (用于F-35)则被视为第四代。APG-77(V)1采用了为APG-81设计的T/R模块,并优先升级了对地能力。2014年9月,F-22首次参战空袭叙利亚,验证了新雷达的对地能力以及与SDBII小直径炸弹的整合情况。下一步可能会找个机会实战验证一下对空能力,当然这个机会不太好找。

前文中提到林幼权带领的团队完成了总装“九五”、“十五”和“十一五”的重点预先研究课题“X波段机载有源相控阵火控雷达系统技术”,认为“课题瞄准国际上性能最先进的机载火控雷达,其技术难度极大,课题的完成不仅提高了我军核心作战能力,也带动了我军信息化装备整体建设水平的提高,是国防科技战线在攀登世界科技高峰征途上树立的又一座历史丰碑。”结合上文的简单介绍,熟悉内地文宣风格的网友对中国机载有源相控阵火控雷达的技术水平应该有大体的判断了。

北纬40°作者赐稿 文 | 落日

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