2014-08-21 18:43
最新的雷达天线技术是AESA。英文的“Active”一般翻译为“主动”,它的真正涵义是指阵列的每个单元都有自己的驱动逻辑,可以独立工作。而“Passive”(“被动”)当然就是指很多单元共用一个驱动逻辑。这个技术性的辞汇定义和15年前用在LCD(Liquid Crystal Display,液晶显示)萤幕的所谓Active Matrix(主动矩阵)和Passive Matrix(被动矩阵)是一様的。用在雷达天线阵列上,主动阵的每个单元有它自己的T/R Module(发射/接收组件),而被动阵必须共用一个微波產生器。
AESA相对于PESA的优点在三个方面:首先,AESA的电磁波通路比缝隙阵列还要短,虽然T/R Module的效率稍低于PESA和缝隙阵列用的TWT(Traveling Wave Tube,行波管) ,但是整体来说,AESA的效率还是最高的。其次,现代的T/R Module用的是固态(Solid State)的砷化镓(GaAs)晶片,可靠性要远高于TWT。但是最重要的差别还是在于AESA可以数位化,以软体程式来控制波束,所以有许多以前想都想不到的新功能,例如它可以同时发射好几个波束,这些波束甚至可以用不同的频率等等。又如雷达干扰器的工作方式之一是在接受到敌方雷达波后,立刻送回一个和反射波相似但是频率稍变的波束,用以困惑对方的相位多普勒电路,这个功能可以整合进AESA雷达里面。
最早实用化的AESA是瑞典Ericsson在1985年开始研发的Erieye空用预警雷达(AEW&C,Airborne Early Warning & Control)。 Ericsson是世界微波通讯的领头企业,完全有能力独力发展全新一代的微波探测技术。而当时美国的军用雷达制造商已经花了20年的心血和资金在老技术上,把缝隙阵列的技术潜力发挥得淋漓尽致,第一世代的AESA看来就并不是特别有吸引力。 1993年Erieye服役之后证实了AESA雷达的革命性优势,AESA成为所有新雷达的标凖,除了破產的俄国和欢欣享受和平红利的英法没有积极发展AESA之外,世界上主要的军工国家都全力投入,也就是以色列,美国和中共。
瑞典空军的Erieye预警机,载机是Saab 340。
苏联解体之时,军工企业忽然断炊,连薪水都发不出来,絶大多数犹太裔的专家因而移民以色列,以色列一夕之间跻身一流军工国家之列,在雷达方面他们的杰作就是Phalcon(Phased Array L-band Conformal Radar)空用预警雷达。 Phalcon採用L Band,比用S Band的Erieye抗隐身能力更胜一筹,是1990年代世界最佳的空用预警雷达,比美军的E3用的PESA先进了一代。
第一代的Phalcon预警机,型号EL/M-2075,载机是波音707。第二代的Phalcon预警机,型号EL/W-2090,载机是俄制的IL-76;原本为中共开发,后来转售给印度;转盘里是背对背的双面阵列,依赖机械旋转来完成360 °扫瞄。
中共在1994年签约引进Phalcon,但美国强迫以色列于2000年撕毁合约,拆下已装好的雷达,于是中共加速投资自主开发的L-Band AESA。 2005年,首艘052C驱逐舰服役,舰上装有四面H/LJG346阵列,是世界第一部大型舰用AESA雷达。 2013年,052D驱逐舰服役,装有更先进的H/LJG346A雷达,改用更大功率的T/R module和内建液冷系统,因而外表不再是为气冷而设计的曲面。在空军方面,空警2000预警机于2007年加入中共空军序列,性能超过了Phalcon。随后又发展了小号的空警200。去年,第二代的空警500开始露面。如今共军预警机的开发瓶颈不在雷达,而在载机,这必须等到C919客机在2016年服役之后才能完全解决。
共军的空警2000,载机也是俄制的IL-76,原本装了Phalcon,后来以色列拆下雷达将空机交给中共;雷达盘为固定式,内含三个阵列,由纯电子扫瞄便可完成360°监视。
美国在苏联解体之后,也享受和平红利,并没有急着换装已有的缝隙阵列和PESA雷达;只有为全新的F22开发X-Band AESA,这就是AN/APG-77,2006年服役,它是世界第一部实用的战斗机用AESA(之前日本F-2装备的J/APG-1性能并不比同时代的缝隙阵列雷达有明显的优势),至今仍是所有其他战机雷达的标竿。到2010年后,升级F15,F16和F18用的AESA雷达先后完成,不过美国目前财务困难,全面换装遥遥无期。
AN/APG-77和F-22;这个AESA有1956个单元,至今仍无其他战机雷达能出其右。
AN/APG-77和后续为F35而衍生的AN/APG-81虽然技术先进,功能强大,其反隐身的能力仍然受X-Band波长的限制,远不及共军装在预警机和区域防空舰的L -Band和S-Band AESA。这当然不是巧合。美国独霸隐身技术有30年之久,他自己没有迫切的反隐身需求,而中俄则相反。尤其是中共,其军用电子技术经过20多年的精心培育,已经发展到几乎赶上美国的地步,不但在大型低频AESA领先美国,连X-Band雷达也只有5-10年之遥,例如前年定型的J-10B配有中共第一代X-Band AESA(有人说J-10B原本装了PESA,生產很小的数目后AESA就出来了,从此改用新雷达;不论这传言真假,2014年下线的J-10用的确是AESA),相当于美国正在兜售给国军F-16A/B升级用的SABR(Scalable Agile Beam Radar);而J-16所配备的中共第二代X-Band AESA则基本等同美国海军为F-18E/F升级所开发的AN/APG-79。
Northrop的Sabr是三种F-16可用的AESA之一,原定给国军和美军升级F-16用的,但美军自己的升级计划因缺乏经费而取消;南韩订购的RACR(Raytheon Advanced Combat Radar)则还在进行中,或许国军可以改向Raytheon购买;Northrop的AN/APG-80用电太多,只能装在全新的F-16 Block61上。
F-117的雷达截面积(纵轴)对雷达波频率(横轴)的关系。只有在5-15GHz(即C,X和Ku-Band)才完全隐身,对L-Band其截面积高达0.6平方公尺,空警2000可以在250公里外轻松截获其反射讯号。F-117的飞行性能基本上像一只装了印擎的猪,执行任务全靠隐身,一旦遇到L-Band预警机就只有等被烧烤的份。难怪空警2000一出现,美军就急忙在2008年把F-117提前淘汰,还嘴硬说是为F-35让道;其实F-35计划毛病丛生,到现在还不能真正量產。
希望有耐心读完全文的读者到此了解为什么F22和F35对共军已经没有压倒性的优势。美军因此必须依赖B2和B3这些隐身轰炸机。它们因为採用了飞翼形设计,外形折线尺寸在十公尺以上(如B2翼展每边26.2公尺,其前缘就是一条直线),对L-Band仍然具有极为有效的隐身能力。当然共军也在开发HF频道的大波长雷达阵列,由于电离层的反射,HF电磁波甚至可以越过地平綫前进,因此又叫“天波雷达”,其波长则刚好对隐身轰炸机有最佳的探测效果。像这様的道高一尺魔高一丈的攻防技术竞赛是军事歷史上的常态,在可见的未来,仍将继续下去。
中共海军在东海海岸线上建立的HF天波雷达阵列。