终于证实:中华神盾神神秘秘的新雷达居然是无源

fengyimin 收藏 21 21581

自从中国海军170、171号防空型驱逐舰(以下简称"新驱")图片被外界曝光以来,该型军舰,特别是其装备的以相控阵雷达为基础的新型防空系统就成为众人关注的焦点。有关其防空系统性能的分析文章也能经常看到,同时也存在颇多争议,例如该舰采用的是有源相控阵雷达还是无源相控阵雷达?雷达表面为何是与众不同的曲面?又为何采用米波雷达?笔者根据网上披露的有关图片以及其它已经公开的材料,结合相关知识,谈一点自己的看法。


◆有源还是无源


作为全舰最核心的电子装备,该舰装备的多功能相控阵雷达在很大程度上决定着全舰的对空防御能力。目前,香港媒体及国内大部分媒体都倾向于该雷达为有源相控阵雷达(主动相控阵雷达)。其中一个最主要的判断依据是认为该雷达下方装备了对雷达阵面进行冷却的装置(又有水冷和风冷之说),并且认为只有有源相控阵天线表面才需要大功率冷却装置进行冷却。实际上,这种说法缺乏根据。例如,"宙斯盾"系统采用的AN/SPY-1无源相控阵雷达阵面就使用了冷却装置,其原理是先用水冷却空气,然后再用空气冷却阵面。支持"无源"说的依据则是四部雷达采用了类似"宙斯顿"的较为分散布局方式,以方便安装大型发射机、冷却装置等等。其实,仅仅透过复合材料蒙皮掩盖的外观及布局方式,很难确定该型雷达到底足有源抑或无源,也不好确定雷达阵面下方管状装置的用途。我们不妨从当前我国雷达行业的现状来分析。


笔者有幸参观了近年在京举办的几届雷达博览会和国防电子展,对雷达行业也只能是管中窥豹。在展览上可以看到,国内厂家对无源相控阵雷达的设计和生产已经趋于成熟,大量新型产品面世,但是部分关键器件,例如铁氧体移相器的生产技术仍还需要引进。目前尚没有看到任何有关"有源相控阵"的信息。在去年雷达博览会中,曾展出用于载人航天工程的大型精确跟踪相控阵雷达。按理说其研制日期不会早于新驱的多功能相控阵雷达,其技术水平应该是有代表性的,而它采用的仍然是无源相控阵技术。根据发展大型防空系统的普遍规律,像新驱防空导弹系统的研制周期应在15年到20年(俄罗斯S-300以及美国"爱国者"防空系统的研制周期都在这个范围内)。也就是说该型雷达的研制年代应该是80年代中期到90年代初期。在那个年代,中国相控阵雷达的试制还处在手工阶段,移相器的精密安装是由人工完成的。相控阵雷达对于当时的中国雷达行业来说过于复杂了,很难想象在那个时代研制更为精密复杂且昂贵的有源相控阵雷达。


纵观我国防空系统发展,在新驱防空导弹系统披露以前,我们通过官方媒体见到的唯一装备的国产大型防空系统仍然是"红旗"-2的改进型(KS-1采用了相控阵制导雷达,但是尚没有该型导弹系统装备部队的官方报道)。要想从这种古老的防空系统一步跨越到采用有源相控阵雷达的防空系统,恐怕只能是一个美好的愿望。据此,笔者判断新驱采用的相控阵雷达为无源相控阵。


在做出上述判断的前提下,或许我们能够找到新驱雷达天线下面的管状装置的用途。由图片可以看出,该装置可以呈打开状态,此时它非常像采用反射阵雷达的溃源。这似乎暗示该雷达采用的是较为简单的空馈方式。


◆为什么是曲面


关于舰载相控阵雷达,还有一个令人感兴趣的与众不同的特征,即其表面为柱面形。这一点在众多舰载及地面相控阵雷达中较为罕见,有人称之为"曲面阵"。当然,相控阵天线确有线阵、平面阵、柱面阵和球形阵等多种形式,但新驱上的这个曲面,并非是天线阵面。从材料质感上判断,它只不过是阵面外的高分子复合材料保护罩,其作用是保护相控阵天线移相器。无源相控阵天线采用的铁氧体移相器本身就较为脆弱,而且其对安装精度要求极为苛刻,在外力作用下很容易造成失效。虽说部分单元损坏后相控阵天线仍能正常运转,但价格昂贵的移相器也不是能随便当作消耗品使用的。特别是在环境更为恶劣的海上,为雷达天线制作复合材料蒙皮相当必要。


那么,为什么新驱却采用制作工艺上更为复杂的曲面罩呢。有观点认为,这是为内部天线器件留有更大空间,以便采用风冷装置对天线表面进行冷却。但是,如果出于此目的,相控阵天线距离整流罩距离不一样,空气流量也难免造成不均匀,因此会造成对内部天线冷却不一致。实际上,若想留有更大空间,更好的做法是整体提升保护罩距离天线电子器件的高度,而不是制作工艺复杂的曲面整流罩。


由公开图片可见,由于相控阵雷达天线安装位置较低,其中心线接近730近防系统的炮口高度。当730火炮向两侧射击时,其炮口距离雷达天线非常之近,产生的巨大冲击波将对阵面产成严重冲击。此外,由于舰载防空导弹采用了外倾的准垂直冷弹发射方式,导弹会在舰艇侧舷上方约20米处点火,这个位置恰好处于雷达阵面的正上方。导弹点火产生的高温高压气流也会对雷达阵面产生冲击。这种冲击力是不能低估的。与此类似,俄罗斯S-300地面防空系统的阵地甚至专门为发射装置建有掩体。这种掩体不是为了保护发射装置免遭空袭,而是专门阻挡导弹燃气对周围建筑和设备产生破坏,垂直冷发射大型导弹燃气威力之大可见一斑。由此可见,国产新驱的大型雷达天线战时工作条件相当苛刻。而采用曲面外表的整流罩,在抗气流冲击方面要比平面整流罩好很多。需要注意的是,曾装备于970试验舰上的同类雷达采用的就是平面状复合材料蒙皮。970舰将该雷达装于军舰上层建筑一侧,不会受到任何气流冲击。因此,笔者判断,外形独特的整流罩可能是用于抵御强大气流的。这也从侧面表明,国内在高透波率、高抗冲击的复合材料研制方面还欠缺火候。


◆米波雷达的作用


该舰防空系统的另外一大特点是,在21世纪的今天,仍然采用了米波警戒/目标指示雷达(非常类似前苏联早期装备的"匙架"雷达),这在当前世界同类舰艇中可谓是独树一帜。通常认为,采用这种米波雷达主要是为了反隐身飞机。其实,从原理上讲,虽然米波雷达较其它波长雷达反隐身飞机的效果好,但并不意味着隐身飞机在其面前就会失效。米波雷达目前在反隐身方面的优势,主要是源自当前隐身飞机的吸波涂层针对厘米波段左右的电磁波设计,对米波雷达的吸波效果欠佳。但是,隐身飞机的外形隐身是仍然对普通米波雷达起作用的。而外形隐身,又是隐身飞机最重要、最基本的隐身手段。目前,反制外形隐身效果较好的是天波/地波超视距雷达,其工作频率在4-5MHz之间,波长和大部分飞行器特征尺寸接近,目标散射处于谐振区和瑞利区,反射面积和飞行器的形状细节没有关系,因此外形隐身是无效的。但是,普通米波雷达没有这种功能。退一步讲,即便米波雷达发现了隐身飞机,如果火控雷达不能截获目标也是无可奈何的。因为米波雷达主要用于警戒和目标指示,无法控制导弹。

从作战需求角度来看,反隐身飞机作战似乎并不是海军的主要任务。目前,美军隐身飞机主要用于突击地面固定目标,对海军舰艇的威胁尚小。而且对于舰艇而言,抗击攻击自身的导弹要比攻击隐身飞机更为容易些。因此,为完成并不急需的反隐身飞机任务而装备并不可靠的反隐身装备,却要占用舰上宝贵空间,恐怕是得不偿失的。

那为什么要安装这种米波雷达呢?从中国海军舰艇装备来看,米波雷达几乎是标准的国产对空警戒雷达配备。近几年建造的驱逐舰,除112、113以及使用俄式防空系统的几艘舰艇外,几乎无一例外采用了类似的米波雷达。甚至早期一些没有装备防空导弹的舰艇也装备此类雷达,用作对空获取情报。因此,这种雷达的使用恐怕只是中国海军对以前装备的延续,主要进行对空搜索,进行早期预警,并可对防空系统进行目标指示。


反观以美国"宙斯顿"为代表、采用四面固定相控阵天线的防空系统,多以该相控阵雷达完成目标搜索、火控制导等多项任务,无需目标指示雷达。"宙斯顿"SPY-1雷达一旦在海上航行就开机对空搜索,每次执行任务连续开机多达一个多月。而新驱采用昂贵的四面阵设计,还要额外搜索雷达配合,可能表明该雷达的平均无故障间隔以及连续开机时间较短,无法完成长时间不间断搜索任务。通常来说,多功能火控雷达远比普通三坐标雷达更为复杂,因为其对目标数据更新率、精度等多项指标要求很高,因此造成其平均无故障间隔相对较短。根据笔者参观近年国防电子展和雷达博览会获得的信息,国产米波对空警戒雷达的平均无故障间隔可达到数千小时以上,而复杂的火控雷达平均无故障间隔大约只有其十分之一。在目前情况下,以保证以多功能相控阵火控雷达完成日常警戒任务可能尚有一定的困难。

此外,采用米波雷达的另外一个原因可能是相控阵雷达作用距离有限。决定一部雷达探测距离的重要因素就是其波长。在平均功率相等的情况下,波长越长的雷达,其探测距离越远。由于火控雷达需要对导弹进行控制引导,所以波长不会太大,"宙斯顿"系统的雷达波长接近10厘米,相信170舰的火控雷达波长不会超过这个值。因此,如果没有功率强大的发射机,其探测距离可能会受到相当的限制。

综上所述,170舰引入米波对空警戒雷达,其主要原因很可能是大型相控阵雷达尚不成熟而不得已采取的措施。


◆发射装置的奥秘


看到170舰装备的垂直发射装置,就不得不与俄式同类系统联系起来。由于未见有排烟道,所以判断该发射装置采用类似俄罗斯SA-N-6的冷垂直发射方式,并且为了防止导弹出现哑弹砸到军舰上,采用了外倾约10度左右的设计。它采用8组鼓式弹舱,每组装弹6枚,总计48枚防空导弹。依据弹筒与施工人员比例判断,其一枚筒装弹直径一米左右。

现在问题的焦点是,该垂直发射方式是否需要旋转,如果旋转是整个弹鼓旋转还是顶盖旋转。这一点仅从静态照片来看很难判断。但是,一个不需要旋转的弹舱,是没有必要布置成甲板利用率较低的圆形,而应是更能充分利用空间的矩形。据此,笔者判断,可能出于某些技术原因,该圆鼓弹舱仍需要旋转。但是旋转弹舱并不意味着会影响发射速率。首先,雷达截获目标需要时间,这个时间可由发射装置利用来旋转。例如早期"萨姆"-2导弹,尽管发射装置有充足的待发弹,但是其发射间隔仍然达到6秒,这个时间就主要是用来截获目标的。又因为该舰总计有8个弹舱,即便一个弹舱只有一个发射口,在首次射击时整个系统可拥有8发待发弹,算上雷达对导弹的截获时间,那么这8组弹舱完全可以支持任何形式的连发射击。


◆综合性能分析


若分析新驱防空系统的综合性能,我们首先要搞清楚这种导弹的制导方式。我们没有在新驱上找到类似"宙斯盾"系统SPG-62(用于导弹命中目标前极短时间内照射)的照射雷达,这表明,新驱很有可能舍弃了半主动雷达的末制导方式,而采用TVM或者主动雷达制导。目前,单部雷达制导的TVM防空系统的攻击目标数是6(俄罗斯S-300PMU1)到8个(美国"爱国者"PAC-2),而采用主动雷达末制导的大型防空系统同时交战目标数可达到36个(俄罗斯S-300PMU2)。我们假设新驱的四面固定阵采用类似"宙斯盾"系统的两套发射机和对应的中央处理器,其同时交战数理论上可达12到36个。考虑到一般防空系统均具备引导两枚导弹攻击一个目标能力,因为新驱总共载弹48枚,最多以两发齐射方式攻击24个目标。综合以上因素,新驱防空系统的同时交战目标数可达到12到24个。当然,这完全是依照目前世界最高水平做出的判断。考虑到国内实际水平,新驱同时攻击目标数可能会少于这个数字。




防空系统的射程也是重要参数之一。目前我们尚未见到新型导弹外形,所以很难从导弹方面推测其射程,但可以从雷达系统入手。某年雷达博览会上,航空二院曾展出一种与新驱上采用的米波雷达相似的出口型J231米波雷达。该雷达探测距离达到300公里以上,考虑到出口型的性能通常较自用型低,所以判断新驱装备的米波雷达应该有350公里以上的探测距离。根据防空系统的一般规律,目标指示雷达的作用距离通常为制导雷达两倍左右,而制导雷达的跟踪距离又为防空系统杀伤区的两倍左右,故判断新驱相控阵多用途雷达的有效探测距离为200公里左右,而整个系统的杀伤区远界为100公里左右。从披露照片上显示的巨大发射筒(直径约1米)也能从侧面印证这个数值。可能这个结果会让很多人失望,但是相信随着国内技术的不断发展,新驱的防空系统也会得到不断完善和改进。

除上述性能外,综合中国雷达行业在设计和应用方面的经验,该相控阵雷达应该具备很强的抗干扰能力,很可能采用了诸如单脉冲测角、频率捷变、动目标显示、旁瓣对消/消隐等抗干扰技术。在这一点上,该雷达可能具备问鼎世界最高水平的实力。此外,由于新驱未装备短程低空防空导弹,所以可以认为其大型防空系统的低空性能应该相当出色,也具备很强的反(巡航)导弹能力。

45
回复主贴
聚焦 国际 历史 社会 军事 精选
21条评论
点击加载更多

发表评论

更多精彩内容

热门话题

更多

经典聚焦

更多
发帖 向上 向下