近日,中国科协主办的《科学中国人》网站刊文介绍中电科集团首席科学家林幼权,文中提及他领导了中国第一台X波段有源相控阵机载火控雷达的研制工作,该雷达在2009年获国防科技进步一等奖。鉴于中国颁发此类奖项的惯例,这意味着此型装备当时已研制定型一段时间。报道称,这种雷达设计水平与美国F-22战机上的APG-77雷达相当。
不久前,俄罗斯、加拿大等国媒体刊文称中国尚未掌握“机载有源相控阵雷达”技术,这篇公开文章说明这种说法不值一哂。此外,文章还提到了中国雷达海洋监视卫星的研制情况,这可能就是中国“实时掌握全球21艘大型船只位置”(航空母舰)的关键。
中国2009年首飞的歼-10B型战斗机近期开始向部队交付,该机是中国首型装备相控阵火控雷达的战斗机,根据这篇文章的公开信息,它所安装的很可能为无源相控阵机载火控雷达(PESA)。加拿大汉和防务杂志就一口咬定中国现在搞不出有源相控阵雷达,歼20页装不了这种雷达,事实果真如此吗?
为了让大家明白为什么有源相控阵雷达很厉害,我们先来简单科普一下雷达知识,雷达就是靠电磁波这个信息载体探测目标的设备,所以需要一个发射机和一个接收机,发射机发射电磁波,电磁波碰到目标后反射,被接收机捕获。在相控阵技术出现之前,所有战斗机的机载雷达都是这种原理的雷达,我们称之为机械扫描雷达。
图片为F-18战斗机装备的机械式扫描雷达,机械扫描雷达的弱点是对目标扫描速度慢,作用距离有限,搜索范围受到极大限制,所以人们就想到一些方法来解决这些问题。
所谓相控阵技术,就是由许多辐射单元排成阵列形式构成的走向天线,简单讲就是在一个阵面上放置了成百上千的收发单元(T和R单元),而机械扫描雷达只有一组收发单元。典型的相控阵是利用电子计算机控制移相器改变天线孔径上的相位分布来实现波束在空间扫描,即电子扫描,简称电扫。
那么,相控阵雷达比机械扫描雷达强在哪里呢?首先,通常来说,有源相控雷达的搜索探测距离是常规机械扫描雷达的的一倍还多。理想状态下,如果双方战斗机的电子战能力和空空导弹性能相当,比拼的就是“谁先发现对方,谁先发射导弹”。
“先敌发现,先敌射击”就是目前战斗机技术发展的主要战术目标,实际上,战斗机隐身技术(正式名称叫低可探测技术)也就是为了降低对方战斗机雷达探测距离的一种方法,如果双方均为非隐身战斗机,显然装备有源相控雷达的一方占优,而如果,非隐身战斗机装备传统机械扫雷雷达对阵隐身战斗机装备有源相控雷达,那结局太美不敢看。
图片为世界主要机载雷达最大探测距离对比示意图,Y轴为探测距离,X轴为目标的雷达反射面积,我们可以看到对10平方米RCS的目标(苏-27的RCS值),APG-77的探测距离为200海里(370千米),而我军苏-27战斗机装备的N001雷达为90海里,NOO1雷达对RCS为0.0001的目标10千米,而F-22号称的RCS正是这个值,对比结果不言自明。
从上一张图我们直观的了解了雷达探测距离和雷达反射面积之间的关系,有源相控阵雷达对战斗机空中作战的影响如此之大,由此可见一斑,正是这样,AESA(有源相控阵雷达)成为了21世纪世界战斗机技术的五大关键技术之一。
其次,有源相控阵雷达具备更大的探测范围。在机载雷达告警系统的提示下,敌机通过机动动作可以摆脱机械扫描雷达的搜索和锁定。但有源相控阵雷达系统则可以通过自身强大的搜索范围使敌机无法逃脱。
有源相控阵雷达波束指向非常灵活、迅速;一个雷达可同时形成多个独立波束,同时实现搜索、识别、跟踪、制导、无源探测等多种功能;多目标接战能力强,能同时监视、跟踪多个目标;抗干扰性能好。另外,相控阵雷达的可靠性高,即使少量发射接收模块失效仍能正常工作。
美国国防部国防科学委员会主席的一份关于发展美国军用机雷达的建议报告中特别强调了有源相控阵技术可以极大地扩展雷达的功能和提高雷达的性能,21世纪美国的战斗机雷达、预警与监视飞机的雷达都应是AESA体制的。事实上,除了F-22和F-35等新一代战机都毫无例外地装备AESA雷达。
美国对第三代现役战斗机、轰炸机、预警和监视飞机的AESA改进都已经在大规模开展起来,目前,美军现役的F-15C、F-15E、F-18E战斗机均装备和改装有源相控阵雷达,此外,美国还为一些装备F-16战斗机的国家和地区,改装AESA雷达,这其中就包括韩国和中国台湾。
美国雷神和诺格公司在近30年代来共发展出四代机载有源相控阵雷达系统,其中第二代到第四代产品全部实现了装机。目前,美国空军的一线主力战机60%以上装备有源相控阵雷达,其中F-15C、F-15E改装新雷达,F-22、F-35和FA-18EF则一开始就装备有有源相控阵雷达系统。
除此之外,美国还向他国和地区出口的新型战机上也已经广泛使用有源相控阵雷达系统。可以说,中国的周边国家都已经大规模开始使用有源相控阵雷达的战机,这包括新加坡的F-15SG、韩国的F-15K和KF-16、日本的F-2以及即将进行改进的台湾空军F-16.图片中的RACR雷达就是韩国KF-16战斗机改进的主要装备项目之一。
从图片中我们可以看到,美国凭借着强大的技术能力,今天已经拥有至少10款随时可以使用的有源相控阵雷达产品,最重要的是,还发展了四代产品,正在研制第五代。那么中国是什么水平呢?
实际上中国的有源相控阵雷达技术始于上世纪80年代末期,不过限于技术水平落后,不能制作出实用产品,真正实现机载相控阵雷达技术成熟是进入2005年之后,随着歼-10B战斗机的研制,配套的AESA雷达也同步推进。
然而,计划赶不上变化,由于雷达研制进度滞后,解放军歼10B战斗机只能临时改计划换装无源相控阵雷达,目前装备我军的歼10B战斗机因此也没有大批量生产太多。
直到南京14所在AESA雷达获得成功之后,中航雷电院和14所都开始研制新型AESA雷达的项目,其中于2013年定型的某型AESA装备歼10C战斗机。
据外国媒体称,中国第二种装备AESA雷达的战斗机是歼-16战斗机,它将装备中航雷电院研制的我国第二代AESA雷达。
除上述两种雷达之外,中国还研制了两种新型AESA雷达,其中用于装备歼20的某型AESA雷达为中国第三代AESA雷达,而用于歼-11和歼-15系列战斗机改进的某型AESA也是第三代AESA产品。
总体上来说,中国的AESA雷达的研制水平大致相当于美国第3代和第四代之间的水准,在器件性能和稳定性方面落后美国10年左右的差距,由于我国AESA雷达还在使用砷化镓材料,而本世纪初,美国就已经在氮化镓晶体管上获得突破性进展,这种技术已经应用到美国第二代AESA雷达,在材料领域,美国领先中国1代。
通常来说,AESA雷达的TR单元数量和功率决定了这种雷达的性能,大体上中国AESA雷达的TR单元功率与美军雷达相当或接近,不同之处在于单元数量。
据统计,美军F-22战机使用的APG-77雷达共有1956个,而歼-20战机的AESA雷达为1856个,两者大致相当。
AESA雷达的单元数量与单元制造水平和机鼻大小有关,更大的机头横截面积可以放下更大的雷达,放得下更多的单元,图片为F-18战斗机装备的APG-79雷达,其单元数为1200个,远小于F-22。因此,他的探测距离也要逊色于F-22。
图片为俄罗斯为T-50战斗机研制的AESA雷达,其TR单元数大约为1500个左右,而我军歼-16战斗机为1760个,中国歼10C战斗机装备的AESA雷达推测为1200个左右。
图片为欧洲台风战斗机装备的AESA雷达,目前,这款雷达仍然在测试,中国AESA雷达的发展进度已经领先于欧洲各强国和俄罗斯,总体上,中国在AESA雷达的技术水平与欧洲和俄罗斯相当,在进度上领先。
图片为“鹰狮”战斗机研制的“渡鸦”ES-05有源相控阵雷达,一些二线技术国家也在研制AESA雷达,如瑞典、印度、以色列和韩国,这其中瑞典和以色列水平最高,已经有使用产品。但都落后于中国。
图片为以色列研制的ELM-2052有源相控阵雷达系统,在AESA雷达研制领域,日本是一个比较另类的国家,日本在F-2战斗机最早使用的AESA雷达,但性能不佳,目前在研制新一代AESA,但本国的F-15战斗机改进仍然计划使用美国产品,总体上,日本在材料上领先与中国,但缺乏实际产品,与中国正在拉开差距。
但我们仍然要保持头脑清醒,中国雷达超越美国F-22战机机载雷达实属正常,要知道美国装备这种雷达是美国上世纪90年代的技术,现在,美国机载相控阵雷达技术已经发展到第四代,而F-22装备的APG-77雷达仅为第二代产品。图片中的APG-81才是中国要追赶的目标。

      

中国最新机载AESA雷达仍落后美20年

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