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到底怎样的雷达,才配得上这艘人民的大船?

RFLab射频实验室  · 公众号  ·  · 2017-04-27 23:10

正文


航空母舰,简称“航母”,是一种以舰载机为主要武器的大型水面舰艇,可以提供舰载机的起飞和降落。航空母舰是世界上最庞大、最复杂、威力最强的武器之一,是一个国家综合国力的象征。


一个完整的航母编队,是当今世界任意一个国家都不能小觑的军事力量,其能力甚至超出多数国家一国海军之力。航母的战略意义,用一句话可以形容:


没有什么外交冲突是一个航母战斗群不能解决的,如果有,那就两个!



然而,制造一艘航母谈何容易,没有扎实全面的制造业基础,根造航母无异于纸上谈兵。拿隔壁三哥来说,其国产航母维克兰特号1989年立项,2004年开工建设,2009年龙骨铺设完成,到现在刚刚完成一个空壳,这还是其核心电子系统,甲板特种钢,内燃机等部件全部依赖进口的情况下完成的。


由于历史原因中国航母的研制是几上几下,直到1995年5月开始才有了重大的转机。2012年9月25日,从乌克兰买来的“瓦良格”号改装完成,中国海军第一艘具备完全作战能力的航空母舰“辽宁”舰正式交付海军。2017年4月26日上午,又一喜讯传来,我国首艘国产航母在大连正式下水,这是一艘国人几十年来梦寐以求的大船,在这一刻,终于梦想照进现实。



与隔壁三哥不同,本次下水的中国首艘航母是中国完全自主设计建造的,不仅制造了航母的船体,航母的雷达,指挥,数据链等关键子系统也完全实现了国产化。


现代海战讲究“制敌于千里之外”,各种舰载传感器在其中起了举足轻重的作用,尤其是雷达,更是处于第一序列的传感器。在高强度的现代海空对抗之中,航空母舰不仅要依靠舰载机作为自己的远程“耳目”,本身携带的雷达也起到至关重要的作用。这一雷达除了要为航母与舰队指挥人员提供一部分的海空战场态势感知能力之外,也是航空母舰战斗群对空、对海进攻与防御的重要探测设备,还是支持舰载机正常运转的关键工具。


同时由于反舰导弹等武器的威胁越来越大,特别是反舰弹道导弹、即能俯冲攻击也能掠海攻击飞航式反舰导弹构成的多方向、多高度饱和攻击方式的出现,令相关雷达在近距防空反导弹拦截的搜索、制导任务更为显得生死攸关。



那么,到底怎样的雷达才配得上这艘人民的大船?


本次随舰下水的主雷达,由誉为“三军之眼,国之重器”的中电某所打造,其官方冠名为“海之星”。


从网上便出现的该航母模型的最新改建进度图中,有细心军迷发现舰桥上方的雷达基座正面分别有呈倾斜布置的2大、2小方形开口,对应在尾部方向也有类似的2大、2大开口。


这意味着,“海之星”可能会采用类似美国海军的"福特"级航母的首舰"福特"号舰上的双波段(DBR)雷达系统,满足远程海空搜索和近程火力控制双重任务。



按美国海军的定义,双波段雷达,是指整套系统的前端采用工作在不同波段,如X波段与S波段的两种有源电扫阵列雷达天线,而后端采用共用设备的组合式雷达。采用双波段雷达的好处不言而喻, X波段雷达拥有目标精确跟踪与分辨能力,S波段雷达拥有超强的目标搜索能力,两者结合使其既可远距离搜索警戒,又可精确跟踪,整体性能得到了质的提升。加上采用的多种先进的杂波抑制、目标搜索等算法和计算处理技术,使得双波段雷达能够同时完成多部雷达才能实现的目标搜索与跟踪、目标照射、目标信号获取、导弹跟踪等十几种功能。用在驱护舰上,能够大大提升驱护舰的搜索攻击能力,而用在航母上,对于航母的指控能力的提升是跨越性的。


目前美国海军的"福特"级航母的首舰"福特"号,就使用了双波段雷达。这型双波段雷达主要由三个部分组成:第一部分是由雷声公司开发的X波段多功能雷达,即AN/SPY- 3雷达;第二部分是由洛克希德·马丁公司研发的S波段远程体搜索雷达,即AN/SPY- 4雷达;第三部分是由雷声公司负责研制的共用后端设备。三个部分组合成一个有机整体,可执行之前需要几十部传统舰载雷达才能完成的任务。



为航母研制雷达,并非是一朝一夕的事。事实上在第一艘航母辽宁号上,相关研制方就收获了将雷达搬上航母的宝贵经验。辽宁号虽然是一艘改造的俄罗斯航母,但通过装备中国自行研制的相控阵雷达,去掉了累赘、不可靠、落后的俄罗斯“空中哨兵”相控阵对空搜索雷达,以及“顶板” B三坐标对海对空雷达。“空中哨兵”雷达是苏联最为重要的相控阵舰载雷达,它具备类似美军“宙斯盾”SPY-1雷达系统的功能,包括搜索、识别、跟踪和制导主要舰空导弹攻击目标的能力。例如在辽宁号的前身“瓦良格”号上,这一雷达可以为自身携带的SA-N-9中近程舰空导弹提供中段指令制导。不过这两种雷达的水平可以说早已过时,因此我军为辽宁号选用了更为出色的本国雷达系统。


中国电科在宣传资料中表示“海之星”在有效距离、通道、精度、电子战能力等方面,超越了美国主力的“宙斯盾”系统AN/SPY-1D雷达。一大原因是,中国相关雷达采用了有源相控阵技术,这要比“宙斯盾”无源相控阵技术更为先进 —— 但是“有源”不等于一切,雷达的具体实战表现还受到很多其它因素影响,包括了算法、整体可靠性等等,但至少这说明了中国自己的“神盾”起点之高,连老美都吓了一跳。


必须承认,美军最新的福特号航母的AN/SPY-3有源相控阵舰载雷达,依然代表了世界舰艇雷达的最高水平。


AN/SPY-3使用新的I/J波段,使用约两万个收发组件构成天线阵列。这一雷达还大量采用砷化镓固态收发组件,出色的降低了重量。



但是可以肯定,中国相关的有源相控阵舰载雷达,已经超越了西欧传统海军强国的水平。


西欧传统海军强国也已经迈入了使用相控阵舰载雷达的时代,最新建造的若干主力战舰,例如法国戴高乐级航母、英国伊丽莎白级航母与45型驱逐舰,以及最新的若干护卫舰,都使用了相控阵雷达作为最主要的探测与火控手段。其中标志性的设备,当然是具备相控阵天线的全相扫三坐标对空搜索舰载雷达。


但是一看细节,西欧这些产品,与中美“神盾”相比较就出现明显的短板了:


例如法国戴高乐级航母的DRBJ-11B对空搜索雷达,和上述两种英国战舰使用的Sampson雷达,都不是使用多个固定天线的相控阵雷达。DRBJ-11B雷达采用单个圆形相控阵天线,需要不断旋转来覆盖所有角度,旋转速率15周/分钟。这一雷达实际上并不能用于高强度的舰空导弹拦截作战,因为它的信息更新率过低。



在英国方面,原本计划考虑欧洲设计的一种出色舰载相控阵舰载雷达——EMPAR雷达。它有着非常独特的八阵面天线设计,某种程度上缓解了中美“神盾”四阵面带来的每一阵面过度庞大、易于超重的问题。但最终英国为两种主力战舰配备了单面天线的Sampson雷达,这一雷达采用了两个背对背阵面,通过两秒一周的旋转实现全方位覆盖,同时通过波束控制可以营造出特定波束摆脱机械旋转干扰、“凝视”一个目标区域的效果。但这种方法依然无法赶上固定多阵面相控阵天线的优越性,所以还是不如中美“神盾”。不过Sampson等雷达有着重量轻、体积小、可布置到舰艇最高点、对舰艇总体布局影响小等优点,最重要的是成本和技术难度低,因此相关国家海军从本国实际情况出发,选择了这样的雷达。


除了搜索雷达,航空母舰上还装备有导航雷达、航空控制全自动着舰导引雷达和导弹火控雷达。导航雷达主要为航空母舰提供导航数据,以确定航空母舰的海上相对位置,探测舰船、浮标、航标、空中飞机以及海岸线的相对位置,同时辅助航空母舰的对空监视探测、提供目标位置数据,从而构成航空母舰C4ISR系统中的一种目标探测传感器,并能为舰载着舰雷达系统配合提供目标监视数据。航空控制全自动着舰导引雷达主要是用来对航空母舰舰载机作战飞行实施指挥控制的雷达。


这些雷达,在目前下水的山东舰上还未见端倪,但也同样是我们未来可以关注的要点。




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