近日，一篇記述中國(guó)電子科技集團(tuán)公司首席科學(xué)家、第十四研究所首席專家林幼權(quán)先進(jìn)事跡的文章在網(wǎng)上廣泛流傳，被很多網(wǎng)友認(rèn)為是中國(guó)軍事技術(shù)“超英趕美”的又一佐證。文中提到林幼權(quán)“主持完成了我國(guó)第一部機(jī)載有源相控陣火控雷達(dá)的研制與試飛，雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，與世界上最先進(jìn)的裝備美國(guó)F-22飛機(jī)的AN/APG-77雷達(dá)相當(dāng)”。那么有源相控陣?yán)走_(dá)是怎么回事，AN/APG-77又先進(jìn)在哪里呢？
有源相控陣(AESA，有源電掃描陣列)雷達(dá)是目前先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，不僅逐步占領(lǐng)了戰(zhàn)斗機(jī)市場(chǎng)，也已進(jìn)入機(jī)載預(yù)警雷達(dá)、面對(duì)空導(dǎo)彈火控雷達(dá)和立體搜索雷達(dá)領(lǐng)域。要想講清楚AESA技術(shù)的來(lái)龍去脈，首先得從電掃描陣列或相控陣（ESA）的發(fā)展歷程說(shuō)起。
其實(shí)相控陣?yán)走_(dá)也不是什么新概念，早在二戰(zhàn)后期德國(guó)就部署過(guò)世界上第一種“現(xiàn)代化”軍用量產(chǎn)型相控陣?yán)走_(dá)“猛犸象”。通過(guò)改變經(jīng)由天線陣列陣元的信號(hào)的相對(duì)相位或延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)波束控制，而不再需要通過(guò)機(jī)械的方法控制龐大笨重的天線掃描大范圍空域。
20世紀(jì)70年代，ESA技術(shù)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，具備了同時(shí)跟蹤大批量高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的能力，開始廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈制導(dǎo)和彈道/巡航導(dǎo)彈防御。例如美國(guó)的FPS-115“鋪路爪”雷達(dá)和蘇聯(lián)的NIRI 5N15“第聶伯河”/“雞舍”系列PESA雷達(dá)，用于執(zhí)行關(guān)鍵戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈捕獲和跟蹤任務(wù)。美國(guó)陸軍的C波段MPQ-53“愛(ài)國(guó)者”交戰(zhàn)雷達(dá)、美國(guó)海軍的SPY-1“宙斯盾”S波段無(wú)源相控陣?yán)走_(dá)和蘇聯(lián)的X波段5N63/30N6(用于S-300PT/SA-10)和9S32(用于S-300V/SA-12)交戰(zhàn)雷達(dá)也是PESA雷達(dá)，用于摧毀飛機(jī)、巡航導(dǎo)彈、遠(yuǎn)程導(dǎo)彈和戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈。這些型號(hào)被稱為第一代ESA雷達(dá)，采用無(wú)源透射鐵氧體移相器和行波管發(fā)射機(jī)提高整個(gè)系統(tǒng)的峰值功率，至今仍在服役和生產(chǎn)。
第二代ESA雷達(dá)于20世紀(jì)80年代面世，主要針對(duì)機(jī)載應(yīng)用。例如美國(guó)B-1B“槍騎兵”的X波段APQ-164雷達(dá)和B-2A“幽靈”的Ku波段APQ-181低截獲概率雷達(dá)，適于隱身探測(cè)，具備導(dǎo)航、瞄準(zhǔn)和自動(dòng)地形跟隨能力。蘇聯(lián)的首部X波段機(jī)載PESA雷達(dá)是為米格-31開發(fā)的BRLS-8B“盾牌”(Zaslon，北約稱“閃舞”)，是第一種裝備前線戰(zhàn)斗機(jī)的批生產(chǎn)型ESA雷達(dá)，最顯著的特征是L波段IFF詢問(wèn)機(jī)的PESA陣列被嵌入X波段雷達(dá)陣列之中，最出名的段子是可以烤熟兔子。以上這些第二代ESA雷達(dá)采用天線饋電網(wǎng)絡(luò)，這也是堆棧行結(jié)構(gòu)的典型特征。
PESA采用無(wú)源移相器件，而AESA的T/R模塊則集成了多個(gè)微波單片集成電路（MMIC），形成獨(dú)立控制的接收機(jī)、發(fā)射機(jī)和波束控制器，系統(tǒng)整體可靠性大幅提升。除了波束捷變能力和可靠性的優(yōu)點(diǎn)外，AESA的波束更精確，有利于副瓣抑制，降低被敵方截獲的概率。另外，AESA帶寬優(yōu)勢(shì)明顯，可以用作威脅告警系統(tǒng)的附加高增益天線，或作為帶寬高達(dá)數(shù)千兆比特每秒的數(shù)據(jù)鏈。大功率孔徑AESA還能用作定向能武器，對(duì)電子密集目標(biāo)系統(tǒng)或電子設(shè)備造成毀滅性影響。就雷達(dá)結(jié)構(gòu)截面積而言，固定的AESA本身就優(yōu)于萬(wàn)向支架式的MSA，更容易與其他隱身平臺(tái)融合。
AESA的優(yōu)點(diǎn)明顯，同時(shí)也更復(fù)雜，研發(fā)費(fèi)用更高。功耗和冷卻是AESA面臨的兩大難題，也是與小型平臺(tái)整合的最大阻力。隨著實(shí)時(shí)處理要求的提高以及復(fù)雜應(yīng)用模式的擴(kuò)展，AESA對(duì)軟件依賴性大大增強(qiáng)，帶來(lái)了許多不屬于射頻領(lǐng)域的獨(dú)特工程問(wèn)題，類似現(xiàn)象在新一代裝備的研發(fā)過(guò)程屢見(jiàn)不鮮。簡(jiǎn)單講，材料和封裝技術(shù)是設(shè)計(jì)生產(chǎn)高性能AESA雷達(dá)首先要邁過(guò)的兩個(gè)門檻。在這兩個(gè)領(lǐng)域，美國(guó)和日本有著較為明顯的優(yōu)勢(shì)，歐盟在技術(shù)上基本處于同一代，俄羅斯則有代差。例如，俄制五代機(jī)T50的雷達(dá)所用T/R模塊仍然采用細(xì)長(zhǎng)方形“磚”式封裝，僅集成了1500個(gè)T/R模塊，還不及小一號(hào)的APG-81。
F-22A“猛禽”戰(zhàn)斗機(jī)裝備的APG-77是首部批生產(chǎn)型AESA雷達(dá)，集成了2000個(gè)T/R模塊，被認(rèn)為是AESA技術(shù)發(fā)展風(fēng)向標(biāo)。生產(chǎn)商諾斯羅普·格魯曼公司將APG-77視為第三代AESA雷達(dá)，APG-80 (用于F-16)、APG-77(V)1 (用于F-22)、APG-81 (用于F-35)則被視為第四代。APG-77(V)1采用了為APG-81設(shè)計(jì)的T/R模塊，并優(yōu)先升級(jí)了對(duì)地能力。2014年9月，F(xiàn)-22首次參戰(zhàn)空襲敘利亞，驗(yàn)證了新雷達(dá)的對(duì)地能力以及與SDBII小直徑炸彈的整合情況。下一步可能會(huì)找個(gè)機(jī)會(huì)實(shí)戰(zhàn)驗(yàn)證一下對(duì)空能力，當(dāng)然這個(gè)機(jī)會(huì)不太好找。
前文中提到林幼權(quán)帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)完成了總裝“九五”、“十五”和“十一五”的重點(diǎn)預(yù)先研究課題“X波段機(jī)載有源相控陣火控雷達(dá)系統(tǒng)技術(shù)”，認(rèn)為“課題瞄準(zhǔn)國(guó)際上性能最先進(jìn)的機(jī)載火控雷達(dá)，其技術(shù)難度極大，課題的完成不僅提高了我軍核心作戰(zhàn)能力，也帶動(dòng)了我軍信息化裝備整體建設(shè)水平的提高，是國(guó)防科技戰(zhàn)線在攀登世界科技高峰征途上樹立的又一座歷史豐碑。”結(jié)合上文的簡(jiǎn)單介紹，熟悉內(nèi)地文宣風(fēng)格的網(wǎng)友對(duì)中國(guó)機(jī)載有源相控陣火控雷達(dá)的技術(shù)水平應(yīng)該有大體的判斷了。
北緯40°作者賜稿 文 | 落日
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