国战会论坛》解放军超级舰载雷达即将亮相(谭传毅)
中方研究人员透露,正着手打造最强的舰载雷达,能侦测远达4,500公里外的来袭弹道飞弹,图为解放军055型驱逐舰首舰「南昌」舰的资料照。(中新社)
一个国家的导弹性能与雷达探测距离是成正比关系。例如洲际导弹发射距离动辄可达1万公里甚至更远,那么,相对应的探测设备也必须能够达到这么远的距离,即使陆基雷达受到地球曲率的影响无法照射这么远,把雷达搬到空中的预警机或太空中的卫星,是必然的。
一般超视距雷达都部署在地面、而且放在高山上,才能加大探测距离,例如国军的乐山铺路爪雷达。如今解放军居然发展出舰载型超视距雷达,到底怎么回事?
原来如此!
媒体报导,解放军出现一种新型雷达技术,其探测距离可达惊人的4500公里,完全可把关岛纳入探测范围,这是个什么样的雷达?这么远的探测距离如何克服地球曲率的?
最重要是其发射功率超过30兆瓦(MW),以美国部署在佛州的AN/FPS-85雷达为例,总体积达3个足球场,输出功率为32兆瓦,其所产生的电磁脉冲信号足以损坏附近任何军舰的电子设备。解放军是怎么把这么巨大的雷达塞进1艘军舰里面?
当然,解放军不可能把3个足球场的雷达塞进1艘军舰里面,想要做到这个,首先必须在现有主动相位阵列雷达的基础之上,把雷达最主要的T/R元件小型化与轻量化。
在不大幅增加负载的情形之下,接着把雷达波射向电离层,利用电离层后向散射(朝向入射波反射)的特性,这才可能使得雷达探测距离达到4500公里。否则,再怎么厉害的主动相位阵列雷达例如勃克级驱逐舰,其探测距离也只能达到600公里而已。
T/R(收发)元件的小型化与轻量化
根据《南华早报》报导,中国目前正在研制的新型舰载主动相位阵列雷达,(每个阵面)是由多达数万个T/R(发送/接收)元件所构成,使得该雷达最大探测距离达到了惊人的4500公里,同时还可以跟踪多个目标。
T/R元件是主动相位阵列雷达的核心,传统每个雷达阵面都有数百、数千、甚至上万个T/R元件。无论是舰载和机载雷达系统,对于T/R元件的体积和能耗的要求极为苛刻,因此,T/R元件的小型化与轻量化是必须的。
除了小型化与轻量化,T/R元件最大麻烦就是散热问题。传统阵面中有数千个T/R元件,热功率可达数千瓦,更何况新型主动相位阵列雷达阵面T/R元件高达数万个,散热问题成为主动相位阵列雷达设计成败的关键,唯有把T/R元件小型化与轻量化,才能解决这个问题。
T/R元件的小型化与轻量化可以和5G手机类比,手机通信其实就是和基地台的通信,基地台与手机之间的信号不断传输/回传,手机发射功率大约只有0.2瓦左右。
当然,新型主动相位阵列雷达T/R元件的功率不可能只有0.2瓦,但是借镜5G手机降低能耗的技术,却可以把整体主动相位阵列雷达供电网路负载稳定在恒定的235千瓦左右(最高负载不明确),当然不可能是30兆瓦;再加上超级电容的出现,可以降低大负载电力所产生的电磁脉冲冲击,当然不会伤及周边「无辜」。
既然降低了发射功率,怎么能够探测到4500公里以外的目标?按理讲,发射功率越大,探测距离也越远,现在发射功率变小了,如何探测超视距外目标呢?
射向电离层!
有一个名词值得大家关注:天波雷达(Skywave Over-the-horizon Radar),或可简称OTH Radar。
天波雷达工作频率在高频(HF),介于5到30MHz之间,利用雷达波入射电离层,而电离层产生后向(也就是入射波方向)散射与反射特性,借以搜索地平线以下远距离目标(800到4500公里)。目前世界上有美国、俄罗斯、澳大利亚、中国等国家拥有天波雷达。
OTH雷达的覆盖面积大,如果雷达波发射扇区为60度,覆盖面积大于400万平方公里,相当于地表的1%面积,需要12架E-3A预警机才够;如今1部OTH雷达就能搞定,而且还是舰载型天波雷达。
OTH雷达不受地球曲率的限制,可从电离层至地(海)表面全高度探测飞机、导弹及舰船等运动目标,是探测低空目标的有效手段。然而,信号频宽受到电离层色散、不均匀、外部干扰以及各向异性的传播介质,天波雷达的距离分辨率较差,但对于早期预警的帮助极大。
目前,中国已经建成两座大型地面天波超视距雷达,第一部设在东南沿海,主要覆盖西南太平洋,包括关岛和澳大利亚。第二座设在内蒙古,主要针对日本与南北韩。
如今传出解放军可能部署在军舰之上,等于说以后美军航母编队无论从哪个方向进入中国领海1000公里警戒区之前,就会被捕捉。
OTH雷达部署在哪一款军舰?
媒体已经报导解放军的新型超视距雷达技术,在不久的将来可能就会出现在解放军某型大型驱逐舰。
哪款军舰可能成为天波雷达的载体呢?即使这款雷达实现了小型化与轻量化,其体积对于目前最大的055型驱逐舰也不算小。考虑到驱逐舰防空、反导、反舰等日常任务,未来天波雷达将必然是航母编队的重心,我们甚至可以预期,这型舰的体量不会太小。
大陆网路传出第二批055大驱、以及057型大驱正在建造,我们无从得知;也许解放军正着手建造更大型的驱逐舰,以容纳天波雷达系统。如果OTH雷达真的上舰,前面所说的缺陷例如分辨率不足,就必须得到解决。
(作者为台湾国际战略学会研究员,法国博士,国战会专稿,本文授权与洞传媒国战会论坛、中时新闻网言论频道同步刊登)
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