国战会论坛》澎湖部署野战相位阵列雷达 泄密吗?(谭传毅)

国军已在澎湖部署机动的车载式被动雷达,可侦测匿踪的歼-20战机。图为机动雷达车组中的「天线装备车」,配备远程平面搜索雷达,侦搜距离可达130浬。(陈怡诚摄)

青年日报》意外揭露国军新型野战被动相位雷达车部署澎湖,美媒宣称它可侦测解放军空军歼-20隐身战机。媒体报导,国防部长邱国正对泄密震怒,AIT也极为关切;国防部随后否认报导。

这款雷达没这么厉害,刚好够用而已,战时能否发挥功能还不知道。

被动与主动相位雷达

相位雷达可分为主动相位阵列雷达(Active Electronically Scanned Array, AESA)和被动相位阵列雷达(Passive Electronically Scanned Array, PESA)两类,在外观方面两者盾阵基本相同,区别在于天线单元

PESA雷达之所以「被动」,因为天线阵列的辐射器不发射电磁波,而是由一部中央发射机自动的分配电磁功率给各个辐射单元,再经过电脑控制电磁波发射的相位差,最后接至天线阵列面,每个盾阵大约有数十个天线单元。

目标反射信号则由接收机统一放大,基本上与普通机械扫描雷达差不多。在功率分配网路中的损耗较大,总体技术难度比AESA雷达小得多。而且,如果中央发射机或接收机被敌军打掉,整部雷达就报销。

如果关闭PESA雷达发射机、使用外部辐射源(例如电视台发射塔甚或手机基地台)发射电磁波,以2个或多个接收站协同辐射源工作,以确定目标资讯,而且可以避开反辐射飞弹的攻击。或者,借助目标的辐射源来进行锁定,PESA雷达比AESA雷达更为敏锐;只要目标发出一点而短暂的电磁信号,都可以在雷达幕上现出原形。目前还无法得知进驻澎湖PESA雷达的类型。

AESA雷达每个天线单元都配装有一个发射/接收(T/R)元件海军型AESA雷达盾阵将近有数千个T/R元件,每个T/R元件都能灵活波束指向发射与接收,这就是「主动」的意思。即使有几个组件被打掉,仍不影响整体效能。每个T/R元件上面可整合低噪放移相器等部件,多采用固态器件,可大幅提高功率、减小雷达重量和体积、降低工作电压、提高全方位多目标追踪效率可靠性。但最难做的,就是T/R组件。

AESA雷达在频宽与信号处理都比PESA雷达具有优势。正因为如此,AESA雷达的造价昂贵,工程化难度大;近年的趋势是AESA雷达逐渐取代PESA雷达。我海军所筹建的4500吨级巡防舰加装相位雷达之后,吨位高达6000吨,可知其为沉重的PESA雷达。可能海军寻求法国阿基坦级(Aquitaine)驱逐舰AESA雷达技术,应该是旋转双面阵。

相对来说,虽然PESA雷达在功率、效率、波束控制及可靠性等不如AESA雷达,但是在功能上却明显优于普通机械扫描雷达,不失为一种较好的折中方案。因此,我国在研发出实用的AESA雷达之前,完全可以采用PESA雷达作为过渡产品。而且,即使AESA雷达研发成功,PESA雷达作为相位雷达家族的低端产品,仍具有很大的实用价值。

例如伯克级驱逐舰最新的AN/SPY-6(V)AESA雷达共有37个模组、5328个T/R组件,灵敏度是第一代AN/SPY-1(PESA)的70倍、探测距离为2倍、雷达截面积(RCS)侦测小50%、导弹引导数量多3倍。

矛与盾:相位雷达与隐身战机

军事上必然有矛与盾的原则,意思是有攻击手段就有防御工具,有克敌制胜的矛,就会演变出克制尖矛的盾,而且两者是竞争关系。无论武器如何发展依然离不开这个原则,例如有战车就有反战车武器,有飞弹就有反飞弹武器,有潜舰就有反潜武器,有隐身战机就有相位雷达。

隐身战机属于攻击型武器,是为矛,而相位雷达则属于防守型武器,是为盾。当相位雷达遇上隐身战机将会如何?传统雷达以360度旋转发射电磁波探测,根据波长来判断空中威胁。传统雷达缺点是旋转扫描频率低,可跟踪目标少,若敌机速度快飞得高,再加上匿踪气动布局、隐身涂层、隔热材料,传统雷达根本无法捕捉,而相位雷达解决了这个问题。

相位阵列雷达利用大量独立控制的小型辐射单元排列成天线阵面,每个单元都具备独立的移相控制,通过控制各天线单元发射的相位,就能合成不同相位波束,颇为类似苍蝇或蜻蜓的「复眼」,其探测能力高出传统雷达数十倍甚至数百倍,是对付隐身战机的利器。

由于相位雷达强大的多波束控制、高资料率处理能力、强抗干扰能力和高可靠性,较能提高发现隐身战机的概率。

2018年12月在叙利亚附近空域,1架配备PESA雷达的俄罗斯苏-35战机居然捕捉到了美军F-22,俄罗斯公布了照片的确显示出F-22的身影。其实,苏-35使用的是光电探测器抓到的,而不是PESA雷达;可能F-22更远就已经锁定了苏-35,只是美军没说。

2020年2月,德国研发新型PESA雷达捕捉到了美军2架F-35,并持续跟踪了150公里,是否表示隐身战机的优势不再?德国这款雷达是远端探测雷达,主要是根据侦测电离层中的电磁信号。即使捕捉到了F-35,但因距离遥远极易受到干扰,就算没有干扰,看得到却打不到,也是枉然。

此外,由于隐身战机只针对米波(波长1公分到10公分)雷达隐身,世界上90%的防空雷达工作都在这一波段。要想让雷达捕捉隐身战机,扩展雷达的工作波段范围变成了重点,把厘米波雷达扩展成为米波雷达与分米波(10公分到100公分)雷达,可让隐身战机重新现身。

然而,米波与分米波雷达身形必然十分庞大、工作距离更远、更能探测到远距离内的隐身飞机。

澎湖野战PESA雷达能否捕捉歼-20?

仅需2部野战PESA雷达扇面可达240度,理论上足以覆盖澎湖到大陆空域,号称能锁定歼-20。

暂且不论歼-20气动外形,有人说机体太长,也有人说前置翼(鸭翼,Canard Wing)妨碍隐身、RCS比F-22高。仅就隐身涂层而言,歼-20明显的比F-22为佳。F-22和F-35采用聚合物隐身涂层的技术,中国的歼-20则采用超材料(Meta-Material)奈米隐身薄膜覆盖技术,而且无需像F-22一样需要恒温恒湿专用机库,效能更高、寿命更长、更换更方便、价格低廉。

天然材料不可能使光线弯曲,但是奈米结构超材料却可以。在歼-20机体周围控制和弯曲光线,使电磁波吸收、折射或穿越物体(例如座舱罩),达到隐身效果。现在解放军第三代超材料隐身涂层可以类比周边环境的电磁特征,使得机上电子装备的频谱特征与大自然融为一体,侦察机或是卫星都无法探测。

根据解放军的说法,歼-20是扮演踹门的角色,把澎湖防空网撕开一个裂口,歼-16接着进攻。在「A射B导」的情景之下,歼-20必然保持无线电静默,由附近(例如西南空域)的预警机、侦察机甚或卫星提供目标资讯,然后导引歼-20开火。等到澎湖雷达发现歼-20的时候,已经来不及。国军所要防的其实不是歼-20,而是提供目标资讯的预警机、侦察机或卫星。

矛与盾原则展现出来的不止是攻防而已,还包括了军备竞赛;国军装备了PESA雷达,解放军必然也有反辐射飞弹、电子干扰、诱使国军开启雷达、电磁脉冲弹等等;特别是后者能够瘫痪所有的电子设备,澎湖的PESA雷达前景堪虑。

未来为降低雷达的易毁性,相位阵列雷达性能必须不断提升,数位化模组化已经是趋势。数位化与模组化将增加雷达固态积体电路,数位化波束提升雷达的扫描频率、扫描范围以及抗干扰性,而且整合更多的功能例如雷达、通信、电子作战、情报、监视、侦察、主动与被动传感于一体。

结论

澎湖进驻野战PESA雷达固然可以提高防空能力,但是值得注意的是,每当国军配备新武器,都不免进入军备竞赛的怪圈,即使国军声称这不是军备竞赛。共军将会使用更高端更极端的方式反制,强迫国军研发或采购更新型的雷达。

例如当PESA雷达进驻澎湖之后,本身就成为解放军优先打击的对象之一,各种侦测设备包括卫星不会怠惰的。为保证PESA雷达的存活性,难不成要打卫星?两岸关系居然变成军备竞赛关系,实在不幸。

(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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