8塊有源相控陣?yán)走_(dá)是055驅(qū)逐艦的一大殺器

近年來中國海軍“下餃子”般的建造速度讓無數(shù)軍迷們大呼過癮。而055型萬噸大驅(qū)的問世,真正讓中國海軍的驅(qū)逐艦站在了世界頂尖水平上。其滿載排水量高達(dá)12300噸,112單元的大直徑通用垂發(fā)系統(tǒng),可以容納兩架艦載直升機(jī)的雙機(jī)庫,新型130毫米艦炮等都稱得上是前所未有的先進(jìn)設(shè)計(jì),但真正讓055型驅(qū)逐艦成為超強(qiáng)戰(zhàn)艦的還要說艦載綜合射頻系統(tǒng)上那8塊有源相控陣?yán)走_(dá)了。
所謂綜合射頻桅桿系統(tǒng)就是用幾個(gè)分布式寬帶多功能孔徑取代目前平臺上為數(shù)眾多的天線孔徑,采用模塊化開放式可重構(gòu)的射頻傳感器系統(tǒng)體系架構(gòu),并結(jié)合功能控制與資源管理調(diào)度算法軟件編程,同時(shí)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)、電子戰(zhàn)與通信、導(dǎo)航、識別等多種射頻功能,完成資源共享。通俗的講,就是共用天線。
具體而言,強(qiáng)大的綜合射頻系統(tǒng)將能夠完成以下3大方面的任務(wù):
1.對海面目標(biāo)和遠(yuǎn)、中、近程空中目標(biāo)探測與識別;2.電子偵察、電子情報(bào)收集、有源干擾和無源干擾;3.為反艦導(dǎo)彈和主炮對海打擊、中遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈武器防空反導(dǎo)及近程、末端武器防御提供信息保障。而在055上,綜合射頻系統(tǒng)最為核心的部件就是兩型共八面相控陣?yán)走_(dá)。


類比于美國的“宙斯盾”系統(tǒng),軍迷們親切地將052C/D上的防空系統(tǒng)稱為“中華神盾”。而055艦位于艦橋上的S波段雷達(dá)是346B型“海之星”雷達(dá),此款雷達(dá)是配備在052D上的346A型雷達(dá)的改進(jìn)型號,而較小的X波段雷達(dá)也是一款新型雷達(dá),這樣兩款雷達(dá)互相配合,共同使055具備DBR(雙波段雷達(dá))能力。在工作中,大型S波段雷達(dá)負(fù)責(zé)遠(yuǎn)距離的探測,再由X波段雷達(dá)負(fù)責(zé)精確跟蹤識別和武器射控。
眾所周知,雷達(dá)的原理在于通過接受被偵測物體反射的由雷達(dá)發(fā)出的電磁波從而獲取其位置、速度信息的。而雷達(dá)的波段正是由雷達(dá)所發(fā)出的電磁波的頻率劃分的。頻率越高,波長越小,理論上分辨率越高,探測效果越好。然而,由于電磁波在空氣中的能量損失,短波雷達(dá)的探測距離往往不如衍射效應(yīng)更強(qiáng)的長波雷達(dá)。與此同時(shí),長波還有抗干擾、反隱身的效果,據(jù)傳在科索沃戰(zhàn)爭中被南聯(lián)盟軍隊(duì)擊落的F-117隱身轟炸機(jī)就是首先被米波雷達(dá)探測到的。


因此,一般軍艦都會(huì)將不同波段的雷達(dá)搭配使用,長波雷達(dá)一般負(fù)責(zé)對空警戒和補(bǔ)盲,而短波雷達(dá)則負(fù)責(zé)對目標(biāo)的精確探測。例如052D型驅(qū)逐艦在舯部就裝有一部517B型VHF對空警戒雷達(dá),對空探測距離高達(dá)300公里,可以有效應(yīng)對中國海軍面臨的反隱身需求和西太平洋復(fù)雜惡劣的天氣狀況。其主力探測裝備——346A型有源相控陣?yán)走_(dá)則位于S波段。美國、歐洲的主力防空艦在裝備S/C波段雷達(dá)的同時(shí)一般也都裝備了L波段雷達(dá)作為后備。
當(dāng)今軍艦上主流的對空搜索雷達(dá)主要集中在S波段、C波段和X波段,其波長依次減小。波長和天線孔徑大小呈正相關(guān)關(guān)系,所以我們可以看到,055型驅(qū)逐艦上的X波段雷達(dá)相比S波段雷達(dá)小了好幾號。而C波段介于S和X之間,頻率大約為4-8GHz,波長為0.0375-0.075m,這也就決定了C波段雷達(dá)在探測距離和精度上能夠取得平衡。歐洲“地平線”級這樣的驅(qū)逐艦就選用了C波段的EMPAR艦載多功能相控陣?yán)走_(dá)。日本海上自衛(wèi)隊(duì)的“秋月”級通用驅(qū)逐艦同樣選用了C波段的三菱FCS-3主動(dòng)相控陣?yán)走_(dá)。

不得不提的是,雷達(dá)安裝位置對于探測距離的影響也非常大。由于地球曲率的影響,雷達(dá)對低空搜索的范圍是有限的。雷達(dá)布放位置越高,其有效探測距離越長。對于軍艦而言,最好的方式當(dāng)然是將雷達(dá)放置在桅桿頂端。比如英國的45級驅(qū)逐艦就在桅桿頂端安裝了一面S波段相控陣?yán)走_(dá)。由于平面相控陣天線的掃描范圍限制,其探測范圍約為±60°,這樣覆蓋360°需要三塊天線,考慮到艦艇運(yùn)動(dòng)的影響,一般需要四塊天線才能保證全向空域覆蓋。相比于宙斯盾和中華神盾的四面盾,45型的一面旋轉(zhuǎn)天線顯然獨(dú)木難支。然而這面天線的巨大重量已經(jīng)極大地破壞了艦體的重心,極大地影響了適航性。

然而把天線裝高的努力并沒有停止,考慮到天線增益效應(yīng),短波雷達(dá)的體積重量都相對較小,因此更有安裝到高處的潛力。比如德國薩克森級護(hù)衛(wèi)艦,就在桅桿頂端安裝了四面X波段小盾,低空補(bǔ)盲效果明顯。但其高空探測距離就難以恭維了。

那可不可以將這兩種方案結(jié)合起來呢?當(dāng)然是可以的,055型的主要探測手段就是X波段雷達(dá)和S波段雷達(dá)的完美結(jié)合。這其中,包括電磁兼容性問題、供電問題、調(diào)度控制問題等一系列復(fù)雜技術(shù)問題需要解決。在主力相控陣?yán)走_(dá)的選型上,還有一段插曲值得一說。

當(dāng)時(shí)我國對空雷達(dá)的競爭主要在中國航天科工二院的C波段雷達(dá)和中國電子科技集團(tuán)公司第十四研究所所的S波段雷達(dá)之間展開。紅旗9系統(tǒng)的成功,標(biāo)志著航天二院掌握了C波段無源相控陣?yán)走_(dá)的相關(guān)技術(shù)。由于紅旗9防空系統(tǒng)成為052C的主力防空導(dǎo)彈,它所采用的C波段火控雷達(dá)裝備052型驅(qū)逐艦才是順利成章的事。更為重要的是,C波段雷達(dá)兼顧了精度和探測能力,系統(tǒng)構(gòu)造也相對簡單。同時(shí),S波段雷達(dá)在技術(shù)上不成熟,能否在穩(wěn)定性和可靠性上滿足軍方要求也是一個(gè)問題。但從結(jié)果上來看,十四所的S波段有源相控陣?yán)走_(dá)最終勝出,這個(gè)方案不僅技術(shù)指標(biāo)上更先進(jìn),同時(shí)改進(jìn)潛力也更大,為中國的跨越式發(fā)展、趕超世界先進(jìn)水平奠定了基礎(chǔ),節(jié)省了時(shí)間。
在擁有了X和S雙波段雷達(dá)之后,055型萬噸級驅(qū)逐艦對空探測和搜索能力得到了極大地加強(qiáng),可以獨(dú)立承擔(dān)起打擊編隊(duì)的艦隊(duì)防空任務(wù),無需通用驅(qū)逐艦或者大型護(hù)衛(wèi)艦護(hù)航補(bǔ)盲。配合艦上112單元的垂直發(fā)射系統(tǒng),可以真正撐起一張密不透風(fēng)的防空網(wǎng),是中國海軍走向遠(yuǎn)洋的重要標(biāo)志。