日漸銳利的雙頭鷹之眼

凌弘毅　闕隱楓

當今的超視距空戰(zhàn)十分強調先敵發(fā)現(xiàn)、先敵打擊，要達到這個目標，戰(zhàn)機所使用的雷達起著至關重要的作用。冷戰(zhàn)結束后至今，俄羅斯在軍用雷達方面取得了很大進步，這在很大程度上要歸功于其在全球商品市場上接觸到了西方在該領域的相關技術。這不單包括一些基礎領域，相反在一些關鍵領域表現(xiàn)的尤為突出，如雷達的信息處理、數(shù)字處理、嵌入式軟件、砷化鎵半導體低噪聲接收機，以及可以用在有源相控陣雷達上的高電子遷移率晶體管等。

技術方面的進展使雷達性能得到了很大提升，在俄羅斯空軍戰(zhàn)機以及出口的蘇式戰(zhàn)斗機上得到了充分的體現(xiàn)。本文旨在對俄羅斯一些主要雷達性能及技術水平的發(fā)展進行分析，并將其與西方同類產品進行比較。同時，還對它在超視距空戰(zhàn)中的實際運用進行探討。

先進機載雷達在超視距空戰(zhàn)中的地位及應用

機載雷達至今仍是戰(zhàn)機進行超視距空戰(zhàn)時遠程探測使用最為廣泛的工具，這主要得益于其自身的諸多優(yōu)點?，F(xiàn)在，許多戰(zhàn)斗機都配備了紅外探測／跟蹤裝置，不過這類紅外裝置很容易受復雜氣候條件的影響，可靠性不強。雷達則與之相反，使用X波段就可以適應從平流層直至對流層的各種氣候條件：雷達的探測距離優(yōu)勢表現(xiàn)更明顯，目前最先進的機載雷達對一些大型目標的探測距離已經超過400公里。

雷達還能夠對目標的一些典型信息進行快速正確的識別，如目標航速、方位、高度等，而諸如紅外探測等被動探測方式則較容易出現(xiàn)偏差。在現(xiàn)代超視距空戰(zhàn)中，X波段雷達往往還兼作為數(shù)據鏈發(fā)射機，用于為中遠程空空導彈提供中繼制導。這樣做可以有效提高導彈的殺傷概率。當然，對于敵方來說，雷達可以幫助他們避免進入導彈導引頭的“不可逃逸區(qū)”?？傊?，未來相當長的一段時間內，雷達仍將是戰(zhàn)機進行探測、跟蹤的主要工具，將在超視距空戰(zhàn)中扮演著至關重要的作用。

在超視距空戰(zhàn)中有一種慣常思維，即誰擁有更好的遠程探測能力，誰就將在戰(zhàn)斗中占得先機。因為我方發(fā)現(xiàn)目標后便能對其進行跟蹤，并隨即獲得導彈的先發(fā)優(yōu)勢。有了探測距離優(yōu)勢這個前提，導彈的射程將成為另一個至關重要的因素。導彈射程取決于其設計水平／指標，如固體火箭發(fā)動機／沖壓式發(fā)動機有多少能量可供使用、中段自動駕駛儀是否能夠有效地將能量轉換成導彈的射程。

當然，發(fā)射導彈的戰(zhàn)斗機也是一個不容忽視的因素：經過反復論證表明，F(xiàn)-22A在15公里高空以超音速巡航發(fā)射AIM-120C時，與一些常規(guī)戰(zhàn)機(如F-35／18／16)在亞音速條件進行發(fā)射相比，射程可以增加近30％。俄羅斯目前正在試圖為蘇式戰(zhàn)斗機裝備可供超音速巡航級別的發(fā)動機，也正是基于這個事實。按照設計指標，R-27EA的射程為130公里，如果在優(yōu)勢高度以超音速發(fā)射的話，其射程可增至180公里。

超視距空戰(zhàn)中除了導彈間的交鋒，敵對雙方之間的電子戰(zhàn)也是一個重要環(huán)節(jié)。大功率雷達可以為戰(zhàn)機提供良好的自衛(wèi)能力，但是在較遠距離(如超過90公里)進行自衛(wèi)就不太現(xiàn)實了。這是因為戰(zhàn)斗機在執(zhí)行任務的過程中難免要與敵方地面雷達相遇，而對付這些地面雷達所需功率遠大于雷達在平?？諔?zhàn)中防御性干擾模式所需功率。隨著技術的發(fā)展，有源相控陣雷達和混合式相控陣雷達已經可以對干擾源的主波束進行壓制。不過，它們也不能進行盲目的干擾，一般只用來對付缺乏頻率捷變等一些抗干擾措施的目標，對那些可攜帶發(fā)射x波段反輻射導彈的戰(zhàn)斗機也必須謹慎對待。

現(xiàn)代戰(zhàn)機的雷達往往兼作為數(shù)據鏈發(fā)射機為導彈提供中繼制導，因此，有一種觀點認為可以干擾敵方數(shù)據鏈以破壞其對自身的攻擊。但歷史經驗表明這是十分困難的，它對干擾的功率要求非常高。因為數(shù)據鏈天線指向的是發(fā)射飛機的方位，這意味微弱的干擾功率只能通過導彈彈體產生的表面行波對目標進行干擾，這無疑十分困難。不過，隨著大功率相控陣雷達的出現(xiàn)，這種干擾變得可行。當然，雙方可以采取辦法以降低干擾效果，比如在導彈表面涂一層x波段的吸波材料。

無論事實是好是壞，應該說如果探測／跟蹤距離遠超出導彈射程的話，并不能帶來多少優(yōu)勢。只不過可以對即將到來的威脅進行預警，以使飛行員在敵方雷達或無線電頻率監(jiān)測系統(tǒng)不足以對自身進行有效探測情況下進行規(guī)避。通過增強雷達功率來提高探測距離是設計人員通常采用的辦法，但是這樣做也必然導致敵方進行被動探測時更容易發(fā)現(xiàn)自身。

機載雷達發(fā)展現(xiàn)狀

冷戰(zhàn)后期針對復雜電磁條件下超視距空戰(zhàn)的需要，蘇聯(lián)和西方國家在遠程探測領域展開了激烈的競爭。上世紀60年代末，隨著米格-25“狐蝠”及其使用的RP-25“龍卷風”雷達的出現(xiàn)，使蘇聯(lián)取得了在機載領域的領先地位。但這種優(yōu)勢在70年代后隨著美國F-14A艦載戰(zhàn)斗機使用的AWG-9及之后換裝的AN／APG-71雷達、F-15A使用的APG-63雷達的出現(xiàn)而消失殆盡?？蓻]過多久，米格-31“捕狐犬”截擊機及其使用的N007“閃舞”雷達在80年代初亮相，蘇聯(lián)人似乎又取得了領先地位。N007是一種大型無源相控陣雷達，尺寸是美國AWG-9的兩倍，平均功率達2.5千瓦，占空比為25％時峰值功率為10千瓦。據稱，這種雷達可以在65公里的距離上發(fā)現(xiàn)雷達反射面積為0.3平方米的巡航導彈。

隨著80年代后蘇-27戰(zhàn)斗機的出現(xiàn)，人們又看到了N00l雷達。這種雷達設計之初是為了超越美國的APG-63雷達，但實際情況卻不盡如人意。配備這種雷達的蘇-30K參加了2004年美國和印度舉行的“對抗印度04”聯(lián)合空中演習。在此次演習的模擬超視距空戰(zhàn)中，蘇-30K擊敗了配備改進型APG-63雷達的F-15C戰(zhàn)機(注：綜合各方的消息，雙方對自身實力均有所保留，特別是美國為獲得蘇-30戰(zhàn)機的信息，更是有“故意求敗”之嫌)。其實在舉行“對抗”演習的時候，俄羅斯已經開始向印度交付新型的蘇-30MKI，并提供首批生產型N011M“雪豹”相控陣雷達。到目前為止，N001M仍是除了F-22A配備的APG-77雷達之外最先進的現(xiàn)役雷達。美國AWG-9和APG-71雷達雖然在功率上有一定優(yōu)勢，但是俄羅斯N011M雷達采用的混合相控陣天線設計賦予其低噪聲系數(shù)卻是后者所無法比擬的——AWG-9和APG-71接收機低噪聲系數(shù)是N011M的近三倍。

F-22A戰(zhàn)斗機及其配備的APG-77有源相控陣雷達的出現(xiàn)，堪稱人類在機載雷達領域的又一大突破。APG-77是一種低可探測性雷達，由1500個T／R模塊組件(以下簡稱組件)構成，擁有目前所有現(xiàn)役機載雷達中最大的功率(具體數(shù)值至今尚未公開)。如今，APG-77已經成為機載雷達發(fā)展的風向標。在過去十多年中，以此為標準，美國又發(fā)展和升

級了一系列新型相控陣雷達：F／A-18E／FBlock2使用的APG-79有源相控陣雷達，這種雷達原準備用來改進現(xiàn)有F／A-18系列戰(zhàn)斗機，但只有達到F／A-18E／F標準的該系列戰(zhàn)斗機才能滿足雷達所需的基本冷卻要求；F-16E／F Block60使用的APG-80有源相控陣雷達，這種雷達還配備在即將出口到澳大利亞的F／A-18E／F戰(zhàn)斗機上，洛克希德·馬丁公司正在極力向印度推銷的F-16IN戰(zhàn)斗機也將使用這種雷達；改進型F-15C使用的APG-63(V)2屬于第一代有源相控陣雷達，隨F-15SG出口到新加坡的APG-63(V)3則屬于第二代有源相控陣雷達，采用了許多與APG-79通用的雷達組件技術；F-35使用的APG-81，它使用比早期APG-77更新一代的雷達組件，最新批量生產的F-22A Block20配備的APG-77(V)2也使用了與APG-81通用的雷達組件。新技術的應用使雷達擁有了更大的功率，但隨之也要求戰(zhàn)機擁有更強的制冷能力。

在本世紀初的5年里，美國在有源相控陣雷達領域取得了重大的技術突破：X波段的氮化鎵高電子遷移率晶體管技術日益完善，較之傳統(tǒng)的砷化鎵晶體管，其發(fā)射功率有了明顯提高。以往有源相控陣雷達的發(fā)展一直受限于其基本組件的發(fā)射功率，每個組件的發(fā)射功率為2-5瓦。氮化鎵晶體管在現(xiàn)階段便可以為組件提供10倍于原使用砷化鎵材料晶體管組件的發(fā)射功率。這使得有源相控陣雷達的設計人員由如何獲得更大的功率，變成怎么為雷達提供足夠的電力和制冷設備。一個很好的例子是2007年7月，日本東芝公司展示了一款名為TGl8596-50的氮化鎵高電子遷移率晶體管，它可以使雷達組件在x波段獲得高達50瓦的發(fā)射功率。目前，該公司已經將這種新型晶體管定位在雷達和微波通信設備的應用上。

關于氮化鎵晶體管技術的長遠影響，最值得期待的要屬x波段微波發(fā)射機。假如這種技術能夠在雷達組件上得到應用，那么雷達的發(fā)射功率將得到空前提高，直至達到“功率上限”，戰(zhàn)機的制冷能力也將成為影響這個上限的關鍵因素。倘若一部雷達由1500個基本組件構成，每個組件可以持續(xù)提供40瓦的微波能，功率增加效率可達50％(注：功率增加效率縮寫Pike，是指輸出輸入功率差與器件消耗電源之比，它是T／R模塊組件的最重要參數(shù)之一)，那么有源相控陣雷達的峰值功率就能夠達到60千瓦。目前，發(fā)射功率達80瓦的X波段氮化鎵／碳化硅材料晶體管已經初露端倪。隨著組件發(fā)射功率的提高，雷達的探測距離也有了明顯提高，為對付隱身目標提供了無限潛力。

在功率不斷增加的同時，其首要制約因素也越來越明顯，就是如何為天線陣列制冷和把多余熱量排出機體。從長期發(fā)展來看，F(xiàn)-22A、F-15等重型戰(zhàn)斗機相比于F-35、F／A-18E／F、F-16等輕型戰(zhàn)斗機要占優(yōu)勢，因為前者有較大的尺寸和內部容積，可以更容易地配置制冷設備。此外，關于大功率有一點值得注意，那就是一些發(fā)射功率超過20千瓦的x波段機載雷達都有潛力成為定向能武器。

面對如潮般發(fā)展的有源相控陣雷達，俄羅斯顯得有些無奈。作為回應，俄羅斯最近又發(fā)展出了峰值功率可達20千瓦的N035“雪豹”-E相控陣雷達，它是N011M“雪豹”的直接發(fā)展型。

蘇式戰(zhàn)機機載雷達一覽

N001系列它是上世紀80年代第一款裝備在批量生產蘇一27戰(zhàn)斗機上的機載雷達。該雷達研制之初的目標是超越當時F-15A／C戰(zhàn)斗機使用的APG-63機載雷達，可是后來發(fā)現(xiàn)這個目標實現(xiàn)的難度較大而降低了設計指標。N001是俄羅斯提赫米洛夫儀器制造研究院(NIIP，以下簡稱儀器制造研究院)在米格-29的N019雷達基礎上研制而成的，采用傳統(tǒng)的倒置式卡塞格倫天線，天線直徑較之N019大1.1米。上世紀90年代以后，在俄羅斯空軍內這種雷達逐漸被采用平面陣列天線的N011雷達所代替，如蘇-27M。不過，N001的生產并未因此而停止，它仍然隨著蘇霍伊戰(zhàn)斗機源源不斷地出口到包括中國、越南等國際客戶的手中。再者，俄羅斯雖然集中精力開發(fā)新型雷達，但是對N001的改進也一刻沒有停止。目前，N001的一系列現(xiàn)代化改進型已經展現(xiàn)在人們的眼前，其中最重要的改進就是要提高其可靠性和增加多功能作戰(zhàn)模式。N001V／VE采用了BCVM-486-6處理器以提高數(shù)字處理能力，由此可以兼容新型R-77超視距空空導彈(注：包括我國引進的早期蘇-27戰(zhàn)斗機，未進行類似升級之前均不能夠發(fā)射R-77超視距空空導彈)，同時還增加了一些空對面作戰(zhàn)模式，使載機可以使用空地／空艦等空對面打擊武器。

“羽毛”俄羅斯還在N001VE的基礎上進行改進設計，使其成為相控陣雷達，命名為“羽毛”(PERO)，由儀器制造研究所和梁贊儀器制造公司聯(lián)合研制?！坝鹈庇孟嗫仃嚳臻g透鏡式饋電天線代替了原N001系列使用的卡塞格倫天線，這種改進不但成本低廉(價格甚至與原來的相當)，重量也減少了許多，并且具有與西方有源相控陣雷達類似的主波束偏轉性能，在發(fā)射功率和價格上還占有一定優(yōu)勢。同時，避免采用類似N011M“雪豹”那樣的反射鏡式天線，這種方式不但技術復雜，價格也較為昂貴(注：相控陣雷達的陣列饋電主要有強制性饋電和光學饋電兩種，光學饋電又稱空間饋電，具體又有透鏡式饋電和反射鏡式饋電兩種)。俄羅斯S-300防空系統(tǒng)使用的64N6E雷達也采用類似“羽毛”的技術。該雷達可能在即將到來下個十年出現(xiàn)在許多亞太國家的空軍當中。另據報道，有兩部改型雷達的原型樣機已經被送往中國進行評估。

NO11它是儀器制造研究院設計的一種旨在替代老式N001系列的高性能雷達。與俄羅斯傳統(tǒng)雷達相比，它采用了獨特的空饋式平面陣列天線，與上世紀70年代美國休斯和西屋公司研制的APG-6X系列雷達類似。不過，這些雷達現(xiàn)在已經被新型相控陣雷達所代替。與N001系列相比，N011采用了大量的數(shù)字化處理技術，1個L波段敵我識別天線詢問機天線陣列被嵌入到x波段的平面陣列當中。可以說N011雷達的性能與美國的APG-63和APG-70相當，不過其生產數(shù)量有限，主要配備在俄羅斯空軍的蘇-27M上，也就是后來的蘇-35。到上世紀90年代中期，俄羅斯空軍又將目光轉向采用相控陣雷達技術的N011M“雪豹”，該雷達曾在蘇-37驗證機上進行過試驗。

NOIIM“雪豹”俄羅斯在上世紀90年代研制的最先進的一款雷達，采用混合相控陣雷達天線設計，屬于無源相控陣雷達。N011M使用與美歐國家有源相控陣雷達類似的接收機技術，并擁有

類似的靈敏度和旁瓣抑制性能。發(fā)射機則由行波管和天線陣列背面的波導饋電系統(tǒng)組成，與B-1B和“陣風”戰(zhàn)斗機使用的無源相控陣雷達類似。NO11M的研制無疑是現(xiàn)有無源相控陣雷達與西方同時代有源相控陣雷達的過渡產品，同時，它的出現(xiàn)也從側面反映出了俄羅斯設計人員無法獲得砷化鎵功率晶體管的事實，這種晶體管是美國現(xiàn)有相控陣雷達的基本組成部分。

基本型NO11M采用一個直徑0.9米的混合相控陣天線陣列，每個接收單元都有一個低噪聲接受放大器，這使得雷達的噪聲系數(shù)可以控制在3分貝左右，與當前許多西方國家的有源相控陣雷達接近。N011M有3個接收機通道，估計是考慮到旁瓣抑制和電子對抗等抗干擾措施的需要。NO11M使用的EGSP-6A發(fā)射機使用單一的“Chelnok”行波管，其在不同情況下的發(fā)射功率有所不同，峰值功率為4～7千瓦、連續(xù)照射功率為1千瓦。據稱NO11M的迎頭上視探測距離為130公里，尾追距離為90公里，電掃描時主波束的俯仰角為+／-70°，方位角為+／-40°。NO11M還可以進行傳統(tǒng)的機械掃描，并且能將天線陣面進行90°旋轉以更好地適應空面作戰(zhàn)的需要。

N011M目前仍在批量生產當中，主要配備在伊爾庫特飛機生產有限股份公司為印度、馬來西亞生產的蘇-30MKI／MKM上。此外，鑒于N011M與N035“雪豹”-E之間的諸多相似性，未來N011M將能夠升級到N035的配置水平。

N035“雪豹”-E它是俄羅斯繼NO11M之后發(fā)展的又一款新型相控陣雷達，從2004年開始研制，目前已經確定配備在最新型的蘇-35BM戰(zhàn)斗機上，將來還有可能配備在蘇-27系列戰(zhàn)斗機的最新改進型上。蘇-35BM將在2010年左右開始批量生產，N035的生產日期可能與之相似。2005年末，N035雷達的原型樣機開始進行飛行試驗。

N035是N011M的直接發(fā)展型號，保留了后者的混合相控陣天線設計，具備更強的發(fā)射功率，但噪聲系數(shù)稍差，達3.5分貝。同時，接收機通道也由原來的3個增加到4個。N035與NO11M最大的區(qū)別在于采用了新型EGSP-27發(fā)射機。相比于與N-011M的EGSP-6A，EGSP-27采用一對峰值功率達10千瓦的“Chelnok”行波管。這使得N035的峰值功率可達20千瓦，平均功率5千瓦，連續(xù)波照射功率2千瓦。儀器制造研究所稱N035擁有兩倍于N011M的帶寬，并提高了頻率捷變能力。這意味著N035將擁有更加出色的電子反對抗性能。N035還使用了Solo-35.01新型數(shù)字信號處理器和Solo-35.02信息處理器，但保留了N001M上的接收機硬件設備，如主控勵磁機和振蕩器等。

隨著雷達功率的增大，探測距離也有了相應提高。根據儀器制造研究所提供的數(shù)據，N035對雷達反射面積為3平方米目標的迎頭上視探測距離可達350-400公里，對雷達反射面積為0.01平方米迎頭目標的探測距離也可達90公里。在邊跟蹤邊掃描的工作模式時，N035可同時跟蹤30個目標，并同時引導2枚R-27一類的中程半主動雷達制導導彈；如果引導R-77一類的遠程主動雷達制導空空導彈，數(shù)目可達8枚。值得注意的是，N035還對R-77M-PD沖壓式空空導彈打擊F／A-18E／F、“臺風”戰(zhàn)斗機一類低可探測性目標給予了特別“考慮”。目前，N-011M的低可被截獲概率技術(注：縮寫LPI，低可被截獲概率技術是雷達實現(xiàn)自身隱蔽和對抗反輻射武器的有效途徑)性能較差，可能是受限于帶寬和處理器性能，這也許會隨著N035的投入使用而有所改觀，一些國外用戶要求雷達能夠對抗西方電子支援設備／技術的要求也能得到滿足。

有趣的是，俄羅斯方面并沒有說N035優(yōu)于F-22A使用的APG-77有源相控陣雷達，雖然根據公開的數(shù)據，前者在很多方面都超過了后者，尤其是在作用距離上。這有點不像俄羅斯的宣傳風格。

新型有源相控陣雷達近來，“法扎特龍”設計局的有源相控陣雷達和米格-35戰(zhàn)斗機一起亮相，這可以說是俄羅斯工業(yè)在該領域的一座里程碑。長期以來，俄羅斯一直無法發(fā)展出有源相控陣雷達，這主要是受限于無法得到性能更好的砷化鎵功率晶體管。雖然近年來國際商品市場也出現(xiàn)了一些民用砷化鎵功率晶體管，但是其近百倍于軍用產品的體積注定了它幾乎沒什么軍用價值。不過，這種局面已經有所改變。本世紀初，美國在氮化鎵晶體管上獲得突破性進展，這種技術已經應用到美國第二代有源相控陣雷達上，同時已經通過鑒定并將用于全球微波接入這一新型寬帶網絡技術。這可能意味著這種技術將可能在下個十年出現(xiàn)在國際商品市場上。如果這種技術落入俄羅斯手中，那么其用途將不可控制。舉一個與之類似的例子，現(xiàn)在西方國家一些商品化的高性能32位／64位微處理芯片已經被廣泛運用到俄羅斯許多軍用裝備的設計中。與俄羅斯不同，現(xiàn)在困擾西方進一步發(fā)展相控陣雷達的因素變成了雷達的天線設計及集成。典型的有源相控陣雷達通常用A級放大器為雷達提供合適帶寬、頻率捷變以及高精密波形所需的高線性度和低失真度，這就直接導致了許多能量消耗在天線上。像F-22A、F-16E／F Block這類采用有源相控陣雷達的現(xiàn)役戰(zhàn)機，采用的辦法是將熱量傳到飛機的燃油中，從而形成一個“熱緩沖器”，有一些設計則是直接將熱量傳到一個“熱交換器”中。

現(xiàn)在還沒有哪款蘇-27系列戰(zhàn)斗機采用有源相控陣雷達，不過要將其整合到戰(zhàn)機上也不存在很大的技術難題，其巨大的內部容積、油箱容量及其潛在的巨大冷卻能力均為此提供了可能。值得注意的是，現(xiàn)在俄羅斯裝備的雷達尺寸多為0.9～1.1米，歷數(shù)當今世界的有源相控陣雷達，除了APG-77可以勉強與之相比外，其他許多雷達的大小均只有該尺寸的一半。這意味著西方必須清醒地意識到，即使俄羅斯相控陣雷達組件功率只有西方同類產品的一半，但蘇式飛機使用的雷達也有可能獲得與西方雷達相近的功率，畢竟其天線陣列可以容納更多的組件?？紤]到未來可能從國際商品市場獲得新型氮化鎵高電子遷移率晶體管(HEMT)，未來俄羅斯的有源相控陣雷達將具有極大的功率系數(shù)，從而具備更強反隱身戰(zhàn)斗機的潛力。

根據俄羅斯的說法，俄羅斯目前正在研制一款與PAK-FA第五代戰(zhàn)斗機相配套的有源相控陣雷達。出于降低成本的考慮，俄羅斯在即將到來的下一個十年為全球的蘇式戰(zhàn)斗機客戶進行相控陣雷達改進／升級以分攤研制經費，將是一個行之有效的辦法。

(編輯／筆嘯)