美軍新型防空反導(dǎo)雷達(dá)發(fā)展綜述

李庶中，李 迅，趙東偉，張潤哲

(海軍研究院，北京 100161)

0 引 言

20世紀(jì)90年代，美海軍提出了21世紀(jì)水面作戰(zhàn)艦艇(SC-21)的發(fā)展計劃：DD-21驅(qū)逐艦、CG-21巡洋艦、武庫艦。其中，DD-21驅(qū)逐艦主要擔(dān)負(fù)對海攻擊和對陸打擊兩大作戰(zhàn)任務(wù)，對海攻擊任務(wù)包括反水面艦艇作戰(zhàn)、反潛作戰(zhàn)和反水雷作戰(zhàn)等，典型特征是裝備2部155 mm先進(jìn)艦炮系統(tǒng)(AGS)、128單元通用垂直發(fā)射系統(tǒng)(VLS)等；CG-21巡洋艦主要擔(dān)負(fù)防空作戰(zhàn)和彈道導(dǎo)彈防御作戰(zhàn)兩大作戰(zhàn)任務(wù)，典型特征是裝備了新型防空反導(dǎo)雷達(dá)(AMDR)[1]。

受經(jīng)費(fèi)制約，2001年前后，美海軍調(diào)整了水面艦艇發(fā)展計劃：DD-21驅(qū)逐艦項(xiàng)目終止，改為DD(X)驅(qū)逐艦，主要擔(dān)負(fù)遠(yuǎn)程打擊和海上火力支援作戰(zhàn)任務(wù)；CG-21巡洋艦項(xiàng)目縮減，改為CG(X)巡洋艦，主要擔(dān)負(fù)防空作戰(zhàn)、彈道導(dǎo)彈防御作戰(zhàn)任務(wù)，典型特征仍保持為裝備AMDR雷達(dá)[2]。

1 防空反導(dǎo)雷達(dá)(AMDR)及艦艇平臺發(fā)展

1.1 艦艇發(fā)展計劃演變

CG(X)巡洋艦的最初概念設(shè)計主要為：沿用DDG-1000的艦體與推進(jìn)系統(tǒng)基本設(shè)計，但移除DDG-1000的2座AGS，代之以管數(shù)更多、尺寸足以容納新型彈道導(dǎo)彈防御武器——“動能攔截器KEI”的垂直發(fā)射系統(tǒng)，同時將DDG-1000的雙波段雷達(dá)更換為天線尺寸更大、探測能力更強(qiáng)、專為彈道導(dǎo)彈防御(BMD)任務(wù)設(shè)計的防空反導(dǎo)雷達(dá)(AMDR)。

CG(X)巡洋艦的核心任務(wù)是BMD作戰(zhàn)，主要關(guān)鍵設(shè)計體現(xiàn)在2個方面：一是裝備大尺寸天線的AMDR雷達(dá)，以提供足夠的彈道導(dǎo)彈探測能力；二是具備彈道導(dǎo)彈上升段攔截能力的動能攔截器KEI，當(dāng)時美海軍準(zhǔn)備將其發(fā)展為新一代的海基BMD主力攔截武器。為滿足AMDR安裝空間和供電能力及長度為12 m的KEI的安裝條件，滿載1.5萬～2.3萬噸級的CG(X)巡洋艦是唯一選擇。

如圖1所示，左圖為NGSS船廠在2008年3月海軍聯(lián)盟海-空-太空裝備展上公布的CF(X)抽象圖，從外觀便可明顯看出其與DD(X)/DDG-1000驅(qū)逐艦(右圖)之間的淵源，CG(X)沿用了后者的艦體與推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計，但特別針對BMD任務(wù)的繡球而調(diào)整了雷達(dá)電子與武器配備設(shè)計，如艦船取消了AGS艦炮的配備，改設(shè)數(shù)量更多的垂直發(fā)射系統(tǒng)(VLS),雷達(dá)也換成特別針對BMD任務(wù)設(shè)計的AMDR。

圖1 CG(X)巡洋艦在DDG-1000平臺上發(fā)展

此后，美海軍的?；鵅MD作戰(zhàn)構(gòu)想有所改變，從依靠少數(shù)裝備高性能傳感器的作戰(zhàn)平臺，轉(zhuǎn)變?yōu)橐劳袀鞲衅髀?lián)網(wǎng)協(xié)同作戰(zhàn)。即BMD艦艇裝備縮小版的AMDR，通過CEC等網(wǎng)絡(luò)與前沿部署的?；鵛波段(SBX)雷達(dá)或安裝了“眼鏡王蛇”雙波段雷達(dá)的導(dǎo)彈跟蹤船協(xié)同，也可滿足?；鵅MD作戰(zhàn)任務(wù)的目標(biāo)探測需求。另一方面，動能攔截器(KEI)也因技術(shù)與經(jīng)濟(jì)上的原因，于2009年被導(dǎo)彈防御局取消，美海軍將繼續(xù)以“標(biāo)準(zhǔn)3”導(dǎo)彈作為主要?；鶑椀缹?dǎo)彈防御攔截武器。

基于以上等多種原因，建造CG(X)這種大噸位、造價昂貴巡洋艦的需求不復(fù)存在。2010年2月，美國海軍最終以“基于經(jīng)濟(jì)上可承受性考慮”為由，取消了CG(X)計劃，至此CG(X)計劃徹底終止。

隨著DDG-1000的削減和CG(X)計劃的消亡，美國海軍開始重啟伯克級驅(qū)逐艦的建造計劃，2010～2016年續(xù)建10艘伯克IIA型驅(qū)逐艦DDG113-122，用于補(bǔ)充縮減的DDG-1000驅(qū)逐艦；2016～2032年采購33艘全新的伯克Ⅲ型驅(qū)逐艦(搭載縮小版AMDR)，用于替代取消的CG(X)巡洋艦。圖2所示為后冷戰(zhàn)時期美海軍三大新型水面艦計劃結(jié)局。

圖2 后冷戰(zhàn)時期美海軍三大新型水面艦計劃結(jié)局

1.2 AMDR發(fā)展歷程

AMDR的全稱為：Air and Missile Defence Radar，即防空反導(dǎo)雷達(dá)。美海軍的裝備型號為AN/SPY-6雷達(dá)，由S波段雷達(dá)、X波段雷達(dá)和雷達(dá)控制組件三部分組成。

2009年6月，美國海軍分別向洛克希德·馬丁公司、諾斯羅普·格魯曼公司和雷聲公司授予了3份固定價格合同(前兩者分別獲得1 000萬美元，后者為990萬美元)，開始研究新一代海軍防空與反導(dǎo)雷達(dá)(AMDR)。

2010年9月，AMDR項(xiàng)目進(jìn)入技術(shù)開發(fā)階段，美國海軍授予諾斯羅普·格魯曼公司、洛克希德·馬丁公司和雷聲公司總價值約3.5億美元、為期2年的合同對AMDR中S波段雷達(dá)和雷達(dá)套件控制器(RSC)進(jìn)行技術(shù)開發(fā)[3]，AMDR中X波段雷達(dá)的設(shè)計開發(fā)時間尚未確定。為滿足競爭測試的要求，美國海軍在夏威夷建立了先進(jìn)雷達(dá)探測實(shí)驗(yàn)室(ARDEL)，自2011年8月起，開始AMDR的測試工作[3]。

2010年CG(X)巡洋艦項(xiàng)目被取消，盡管如此，AMDR仍在繼續(xù)研發(fā)。2013年10月，雷聲公司最終擊敗洛·馬公司、諾·格公司，負(fù)責(zé)設(shè)計、開發(fā)、集成、測試和交付美國海軍AMDR中的S波段雷達(dá)(AMDR-S)和雷達(dá)設(shè)備控制器(RSC)的工程研制樣機(jī)。2013年底，AMDR的4項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)在一次環(huán)境測試中得到了驗(yàn)證。其中，數(shù)字波束形成技術(shù)可同時完成防空和反導(dǎo)任務(wù)，基于氮化鎵半導(dǎo)體技術(shù)的T/R組件成功演示了其良好的功率效率和冷卻效率。此外，軟件技術(shù)和數(shù)字接收機(jī)技術(shù)也在測試中得到成功演示。

2014年7月，雷聲公司完成了AMDR-S雷達(dá)的硬件初始設(shè)計評審和集成基線評審，標(biāo)志著這一項(xiàng)目轉(zhuǎn)入工程化和制造開發(fā)(EMD)階段。

2015年4月，AMDR通過關(guān)鍵技術(shù)評審，確認(rèn)了系統(tǒng)軟硬件的有效性，預(yù)計2018年完成首次部署。

雷聲公司2015年完成了一部雷達(dá)的建造，2016年轉(zhuǎn)場至位于夏威夷的太平洋導(dǎo)彈靶場進(jìn)行測試，直至2017年底完成了EMD階段的工作。

正在開發(fā)的伯克級FlightⅢ型驅(qū)逐艦(如圖3所示)，前12艘采用AMDR-S雷達(dá)搭配AN/SPQ-9B雷達(dá)(升級版)，計劃2024年后換裝全狀態(tài)的AMDR雷達(dá)，即AMDR-S雷達(dá)搭配AMDR-X雷達(dá)。

2 能力評估

AMDR包括3個主要部分：

(1) AMDR-S：是AMDR的核心，用于提供針對空中與彈道導(dǎo)彈目標(biāo)的全空域搜索、跟蹤、彈道導(dǎo)彈識別和導(dǎo)彈指令制導(dǎo)等功能，采用4個 S波段陣面(3.7～11 m直徑多尺寸可選)，憑借大口徑、高功率、高靈敏度與大工作帶寬等優(yōu)勢，提供比現(xiàn)役雷達(dá)更高的探測與識別能力。

(2) AMDR-X：用于為AMDR-S 提供低空補(bǔ)盲及水面探測等輔助信息，采用X波段，具備水平搜索、精確跟蹤、海面小目標(biāo)探測等功能。采用3個X波段多功能相控陣(1.2 m×1.8 m)，應(yīng)為AN/SPY-3雷達(dá)(天線口徑為2.7 m×2.1 m)的縮小減配版，而初期的FlightⅢ型艦采用的是AN/SPQ-9B雷達(dá)。

(3) 雷達(dá)控制器(RSC)：用于在后端控制、協(xié)同和綜合管理AMDR-S和AMDR-X 2部雷達(dá)，確保2部雷達(dá)在復(fù)雜多變的作戰(zhàn)環(huán)境中完成各自的作戰(zhàn)任務(wù)。

在AMDR的初始設(shè)計指標(biāo)中，美國海軍就提出“雷達(dá)應(yīng)該設(shè)計成一種尺寸可調(diào)的系統(tǒng)，以適應(yīng)不同的平臺，滿足當(dāng)前和未來的各種作戰(zhàn)要求”。因此，AMDR設(shè)計將采用模塊化的軟硬件和開放式結(jié)構(gòu)，天線尺寸可調(diào)，系統(tǒng)設(shè)計具有一定的靈活性，根據(jù)不同的艦船平臺，選用不同尺寸的模塊搭建，并且具備即插即打的能力，新軟件和硬件能以對系統(tǒng)影響最小的方式插入，使系統(tǒng)快速升級，如圖4所示。

圖4 AMDR雷達(dá)的模塊化設(shè)計

據(jù)簡氏防務(wù)雜志報道，AMDR的S波段雷達(dá)收發(fā)組件采用了第3代半導(dǎo)體器件氮化鎵(GaN)，裝備于阿利·伯克Ⅲ驅(qū)逐艦的天線直徑為4.27 m。原計劃裝備于CG(X)巡洋艦的天線直徑達(dá)6.7 m。與現(xiàn)役“宙斯盾”艦艇的AN/SPY-1D雷達(dá)相比，等效信噪比改善31.6倍(約15 dB)，探測距離是前者的2.37倍，耗電量是前者的3倍(高達(dá)1.5 MW)[4]。

2.1 主要性能分析

基于以上數(shù)據(jù)，按照AN/SPY-1D雷達(dá)威力進(jìn)行推算，AMDR的主要性能大致如下：

(1) 對中段彈道導(dǎo)彈最大作用距離不低于960 km。

(2) 對隱身飛機(jī)最大作用距離不低于350 km。

(3) 對掠海反艦導(dǎo)彈最大作用距離不低于27 km(X波段采用AN/SPQ-9B)。

2.2 技術(shù)特點(diǎn)分析

(1) 開放式體系架構(gòu)：不僅滿足商用貨架產(chǎn)品(COTS)的應(yīng)用，通過共用后端控制、處理等結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)AN/SPQ-9B雷達(dá)或AMDR-X雷達(dá)與AMDR-S雷達(dá)的自由搭配，其開放性已日臻完善。

(2) 靈活的可裁剪、可擴(kuò)展能力：美國海軍在招標(biāo)中特別強(qiáng)調(diào)了可裁剪性，通過提高模塊化和靈活性水平，使其能適配各類艦艇，功能上、性能上可根據(jù)作戰(zhàn)需求自由增加或削減，是美海軍未來40年主要的艦載雷達(dá)系統(tǒng)。

(3) 雷達(dá)任務(wù)綜合化管理、資源一體化調(diào)度：在作戰(zhàn)使用中，雷達(dá)控制器既可以綜合調(diào)度2個波段的雷達(dá)發(fā)揮各自優(yōu)勢，又可以根據(jù)需求控制雙波段完成同一任務(wù)，互利互補(bǔ)，使雷達(dá)資源最大限度被利用。

(4) 第3代半導(dǎo)體器件、數(shù)字陣列等技術(shù)的推廣應(yīng)用：第3代半導(dǎo)體具有帶寬大、工作電壓高、功率密度大、效率較高等突出優(yōu)點(diǎn)，可大幅提高雷達(dá)的有效輻射功率、接收靈敏度，減少對冷卻系統(tǒng)需求；通過與數(shù)字陣列的結(jié)合，可顯著增強(qiáng)雷達(dá)的探測能力、靈活性、抗干擾能力、實(shí)時多任務(wù)能力等。

2.3 能力預(yù)測

美海軍于2016財年啟動首艘裝備AMDR的阿利·伯克Ⅲ驅(qū)逐艦(DDG124)的采購，預(yù)計將于2021～2024年入役[5]。目前已確定將按每年采購2艘的進(jìn)度，共采購22艘。與現(xiàn)役“宙斯盾”艦艇相比，其作戰(zhàn)能力在三方面得到大幅提升：

(1) 彈道導(dǎo)彈防御能力：與現(xiàn)役AN/SPY-1雷達(dá)相比，AMDR對彈道導(dǎo)彈的探測距離更遠(yuǎn)、精度更高，可更好地發(fā)揮“標(biāo)準(zhǔn)3”(SM-3)導(dǎo)彈的作用，從而加強(qiáng)對遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈的防御能力，并具備一定的對洲際彈道導(dǎo)彈的攔截能力。

(2) 對低空反艦導(dǎo)彈的防御能力：與現(xiàn)役“宙斯盾”艦的AN/SPY-1雷達(dá)相比，AMDR所采用的AMDR-X或AN/SPQ-9B雷達(dá)都具有更好的低空探測能力，特別是抗海雜波能力、目標(biāo)穩(wěn)定性等方面具有明顯優(yōu)勢。

(3) 綜合防空反導(dǎo)能力：現(xiàn)役“宙斯盾”艦的AN/SPY-1雷達(dá)由于受無源相控陣技術(shù)體制限制，功率口徑積無法進(jìn)一步提高，難以同時完成對飛機(jī)、低空反艦導(dǎo)彈探測和對彈道導(dǎo)彈探測兩方面的任務(wù)，需要采用多艦編隊協(xié)同實(shí)現(xiàn)防空反導(dǎo)的綜合探測。AMDR具備同時擔(dān)負(fù)防空探測(對飛機(jī)、低空反艦導(dǎo)彈)和反導(dǎo)探測(對彈道導(dǎo)彈)任務(wù)，確保艦艇綜合防御能力的發(fā)揮。

3 結(jié)束語

?；鶑椀缹?dǎo)彈防御是國家彈道導(dǎo)彈防御力量的重要組成部分之一，美軍從彈道導(dǎo)彈防御能力建設(shè)之初，就將海基彈道導(dǎo)彈防御力量建設(shè)作為其重要支柱之一加以大力發(fā)展，目前海基力量已具備了對彈道導(dǎo)彈中段、末端的防御能力，特別是對于盟國、海外利益的保護(hù)發(fā)揮了不可替代的作用。

盡管2010年CG(X)巡洋艦下馬，但作為?；鶑椀缹?dǎo)彈防御核心力量的AMDR的研制工作未受影響，繼續(xù)按彈道導(dǎo)彈防御能力要求開展，綜合考慮平臺經(jīng)濟(jì)性、承受能力等因素，選取了伯克級驅(qū)逐艦這一成熟平臺加以改進(jìn)，搭載AMDR和相關(guān)武器形成伯克級FlightⅢ型艦，實(shí)現(xiàn)?；鶑椀缹?dǎo)彈防御能力的跨越式發(fā)展。