中國“盾艦”——052C的整體點評、建造情況及052D的改進


中國“盾艦”——052C的整體點評、建造情況及052D的改進

346雷達、海紅旗9防空導彈與052B改進型驅逐艦艦體結合的成果——052C型導彈驅逐艦

幸運的是,在這個最關鍵的時刻,14所的115產品固態有源相控陣雷達團隊提出瞭解決方案。設法將原來放在S波段八角陣面右下角的C波段應答天線,在上邊再增加一條,同時將S波段八角陣面的中心位置下調了0.1米,這個改動使得C波段應答天線的面積由原先的0.3平方米,擴大到了0.8平方米,擴大了2.5倍。這就解決了調整後的HH-9導彈信標信號弱的接收問題——C波段天線面積增大後,增益也就大了,自然就可接收較弱信號了。

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就這樣,到了1995年11月7日,052C型導彈驅逐艦(此前052B改進型驅逐艦已經被改稱052C)艦載相控陣雷達終於被正式確定由電子工業部14研製,雷達正式型號為H/LJG346(簡稱346艦載相控陣雷達),經費由2.1億增加到2.8億。不過,此後346雷達方案還經歷了一次較大幅度的變更。與之前的115產品方案相比,變更後的346雷達方案主要區別是T/R組件4768個增加到了5000個以上。

之所以作出如此方案變更主要原因是在3年近乎於無休止的"論證"期間,14所雷達團隊並沒有閒著,而是通過不斷的努力,將T/R組件的長度,由原來的45cm 減到了40cm, 而且組件結構材料也改用了更輕型的材料,重量明顯減輕了。 因此現在完全可以在陣面重量不超過4噸的限制範圍內,增加T/R組件數目。由此方案變更帶來的性能提高相當可觀。

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增加陣面T/R組件數可以增加雷達信號功率(特別是單脈衝信號功率),也就是雷達的能量資源增加了。這樣可以化解原來因為HH-9反射截面積特別小,為了跟蹤HH-9而佔用了較大比例的雷達資源,併為此犧牲了搜索距離以及其他的特殊功能的不合理現象。畢竟346雷達要"看到和盯住"的目標主要是敵方的導彈,否則HH-9 導彈無法反擊。T/R組件數增加到5000個以上後,搜索距離增加。可以保證整個覆蓋區域大於375公里,中心區域大於400公里。這在視距外的現代化海上戰爭的角度來說,將大大增加了艦艇的打擊能力和生存能力。

最重要的一點是單脈衝信號功率增加可以顯著提高雷達的單脈衝測角測距精度。因為在眾多影響精度的因素中,信噪比的強度是影響精度的最重要的因素之一。雷達信號功率強,信噪比就大,從而就使單脈衝測角測距精度高。再有,如果目標是出現在兩個陣面交錯的下掃角處,跟蹤的雷達波束已經變得很胖(這是相掃雷達的特有現象),而且又很難以一個陣面鎖定目標時,單脈衝功率將成為打擊目標的絕對關鍵。能量的增加還將使得雷達的多功能發揮變得遊刃有餘。有利於雷達將來的功能擴展。調整後的346雷達方案,於1996年年年底獲得正式批准,至此,052C驅逐艦的研製才全面走上了正軌……

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052C的整體點評、建造情況及052D的改進

為了減輕重量,346型雷達的天線陣面骨架以鋁質蜂窩狀結構的夾層板構成,單一陣面的骨架重量僅 1.25 噸,而每個天線陣面本身則重 3.5 噸。這為346雷達進入實用鋪平了道路。在 2001 年 12 月下旬,346 型雷達原理樣車在中國北方的地面積地開始展開與導彈武器系統的整合,需要連續10次在試驗中(以實際發射的靶機為目標)才算通過;測試工作2002 年4月首度展開,曾遭遇技術問題,歷經數個月才解決。346 型雷達樣機在 2003 年裝置於"畢昇"號試驗艦上進行測試,在 2004 年6 月進行最後的調整測試作業。

不過,早在346 型雷達樣機於"畢昇"號試驗艦上展開試驗之前,作為346型雷達載艦平臺的052C型驅逐艦就已經開始建造了。2003年4月29日,052C首艦(170)在氣笛聲中從船臺滑入長江中,較晚開工的2號艦(171)則緊接著在同年10月29日下水。2005年9月和12月,分別被命名為"蘭州"號和"海口"號的170和171艦相繼入列服役於中國人民解放軍海軍南海艦隊。以"蘭州"艦和"海口"艦的入列服役為標誌,中國海軍不但由此進入了"盾艦"時代,而且是一種跨越式的進步。這裡所說的跨越,並不僅僅是指相比此前中國海軍所建造的一切驅護艦級別的水面艦艇,"蘭州"艦和"海口"艦的進步是代差式的,更是指她們的某些關鍵部分甚至對"宙斯盾"艦達成了趕超。

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海紅旗9在彈載雷達開機前需中段引導和修正

052C的技術前瞻性,首先體現在其346相控陣雷達的固態有源體制上。相比"宙斯盾"AN/SPY-1D雷達的無源相控陣體制,346發射/接收信號射頻損耗小,因此同樣條件下探測距離比無源相控陣更遠。這是因為傳統的機械掃描雷達就好比一個普通的探照燈,而相控陣雷達則相當於由成千上萬個小燈泡組成的探照燈,這無數個小燈泡可以聽你指揮任意分配光束指向,從而實現比機械掃描雷達更強大的性能。那麼相控陣雷達的這無數個小燈泡可以用兩種方法實現,第一種方法是在一個大的探照燈前放置無數個小反光鏡,從而實現任意分配無數支小光束的能力。

第二種方法就是直接上成千上萬支小燈泡,組成一個大探照燈。無源相控陣對應前者,而有源相控陣則對應後者。前者的能量要經過反光鏡轉一道手,損耗自然要大一些。其次,有源相控陣的可靠性比無源相控陣更高。有源陣面的T/R組件每一個都是獨立的,壞了一部分還能用,無源陣面就一支大探照燈,壞了那就是真壞了。再有,有源相控陣可以靈活變換波束從而不易被敵方電子偵察系統截獲。這是因為構成有源陣的無數"小燈泡"(T/R組件)的波束指向性和分配能力顯然比無源陣的"一支大探照燈"要好的多。另外,有源相控陣相比無源相控陣可以大幅度縮小體積重量。

中國“盾艦”——052C的整體點評、建造情況及052D的改進

雖然要付出成本率下降和成本大大增大的代價;還需要看到,有源相控陣更有利於採用先進的數字波束形成技術和信號處理技術,從而實現比無源相控陣更強的抗干擾能力、反隱身能力和目標分辨力。這一點其實非常好理解,畢竟構成有源陣面的無數個"小燈泡"的資源配置能力和使用靈活性顯然比無源陣的"一支大探照燈"要高的多。

當然,346相控陣雷達儘管在有源陣面的體制上比無源陣面體制佔優,但並不代表在實際的性能指標上就要比"宙斯盾"的AN/SPY-1D雷達突出。即便170和171兩艦入列服役已經14年了,但346雷達的實際性能指標至今仍是個迷團,唯一能夠確定的只是在理論上346雷達的有源陣面體制的確比"宙斯盾"的無源體制先進一代,是技術未來的發展方向所在。今天最新一代"伯克3"驅逐艦所安裝的AMDR-S-AN/SPY-6(V)1雷達就是最好的一個說明——其陣面同樣採用了與346雷達類似的有源體制。

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346相控陣雷達儘管在有源陣面的體制上比無源陣面體制佔優,但並不代表在實際的性能指標上就要比"宙斯盾"的AN/SPY-1D雷達突出

事實上,更能夠說明052C先進性的地方,在於其整體技術構架。先進與否其實是一個相對概念。簡單點說,就是比出來的。但052C要和誰來比?答案當然是"宙斯盾"。"提康德羅加"級與"阿利.伯克"級兩型經典"宙斯盾"艦,基本技術構架採用的是大型多功能四面陣相控陣雷達與半主動雷達遠程防空導彈相結合的方式。半主動彈的原理就好比在一片黑暗中有一支手電筒直指目標並將目標照亮,之後半主動彈才能尋著光亮攻擊目標,背後的那支手電筒就是艦載火控雷達。

不過問題在於,出於成本的考慮,經典"宙斯盾"系統的AN/SPY-1D S波段雷達精度並不夠用於半主動雷達的末端照射。為了解決這個問題,美國海軍的辦法是打補丁。也就是為軍艦裝上幾部機械式的SPG-62 X(I)波段火控照射雷達("提康德羅加"級安裝有4部,"阿利.伯克"級安裝有3倍),並以分時照射的方法來解決多目標照射問題。其思路其實比較簡單。也就是遠程半主動雷達制導防空導彈向目標飛行過程中需要一段時間,在這段時間內,並不需要SPG-62一直提供照射,從而使得有限的幾部SPG-62得以抽出工夫按順序照射多個目標,具備了多目標對抗能力。

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經典"宙斯盾"系統的SPG-62火控照射雷達

說白了,分時照射就是給天線鍋提供一個打時間差的機會,從而實現同時應對多目標的能力。伯克級裝有3部SPG-62,每部能分時照射4個目標,則全艦共有12個火力通道…..這個方法看上去調和了所有一切能夠調和的問題,成本、技術、戰技性能等等。可"毛病"在於,這只是紙面上的理論值,如果目標從四面八方同時來襲,機械天線受旋轉機構的限制多目標照射能力會打折扣;如果來襲的是超音速導彈,就會壓縮防空彈的攔截時間,同樣會減少分時照射目標的數量(SPG-62火控雷達,波束寬度1.6左右,對於橫截面反射值不到0.1m的目標,跟蹤距離不超過26公里,難以對抗馬赫數超過2.8的來襲目標);

更要命的是,如果"宙斯盾"艦在攔截低空來襲目標時,只有不到40公里的攔截距離,與正常情況下遠程防空彈動輒100公里以上的射程相比,SPG-62打時間差的能力會急劇下降,伯克級的12個火力通道會降至不到6個的理論值,這是由物理規律決定的,與技術水平無關。由上可見,雖然引入分時照射技術可以提高機械掃描式雷達對抗多目標的能力,但理論值跟實戰會有很大的脫節,就好比實戰中對方反艦導彈肯定不會排成隊按順序給你打,所以"宙斯盾"用SPG-62打補丁的作法然是一大硬傷。


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