圖為解放軍紅旗9防空導彈系統。
近日,網上流出了據說是中國紅旗九中遠程防空反導系統搜索照射相控陣雷達的照片。雖然不知道照片真實性如何,但是對其進行一些分析以後還是發現了一些有意思的事情,其中某些結論和網上曾經流傳的一些消息互相印證,算是從一個特殊的側面證明了我國在中遠程防空反導系統領域的巨大飛躍。紅旗九中遠程防空反導系統裝備的核心機傳感器是能夠兼顧搜索和照射功能的相控陣雷達,通過對于相控陣雷達的技術特點分析和對比世界上類似防空反導系統雷達設計特征就能對紅旗九防空反導系統有一些更深的認識。
采用相控陣雷達是新一代多通道防空反導系統的重要特點之一。它是現代惡劣的空中威脅對防空系統提出的必然要求。相控陣雷達可以滿足防空系統對遠距離探測、跟蹤、制導、多功能、抗飽和攻擊和強綜合抗幹擾能力。随着相控陣技術的發展和成熟,越來越多的相控陣雷達尤其是固态相控陣雷達在現代防空系統中得到應用。采用相控陣雷達作為防空反導系統的核心傳感器已經是現代防空反導武器系統的标志。
相控陣雷達的優勢很多,其中有些特點對防空系統尤其有用:第一,作用距離遠;相控陣雷達輻射到空間的功率,可以由許多中小功率發射機互相疊加不受單個發射機 功率限制,且天線口徑可以比較容易地加大,而不會象其它天線一樣加大天線尺寸近乎于重新設計雷達系統。相控陣雷達的功率孔徑積比其它任何類型雷達的大,所 以作用距離遠。因此采用相控陣雷達作為防空反導系統傳感器首先保證了系統有效防禦範圍和探測邊界。類似紅旗九,愛國者和S300V的中遠程防空反導系統可 以為軍級作戰區域甚至整個戰區提供防空和反導保護傘。第二,相控陣雷達的多波束賦予雷達同時完成多種功能的能力;相控陣雷達能同時形成多個獨立控制的波 束,分别用以執行探測、識别、照射、跟蹤、制導和殺傷評估等多種功能。一部相控陣雷達就相當于多部專用雷達,如美國的愛國者系統的AN/MPQ-53多功 能相控陣雷達,能完成相當于“霍克”和“奈基”九部雷達的功能,因而極大地精簡了系統的設備,提高了機動能力。這一點在紅旗九作戰系統上體現的更為深刻, 也是對于上文提到的雷達照片分析出的比較有意思的結論之一,下文将談到這一點。第三,能同時對付多個目标;在相控陣雷達運用到防空系統中以前,一個防空火 力單元一般隻能對付一個目标,這種局面随着相控陣雷達的問世而被打破。相控陣雷達利用電子掃描的靈活性、快速性和按時間分割原理或多波束,可實現邊搜索邊 跟蹤工作方式,與電子計算機相結合,能同時搜索、跟蹤不同方向和不同高度的多批目标,并能同時制導多枚導彈攻擊多個目标。第四,具有自适應工作能力;天線 波束掃描的靈活性、信号波形的捷變能力以及近年來發展起來的數字波束形成技術,使相控陣雷達能自适應調整工作。通過相控陣天線波束的高速掃描和波束位置的 靈活變化,目标丢失後可重新進行照射。通過信号波形的捷變能力,實現信号能量的自适應管理、搜索時間和跟蹤時間的自适應調整、跟蹤目标數的變化。在電子幹 擾十分普遍的現代戰場,相控陣雷達可以提供幹擾區域零增益,就是在敵人出現電子幹擾的方向根本不進行雷達波發射、掃描和接收,使得敵方電子幹擾如同無物。
愛國者和S300V防空反導系統是世界中遠程防空反導系統的設計典範,通過對兩者系統中相控陣雷達的使用分析可以為探究紅旗九防空反導系統性能和設計特點提供素材。
愛國者防空反導系統采用的是AN/MPQ-53多功能相控陣雷達。AN/MPQ-53多功能相控陣雷達主要由雷達/指揮控制車接口裝置、控制器組合、發射 機組合、射頻激勵器、接收機組合、信号處理機組合、敵我識别器組合、環境控制器組合以及天線組合等組成。它安裝在M818型牽引車牽引的XM869型拖車 上。行軍時天線折疊平放在車廂頂上,作戰時展開成67.5°仰角(瞄準線的高低角為22.5°)固定架設。雷達雷達工作在G/H波段,作用距離約為 150-160km。雷達在武器系統計算機控制下,通過靈活多變的波束方向圖進行搜索、跟蹤和制導。在天線覆蓋的120°扇面内(高低角0°-90°),可監視90-125個目标,同時跟蹤8個目标,向5枚導彈傳送相應的中制導指令和對3枚導彈進行TVM制導。
主天線陣近似圓形,直徑2.44m,共5161個陣元,是帶有前後輻射器和移相器的通過式空間饋電陣列天線。可進行32種天線方向圖轉換,用于搜索、跟 蹤、照射目标和制導導彈。TVM天線陣位于主陣的左下方,外形近似圓形,直徑533.4mm,共253個陣元。照射能量由主陣提供,隻有一個和波束。采用 時分割接收分布于整個攔截空域内目标一導彈的TVM下行線信号,還可對主陣起旁瓣消隐作用。敵我識别器天線陣為矩形天線陣,由20個陣元組成,工作在D波 段。5個電子反幹擾小天線陣位于主天線的下方,每個小天線陣均由51個陣元組成。
愛國者采用的TVM制導方式很有意思,TVM(Track via missile),即“經由導彈的制導”,又稱指令-尋的制導,為一種變形的半主動尋的和指令制導結合的制導體制。TVM通過地面站測量目标和導彈的坐 标,當導彈接近目标時,導彈上的測向儀接受目标散射的照射信号以測量目标相對于導彈的精确角度,再将測量的坐标數據通過下行通道發回地面,由地面站進行處 理,得出導彈的控制指令,再由地面指令發射機發射導彈控制指令控制導彈飛行。其與半主動雷達尋的的不同是:導彈控制指令由地面制導站産生而不是由導彈自身 産生,這一點更象是指令制導,實際上可以認為将半主動尋的制導的導引頭分置,探測部分放在彈上,數據處理在地面制導站上;與純粹的指令制導不同之處在于導 彈自身也測量目标坐标,并下傳給制導站。這種制導體制實際上是尋的制導技術不成熟的情況下一種替代的制導方法。TVM制導具有尋的制導精度高的特點,并且 制導精度不随武器系統作用距離的增加而降低,導彈越接近目标,精度越高,且彈上設備較尋的制導簡單,并具有指令制導的潛在抗幹擾性能。
S300V防空反導系統采用的是半主動雷達末制導。S300V防空反導系統采用30H6照射制導雷達。30H6照射制導雷達安 裝在以MA3-543M改裝的輪式底盤上,車上還裝載電源系統、天線高頻艙和指揮控制艙。雷達能保證在嚴重的雜波幹擾和電子對抗的條件下,對目标的跟蹤和 對導彈的制導。雷達工作在X波段,天線掃描範圍料正負45°,最大作用距離為150-180km(對雷達反射截面積2㎡的目标),可同時跟蹤6個目标,制 導12枚導彈。天線在工作狀态時擡升到58°位置,而在行軍狀态時,折疊下降在車廂的頂棚上。天線艙除了按标準狀态安裝外,還可安裝在上升的高塔上。作戰 指揮控制艙内裝有操作手的控制台、多功能計算機、信号處理設備以及機内測試設備。雷達天線共有三個陣面:主陣,為制導跟蹤和照射用,八角形10000多個 元,按單元進行波束控制;導彈輔助截獲小陣,用作導彈起飛時截獲跟蹤,采用與主陣相同的單元;幹擾對消陣,用于抗幹擾的旁瓣抑制。
愛國者系統和S300V的跟蹤照射雷達有幾個共同點:第一,都有一個陣元數量龐大的主陣面。這個主陣面就是反導防空系統的主要傳感器,通過上千個陣元的劃 分和疊加生成多個波束去完成搜索、跟蹤、照射目标和制導導彈等多種任務。第二,都需要一定數量的輔助陣面。AN/MPQ-53多功能相控陣雷達需要TVM 天線陣、敵我識别天線和電子反幹擾天線陣面。30H6照射制導雷達需要輔助截獲陣面和幹擾對消陣面,另外值得注意的是,S300V采用半主動雷達制導體制,其主陣面不能像AN/MPQ-53一樣将導彈目标照射任務全部完成,因而還需要在每台發射車上安裝專門的單脈沖照射雷達,并且隻有一個火力通道。
傳聞是紅旗九防空導彈系 統的跟蹤照射相控陣雷達照片在網上曝光以後,有些網友因為其載車和塗裝和S300V類似,并且因為本國一貫有山寨進口武器的傳統就認為紅旗九防空反導系統 是中國仿制S300V的結果。也有人認為中國在改革開放以後逐漸看不上粗大笨重的俄制武器,尤其是電子産品了,因而我國在山寨S300V的時候肯定借鑒了大量愛國者系統的先進西方技術,于是紅旗九=愛國者 S300V的說法廣為流傳。其實這種論調比較常見,比如對于我國039B型AIP常規潛艇,由于其外 形和俄羅斯的基洛級比較相似,就被人認為是采用西方技術的山寨版基洛。
根據網絡上衆多牛人對紅旗九防空反導系統的分析,紅旗九系統在很多方面和S300V确實非常相似。比如,紅旗九的發射導彈儲存發射筒和S300V外形就幾 乎完全相同,照片上的制導雷達也和S300V系統上的非常相似,起碼外形看上去都是S300V的風格。但是經過對該雷達照片的分析,應該可以得出紅旗九防 空反導系統與S300V和愛國者區别很大的結論。
照片上的跟蹤制導雷達上有三類陣面:主跟蹤照射陣面、主陣面下方兩側的兩個小陣面和天線下方一排的方形陣面。由于現代防空反導系統很強調生存性,因而對于雷達主陣面的旁瓣要求很嚴格。旁瓣說白了就是從雷達天線主波束洩露出去的雷達輻射信号,容易被探測到并且能被敵方反輻射導彈截 獲。AN/MPQ-53采用TVM陣面兼做旁瓣對消,而30H6雷達專門設置了幹擾對消陣。而TVM是雷達制導體制比較不成熟時期采用的折中技術方案,紅 旗九研制之時半主動和主動雷達末制導技術都已經比較成熟,因而不會采用TVM制導方式。主陣面下方兩側的小陣面應該是類似于S300V的旁瓣對消陣面。主 陣面下方的方形陣面比較容易研判,一字排開,看不到密集排列的陣元,這是典型的敵我識别天線的特征。總結一下,紅旗九跟蹤指導雷達上有主跟蹤照射陣面、旁 瓣對消陣面和敵我識别陣面。由于紅旗九不可能采用TVM制導方式,因而紅旗九防空導彈隻可能采用半主動或者主動雷達制導方式。而采用半主動雷達制導方式的S300V防空導彈系統發射車都存在一台專門的照射雷達,紅旗九的導彈發射車卻沒有。另外,美國标準半主動雷達制導艦空導彈也在艦上安裝了數台照射雷達,而裝備了海紅旗九防空導彈的我國052C級區域防空驅逐艦上沒有類似的設備。最後,可以判斷紅旗九防空反導系統采用了與愛國者和S300V防空導彈系統都完全不同的指導方式——主動雷達末制導。
主動雷達末制導和相控陣跟蹤照射雷達的配合能賦予防空反導系統獨特的性能優勢,原本采用TVM末制導的愛國者PAC1/2也在改進到PAC3時也升級使用 了毫米波主動雷達末制導。首先跟蹤照射雷達不用再專門設置指令傳輸天線或者照射雷達為導彈提供制導通道,這就放松了整個系統對于火力通道的限制,非常有利 于同時接戰多個目标。理論上相控陣跟蹤制導雷達能跟蹤多少目标就能為多少導彈提供中繼制導,考慮到作戰冗餘性,紅旗9防空反導系統同時接戰的目标數量或許 能夠達到10個以上。而愛國者在PAC3導彈使用之前,最多隻能同時接戰3個目标,這不能不說紅旗9具有絕對的先天優勢。第二,導彈采用主動雷達末制導方 式不必必須保持制導雷達與目标之間的直線連接,大大增強了系統對抗低空目标的能力。由于指令傳輸和半主動照射都需要地面雷達能夠直接照射目标,當目标規避 至制導雷達盲區的低空時,半主動和TVM指導導彈就喪失了尋的能力,而主動雷達末制導導彈則可以在制導雷達盲區内獨立搜索目标有效命中低空目标。希望先天 就采用主動雷達末制導的紅旗九防空反導系統能夠發揮出更大的優勢,成為我國領土的高科技保護傘。
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