中国“盾舰”——052C的整体点评、建造情况及
346雷达、海红旗9防空导弹与052B改进型驱逐舰舰体结合的成果——052C型导弹驱逐舰
幸运的是,在这个最关键的时刻,14所的115产品固态有源相控阵雷达团队提出了解决方案。设法将原来放在S波段八角阵面右下角的C波段应答天线,在上边再增加一条,同时将S波段八角阵面的中心位置下调了0.1米,这个改动使得C波段应答天线的面积由原先的0.3平方米,扩大到了0.8平方米,扩大了2.5倍。这就解决了调整后的HH-9导弹信标信号弱的接收问题——C波段天线面积增大后,增益也就大了,自然就可接收较弱信号了。
就这样,到了1995年11月7日,052C型导弹驱逐舰(此前052B改进型驱逐舰已经被改称052C)舰载相控阵雷达终于被正式确定由电子工业部14研制,雷达正式型号为H/LJG346(简称346舰载相控阵雷达),经费由2.1亿增加到2.8亿。不过,此后346雷达方案还经历了一次较大幅度的变更。与之前的115产品方案相比,变更后的346雷达方案主要区别是T/R组件4768个增加到了5000个以上。
之所以作出如此方案变更主要原因是在3年近乎于无休止的"论证"期间,14所雷达团队并没有闲着,而是通过不断的努力,将T/R组件的长度,由原来的45cm 减到了40cm, 而且组件结构材料也改用了更轻型的材料,重量明显减轻了。 因此现在完全可以在阵面重量不超过4吨的限制范围内,增加T/R组件数目。由此方案变更带来的性能提高相当可观。
增加阵面T/R组件数可以增加雷达信号功率(特别是单脉冲信号功率),也就是雷达的能量资源增加了。这样可以化解原来因为HH-9反射截面积特别小,为了跟踪HH-9而占用了较大比例的雷达资源,并为此牺牲了搜索距离以及其他的特殊功能的不合理现象。毕竟346雷达要"看到和盯住"的目标主要是敌方的导弹,否则HH-9 导弹无法反击。T/R组件数增加到5000个以上后,搜索距离增加。可以保证整个覆盖区域大于375公里,中心区域大于400公里。这在视距外的现代化海上战争的角度来说,将大大增加了舰艇的打击能力和生存能力。
最重要的一点是单脉冲信号功率增加可以显著提高雷达的单脉冲测角测距精度。因为在众多影响精度的因素中,信噪比的强度是影响精度的最重要的因素之一。雷达信号功率强,信噪比就大,从而就使单脉冲测角测距精度高。再有,如果目标是出现在两个阵面交错的下扫角处,跟踪的雷达波束已经变得很胖(这是相扫雷达的特有现象),而且又很难以一个阵面锁定目标时,单脉冲功率将成为打击目标的绝对关键。能量的增加还将使得雷达的多功能发挥变得游刃有余。有利于雷达将来的功能扩展。调整后的346雷达方案,于1996年年年底获得正式批准,至此,052C驱逐舰的研制才全面走上了正轨……
052C的整体点评、建造情况及052D的改进
为了减轻重量,346型雷达的天线阵面骨架以铝质蜂窝状结构的夹层板构成,单一阵面的骨架重量仅 1.25 吨,而每个天线阵面本身则重 3.5 吨。这为346雷达进入实用铺平了道路。在 2001 年 12 月下旬,346 型雷达原理样车在中国北方的地面积地开始展开与导弹武器系统的整合,需要连续10次在试验中(以实际发射的靶机为目标)才算通过;测试工作2002 年4月首度展开,曾遭遇技术问题,历经数个月才解决。346 型雷达样机在 2003 年装置于"毕升"号试验舰上进行测试,在 2004 年6 月进行最后的调整测试作业。
不过,早在346 型雷达样机于"毕升"号试验舰上展开试验之前,作为346型雷达载舰平台的052C型驱逐舰就已经开始建造了。2003年4月29日,052C首舰(170)在气笛声中从船台滑入长江中,较晚开工的2号舰(171)则紧接着在同年10月29日下水。2005年9月和12月,分别被命名为"兰州"号和"海口"号的170和171舰相继入列服役于中国人民解放军海军南海舰队。以"兰州"舰和"海口"舰的入列服役为标志,中国海军不但由此进入了"盾舰"时代,而且是一种跨越式的进步。这里所说的跨越,并不仅仅是指相比此前中国海军所建造的一切驱护舰级别的水面舰艇,"兰州"舰和"海口"舰的进步是代差式的,更是指她们的某些关键部分甚至对"宙斯盾"舰达成了赶超。
海红旗9在弹载雷达开机前需中段引导和修正
052C的技术前瞻性,首先体现在其346相控阵雷达的固态有源体制上。相比"宙斯盾"AN/SPY-1D雷达的无源相控阵体制,346发射/接收信号射频损耗小,因此同样条件下探测距离比无源相控阵更远。这是因为传统的机械扫描雷达就好比一个普通的探照灯,而相控阵雷达则相当于由成千上万个小灯泡组成的探照灯,这无数个小灯泡可以听你指挥任意分配光束指向,从而实现比机械扫描雷达更强大的性能。那么相控阵雷达的这无数个小灯泡可以用两种方法实现,第一种方法是在一个大的探照灯前放置无数个小反光镜,从而实现任意分配无数支小光束的能力。
第二种方法就是直接上成千上万支小灯泡,组成一个大探照灯。无源相控阵对应前者,而有源相控阵则对应后者。前者的能量要经过反光镜转一道手,损耗自然要大一些。其次,有源相控阵的可靠性比无源相控阵更高。有源阵面的T/R组件每一个都是独立的,坏了一部分还能用,无源阵面就一支大探照灯,坏了那就是真坏了。再有,有源相控阵可以灵活变换波束从而不易被敌方电子侦察系统截获。这是因为构成有源阵的无数"小灯泡"(T/R组件)的波束指向性和分配能力显然比无源阵的"一支大探照灯"要好的多。另外,有源相控阵相比无源相控阵可以大幅度缩小体积重量。
虽然要付出成本率下降和成本大大增大的代价;还需要看到,有源相控阵更有利于采用先进的数字波束形成技术和信号处理技术,从而实现比无源相控阵更强的抗干扰能力、反隐身能力和目标分辨力。这一点其实非常好理解,毕竟构成有源阵面的无数个"小灯泡"的资源配置能力和使用灵活性显然比无源阵的"一支大探照灯"要高的多。
当然,346相控阵雷达尽管在有源阵面的体制上比无源阵面体制占优,但并不代表在实际的性能指标上就要比"宙斯盾"的AN/SPY-1D雷达突出。即便170和171两舰入列服役已经14年了,但346雷达的实际性能指标至今仍是个迷团,唯一能够确定的只是在理论上346雷达的有源阵面体制的确比"宙斯盾"的无源体制先进一代,是技术未来的发展方向所在。今天最新一代"伯克3"驱逐舰所安装的AMDR-S-AN/SPY-6(V)1雷达就是最好的一个说明——其阵面同样采用了与346雷达类似的有源体制。
346相控阵雷达尽管在有源阵面的体制上比无源阵面体制占优,但并不代表在实际的性能指标上就要比"宙斯盾"的AN/SPY-1D雷达突出
事实上,更能够说明052C先进性的地方,在于其整体技术构架。先进与否其实是一个相对概念。简单点说,就是比出来的。但052C要和谁来比?答案当然是"宙斯盾"。"提康德罗加"级与"阿利.伯克"级两型经典"宙斯盾"舰,基本技术构架采用的是大型多功能四面阵相控阵雷达与半主动雷达远程防空导弹相结合的方式。半主动弹的原理就好比在一片黑暗中有一支手电筒直指目标并将目标照亮,之后半主动弹才能寻着光亮攻击目标,背后的那支手电筒就是舰载火控雷达。
不过问题在于,出于成本的考虑,经典"宙斯盾"系统的AN/SPY-1D S波段雷达精度并不够用于半主动雷达的末端照射。为了解决这个问题,美国海军的办法是打补丁。也就是为军舰装上几部机械式的SPG-62 X(I)波段火控照射雷达("提康德罗加"级安装有4部,"阿利.伯克"级安装有3倍),并以分时照射的方法来解决多目标照射问题。其思路其实比较简单。也就是远程半主动雷达制导防空导弹向目标飞行过程中需要一段时间,在这段时间内,并不需要SPG-62一直提供照射,从而使得有限的几部SPG-62得以抽出工夫按顺序照射多个目标,具备了多目标对抗能力。
经典"宙斯盾"系统的SPG-62火控照射雷达
说白了,分时照射就是给天线锅提供一个打时间差的机会,从而实现同时应对多目标的能力。伯克级装有3部SPG-62,每部能分时照射4个目标,则全舰共有12个火力通道…..这个方法看上去调和了所有一切能够调和的问题,成本、技术、战技性能等等。可"毛病"在于,这只是纸面上的理论值,如果目标从四面八方同时来袭,机械天线受旋转机构的限制多目标照射能力会打折扣;如果来袭的是超音速导弹,就会压缩防空弹的拦截时间,同样会减少分时照射目标的数量(SPG-62火控雷达,波束宽度1.6左右,对于横截面反射值不到0.1m的目标,跟踪距离不超过26公里,难以对抗马赫数超过2.8的来袭目标);
更要命的是,如果"宙斯盾"舰在拦截低空来袭目标时,只有不到40公里的拦截距离,与正常情况下远程防空弹动辄100公里以上的射程相比,SPG-62打时间差的能力会急剧下降,伯克级的12个火力通道会降至不到6个的理论值,这是由物理规律决定的,与技术水平无关。由上可见,虽然引入分时照射技术可以提高机械扫描式雷达对抗多目标的能力,但理论值跟实战会有很大的脱节,就好比实战中对方反舰导弹肯定不会排成队按顺序给你打,所以"宙斯盾"用SPG-62打补丁的作法然是一大硬伤。
《舰载武器》杂志作者:重锚
厚积薄发的历程——052B改进型驱逐舰的技术摸索与成果