从“宙斯盾”到“中华神盾”

17-07-27

Permalink 01:27:29, 分类: 洪哥谈兵

从“宙斯盾”到“中华神盾”

自从美国“宙斯盾”系统开创了大型相控阵雷达上舰的风潮以来,舰载相控阵雷达以及“神盾”作战系统对于舰上防空的重要意义被各国海军所普遍接受,世界海军大国的新型军舰争相加装各式相控阵雷达系统,现在下水的新舰要是不顶个“盾”都不好意思出来见人。之所以称之为“盾”,是因为现代军舰在配备了先进的相控阵雷达系统后,能够同时探测来自四面八方的各类空中威胁,并且在与先进舰空导弹结合后,可以为军舰自身以及整个水面舰艇编队提供大范围的区域防空保护,如同一面无形的“盾牌”,将所有来自空中的威胁阻挡在“盾牌”之外。这其中最有名的莫过于美国海军的“宙斯盾”系统了。“宙斯盾”系统起初命名为“先进水面导弹系统”,后改名为“空中预警与地面整合系统”(Advanced Electronic Guidance Informa? tion System/Airborne Early-warning Ground Integrated Sys? tem),英文缩写刚好是希腊神话中的宙斯之盾(AEGIS),所以被译为“宙斯盾”系统并广为流传。由于“宙斯盾”系统代表了当今世界上最先进的海军防空作战技术,其造价自然非常高昂,每套作战系统(不含导弹)的造价高达2亿美元。可以说美国“宙斯盾”系统开创了“神盾”防空作战系统的先河,并在相当一段时期内是“神盾”的代名词,世界各国海军都莫不能及。不过新世纪以来,随着各国海军的发展以及新型“神盾”舰的不断下水与服役,“宙斯盾”系统已不再是一枝独秀,各国海军的“神盾”舰以及“神盾”作战系统呈现出百花齐放、一片繁荣的发展态势。大体来说,这些各式各样的“神盾”舰上配备的舰载相控阵雷达系统可以分为四种类型:大型四面阵、小型四面阵、旋转阵和双波段雷达。

大型四面阵
大型四面阵就是指在军舰上层建筑不同方向上安装四面固定的大型相控阵雷达天线,以同时覆盖360°空域,从而提供全方位无盲区的空中探测与预警。大型四面阵相控阵的雷达天线尺寸十分巨大,从外观上看很像是贴在军舰上层建筑上的几面巨大的“盾牌”,因此被形象地称为“大盾”。而搭载大型四面陣的“神盾”舰则相应地被称作“大盾”舰。大型四面阵目前研制成功并得到规模应用的只有中美两家。苏/俄海军的“天空哨兵”相控阵雷达系统(安装于“库兹涅佐夫”号航母)由于可靠性较差,并没有在苏/俄海军舰艇上大规模普及。美国的就是大名鼎鼎的“宙斯盾”系统,以AN/SPY-1系列无源相控阵雷达为主要设备,仅美国海军自己就建造了多达数十艘的“宙斯盾”舰,并出口到日本、韩国、西班牙、挪威和澳大利亚等国家海军,是世界上生产数量最多的一种舰载大型四面相控阵雷达系统,装备的军舰包括美国的“提康德罗加”级巡洋舰、“伯克”级驱逐舰、日本的“金刚”级和“爱宕”级驱逐舰、韩国的KDX-3型驱逐舰、西班牙的F-100型护卫舰、挪威的“南森”级护卫舰和澳大利亚的“霍巴特”级驱逐舰等。而我国研制成功的则是346型和346A型有源相控阵雷达,前者装备了052C型驱逐舰和“辽宁”号航母,后者则装备了最新的052D型驱逐舰和我国在建的001A型国产航母上。大型四面固定相控阵雷达系统目前仅有中美两国能够研发并规模装备,其先进程度与研发难度可见一斑,而且从技术体制上讲,我国346/346A型作为有源相控阵雷达更是比美国AN/SPY-1系列无源相控阵雷达领先一代,因此我们完全有理由为“中华神盾”而感到自豪。
那么大型四面阵存在的意义在哪里呢?首先,其探测距离远,可以超过400千米。一艘配备了大型四面阵的“神盾”舰可以有效监控很大一片空域,加上四面探测无死角,能够为整个舰队撑起有效的防空网。大型“神盾”舰的存在,使对方战斗机难以从中高空发动进攻,而不得不采取难度更大的低空突防方式,从而缓解我方舰队的防空压力。当然,大型四面阵也有缺点,那就是尺寸重量过大,难以安装到较高的位置,受地球曲率的影响,雷达的低空视距有限,对低空目标的探测距离较近。因此,大型四面阵主要用于中高空探测,低空探测并不是它的强项。不过这个问题对于中美海军来说都不算太大的问题,因为中美海军都已经拥有或正在发展航母和舰载预警机(包括预警直升机)。飞在天上的预警机不再受低空视距的限制,可以有效地对低空来袭目标进行探测与预警,与舰载大型四面阵配合使用后可保证全空域探测无死角。从这一点上讲,052C/D和“伯克”级这种“大盾”舰就是为了航母舰队而生的。

因此,无论是“宙斯盾”还是“中华神盾”,大型四面阵更适合中美这种追求发展航母舰队的大国,对于其它那些引进“宙斯盾”系统的小国来说就有些水土不服了,“小盾”或许是这些国家更适合的选择。日本海军早已意识到这个问题,建造了低空探测距离远、精度高的“秋月”级驱逐舰作为弥补,部分改善了这个致命缺陷。从这个角度讲,日韩海军仍然是近海海军,在脱离了岸基预警机、巡逻机的支援后,其生存力将会非常低。另外纠正一些人的错误观点,有些人纠结于052C/D型驱逐舰的相控阵雷达安装高度比日本“金刚”级和“爱宕”级要低,认为这是我国“神盾”舰的一个缺陷,实际上这种观点完全没有理解大型四面阵存在的意义。对于这种大型相控阵雷达,去计较那几米的安装高度意义不大,等于是两个矮子比个高,与其装高一点还不如把雷达天线阵面做大一点,以提升对中高空目标的探测距离。何况装的再高也不如一架预警直升机飞的高。
说到预警直升机,不得不提一下我国引进的俄制卡-31预警直升机。众所周知,“辽宁”号航母上配备的是国产直-18预警直升机,那卡-31直升机上哪去了呢?答案是分配到驱护舰上了。据称,我国“郑州”号驱逐舰已经搭载卡-31预警直升机作为指挥舰参加了某次海上军事演习。从某种角度上讲,“神盾”舰与预警直升机是一对完美搭档,舰上相控阵雷达负责对中高空目标的远程探测,卡-31预警直升机则负责低空远距补盲,有此组合我国海军舰艇编队即使没有航母加入,也具备了全空域的探测与预警能力,这将使我国海军舰队的防空水平达到一个崭新的高度,远不是日本“金刚”、“爱宕”之流能比的。尤其是在我国航母力量整体发展水平仍然十分有限的现状下,卡-31与“神盾”舰的组合无疑是一种较为理想的临时替代方案。当然,引进的卡-31预警直升机数量有限,也占据了有限的舰载反潜直升机编制,而且俄制装备与国产舰艇之间的协同作战也将是一大考验,因此未来国产直-18预警直升机上大型两栖舰也是一个很好的发展方向。

小型四面阵
小型四面阵当前也比较流行,与大型四面阵相同的是,小型四面阵也是利用安装在不同方向的四面固定式相控阵雷达天线,以实现360°全方位探测。不过小型四面阵的单面相控阵天线的尺寸比大型四面阵要小得多,因此通常被形象地称为“小盾”,相应的搭载小型四面固定阵的防空舰则称为“小盾”舰。配备了小型四面阵的“神盾”舰型号的代表主要有德国“萨克森”级护卫舰、荷兰“七省”级护卫舰、丹麦F-361型护卫舰(三者配备的均是APAR有源相控阵雷达)、印度“加尔各答”级驱逐舰(配备了EL/M-2248型相控阵雷达)和俄罗斯22350型护卫舰等。小型四面阵的一大特点是其相控阵雷达天线的尺寸和重量较小,比较适合安装在中轻型舰艇上,且安装高度通常都要比大型四面阵更高,多采用C波段和X波段等波长相对较短的雷达波段,因此其探测精度相比大型四面阵更有优势,对低空目标的探测距离远,精度也较高。但小型四面阵的缺点在于相控阵雷达的天线阵面小、波长短,导致其对中高空目标的探测距离较近,最大探测距离一般在200千米左右,与大型相控阵雷达动辄400千米以上的探测距离差距明显,并且容易受恶劣气象条件的影响而导致有效探测距离进一步缩水。“小盾”舰如果仅凭借“小盾”的探测能力,在远程区域防空作战中存在着很大局限,因此“小盾”舰一般都要在后桅杆上加装一部大型远程警戒雷达作为补充。这种大型远程警戒雷达虽然体积大、转速慢,安装高度也偏低,在作战使用的灵活性和多功能性上不如“小盾”,但它的最大探测距离远远超过“小盾”,在远程预警与区域防空作战中可以对“小盾”起到很好的补充作用,两者取长补短、相互配合,可以大幅提高“小盾”舰的整体防空作战性能,并且使“小盾”舰的远程探测与区域防空能力不至于与“大盾”舰相差太多。一般来说,“小盾”舰通常比较适合那些舰队防空压力不大、且没有能力发展航母的小国海军,其各项防空能力比较均衡,既不突出也没有明显的短板,在中高空防空和低空防空之间取得了最佳的平衡,且建造成本通常也比“大盾”舰要低,实在是小国海军的理想选择,将来还有很大的发展前景。
这里还要提一下,有人以印度“加尔各答”级驱逐舰上的EL/M-2248相控阵雷达的安装高度比我国052D驱逐舰要高,作为“加尔各答”级比052D先进的一个理由,这种观点是值得商榷的。“加尔各答”号驱逐舰上的EL/M-2248雷达是一个非常奇特的产物,外观看上去是一种典型的“小盾”,但它却工作在S波段,与其它“小盾”工作在C波段、X波段不同,EL/ M-2248更像是一个缩了水的“大盾”。打个比方,如果说“小盾”是私家车跑得快,“大盾”是载重卡车运量大,那EL/M-2248就是一个长了私家车体型的载重卡车,非常不伦不类。可以说EL/M-2248是两头不沾,既没有“小盾”的探测精度,也没有“大盾”的探测距离,却集“大盾”和“小盾”的缺点于一身。所以说“加尔各答”号的相控阵雷达装的高根本就不值得吹嘘,其与欧洲正宗的“小盾”舰相比还是存在一定差距的,勉强将四面相控阵雷达天线安装到较高的位置,虽然在一定程度上增加了雷达的低空视距,但却是以全舰重心升高、稳性下降为代价换来的。EL/M-2248相控阵雷达的天线尺寸达到2.2米×3.2米,而欧洲“小盾”如APAR有源相控阵雷达的天线直径仅1米,可见EL/M-2248雷达天线的体型之大。将这样的4部雷达天线强行安装到桅杆顶部,我们能看到“加尔各答”号“翻车”的图片也就丝毫不奇怪了。而且前文提到,配备了大型四面阵的“神盾”舰更适合作为航母的带刀护卫,对于有预警机的海军来说并不屑于舰载相控阵雷达的那点安装高度,搞远距离探测的大尺寸雷达天线阵面才是正途。“加尔各答”号作为“神盾”舰在印度海军中的定位并不清晰,远程探测与区域防空能力比不上中美正宗的“大盾”艦,中近程的探测精度与低空防空能力又比不上欧洲正宗的“小盾”舰,其在未来的印度航母编队中的定位是比较尴尬的。此外,俄罗斯海军一直难产中的22350型护卫舰上的“小盾”也是很尴尬的存在,其与俄罗斯的大国海军梦并不相符,对于俄罗斯海军来说,类似中美的“大盾”舰才是更为理想的选择。理想虽然很美好,但现实却很残酷。在缺少建造大型水面作战舰艇的能力的现状下,俄罗斯海军即使造出了“盾”,也将无“舰”可装。

旋转阵
旋转阵是相对于四面固定阵而言的一个妥协产物。我们知道,由于相控阵雷达的波束扫描范围有限,要保证舰上相控阵雷达能360°全方位探测无死角,则理论上至少需要在舰上不同方向上安装三面相控阵雷达天线才能保证全空域的覆盖。而如果要保证覆盖空域存在一定的重叠,以提高整体探测性能的冗余性,则至少需要在不同方向上安装四面固定的相控阵雷达天线,这也是中美“大盾”舰均采取了四面固定阵的重要原因。但四面固定阵虽然是一种比较理想的安装方式,也可以保证“神盾”舰具备十分优秀的探测与防空性能,但一艘军舰上同时安装四面相控阵雷达天线则会造成整舰造价的居高不下,因为相控阵雷达系统的造价在整舰成本中所占比例很高。而旋转阵一般只配备了单面或双面(背靠背)相控阵雷达天线,通过机械旋转实现对360°空域的全方位覆盖,从而可以在保证基本作战能力的前提下大幅降低成本。配备了旋转阵的主要舰艇型号有我国051C型驱逐舰、俄罗斯“彼得大帝”号巡洋舰、英国45型驱逐舰、法意合作的“地平线”级驱逐舰以及FREMM型护卫舰等,对应的相控阵雷达型号分别为30N6E1(中俄)、“桑普森”(英)、EMPAR和“武仙座”(法意)。旋转阵一般采用单面阵或双面阵,配备机械式旋转基座以保证全向覆盖,虽然避免了四面固定阵的高成本,在一定程度上降低了“神盾”舰的整舰造价,但代价是降低了目标数据更新速率,对“神盾”舰的整体防空性能带来了一定的影响。比如法国EMPAR无源相控阵雷达采取了单面阵,每分钟旋转60转,其探测周期受雷达天线旋转速度的限制,往往要等到雷达天线转完一周后才能对目标数据进行更新。与四面固定阵相比,旋转阵对目标的持续探测与跟踪能力较差,因此难以适应高威胁的作战环境。而中美“神盾”舰的四面固定阵在这种情况下都可以使用其中一面或多面相控阵天线对目标进行连续探测与跟踪,从而更容易发现、确定目标并稳定跟踪目标,因此从整体作战性能上来讲,四面固定阵相比旋转阵具备了很大的优势。英法海军之所以选择了这种旋转阵,在很大程度上是因为它们所面临的海上作战强度远没有中美海军高。不过,英法“神盾”舰在采取了旋转阵后,不但可以降低整体造价,而且单面阵和双面阵的雷达天线整体重量也要比大型四面固定阵要小得多,因此具备了安装至桅杆顶部的条件,从而使雷达可以“居高临下”以实现更远的低空视距,这也是选择单面/双面旋转阵的额外好处。此外,旋转阵既可以是S波段的“大盾”(英国45型驱逐舰的“桑普森”雷达),也可以是X波段或C波段的“小盾”(法国“地平线”级驱逐舰的EMPAR雷达),具体安装哪种主要看各国海军自身的定位需求与成本考虑。

双波段雷达
双波段雷达,顾名思义就是一艘军舰同时配备两种工作于不同波段的相控阵雷达,相当于将前面提到的“大盾”和“小盾”同时整合到一个舰艇平台上,两种“盾”同时工作可以起到优势互补的作用。“大盾”低空探测能力差、精度偏低的缺陷可以被“小盾”弥补,而“小盾”探测距离近、容易受恶劣气象条件影响的缺陷则可以由“大盾”来弥补。两者的探测信息还可以进行数据融合以提高整体的探测性能。因此,配备了双波段雷达的“神盾”舰的综合防空性能将远超传统的“大盾”舰和“小盾”舰,相当于集两种舰的精华于一身,是“神盾”舰未来的一个发展趋势。当然,先进的代价就是成本。双波段雷达的成本即使是财大气粗的美国海军也吃不消,其最新的DDG-1000驱逐舰出于控制成本超支的考虑取消了AN/SPY-4远程搜索雷达,只保留了X波段的AN/SPY-3有源相控阵雷达,导致这种史上最贵的天价驱逐舰也与双波段雷达无缘。而即将问世的“伯克”3级驱逐舰也取消了X波段的AMDR-X相控阵雷达。目前美国海军已确定配备双波段雷达的水面作战舰艇就只有“福特”级航母了,其在舰岛上安装了DBR双波段雷达系统,包括S波段的AN/SPY-4远程搜索雷达和X波段的AN/SPY-3多功能雷达。
◎左为“武仙座”无源相控阵雷达,右为英国45型驱逐舰上的“桑普森”雷达,其球形雷达罩内为双面旋转阵
这世界上目前还有一种采用双波段雷达的现役军舰——日本“秋月”级驱逐舰。“秋月”级的舰桥上那醒目的大小双“盾”的确是双波段雷达,可惜跟美国同类技术相比其水平实在难以恭维。“秋月”级的“盾”中大的是C波段有源相控阵雷达,最大探测距离超过200千米,主要用于对空中目标的远程搜索与跟踪;小的则为X波段,用于舰空导弹的火控照射。与“正宗”的双波段雷达比,“秋月”级的FCS-3相控阵雷达系统面临“大盾”看不远、“小盾”装不高的尴尬境地。实际上这个所谓的“双波段雷达”并非日本人本意。日本人最初打算配备国产主动雷达制导的舰空导弹,因此FCS-3系统原本只配备了C波段相控阵雷达,但因为种种原因最终上的是美国ESSM中程舰空导弹。而ESSM采用半主动雷达制导,FCS-3的C波段相控阵雷达无法直接为ESSM导弹提供目标照射,无奈之下日本人又补了一面X波段的“小盾”用作火控照射雷达,这就是“秋月”级驱逐舰上“双波段雷达”的由来。可见FCS-3的“双盾”完全是临时拼凑、应急而生的产物,非但不值得推崇,反而应该看作是反面典型。而且FCS-3系统相当于用两个“盾”实现了欧洲“小盾”舰一个“盾”的功能(如“萨克森”级上的APAR雷达),这造成的直接后果就是成本的攀升。再加上“秋月”级没有配备远程警戒与搜索雷达,因此是难以支持“标准”2之类的远程舰空导弹的,其并不具备远程防空能力,综合性能尚不及以德国“萨克森”级护卫舰为代表的欧洲“小盾”舰。
当今世界上真正有能力、有意愿发展双波段雷达的除了美国海军外就只有中国海军了。在武汉建造的055大型驅逐舰陆上模型的封闭式桅杆上,出现了4个2.5米×1.5米的孔洞,据推测是为安装“小盾”而准备的。再结合我国近年来在相控阵体制雷达领域的巨大进步,有理由相信未来的055型驱逐舰有望配备双波段雷达。作为一型将来可能会大批量建造的新型驱逐舰,055型是否上双波段雷达的重要决定因素仍然是成本而不是技术层面上的。

爱乐洪哥

莫听穿林打叶声,何妨吟啸且徐行。竹杖芒鞋轻胜马,谁怕?一蓑烟雨任平生。 料峭春风吹酒醒,微冷,山头斜照却相迎。回首向来萧瑟处,归去,也无风雨也无晴。

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