机载有源相控阵功能向多元化发展

〔美国《航宇日报》2007年2月26日报道〕 美国空军透露,在过去2年里,在其F-22“猛禽”战斗机、F-35联合攻击战斗机和E-8 J-STAR飞机(如果后者用目前已取消的E-10的MP-RTIP雷达升级)上的有源相控阵雷达除探测小型、甚至隐身导弹外还能从事更多任务。通过一些改进,这些飞机可采用这种雷达利用假目标信号或高能微波脉冲攻击敌军的空空、面空和巡航导弹。这种高能微波脉冲能损毁电器元器件。美国海军称,它目前正在探索这种技术途径。一个双座F/A-18F飞机中队已经装备了AESA雷达,以从事精确的海上作战任务。但是,海军还没有完全掌握定向能能力。五角大楼一位高级官员说:“高能微波对巡航导弹的攻击是一项技术,不论是在F/A-18E/F型飞机上已完成还是在G型飞机上将进行这项技术,对需求办公室来说还存在一个疑虑

机载有源相控阵是作为一种雷达的新体制开始进入人们的视线。这种新体制赋予了机载雷达无与伦比的和前所未有的多功能特性(详见www.adr.org.cn "机载有源相控阵 - 21世纪机载雷达的革命"2004-10-25)。 采用AESA技术的机载雷达目前至少在以下方面实现了巨大的性能突破: ·实现了雷达作用距离大幅度增长 ·提高了雷达的扫描速度和数据更新率 ·改进了雷达的多目标跟踪能力 ·解决了机载雷达可靠性的瓶颈问题 ·解决了雷达同时多功能工作的难题 ·提高了雷达载机的隐身特性(雷达本身的低拦载概率和低观测特性 AESA技术除了在目标探测领域,即机载雷达领域的发展和应用以外,目前在 - 电子干扰 - 电子侦察 - 通信数据链 - 定向能武器等领域的应用潜力也正在探讨和开发之中。本文将分别就此进行简要的描述。 一 AESA用于电子干扰和电子侦察机载AESA不仅用于雷达,而且,可以施放干扰,又可以进行无源接收。不同型号的作战飞机和巡航导弹能够突破敌方严密设防的防空体系,在很大程度上依赖于对敌方防空导弹系统的雷达实施干扰。长久以来的一个秘密,刚刚问世的装备在F/A-22、F-35、F/A-18E/F和F-15C上的有源相控阵雷达不仅能搜索和跟踪敌方飞机和回波微弱的巡航导弹,而且,还具有潜在的对敌方雷达进行电子干扰的能力。当然这种干扰将被限制在有限的频率范围、有限的空域内,并必须对其进行小心管理。通常需要其他机载设备进行配合,如一种改进型的雷达告警接收机ALR-69A。 当实施电子干扰时,关键的问题是需要有发射源的特性和位置的准确信息,才能有效施放干扰进行对抗。使用较窄的波束,可以使更多的辐射能量集中到目标上。你无需覆盖整个地球,只要使一个雷达台失效就可以了。当采用F/A-18E/F的AESA雷达施放电子干扰时,最大的制约是雷达仅仅能在飞机前半球实施干扰。如果在战场的某些空域没有其他可以使用的干扰源,AESA可以提供有效的干扰对付敌方的防空雷达。尽管它有一定的局限性,但也不得不作为干扰机来使用。雷达的这项功能为战场指挥员和飞行员增加了一个选择。态势感知、电子支援和电子防护通过网络中心数据链已经成为一个整体,可以通过网络传递目标信息给其它飞机或地面指挥所。一旦发现威胁的准确位置,就可以采取回避或摧毁措施;也可以转发该信息给有关方面,由他们实施攻击摧毁。现代数字式信号处理机推动了今天的电子战革命。核心能力的提高致力于解决:探测距离的不足、模糊目标的识别、到达角的测定和环境密度问题。当你处在一个日益饱和的雷达辐射环境时,需要能够搞清楚,哪些是己方和友方的雷达,哪些是敌方的威胁雷达。目前美国空军发展先进电子攻击的路线图还不够明朗,但他们似乎需要发展一个系列,其中包括:小型空中发射诱饵、B-52机翼下吊挂的干扰吊舱、无人机干扰机和所有装备AESA雷达的飞机。比较典型的例子是美国最新一代战斗机F-35的多功能综合射频系统。它是建立在APG-81 AESA雷达的基础上的一个功能广泛的系统。它不仅能够提供雷达的各种工作方式,它还能提供有源干扰、无源接收、电子通信等能力。MIRFS 频带较一般机载AESA要宽得多,同时能够以各种不同的脉冲波形工作,保证了雷达信号的低截获概率。同F-22的APG-77 AESA雷达相比,F-35的MIRFS在技术上又有了很大的改进。但是由于阵面尺寸较小,阵元数目有所减少,因此在作用距离上有所减小,约是前者的2/3。 二 AESA 用于通信F/A-22装备的有源相控阵雷达不仅能够作为武器攻击目标的电子设备,而且还将具有通信的功能。一系列的试验表明,下一代的战斗机F/A-22 和F-35的雷达将能执行情报搜集、侦察和直接进行攻击敌方电子设备的任务。通过诺·格公司和L-3通信公司的研究人员在实验室的试验表明,新型有源相控阵雷达经过改进能以很高的数据率发送和接收大量信息。所以新一代战机不仅能够搜集情报和目标数据,而且可以快速将其在战场范围内传送。通过目前的数据链系统传递这些数据可能需要数十分钟的时间。这种通信的功能连同AESA雷达的探测功能、电子干扰和定向能武器的功能使得AESA真正成为多面手。事实上远不止于此,AESA还将F/A-22战斗机成为未来网络中心节点。诺·格公司准备在年内用公司的研发经费在公司的一架飞机上进行飞行演示。科学家们将用为F/A-22研制的APG-77 有源相控阵雷达验证其高数据率和宽频带通信能力。雷达不需要进行任何硬件改装,只需通过软件来控制波形等参数的改变。美国空军计划官员期待利用隐身飞机的灵敏的和宽带的接收阵列来搜集电子和通信情报。某些公司已经关注通过有人驾驶的隐身飞机和无人机施放蠕虫等病毒干扰使敌方的计算机崩溃和瘫痪。由于这些飞机的隐蔽性,可以很容易地深入敌方纵深监视他们的电子活动。L-3 通信公司表示:在F/A-22的APG-77 雷达上连通软件编程的调制解调器将不会影响飞机的低观测特性。空军官员表示,他们将利用这一特性使飞机接近敏感目标,既能回避敌方的探测,又可以侦测到敌方微弱的电子信号。这些信号将包括手持无线通信的信号。L-3通信公司还透露:他们已经在实际演示中,用3.5秒的时间以274Mbps的速率传送了72 megabyte的合成孔径雷达图像。如果利用目前的Link16数据链传递上述数据将需要48分钟。研究结果通过F/A-22雷达的AESA将可以得到584Mbps的发射速率和1Gbps的接收速率。L-3通信公司还将提供无人机的软件可编程调制解调器。它也是美国空军研究实验室正在开发的多平台通用数据链的衍生型。为了满足高速数据率的需求,需要增加某些硬件,如存储器。L-3公司准备在数据链中采用IRAD存储器使AESA变成双用途阵列,因而,使战斗机实现双向通信(通过改进的雷达CDL波形)。目前,通用数据链已经成为发送传感器数据的主要手段。L-3通信公司正在为U-2和"全球鹰"无人机建立高速宽带数据链,并把这种技术用于先进战斗机传送由传感器采集的大量资讯。这种高速数据链将大大缩短数据的下传时间。这项计划的成功将会极大地鼓舞美国空军和海军进一步在其他机种上改装的兴趣。如:F-15C、F-15E、F-16 和F/A-18E/F、EA-18G等。在目前对AESA增加数据链功能还限于在上述较轻型的战术飞机上。但是,对于较大型的军用飞机,如"全球鹰"无人侦察机和多传感器指挥和控制飞机E-10A(E-8 JSTARS的改进型)的AESA雷达传感器增加高速传输数据的通信功能也具有很大的应用前景。当这些侦察机上的AESA具有通信功能以后,其他作战飞机将能以最短的时间共享这些侦察机各类传感器所采集的战场数据,包括图像数据。MP-RTIP的AESA尺寸可能更大,在E-10A上可达21×4 ft(6.4×1.2 m)。因此,具有更大的功率·口径积,从而在通信距离和数据率方面具有更大的优势。三 AESA用于定向能武器AESA是由成百上千个小的收发单元所组成。它们既可以分别执行各种不同的任务(如搜索、跟踪和通信),也可以集中起来探测小型目标或形成高能脉冲直接损毁敌方的飞机或导弹的制导系统以及电子设备,使之丧失工作能力。美国《航空周刊与航天技术》2005年11月7日刊报道,美国空军空战司令部首席科学家认为,一种新的雷达技术所导致的破坏作用,使之用作未来的非动力学武器,将是五角大楼长期努力的目标。虽然科学家们已经在悄悄地研究这种新概念,但是美国空军的官员们才刚刚开始讨论有源相控阵雷达作为一种潜在的、具有破坏性的武器的可能性。前空军参谋长J.Jumper将军在今年夏天退休前就曾表示,已经开始了对雷达的武器作用的试验。但是他没有透露详情。在弗吉尼亚州兰利空军基地的美国空军的ACC首席科学家J. Fender首次证实了空军在推动AESA技术用于实施干扰的同时,也在探讨它作为非动力破坏性武器的作用。AESA雷达包含有若干以栅格形排列的工作在X-波段的收发模块。如果这些模块组成的AESA天线集中能量照射一个目标,则会对该目标产生无法恢复的破坏作用。AESA雷达目前已经装备部分的F-15C,驻扎在阿拉斯加Elmendorf 空军基地,用于国土防空。同时AESA还将装备海军的新型F/A-18E/F舰载战斗机以及F/A-22、EA-18G、F-15E、F-35和B-2。但是最有潜力实现AESA的非动力破坏性作用的应该还是多平台雷达技术引入计划的AESA阵列,它的尺寸较大,阵面尺寸可达21X4英尺,计划在波音767大型飞机上安装。由于天线尺寸大,所以其破坏效果将会比较显著。AESA雷达作为武器就像外科医生进行手术,AESA应该把频率调谐在目标的某个电子设备的工作频率上,通过高功率的集中照射使之工作失效。通常所指的高能微波武器是采用更大的功率和更宽的频带去破坏各种电子设备,即进行热破坏。总之,这些都是正在开发中的武器,都是用来实施机载电子攻击的手段。美国空军目前正在从ACC、空军研究实验室和航空系统中心集中资源,网罗人才进行AEA的研发和试验工作。AFRL在AESA和HPM两方面都已经制定了有效的计划。在AFRL和空中武器中心的顶尖科学家和工程师们的努力工作,将会使AEA技术的成熟期大大缩短。在美国《航空周刊与航天技术》2005年9月5日还曾有另外一篇报道。美空军司令部证实,一种不通过爆炸或碰撞就可以破坏敌方电子系统的武器正在开发中。这是一种可以作为武器使用的新型雷达。该雷达可以满足美国空军对攻击型武器提出的"发现目标、准确识别、立即攻击"概念的需求。在21世纪箔条干扰还在使用的同时,用于破坏或干扰敌方电子设备的高功率微波装置正在登上舞台。某些系统将用来进入敌方通信网络,如美国用于控制和搜集情报的综合空中防御系统。有些武器还可用于攻击敌方计算机网络,如将用于B-52上的远距干扰吊舱(该技术还将应用于更小型的战术飞机和无人机)。美空军参谋长John Jumper在接受采访时表示:"这些信息完全准确。" 他对武器性能细节出言谨慎,但确认了新型有源相控阵雷达的性能,并表示该雷达将通过进一步设计实现直接打击敌方电子系统的功能。一旦雷达升级完成,如果遭遇地对空导弹攻击,AESA雷达不仅能够接收到相关信号,还将对其进行干扰。但与传统的电子噪声干扰不同,该技术具有相当的破坏性。大型AESA雷达完全可以使巡航导弹制导系统失效。AESA雷达与高功率微波武器(用于防御地对空导弹)的作用非常相似。微波武器的工作频率通常比战术雷达更高,频带更宽,可对电子系统造成更大损害。然而,通过机载AESA雷达发射高功率射频噪声对敌方接收机进行电子攻击也是完全可行的。诺斯罗普·格鲁门和雷声公司正在研制中的用于E-10机载监视飞机的多平台雷达技术嵌入计划就具有种对付巡航导弹和来袭空空导弹的能力。这项技术大体上与陆基高功率微波反导系统是在同一时间出现的。事实上雷声公司开始研发的HPM系统就像一部大型的AESA雷达。专家们认为,它产生的宽带微波能量,能在100英里的距离上干扰武器的电子部件,在几十英里的距离上摧毁这些电子部件。因为小型收/发模块目前已经变得相对便宜,所以陆基的HPM和空基的MP-RTIP都工作在X波段。这些小型收/发模块生产量越来越大,广泛地用在各类雷达上,也包括所有新一代美国作战飞机。HPM采用宽频带、宽脉冲工作;MP-RTIP工作在8-10GHz。这两个系统都可以直接作为打击武器使用。大型的陆基HPM设施因为天线尺寸大、输出功率大,所以作用距离远、破坏作用大。机载AESA雷达系统只能在较远的距离上对目标上的电子部件起到干扰作用,而不是破坏作用,因为,把很窄的波束聚焦到目标上是定位的需求。对于陆基的HPM 在瞄准精度方面的要求远低于激光武器,因此,造价相对要低。HPM的波束较激光束宽得多,很容易把能量照射到目标上。陆基HPM可制成极大的天线孔径,并能从地方电力网中取得几乎无限的功率,因此会使来袭的敌方导弹的制导系统完全失去效能。这种能力的实现将会使高功率微波和射频武器的作用超过激光定向能武器,成为导弹防御、民航客机保护和城市作战的重要手段。当E-10 空中监视飞机研制成功后,它的雷达将能以机载动目标指示方式接敌交战。美国空军认为,E-10 是对巡航导弹防御的重要节点。而过去仅仅把E-10作为搜索和跟踪定位巡航导弹一类的隐身目标使用。然而,现在已经明确提示AESA 具有"准"武器能力。在阿拉斯加的Elmendorf空军基地的F-15C已经对原来的火控雷达进行了AESA改装,重新命名为APG-632。新雷达由上千个收/发模块组成,可以完成对多个目标的扫描和跟踪,并且对发射的导弹进行制导。有趣的是所有雷达收/发模块的功率集中起来,在一个较窄的波段内可能实施对敌方雷达的干扰。AESA的这种"准"进攻能力同样也将体现在装有AESA雷达的F/A-18E/F"超黄蜂"和F/A-22以及F-35 JSF等战机上。(作者:中国航空工业发展研究中心航空技术所 许伟武)

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