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【ANSPY Series Radars】由055型大驱下水谈米帝SPY系列

  6月28日,我国055大型驱逐舰首舰下水,这一消息引起各国媒体热议。美国“战区”网站发表泰勒·罗格威尔(Tyler Rogoway)文章《中国055型超级驱逐舰促美国及其盟友重新认识现实》称,中国最新型055驱逐舰是中国有史以来设计建造的最强大战舰。极富视觉冲击力的照片在互联网上疯传,人们都对中国能够建造如此令人印象深刻的战舰感到惊讶。事实上,055就是大海上的歼-20战斗机,它不仅展示了中国正在快速发展军事力量和武器研发的能力,更是中国不远将来实施新海洋战略的标志。

  对于中国海军来说,055的地位大概相当于美国的“提康德罗加”和“朱姆沃尔特”的结合,它的性能和尺寸接近“提康德罗加”级巡洋舰,但却采用了全新一代技术,这些技术毫无疑问将对他们的未来水面舰艇设计具有极大的冲击,就像“朱姆沃尔特”级驱逐舰对美国来说一样。这种战舰具备隐身的外形,以及综合传感器系统,其技术发展角度看,其水平介于最新的“伯克”级和“朱姆沃尔特”级之间。

  055大驱所采用的全新一代技术里最为引人注目是综合传感器系统的有源相控阵雷达。据相关资料介绍,055型万吨驱逐舰上搭载的346B型“海之星”有源相控阵雷达是052D驱逐舰上346A型雷达的改进型,在探测距离、火力通道、截获精度以及抗干扰能力等方面都远远超过美国现役的AN/SPY-1D宙斯盾雷达。而且,055型万吨驱逐舰的高度综合化的隐身桅杆上还有一部小型相控阵雷达,从而使得该型舰拥有了双波段雷达(DBR)能力。在具备这一能力之后,055型万吨驱逐舰就可以同时提供大批量、大距离的目标探测和导弹引导能力,据称此技术领先世界主要大国一代,还具有反隐身目标能力,对中国海军来说是具有重要意义的一项尖端技术。

  当然今天要介绍的不是我国的055大驱雷达,而是由之引出与之相对的米帝SPY系列雷达族谱,看看他们家该类型的雷达性能如何,和我大驱雷达比孰优孰劣这些军迷最爱的项目将不会提及。反正知道一个是AESA一个是PESA而且都是GaAs就够了,不必深究╮(╯_╰)╭。

  在美国海军的术语里,每种设备型号都会有一个前缀,例如SPS,BQQ,APG等等,每个前缀字母及其顺序都包含了不同的意思,第一个字母标识的是安装平台,第二个字母标识的是设备类型,第三个字母标识的则是用途,具体到要谈到的SPY,拆开来逐个解析,S代表“Surface Ship”,舰载,P代表“Radar”,也就是雷达,Y代表“Multi-Function”,也就是多功能的意思,结合起来的字面意思就是舰载多功能雷达。

  在现在所有以SPY为前缀的雷达系统里,无一例外都是相控阵雷达,这也很符合相控阵雷达的性能特点,但不是相控阵雷达就会以SPY命名,例如朱迪眼镜蛇雷达,型号就叫SPQ-11,还有上世纪50年代造就长滩和企业那个四方脑袋的SPS-32和SPS-33雷达。

  SPY系列是个同花顺,从最早的SPY-1到现在的SPY-6,编号排列连续,中间没有断开任何一个,相比其他前缀动不动就任性地断几个号,这简直是业界良心,下面就分号简要介绍一下各式SPY雷达。

  谈到SPY系列,首先想到的肯定就是SPY-1系列雷达, SPY-1系列雷达是世界范围内装舰数量和范围最广的相控阵雷达系统,目前世界范围内已经有6个国家采购,搭载在6级舰艇共103艘舰艇上,未来这数量还会不断增长

  SPY-1是为宙斯盾系统量身打造的雷达;宙斯盾系统在1963年首次提出概念,当时还叫ASMS(先进水面导弹系统),目的是为了对抗饱和打击,1969年选定RCA作为主承包商并更名为AEGIS,也就是今天广为人知的宙斯盾系统。

  有趣的是,在军方和主承包商的字典里,AEGIS并不被当作是首字母缩略词组合,而是切切实实的作战系统的名称,Advanced Electronic Guided Interceptor System(先进电子化导引拦截系统)这个首字母缩略词组合只停留在提案阶段,并没有被采用。

  SPY-1D(V)装备在美国伯克级驱逐舰DDG-91~112、日本爱宕级驱逐舰DDG-177~178、韩国世宗大王级驱逐舰DDG-991~993上,现在在建和获得拨款的伯克重启型和技术增进型DDG-113~124,、澳大利亚霍巴特级驱逐舰DDG-39~41、日本的27DDG和韩国的后3艘世宗大王级也会装备该型雷达

  洛克希德·马丁公司在90年代中期开始自费在SPY-1的基础上研发AESA,意图推出一系列不同尺寸不同功率的版本,包办航母、两栖攻击舰、巡洋舰、驱逐舰、护卫舰等海军作战舰艇上的雷达系统,这个项目在21世纪初期开始得到美国军方的资助,并曾称其为SPY-1E,而洛克希德马丁公司内部则把AESA版SPY-1的称为SPY-2,后来这项目又陆续有更名为SBAR(S波段先进雷达)和S4R(可扩展固态S波段雷达)。

  2002年,SPY-2首个阵面在新泽西展开了陆地测试,原本SPY-2计划2006年安装在伯克级DDG-88上进行测试,最后不了了之;2007年,美国开始酝酿AMDR(防空与导弹防御雷达),挤掉了SPY-2项目的预算,SPY-2也因此失去了官方的支持鲜再露面。

  但洛克希德马丁却从SPY-2中得到了不少的经验,DBR(双波段雷达)中洛克希德·马丁负责的VSR(体搜索雷达)就从SPY-2中得到了不少的经验;在参与AMDR项目竞标的时候,SPY-2又被拉出来进行改进,用于测试DBF(数字波束成型)技术和SiC(碳化硅)T/R组件。

  维吉尼亚州瓦勒普岛海军工程中心的SPY-3多功能相控阵雷达(MFR)的一号工程原型(EMD-1),安装在塔状结构顶部。

  冷战结束后,美国海军的装备序列里有各种各样、型号繁多的雷达,为了一改这个局面,美国海军提出了DBR(双波段雷达)项目,由L波段和X波段两种雷达共用后端组成,用于除了导弹驱逐舰/巡洋舰外的大型舰只,其中的X波段雷达就是SPY-3。

  根据现有资料判断SPY-3是一种X波段AESA,T/R组件为GaAs材质,承担的任务包括中近距离的对空对海对陆搜索、目标跟踪和识别、导弹的中段引导和末端照射、电子对抗、空中交通管制和潜望镜探测等等,替代的雷达包括SPQ-9A/B低空补盲雷达、SPS-67搜索雷达、MK23/MK91火控系统配套的搜索照射雷达、SPN-41/46空中交通管制雷达等等。

  由于SPY-3替代的雷达种类多,因此曾经考虑的装舰对象也非常广泛,朱姆沃尔特级驱逐舰、福特级航母、尼米兹级航母的CVN-77,并计划在大修时返装的CVN-70~76、黄蜂级两栖攻击舰LHD-8、美国级两栖攻击舰和圣安东尼奥级船坞运输舰,后来由于进度和预算原因,现在只在朱姆沃尔特级驱逐舰和福特级航母首舰CVN-78上安装,数量只有区区4套。

  由于数量稀少极大地推高了单价,SPY-3普及舰队的蓝图成为了泡影,自己预期替换的一众雷达却依旧活得好好的、甚至有越活越精彩的趋势,例如现在广泛扩散的SPQ-9B;SPY-3是美国为了简化舰队雷达体系的一次尝试,雷达整合的各种功能对于航母和两栖舰这种不怎么指望靠雷达吃饭的作战舰艇来说显得过于奢侈,高端的技术体制和配置,低端的定位,也许很长一段时间美国都不会研发类似地位的雷达。

  DDG1000上SPY-3雷达和VSR雷达安装示意图(红色区域为SPY-3,蓝色为VSR雷达)

  DBR项目的L波段雷达就是SPY-4,由洛克希德·马丁公司负责研发,意图替代SPS-48/49远程警戒雷达和SPN-43空中交通管制雷达。

  福特号核动力航母(USS Gerald R. Ford CVN-78)的舰岛,下方较大的阵面是S波段的VSR(SPY-4)相控阵雷达,上方较小的阵列是X波段的MFR(SPY-3)相控阵雷达。由于美国海军雷达计划的演变,福特号将是唯一一艘安装完成VSR/MFR双波段雷达的舰艇。

  SPY-4概念最早可以追溯到80年代,一开始之所以选中L波段是因为L波段远距离衰减更小,但这同时也带来了解析度差等相关难题,为了降低技术风险,而且承包商洛克希德·马丁公司公司由于早已收购了SPY-1的研发公司RCA,另外还自费研发S波段的SPY-2 AESA的经验,对S波段的运用驾轻就熟,所以美国海军于2003年决定将原定的L波段改成S波段;此外,研发阶段SPY-4曾经遇到了全功率状态下T/R组件的高故障率问题,唯一的解决方法是重新设计T/R组件,但这样会耗费更多的经费,而且使研制进度大幅拖长,鉴于规定的性能要求用更低的功率就能达到,所以美国海军干脆调低了雷达功率。

  2010年,朱姆沃尔特级驱逐舰因为预算原因取消了SPY-4,使每艘舰节约了1~2亿美元,SPY-4被取消使朱姆沃尔特级的远程警戒能力遭到极大削弱,作为补偿措施,美国海军对SPY-3的软件进行修改使其兼职承担远程警戒任务,由于朱姆沃尔特级驱逐舰不再装备SPY-4,因此SPY-4装舰数量减少为1套,安装在福特级首舰CVN-78上,是唯一装备了完整DBR的舰艇。

  和SPY-3一样,由于数量稀少推高了单价,SPY-4也没法在舰队中普及,因此美国也放弃了SPY-4,转而发展价格更低廉,技术更新的EASR(企业对空监视雷达),这也标志着DBR,这个本身发展并没有遇到什么巨大技术困难和挫折的项目,却因为一些稀里糊涂的原因提前走向了终结。

  福特号核动力航母舰岛,下方较大的阵面是S波段的VSR(SPY-4)相控阵雷达,上方较小的阵列是X波段的MFR(SPY-3)相控阵雷达。

  SPY-5是雷声公司2009年推出的一款廉价PESA,使用了用于制导NSSM/ESSM的MK73 Mod 3的固态发射机作为信号发射机,采用三面阵设计,每个阵面覆盖120度,并配套一台信号发射机;SPY-5能探测跟踪锁定空中和海上的目标、对导弹进行中段引导和末端照射,完成以往多台雷达才能完成的任务,由于重量和体积非常小巧,尤其适合在小型水面舰艇上搭载,例如雷声公司就曾设想用SPY-5替换掉佩里级护卫舰的MK92火控系统和配套的SPG-60照射雷达。

  SPY-5自从2009年推出以后,并没有受到什么热烈的反响,很快就销声匿迹,雷声官网上也只字不提相关介绍,估计SPY-5已死,有事烧纸。

  2016年7月初,雷声公司将第一套完整的的SPY-6 AMDR交付位于夏威夷的的美国海军导弹测试场,在接下來一年內进行实际测试,包含探測、导弹射控、防空作战与反弹道导弹等测试科目。注意到此雷达结构包含下方的AMDR S波段主阵面以及顶部修改自SPQ-9B的X波段近程跟踪弄雷达。

  AMDR和DBR一样,也是一种双波段雷达,由S波段的AMDR-S和X波段的AMDR-X或其他X波段雷达两种雷达共用后端组成,前者就是现在的SPY-6,用以取代现役的SPY-1。

  首先SPY-6的T/R组件采用GaN材料,价格和尺寸重量都比目前的GaAs更低,而且能承受高数倍的击穿电压,意味着每个T/R组件的功率都能得到大幅提升。

  SPY-6还采用DBF技术,雷达波束的形成不再依靠传统的模拟馈线网络形成,而是通过数字化技术来形成雷达波束,使得雷达具有波束指向性更高、探测能力和抗干扰能力更强等特点。

  雷声公司的AMDR/EASR系列示意图。画面中的三种阵面都由相同的RMA单元构成,RMA的数量多寡決定了雷达阵面的孔径、发射功率与性能。中间的是伯克Flight 3采用的SPY-6,阵面由37个RMA构成,最右边的则是EASR雷达,阵面只有9个RMA。

  SPY-6还高度注重可扩展性和高度模块化,雷达的基本组成单位为RMA(雷达模块组件),通过增加RMA可以使雷达轻而易举地安装在各类舰艇上,大到航母小到护卫舰均可搭载,目前伯克III上安装的SPY-6一个阵面有37个RMA,大于5000个T/R组件,纸面性能32倍于现役的SPY-1雷达。

  雷声公司测试、供伯克Flight3使用的SPY-6 AMDR雷达阵面。此照片清楚显示阵面由37个长、宽皆为2英尺的RMA单元构成。

  早在21世纪初美国海军资助SPY-2项目的时候,就是抱着作为SPY-1接班人的想法,但需求和预算的原因让SPY-2的普及计划还没开始就已经结束;直到2007年,AMDR才正式立项,作为CG(X)项目的主雷达,洛克希德马丁公司、诺斯格鲁曼公司和雷声公司进行竞标,最终2013年雷声公司赢得美国海军的青睐,被选为主承包商,2016年1月雷声公司完成第一面SPY-6阵面,2016年7月项目已完成近80%,并在夏威夷太平洋导弹靶场开始进行为期一年的DT-3(发展测试-3),预计2017年开始小批量生产,目前AMDR的研发计划基本没有什么拖沓,大部分节点和里程碑基本都是准时或提前达成。

  AMDR的后端机柜供电系统,分为三套,每套有一个UPS不断电系统来连接AMDR后端设备(包含冷却),并且连接电池以防舰艇供电突然中断。

  SPY-6的采购数量短期内预计会为22套,每套单价2.38亿美元(2015年7月数据),远期采购数量预计还会更多,2030年左右开建的新一代驱逐舰/巡洋舰很可能会采用SPY-6作为核心雷达,使采购总数上升到至少50+。

  在微波暗室里进行组装的SPY-6 AMDR工程原型天线,此时阵面上大约一半的雷达模组总成(RMA)安裝完成。

  顺带一提,伯克III上将会安装的SPY-6纸面数据是SPY+15,也就是相比SPY-1,信噪比提高15分贝,性能强32倍;但在2016年5月份举办的Sea Air Space 2016(2016年海空天展览会)上,雷声公司的负责人表示,伯克III上的SPY-6实测得出的数值是SPY+17,也就是说信噪比提高17分贝,性能强50倍。

  然而2016年8月4日GAO发表的这篇报告中也引用了雷声公司的说法,白纸黑字地写上:实际测试中SPY-6达到SPY+17水平。壮哉GaN!!!

  现在SPY系列已经排到6,黄金城彩票不出意外未来也会有新雷达延续SPY的前缀,那么可能的候选人有哪些呢?

  虽然SPY-4的普及计划泡汤,但美国并没有放弃为SPS-48/49寻找接班人的意愿,由此提出了新一代的远程预警雷达——EASR,为了不重演SPY-4项目单价过高被砍的命运,EASR采取在现有雷达的基础上进行修改的举措来降低风险控制成本的策略,现在一共有两家公司参与这款雷达的竞标,一个是雷声公司,一个是诺斯罗普·格鲁曼公司,两者都得到了ONR(海军研究办公室)600万美元的经费支持以开展研究工作。

  由雷声公司研制的EASR固态电子扫描雷达,其阵面使用与AMDR相同的RMA模組构成,数量只有9个,是一個个SPY-6阵面的1/4。

  雷声公司提交的EASR方案是在目前正在研发测试阶段的AMDR的修改版本。

  诺斯罗普·格鲁曼公司的EASR方案则是在陆战队的G/ATOR上进行修改,目前GATOR正在小批量生产阶段,准备达成IOC 。

  EASR的T/R组件将会使用GaN材质,而且分成固定阵面版本和旋转阵面两种版本,固定阵面预计将会率先用于福特级航母二号舰CVN-79上,旋转阵面版本则会用于美国级两栖攻击舰LHA-8及其后续舰上,并逐步替换目前现役各舰的SPS-48/49。

  按照计划,EASR雷达2016年第四季度将会确定承包商,2017年开始为期两年的研发工作,2019年开始陆地测试,2020年开始小批量生产;考虑到其相控阵体制和用途,以及有同样作为远程警戒雷达的SPY-4的先例,EASR很可能会套用SPY系列而不是SPS系列的前缀,此外,目前美国海军除了AMDR-S/SPY-6,并没有其他比EASR进度更快的舰载相控阵雷达,所以EASR也许会摘下SPY-7的头衔。

  EASR其实不是一个单独的项目,而是ESS(企业监视组件)项目旗下的其中一个子项目;除了EASR,ESS还有一个不显眼的雷达子项目——EXI(企业X波段照射雷达),作为EASR的配套照射雷达,两者同时发展;EXI透露的消息并不多,只知道安装平台主要是各式新旧航母和两栖舰,根据有限的资料推测,该雷达是MK95的替代者,可能会采用PESA/AESA体制(毕竟这技术都已经到烂大街的程度了,再不用有点说不过去),不具备或只具备非常有限的对空对海搜索能力。

  考虑到EXI具备的功能可能也就仅限于导弹的末端照射,不符合“Y”的定义,而且项目名称也很直白地表示为“Illuminator”而不是“Radar”,EXI如无意外,以后应该会定型为SPG-XX。

  AMDR-X是AMDR项目里的X波段AESA,和AMDR-S/SPY-6的组合也就是常说的完整配置版AMDR;AMDR-X在AMDR项目中的地位和DBR的SPY-3类似,承担的任务也大同小异,包括中近距离的对空对海对陆搜索、目标跟踪和识别、电子对抗、空中交通管制和潜望镜探测等等,有趣的是,在美国还没用SPQ-9B作为过渡品的时候,伯克III 的CG图里,尽管舰桥上方装备了三面AMDR-X,伯克III依然顶着从伯克I开始就顶着的三部SPG-62,或许意味着在美国海军早期的设想里,并没有打算赋予AMDR-X末端照射导弹的功能。

  根据现存的稀少资料推断,AMDR-X雷达阵面要比SPY-3小,和EASR一样,大量采用现有技术以降低研发风险,而且应该也会打算应用AMDR-S上的DBF和模块化技术。

  AMDR-X按原计划,会从第13艘伯克III(预计2022财年拨款)上开始安装,套用AMDR-S的时间节点,配合伯克的建造步伐,AMDR-X要在2025年左右交付装舰,2019年就要确认承包商,在此之前还要有几年的时间去征求意见书进行概念研究,尽管2011年就传出要RFP(征求意见书),但SPQ-9B上位后,这一步却迟迟未见动静,原因是2011年,AMDR-X不声不响地挂了,AMDR项目第二阶段不复存在,AMDR-X则永远停留在了RFI(征求意见)阶段。

  上面曾经提到,AMDR项目分成了两套主雷达,一套是AMDR-S/SPY-6,另一套是AMDR-X,美国海军一开始的计划是第一阶段,先集中精力攻关AMDR-S和配套的RSC(雷达控制组件),在前12艘伯克III上使用AMDR-S和SPQ-9B组成的双波段雷达组合,第二阶段则是发展AMDR-X,从第13艘伯克III开始使用AMDR-S和AMDR-X组成的双波段AESA组合,然而2011年,AMDR-X就嗝屁了,第二阶段早已不复存在,那么问题来了,AMDR-X嗝屁了,美国未来的X波段AESA是什么?

  2015年10月,NSWCDD(海军水面战中心达尔格伦分部)发布了一分声明,就一款新型X波段AESA进行RFI(征求意见),希望业界内研发过或正在研发X波段AESA的厂家响应。

  采用和EASR类似的设计思路,固定阵面是首选设计,单面或背对背双面旋转阵面也在考虑范围之内;

  这款新型X波段AESA目前在RFI阶段,离研发出真正可用的雷达依然任重道远,现在美国海军也没有透露这款新型X波段AESA的研发时间表,未来会装备到哪些舰上也是未知数,不过根据性能要求猜测,这款雷达应该是SPQ-9B的后继者,利用可扩展性的特点可以根据不同舰艇的需求堆叠出不同尺寸的雷达阵面,阵面比较大,功率比较高,功能齐全的版本给驱逐舰巡洋舰;阵面比较小,功率比较低,功能没那么全的版本就给航空母舰、两栖舰等舰艇,而且适装性应该会比较好,不仅能安装在各式新舰上,还能返装到现役舰船上,实现成本的分摊。

  新型X波段AESA预计不早于2018年开始拨款并开始研发计划,而装舰计划则会遵循已经随风而逝的AMDR-X,从第2022财年的13艘伯克III上开始安装,随舰在2027年交付美国海军,而前12艘伯克III按现阶段海军的计划,将不会返装这款新型X波段AESA。

  这款新型X波段AESA定位和任务都和下马的AMDR-X高度相似,上舰计划时间表甚至一模一样,让人想起了DD-21换个名字叫DD(X)躲过审查的老伎俩,可以说其实这款新型X波段AESA就是AMDR-X换个名字复出的产物,海军的心机吖。

  可以肯定有两家公司参与竞标——也就是正在竞标EASR的雷声公司和诺斯洛普·格鲁曼公司,这两家公司的X波段AESA产品加起来半打有余,当然不会放过这个蛋糕,洛克希德·马丁公司也可能插一脚,联合外国公司一起竞标,尽管希望渺茫,但毕竟再不努力,舰载相控阵雷达这一领域就没洛克希德马丁公司的立足之地了。

  按照目前美国海军各式在研或预研雷达项目,除了EASR和这款新型X波段AESA外,并没有其他配得上SPY系列前缀的舰载相控阵雷达,这款新型X波段AESA得到SPY-8的称号也许只是时间问题。