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中国这招或让美军B2无用武之地 350公里外就能探测到

中国这招或让美军B2无用武之地 350公里外就能探测到
2018年05月09日 12:46 瞭望
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  近日,中电集团米波反隐身雷达总师吴剑旗做客节目,介绍了该所研制的第四代米波反隐身雷达,并表示中国是目前世界上唯一掌握先进米波雷达的国家。

  米波反隐身雷达的代表作是JY-27A对空警戒雷达,它最大的特点是具备很高的探测精度,甚至能够分清空中两个相距非常近的目标。

  可以说,JY-27A雷达是世界上第一种能够冠上“先进”二字的米波雷达。

  这种米波雷达的出现,让许多军事爱好者振奋,他们认为这个军事武器,或许让美国价值几十亿美元的隐形飞机丧失用武之地!

  米波雷达的重要性体现在哪里呢?JY-27A雷达真的有这么厉害吗?

  让我们从头说起。

  文 | 席亚洲 瞭望智库特约军事观察员

  编辑 | 谢芳 瞭望智库

  本文为瞭望智库原创文章,如需转载请在文前注明来源瞭望智库(zhczyj)及作者信息,否则将严格追究法律责任。

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  隐形飞机让防空预警系统“清零”

  众所周知,隐形飞机是现代军事技术领域最重要的技术突破之一。

  在1991年的海湾战争中,伊拉克吸取了1982年被以色列空军轰炸反应堆的教训,建设了一套相当现代化的防空预警系统。

  其中,法国承担总体设计,英国承担战场管理系统和后勤支持,总体的防空理念学习苏联。

  这套防空预警系统对中高空、低空和超低空都能实现完整的覆盖,可以说已经超过当时第三世界的一般水平,甚至比当时的中国还要先进。

  全世界都认为,它能够在一定程度上扼制美军。

  然而,战争爆发的第一天,这面“铜墙铁壁”的主要指挥中心、通讯中心等目标,就被美国F-117A“夜鹰”隐形战斗轰炸机抛下的激光制导炸弹轰上了天。

  此后,在美军空袭下,伊拉克的整个防空系统被迅速瓦解。

  F-117A“夜鹰”隐形战斗轰炸机

  伊拉克防空系统的崩溃震撼了全世界——这意味着,各国的大部分防空系统也被“清零”了——因为雷达探测隐形飞机的距离大幅度缩短,原本互相重叠,密不透风的雷达探测网顿时变得千疮百孔,这使得隐形飞机可以顺着空隙钻入他国国土腹地,随意实施攻击。

  左图红圈为雷达网探测非隐形飞机的区域,右图红圈为雷达网能探测到隐形飞机的区域

  反隐形也因此成为世界各国极为重视的课题。

  真正出现突破性转机还要等到1999年。这一年,北约轰炸南联盟,一架F-117A隐形飞机被老旧的S-125防空导弹击落。

  1999年3月28日,F-117被击落

  南联盟到底用什么手段发现这架隐形战斗机?众说纷纭,很多媒体认为,捷克“维拉”多基地雷达是击落F-117A的关键。

  不过,有资料显示,在那次作战中,成功发现和跟踪这架隐形飞机的,是苏联制造的P-18米波雷达。

  苏联P-18雷达

  P-18米波雷达是一种自1970年就开始服役的老旧雷达,它能察觉隐形飞机的存在,并对其大概方位做出判断。

  同时,它的成本比较低,很适合幅员辽阔而经费相对受限的中苏等国。自F-117被击落后,米波雷达就成了中俄等国极为重视的研究方向。

  当然,它存在严重的缺点——不精确并很难探测低空目标。因此,许多西方国家放弃了米波雷达,专心研制微波雷达。

  [注:米波雷达是工作波段在米波(波长1米以上)波段的雷达;微波雷达是工作波长在微波(波长为1毫米~1米)波段的雷达,微波包含分米波、厘米波和毫米波。]

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  米波雷达为何可以反隐形?

  我们先说飞机能够隐形的原理。隐形飞机主要是因为采用了特殊外型,减少雷达波反射回雷达本身的强度。而这个减弱回波强度,一般用RCS(雷达反射截面积)来表示。目前比较先进的隐身飞机,RCS可以减小到0.001-0.0001平方米水平。

  不过,这种削弱雷达回波的能力是分波段的,现代隐身飞机技术一般做不到“全波段隐身”,只能削弱特定波段,尤其是现代雷达常用的微波波段。但对米波波段的雷达波,削弱能力就因为一些因素没那么强了。

  2015年,反隐身雷达总师吴剑旗在《雷达科学与技术》杂志上发表了题为《反隐形与发展先进米波雷达》的论文,文中说:“由于电磁波的瑞利和谐振散射模式对飞机外形不敏感,吸波涂层吸收电磁波效果受到厚度与波长关系的限制,采用米波长甚至更长波长的低频段来反隐形是最直接、高效的措施。”

  这是什么意思呢? 

  举个例子,米波反隐形的主要原理,类似于肉眼能看到灯光下空气中的灰尘。

  光可以自由穿过空气,但无法穿过灰尘。当光照在灰尘上,会发生散射效应,这就相当于空气中悬浮着一个个小小的光源,我们的肉眼可以看到这些小光源。

  这些小光源其实就是一种特殊的电磁波,雷达则是一部利用电磁波探测目标的机器。

  米波雷达反隐形原理

  不同波长的光在同样尺寸的灰尘上,散射的强度也不同

  那么,米波为什么会产生比较大的散射呢?

  灰尘的尺寸与特定波长的光波有一定对应关系时,就容易产生强烈的散射。对于较大的颗粒物,比如一个乒乓球,搁在阳光下就不会因为散射效应而发光,而空气中悬浮的PM2.5,也不会发生散射(是反射还是散射?),都是因为它们与光波没有对应关系。

  这个比喻虽不严谨,但大致可以说明米波雷达反隐形的主要原理。

  用论文中的话来说,“国际上比较公认的是,隐形飞机的RCS在米波段要比微波段大2-3个数量级”,举例来说,一架飞机在微波波段的RCS是0.01平方米,那么米波波段就可能达到1平方米乃至10平方米,这个量级的差异给了米波雷达发现隐形飞机的能力。

  此外,米波雷达还有一个好处,也是苏联和我国较为重视的,那就是“功率孔径积”大——简单来说就是在成本相同的情况下,它可以做到功率更大,天线更大,探测的距离更远。

  20世纪60年代击落U-2侦察机,

  我国引进的苏联P-12米波雷达曾发挥重要作用

  按照论文里的概算,反隐形频段优势加上功率孔径积优势,让米波雷达的整体优势达到了4个数量级以上,不但可以抵消隐形飞机RCS减少3个数量级的影响,还能进一步增大探测距离近1倍,用以抵消四代机等先进隐形战机超音速巡航压缩预警时间的影响。

  雷达的对地探测距离是受到目标RCS影响的,如果目标的RCS减小到十分之一,那么在其他条件不变的情况下,就可以把探测距离缩小一半。但如果使用米波雷达,它有4个数量级的优势,目标的RCS要缩小到万分之一,才能抵消米波雷达的反隐形能力。

  目前只有F-22和歼-20这样的战斗机,才能够达到RCS缩小到千分之一到万分之一的水平,但在米波雷达面前,这样的RCS其实就相当于不隐形,甚至能让雷达的获得探测距离增加一倍的优势。

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  如何克服固有缺陷?

  既然米波雷达能反隐形,为什么这种技术没有广泛运用呢?

  传统的米波雷达多使用简单的八木天线或老式网状矩形抛物面天线,采用两坐标定位,存在分辨率差、数据处理能力弱、探测精度低等问题。

  由于不易消除地球表面反射带来的影响,再加上与民用信号重叠严重,传统的米波雷达无法测高,也无法搜索低空目标。这就好比,你在一个地面是镜面的房间里,打开手电向下照,眼睛就会被晃花。

  所以我们看到,近几年俄罗斯积极对外推销的“东方”P-18E米波反隐身雷达,是一个很长的横向天线,它无法探测目标的飞行高度,只能大概知道“天上有敌机”。

  P-18E“东方”雷达(已出售给越南)

  之后,俄罗斯研制出了一种“天空”UME雷达,其天线外形非常奇特,横着很宽,还有一个竖起来很高的天线,有点像倒过来的“T”。这种雷达实际上采用了米波测角,分米波(属于微波)测高,竖起来的那部分天线实际上是一部分米波雷达。

  俄罗斯“天空”UME雷达

  根据俄罗斯自己公布的数据,虽然“天空”UME雷达具备了一定的测高能力,但测高误差高达4000米,水平测距误差也达到400米,只能大概知道目标是在中空还是高空。而且,从其庞大的形态也能看出,该雷达基本不具备机动性。

  正是因为有诸多缺陷,吴剑旗总师和他的团队,对于传统米波雷达的改进是十分艰难和了不起的。

  该所的第一个尝试就是2001年获国家科技进步二等奖的“稀布阵综合脉冲孔径搜索雷达”。

  从吴剑旗总师提供的图片来看,仿佛只是几根非常密集的管子,但实际上,这是一个占地非常广阔的装置,每根天线之间的距离“超过100个波长”,也就是一百米以上,整个天线布阵内外两层,排成圆阵,圆心处是控制站。

  其外形和中俄都部署过的“天波雷达”,或者“长波电台”阵列看起来相似,但是其作用和原理却非常不同。

  在说它的原理前,我们要先说一下“有源相控阵”。普通的雷达相当于单眼,而有源相控阵雷达则是“复眼”,不过事实上,它比无法聚焦的昆虫复眼复杂得多。

  有源相控阵雷达利用相控阵原理,可以让多个发射机发射的波束互相干涉,进而合成一个波束,并控制其方向、角度,来发现敌机。中国的052D驱逐舰使用的就是有源相控阵雷达,它看起来就是一个平板,但却能覆盖前方很大范围,是世界上较为先进的雷达。 

  吴剑旗总师团队研发的“稀布阵综合脉冲孔径搜索雷达”,就相当于把一个有源阵天线,做得非常非常大,然后平放在地上,天线不动,但能够形成一个波束去扫描。

  相控阵雷达波束合成示意图,稀布阵雷达就相当于平放在地面上的巨大相控阵雷达天线

  对于B-2隐形战略轰炸机这样的大型目标,普通的米波雷达是难以探测到的,而稀布阵雷达拥有更大的波长,就有很大几率可以探测到,这可以很大程度上避免他国隐形战略轰炸机,对本国国土犹入无人之境的攻击。

  B-2隐形战略轰炸机

  稀布阵雷达作为一个实验系统,为研制JY-27A对空警戒雷达这样的新型米波雷达奠定了技术基础。JY-27A雷达在这一技术支持下,创造性地融合了米波和有源相控阵技术,其对典型隐形飞机最大探测距离大于350公里,同时采用基于地形自适应的测量技术,测高精度显著提高。此外,JY-27A雷达在弹道导弹预警、报分析、组网信息融合等方面,也克服了传统米波雷达的缺点,居于世界先进水平。

  目前,JY-27A雷达已投入大批量生产,成为对抗第四代隐形飞机的“杀手锏”,国外雷达厂商目前尚无同类型产品。

  JY-27A对空警戒雷达

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  并未彻底解决反隐形难题

  那么这种“先进米波雷达”是否想军迷们说的那样,让几十亿美元研制的隐形飞机过时了?

  这种说法恐怕有些夸张。

  尽管“先进米波雷达”的探测精度相较传统米波雷达有了很大的提升,但其实际的探测精度仍然比不上微波雷达,只能在相对近的距离上引导地空导弹进行攻击。

  此外,它的机动性与传统米波雷达相比,并没有什么进步,这种体积很难部署到飞机这类平台上。

  目前,世界上不少国家在飞机上部署了波长较大的雷达,但是并没有米波的。

  例如美国E-2D预警机部署的AN/APY-9超高频相控阵雷达用的就是UHF波段,属于分米波;俄罗斯的苏-57和苏-35战斗机在其机翼前缘安装了N036L-1-01雷达,据称为L波段,也是分米波。

  事实上,近年来隐形技术也在进步。

  例如美国的B-21轰炸机,中国未来的远程轰炸机轰20,都因为本身尺寸超出米波雷达强散射的尺寸匹配范围,而被列为“全波段隐形”飞机,是目前“先进米波雷达”也很难探测到的目标。

  总的来说,“先进米波雷达”反隐形目前是卓有成效的,也堪称是颠覆性的技术,但并不能真正让隐形技术彻底“破产”。它主要被用在国土防空领域,依托较大的防御纵深,来抗击隐形飞机。

  目前来看,对付隐形飞机最有效的方法,是用我方的隐形飞机,战役、战术导弹去摧毁敌方隐形飞机的机场,或者直接将其炸毁在机场上。

  对于反隐形技术的未来,吴剑旗总师也有提及,那就是“光子雷达”。

  光波也是电磁波,米波雷达是将雷达使用的波段向上扩展,超出隐形飞机针对雷达波段的上限,而光子雷达,则是超出其下限。

  中国首部微波光子成像雷达

  目前,我国也已经成功用光子雷达实现了对“非合作目标”的成像试验。由于光子雷达具有探测精度高,反隐形效果好等特点,未来很可能成为真正让现代隐形技术失效的新技术。

  到那时,新的隐形和干扰技术也可能出现,就好像矛与盾的不断升级。不过,站在科技潮头勇于开拓的创新者,以及他们背后的强大国力,才是国防安全最大的保障。

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