美軍新型防空反導雷達發展綜述

李庶中，李 迅，趙東偉，張潤哲

(海軍研究院，北京 100161)

0 引 言

20世紀90年代，美海軍提出了21世紀水面作戰艦艇(SC-21)的發展計劃：DD-21驅逐艦、CG-21巡洋艦、武庫艦。其中，DD-21驅逐艦主要擔負對海攻擊和對陸打擊兩大作戰任務，對海攻擊任務包括反水面艦艇作戰、反潛作戰和反水雷作戰等，典型特征是裝備2部155 mm先進艦炮系統(AGS)、128單元通用垂直發射系統(VLS)等；CG-21巡洋艦主要擔負防空作戰和彈道導彈防御作戰兩大作戰任務，典型特征是裝備了新型防空反導雷達(AMDR)[1]。

受經費制約，2001年前后，美海軍調整了水面艦艇發展計劃：DD-21驅逐艦項目終止，改為DD(X)驅逐艦，主要擔負遠程打擊和海上火力支援作戰任務；CG-21巡洋艦項目縮減，改為CG(X)巡洋艦，主要擔負防空作戰、彈道導彈防御作戰任務，典型特征仍保持為裝備AMDR雷達[2]。

1 防空反導雷達(AMDR)及艦艇平臺發展

1.1 艦艇發展計劃演變

CG(X)巡洋艦的最初概念設計主要為：沿用DDG-1000的艦體與推進系統基本設計，但移除DDG-1000的2座AGS，代之以管數更多、尺寸足以容納新型彈道導彈防御武器——“動能攔截器KEI”的垂直發射系統，同時將DDG-1000的雙波段雷達更換為天線尺寸更大、探測能力更強、專為彈道導彈防御(BMD)任務設計的防空反導雷達(AMDR)。

CG(X)巡洋艦的核心任務是BMD作戰，主要關鍵設計體現在2個方面：一是裝備大尺寸天線的AMDR雷達，以提供足夠的彈道導彈探測能力；二是具備彈道導彈上升段攔截能力的動能攔截器KEI，當時美海軍準備將其發展為新一代的?；鵅MD主力攔截武器。為滿足AMDR安裝空間和供電能力及長度為12 m的KEI的安裝條件，滿載1.5萬～2.3萬噸級的CG(X)巡洋艦是唯一選擇。

如圖1所示，左圖為NGSS船廠在2008年3月海軍聯盟海-空-太空裝備展上公布的CF(X)抽象圖，從外觀便可明顯看出其與DD(X)/DDG-1000驅逐艦(右圖)之間的淵源，CG(X)沿用了后者的艦體與推進系統設計，但特別針對BMD任務的繡球而調整了雷達電子與武器配備設計，如艦船取消了AGS艦炮的配備，改設數量更多的垂直發射系統(VLS),雷達也換成特別針對BMD任務設計的AMDR。

圖1 CG(X)巡洋艦在DDG-1000平臺上發展

此后，美海軍的?；鵅MD作戰構想有所改變，從依靠少數裝備高性能傳感器的作戰平臺，轉變為依托傳感器聯網協同作戰。即BMD艦艇裝備縮小版的AMDR，通過CEC等網絡與前沿部署的?；鵛波段(SBX)雷達或安裝了“眼鏡王蛇”雙波段雷達的導彈跟蹤船協同，也可滿足?；鵅MD作戰任務的目標探測需求。另一方面，動能攔截器(KEI)也因技術與經濟上的原因，于2009年被導彈防御局取消，美海軍將繼續以“標準3”導彈作為主要?；鶑椀缹椃烙鶖r截武器。

基于以上等多種原因，建造CG(X)這種大噸位、造價昂貴巡洋艦的需求不復存在。2010年2月，美國海軍最終以“基于經濟上可承受性考慮”為由，取消了CG(X)計劃，至此CG(X)計劃徹底終止。

隨著DDG-1000的削減和CG(X)計劃的消亡，美國海軍開始重啟伯克級驅逐艦的建造計劃，2010～2016年續建10艘伯克IIA型驅逐艦DDG113-122，用于補充縮減的DDG-1000驅逐艦；2016～2032年采購33艘全新的伯克Ⅲ型驅逐艦(搭載縮小版AMDR)，用于替代取消的CG(X)巡洋艦。圖2所示為后冷戰時期美海軍三大新型水面艦計劃結局。

圖2 后冷戰時期美海軍三大新型水面艦計劃結局

1.2 AMDR發展歷程

AMDR的全稱為：Air and Missile Defence Radar，即防空反導雷達。美海軍的裝備型號為AN/SPY-6雷達，由S波段雷達、X波段雷達和雷達控制組件三部分組成。

2009年6月，美國海軍分別向洛克希德·馬丁公司、諾斯羅普·格魯曼公司和雷聲公司授予了3份固定價格合同(前兩者分別獲得1 000萬美元，后者為990萬美元)，開始研究新一代海軍防空與反導雷達(AMDR)。

2010年9月，AMDR項目進入技術開發階段，美國海軍授予諾斯羅普·格魯曼公司、洛克希德·馬丁公司和雷聲公司總價值約3.5億美元、為期2年的合同對AMDR中S波段雷達和雷達套件控制器(RSC)進行技術開發[3]，AMDR中X波段雷達的設計開發時間尚未確定。為滿足競爭測試的要求，美國海軍在夏威夷建立了先進雷達探測實驗室(ARDEL)，自2011年8月起，開始AMDR的測試工作[3]。

2010年CG(X)巡洋艦項目被取消，盡管如此，AMDR仍在繼續研發。2013年10月，雷聲公司最終擊敗洛·馬公司、諾·格公司，負責設計、開發、集成、測試和交付美國海軍AMDR中的S波段雷達(AMDR-S)和雷達設備控制器(RSC)的工程研制樣機。2013年底，AMDR的4項關鍵技術在一次環境測試中得到了驗證。其中，數字波束形成技術可同時完成防空和反導任務，基于氮化鎵半導體技術的T/R組件成功演示了其良好的功率效率和冷卻效率。此外，軟件技術和數字接收機技術也在測試中得到成功演示。

2014年7月，雷聲公司完成了AMDR-S雷達的硬件初始設計評審和集成基線評審，標志著這一項目轉入工程化和制造開發(EMD)階段。

2015年4月，AMDR通過關鍵技術評審，確認了系統軟硬件的有效性，預計2018年完成首次部署。

雷聲公司2015年完成了一部雷達的建造，2016年轉場至位于夏威夷的太平洋導彈靶場進行測試，直至2017年底完成了EMD階段的工作。

正在開發的伯克級FlightⅢ型驅逐艦(如圖3所示)，前12艘采用AMDR-S雷達搭配AN/SPQ-9B雷達(升級版)，計劃2024年后換裝全狀態的AMDR雷達，即AMDR-S雷達搭配AMDR-X雷達。

2 能力評估

AMDR包括3個主要部分：

(1) AMDR-S：是AMDR的核心，用于提供針對空中與彈道導彈目標的全空域搜索、跟蹤、彈道導彈識別和導彈指令制導等功能，采用4個 S波段陣面(3.7～11 m直徑多尺寸可選)，憑借大口徑、高功率、高靈敏度與大工作帶寬等優勢，提供比現役雷達更高的探測與識別能力。

(2) AMDR-X：用于為AMDR-S 提供低空補盲及水面探測等輔助信息，采用X波段，具備水平搜索、精確跟蹤、海面小目標探測等功能。采用3個X波段多功能相控陣(1.2 m×1.8 m)，應為AN/SPY-3雷達(天線口徑為2.7 m×2.1 m)的縮小減配版，而初期的FlightⅢ型艦采用的是AN/SPQ-9B雷達。

(3) 雷達控制器(RSC)：用于在后端控制、協同和綜合管理AMDR-S和AMDR-X 2部雷達，確保2部雷達在復雜多變的作戰環境中完成各自的作戰任務。

在AMDR的初始設計指標中，美國海軍就提出“雷達應該設計成一種尺寸可調的系統，以適應不同的平臺，滿足當前和未來的各種作戰要求”。因此，AMDR設計將采用模塊化的軟硬件和開放式結構，天線尺寸可調，系統設計具有一定的靈活性，根據不同的艦船平臺，選用不同尺寸的模塊搭建，并且具備即插即打的能力，新軟件和硬件能以對系統影響最小的方式插入，使系統快速升級，如圖4所示。

圖4 AMDR雷達的模塊化設計

據簡氏防務雜志報道，AMDR的S波段雷達收發組件采用了第3代半導體器件氮化鎵(GaN)，裝備于阿利·伯克Ⅲ驅逐艦的天線直徑為4.27 m。原計劃裝備于CG(X)巡洋艦的天線直徑達6.7 m。與現役“宙斯盾”艦艇的AN/SPY-1D雷達相比，等效信噪比改善31.6倍(約15 dB)，探測距離是前者的2.37倍，耗電量是前者的3倍(高達1.5 MW)[4]。

2.1 主要性能分析

基于以上數據，按照AN/SPY-1D雷達威力進行推算，AMDR的主要性能大致如下：

(1) 對中段彈道導彈最大作用距離不低于960 km。

(2) 對隱身飛機最大作用距離不低于350 km。

(3) 對掠海反艦導彈最大作用距離不低于27 km(X波段采用AN/SPQ-9B)。

2.2 技術特點分析

(1) 開放式體系架構：不僅滿足商用貨架產品(COTS)的應用，通過共用后端控制、處理等結構實現AN/SPQ-9B雷達或AMDR-X雷達與AMDR-S雷達的自由搭配，其開放性已日臻完善。

(2) 靈活的可裁剪、可擴展能力：美國海軍在招標中特別強調了可裁剪性，通過提高模塊化和靈活性水平，使其能適配各類艦艇，功能上、性能上可根據作戰需求自由增加或削減，是美海軍未來40年主要的艦載雷達系統。

(3) 雷達任務綜合化管理、資源一體化調度：在作戰使用中，雷達控制器既可以綜合調度2個波段的雷達發揮各自優勢，又可以根據需求控制雙波段完成同一任務，互利互補，使雷達資源最大限度被利用。

(4) 第3代半導體器件、數字陣列等技術的推廣應用：第3代半導體具有帶寬大、工作電壓高、功率密度大、效率較高等突出優點，可大幅提高雷達的有效輻射功率、接收靈敏度，減少對冷卻系統需求；通過與數字陣列的結合，可顯著增強雷達的探測能力、靈活性、抗干擾能力、實時多任務能力等。

2.3 能力預測

美海軍于2016財年啟動首艘裝備AMDR的阿利·伯克Ⅲ驅逐艦(DDG124)的采購，預計將于2021～2024年入役[5]。目前已確定將按每年采購2艘的進度，共采購22艘。與現役“宙斯盾”艦艇相比，其作戰能力在三方面得到大幅提升：

(1) 彈道導彈防御能力：與現役AN/SPY-1雷達相比，AMDR對彈道導彈的探測距離更遠、精度更高，可更好地發揮“標準3”(SM-3)導彈的作用，從而加強對遠程彈道導彈的防御能力，并具備一定的對洲際彈道導彈的攔截能力。

(2) 對低空反艦導彈的防御能力：與現役“宙斯盾”艦的AN/SPY-1雷達相比，AMDR所采用的AMDR-X或AN/SPQ-9B雷達都具有更好的低空探測能力，特別是抗海雜波能力、目標穩定性等方面具有明顯優勢。

(3) 綜合防空反導能力：現役“宙斯盾”艦的AN/SPY-1雷達由于受無源相控陣技術體制限制，功率口徑積無法進一步提高，難以同時完成對飛機、低空反艦導彈探測和對彈道導彈探測兩方面的任務，需要采用多艦編隊協同實現防空反導的綜合探測。AMDR具備同時擔負防空探測(對飛機、低空反艦導彈)和反導探測(對彈道導彈)任務，確保艦艇綜合防御能力的發揮。

3 結束語

?；鶑椀缹椃烙菄覐椀缹椃烙α康闹匾M成部分之一，美軍從彈道導彈防御能力建設之初，就將?；鶑椀缹椃烙α拷ㄔO作為其重要支柱之一加以大力發展，目前?；α恳丫邆淞藢椀缹椫卸?、末端的防御能力，特別是對于盟國、海外利益的保護發揮了不可替代的作用。

盡管2010年CG(X)巡洋艦下馬，但作為?；鶑椀缹椃烙诵牧α康腁MDR的研制工作未受影響，繼續按彈道導彈防御能力要求開展，綜合考慮平臺經濟性、承受能力等因素，選取了伯克級驅逐艦這一成熟平臺加以改進，搭載AMDR和相關武器形成伯克級FlightⅢ型艦，實現?；鶑椀缹椃烙芰Φ目缭绞桨l展。