吴剑旗总师口中的世界第一米波反隐身雷达是怎么炼成的?

啮花熊防务观察2020-09-15 14:28:09

近日,央视财经频道的《对话》栏目开展了“我是总师”系列专题节目,3月18日播出的吴剑旗节目让广大军迷兴奋不已,关于我国反隐身能力期待已久的猜测终于得到了来自总师的证实。在节目中,作为中国电科首席科学家、反隐身雷达总师的吴剑旗自信满满地表示,中国是目前全世界唯一有反隐身先进米波雷达的国家。

2016年珠海航展上首次以实物公开展示的第4代YLC-8B型机动预警雷达

众所周知,我国已经成功研制并服役了具有雷达隐身能力的第四代战斗机歼-20,有了矛自然也要有盾,对于如何对抗具有雷达隐身能力的作战飞机就成了当务之急、重中之重。对付四代战斗机最有效的办法自然是四代战斗机,但是如何发现呢?因为只有发现,获取敌方位置的同时能够持续跟踪,才能为我方战斗机提供精确引导拦截,这是国土防空最为核心的环节。而且更重要的是,在战争突然降临之前,提前发现来犯之敌为部队提供准确预警的意义不亚于消灭敌人,二战时美国让日本偷袭珍珠港成功就是因为没有提前得到准确预警。尤其是能够搭载核武器的美国B-2隐身战略轰炸机,如果发现不了,那将是悬在我们头顶的“达摩克利斯之剑”,对我国战略安全构成严重威胁。

有了隐身战机,反隐身作战能力相应也会得到提高

目前世界上所有隐身设计的作战飞机都是采用三种主要措施实现雷达隐身,即低截面外形设计、表面涂敷吸波材料、携带雷达干扰机。当高频段的雷达波照射到低截面外形设计的飞机上时,雷达波就被散射到各个方向从而无法集中反射回去,没有收到返回信号的雷达自然也就不能发现目标。而低频段的米波由于雷达波长和目标的大小不相上下,因此目标的后向散射自然无方向性,从而使目标隐身效果下降。吸波材料的有效频带在1-20GHz之间的高频段,今后也很难达到米波波段,而吸波材料的涂层厚度与波长成正比,要想有效吸收米波波段的雷达波,涂层厚度最薄也要10厘米,这对按克来计算的飞机来说是无法承受的代价。

可携带核武器的B-2隐身战略轰炸机一直是悬在我们头顶的“达摩克利斯之剑”

携带雷达干扰机采用的相消法,就是自身发射辐射波去抵消对方探测雷达发射过来的雷达波。为了能够实现抵消,就要精确测出对方雷达辐射源的方向、频率、极化等数据,这就要求自身携带的雷达天线口径至少大于对方的一个波长。然而受制于隐身飞机的尺寸,雷达口径难以达到米波段的对抗口径要求,特别是可变频率的捷变米波雷达,在载重有限的飞机上是根本不可能实现的。

和捷克“维拉”相似的国产YLC-20无缘雷达也在2016年珠海航展展出

反隐身雷达最早的实战案例发生在1999年的科索沃战争中,由南联盟采购自捷克的“维拉”无源探测雷达发现、苏制萨姆-3防空导弹攻击,击落了当时美军的王牌战机F-117A“夜鹰”隐身战斗轰炸机,这次击落直接导致了F-117A提前退役。既然在战争当中已经得到了应用,而且隐身战斗机时代已经来临,为何只有中国才研制成功,并系列化发展出了具有反隐身能力的先进米波雷达呢?

塞尔维亚博物馆里的F-117残骸

尽管米波雷达出现很早,对于发现隐身目标具有较高的作用,却由于体制和波束、原理等原因导致传统的米波雷达不仅测量精度差,甚至还不能测高度,而且由于地面反射造成的波束干扰导致低仰角盲区大,雷达扫描覆盖不连续。别说雷达专家了,甚至国内稍有常识的军迷都认为,米波雷达就是简单和落后的代名词。自从世界上第一部雷达在二战中诞生,雷达便经历了从低频段向高频段发展,频段越高雷达测量精度也就越高。世界主流雷达专家认为,只有高频段雷达才是雷达发展的方向。事实上,西方国家已经摒弃米波雷达研究很久了。

俄罗斯反隐身作战示意图

这也是西方各国在米波雷达发展上尽管有一些产品,却并没有什么特殊建树的原因。毕竟西方国家也没有来自隐身战斗机甚至隐身战略轰炸机的威胁,没有高压威胁自然没有了研究动力,何况自负的西方国家一直认为自己才是雷达领域的领跑者,过高的姿态造成简单落后的米波雷达没有得到很好的研究。有趣的是,直到中国歼-20和俄罗斯的苏-57战斗机出现,2014年在法国举行的国际雷达会议上,把反隐身作为大会主题,重点是低频段雷达和双基地雷达两大类。这次会议表明西方各国也迫于眼前的压力,开始重视反隐身雷达的研究了。更加有意思的是,在这次会议上,中国中国电科首席科学家、反隐身雷达总师的吴剑旗也全程参与了。

中俄两国在隐身战机上的突破给了西方世界最直观的压力

那么吴剑旗总师是怎么突破技术壁垒的呢?

吴剑旗总师经过数十年的研究实践表明,传统米波雷达的固有缺点,可以通过采用有缘相控阵列体制,应用现代信号处理方法来克服,大幅提高米波雷达性能。这种新型雷达被成功研制出来后,吴剑旗总师称之为“先进米波雷达”。按照国内米波雷达发展来看,这种“先进米波雷达”是我国第四代、全球最先进的反隐身米波雷达。

俄罗斯的“天空”-M多波段组合型雷达系统

当今世界主要米波雷达大都是采用两坐标和机械扫描方式,至今还未见西方国家有研制装备米波三坐标雷达。和我国一样长期面临隐身战机威胁的俄罗斯在这领域独树一帜,其米波三坐标雷达“天空”UE由一个水平天线和测高天线组合而成,水平天线负责发现目标并测算方位和距离,测高天线负责测量高度。但它由于采用的是两个扇形波束而不是笔形波束来实现三坐标测量,所以并不是真正意义上的三坐标雷达,传统米波雷达的缺点依然无法克服。俄罗斯自然认识这个问题,于是采用有缘相控阵体制的改进型“天空”UME成功研制,由于采用的是米波波段测距,L波段测高,米波波段的测高依然无法解决,还需要其他手段来测算目标高度。

2016年珠海航展上展出的JY-27A对空警戒引导雷达采用的也是米波频段

吴剑旗总师负责研制的国产第四代先进米波雷达,采用两维有源相控阵体制,在俯仰上采用独立波束设计,结合地形匹配进行波束指向和形状优化,有效增加了空域覆盖面积。为了解决米波测高问题,通过研究多输入多输出(MIMO)体制的米波稀布阵综合脉冲孔径雷达,成功摸索出超分辨技术,不仅有效提高测高精度,方位测量的分辨率和测距精度也非常高。同时,米波雷达容易干扰的问题通过降低截获概率、空域滤波和干扰剔除综合方式得到了有效解决。更重要的一项,传统米波雷达目标识别差的固有缺陷,通过运动特性、波形调制、谐振、极化等特征量,可以对目标进行分类和型号识别,试验表明可以取得极高的目标识别率。

SLC-7型L波段多功能有源相控阵雷达

在往届珠海航展上中国都有展示各型雷达,反隐身雷达通常是模型和展板的形式十分隐晦地展示,直到2016我国自主研发具有反隐身能力的先进米波雷达首次以实物形式公开参展。这次参展的雷达先进程度之高、型号之多是历届之最,甚至其中不少就是专门供国际市场的外贸产品,首次表明了过去对我国反隐身米波雷达各种猜测的证实,令人意外的是已经系列化发展出了多种产品并成功出口。

中国研制生产的机动三坐标警戒雷达出现在土库曼斯坦阅兵式上

值得注意的是在2017年,美海军在制定2018年预算的时候,其中20亿美元作为专用资金,用来研制新型雷达干扰机,以增强反隐身雷达的对抗能力。针对的自然是中国,因为过去对于中国研制反隐身雷达西方各国普遍都不看好,认为就算成功研制,也达不到对F-22和F35具有雷达隐身能力的第四代战斗机在远距离有效发现、持续跟踪的技术要求。随着航展公开展示实物,甚至向全球市场推销,利用隐身能力不对称优势作战的美国自然坐不住了。

航展上公开展示的多种反隐身雷达

我国成功研制装备的第四代米波三坐标雷达,一举突破了传统米波雷达存在的精度差、易干扰只能用于早期预警的问题。使得具有雷达隐身能力的作战飞机持续在我国周边扩散装备的局面得到了有效对抗的手段。当第四代米波三坐标雷达为我国国土防空构建完善的雷达网络,F-22和F35凭借隐身能力达到突然袭击的作战飞机不再隐身,在面对我方隐身战机歼-20的拦截时,敌人将要面对是战场的单向透明。尤其是B-2隐身战略轰炸机能够被提前探测并拦截,对其战略威慑能力是严重的削弱。

F-22的隐身优势对于我国来说已经荡然无存

吴剑旗总师在节目中还透露,更先进的第五代雷达已经开始研制,我国的国防安全将更加牢不可摧。