美國下血本了,氮化鎵多技術路徑在海陸空天電網全方面應用

家春秋管中窺豹 發佈 2024-04-26T02:03:10.450816+00:00

E7是上世紀末與澳大利亞聯合研製的產品,它用的是當時最先進的半導體材料砷化鎵,但從技術上講已是二十多前的技術了,美國還會採用嗎?

近日,美國空軍宣布淘汰15架E3預警機,代之的是波音採購的26架E7。

E7是上世紀末與澳大利亞聯合研製的產品,它用的是當時最先進的半導體材料砷化鎵,但從技術上講已是二十多前的技術了,美國還會採用嗎?美國也許採用的只是用一個E7的殼來舊瓶裝新酒。而且,美國在F/A-18C上也是這麼幹過的。

2021年4月下旬,美國雷神公司透露該公司為現役F/A-18A~D升級有源相控陣雷達AN/APG-79(V)4的計劃已進行了兩年。雷神公司認為該計劃將是氮化鎵在機載火控雷達中的首次應用。

AN/APG-79(V)4有源相控陣雷達就是在AN/APG-79上改造而來的,從口徑上看已經小了不少,但它獲得了與F/A-18E/F類似的雷達探測能力,是F/A-18C的探測能力的2倍。但這畢竟是一款改造而來的雷達,它的很多能力無法整合,尤其是製冷系統,氮化鎵相控陣雷達往往7.7kw以上,F/A-18C的製冷系統是很難滿足要求的。口徑縮小減小總功率就成了一個選擇。

改造為海軍陸戰隊的F/A-18C雷達只是美國在氮化鎵相控陣雷達上的一次試水。其目的是為F/A-18E/F換裝新型相控陣雷達,雷神副總裁迪特馬爾斯透露,「在相同尺寸、孔徑和功率總量的情況下,探測距離大約增加了一倍」。

在美國,氮化鎵相控陣雷達不止雷神公司一家在發力,2020年2月28日,諾斯羅普·格魯門公司獲得對F16雷達改造合同,用的是AN/APG-83為「可變敏捷波束雷達」,從它的有稜有角的外形看,應該是氮化鎵相控陣雷達。2022年8月,美空軍宣布為72架F16換裝新型雷達,計劃在2025年前,為剩餘608架F16戰機進行升級。

諾斯羅普·格魯門公司不止在為F16造氮化鎵相控陣雷達,它還正在為F-35建造新型雷達,命名為AN/APG-85,並將替換掉F35block4版本以後的所有AN/APG-81雷達。諾·格順帶還吹了個牛,稱AN/APG-85是一種「先進的多功能傳感器,將與F-35飛機的所有型號兼容,並將能夠擊敗當前和預計的敵對空中和地面威脅。」

F-15EX裝備的依舊是老款的AN/APG-63(V)3有源相控陣雷達。據說F15EX也將換裝氮化鎵相控陣雷達。F15EX是一款重新研發的飛機,以它的雙發重型戰鬥機的能力,它的雷達應該會比AN/APG-85與F35的兼容性更好一些。

美國氮化鎵相控陣不止是在戰鬥機上發力,而且在地面與海面也在發力。

AN/SPY-7是洛克希德·馬丁公司研發的一款氮化鎵相控陣雷達,最初是為美海軍防空和飛彈防禦而開發的,後被改裝為美國飛彈防禦局(MDA)的遠程識別雷達(LRDR),作為陸基中段防禦系統的傳感器。洛馬的AN/SPY-7是單元級DAR,即每個T/R對應一個DBF數字波束成形器。AN/SPY-7採用可擴展雷達框架設計,是一型模塊化、可擴展的固態雷達,可提供不間斷的監視和防禦能力。通過縮減模板可成為新一代艦載固態有源相控陣雷達。

AN/SPY-7已被西班牙海軍配備在F110型護衛艦的宙斯盾戰鬥系統。加拿大海軍正在採購該雷達,計劃安裝於新型「哈利法克斯」級飛彈護衛艦。此外,日本原計劃AN/SPY-7雷達用於兩個宙斯盾岸基彈道飛彈防禦基地,現在打算將它裝在兩艘2萬噸的驅逐艦上。

與AN/SPY-7牆裡開花牆外香不同,AN/SPY-6是牆裡開花內外都香。目前,AN/SPY-6已經在「福特」級的「約翰 F·甘迺迪」號航母(CVN 79)安裝中,美國認為這將是第一艘搭載先進雷達的航空母艦。另外AN/SPY-6還用在美國最新型的護衛艦「星座」級上,用在伯克Ⅲ上(已與去年下水)。

SPY-6也是一款氮化鎵相控陣雷達,與SPY-7採用T/R采應DBF數字波束成形器不同,雷神的SPY-6(V)3採用的是子陣級,一個子陣RMA內共144個T/R,其中每36個T/R對應一個 digital REX。而SPY-7的單元級的數字T/R,每一個後方都設置一個數字波束成形器(digital beam former,DBF)來處理所有陣列單元回傳的數位信號而形成波束。顯然,這是兩種採用不同技術路徑的雷達。

SPY-6巳有多個型號,SPY-6(V)3是用在航母上的,因此也被稱為企業空中監視雷達(EASR),由三個固定面雷達陣列共同組成,為CVN 79航母提供360°的覆蓋。SPY-6(V)3除了具有SPY-6系列雷達成熟的多任務能力外,還具有滿足航母需求的獨特功能,包括氣象測繪和空中交通管制功能。

美國海軍、空軍都可以用上氮化鎵相控陣雷達了,那麼陸軍呢?

早在2016年3月,雷神公司就展示採用氮化鎵技術的「愛國者」防空反導系統AN/MPQ-65雷達。在2019年5月的演示活動中,雷神的「低層防空反導傳感器」系統戰勝了洛馬和諾格團隊,以單價高達6000萬美元左右的價格獲得了首批6套訂單。

雷神公司的「低層防空反導傳感器」除了前方的主陣列之外,後方增加兩個小陣列,這樣,「愛國者」防空反導系統單機即可完成360度探測能力,通過採用氮化鎵等技術,小陣列的「低層防空反導傳感器」在尺寸只有「愛國者」現役雷達的一半,但探測威力卻達到後者的兩倍以上。

美國氮化鎵雷達不止體現在海陸空,還體現在反隱身方面。2018年,TPY-X是一種 L波段有源相控陣雷達,主要用於防空警戒監視。但TPY-X似乎並不能滿是要求,2022年6月,諾斯羅普·格魯曼公司搞出了一款數字陣列雷達,這是一款新型機動雷達,叫AN/TPY-5(V)1,諾格稱能從數百公里甚至數千公里外,檢測到來襲威脅,計算其速度並接收可操作數據,同時,降低其傳感器的探測能力。並稱其為3D雷達。所謂3D,就是速度、方向、高度。從諾格的宣傳詞看,這應該是一款三座標遠程預警雷達。

另外,氮化鎵還進入了電子干擾與通訊領域。

2021年6月28日,美海軍批准「下一代干擾機-中波段」計劃進入生產和部署階段,可授出低速初始生產合同。它就是為EA-18G「咆哮者」電子戰飛機配裝新型干擾吊艙,叫AN/ALQ-249「下一代干擾機-中波段」(NGJ-MB)吊艙,已經進行多次試飛。該型吊艙由雷神公司研製,已採用氮化鎵技術。該吊艙使用最新的數字、軟體賦能和有源電子掃描陣列技術來對抗先進的和新興的威脅,並提供增強的空中電子攻擊能力,以擾亂、拒止和降級敵防空系統和地面通信系統。

通信領域就不介紹了,美國的所謂6G、星鏈、星盾都少不了氮化鎵。

結語:

美國在氮化鎵領域介入是最早的,這幾年由於某種原因稍稍有點拖後腿,但其底子還在。

美國在氮化鎵領域發力,並在海陸空天電網全面鋪開,特別是在機載火控雷達、防空反導雷達、遠程警戒雷達方面。而且,美國的氮化鎵是多條技術路徑並行發展。這些可都是燒錢玩意。

看來,美國是下血本了,一反過去的成本計算。尤其是一月份時,美國空軍花9.21億美元買了7架換裝了AN/APG-85雷達的F35。每套AN/APG-85價格高達近6000萬美元。與愛國者防空系統雷達「低層防空反導傳感器」差不多。也許真的是形式所迫,只有奮起直追了。

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