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軍工發展史:中國機載雷達發展的真實軌跡

(2012-01-02 21:22:17) 下一個

軍工發展史:中國機載雷達發展的真實軌跡


(2011-12-27 10:32:51)













         在我國的雷達界,很早就形成了自力更生的傳統。從20世紀50年代初,我國就開始自主研製雷達,當時很 多人沒見過雷達,更不知道該怎麽做。經過幾十年的艱苦奮鬥,目前我國已發展為既是雷達大國,也是雷達強國。每年例行舉辦的"係列國際雷達會議",我國是與 美國、英國、法國和澳大利亞並列的5個輪流主辦國之一。在三坐標雷達、低空雷達、機載預警雷達、數字陣列雷達、相控陣雷達和精密跟蹤雷達等領域都邁入了國 際先進行列。親愛的讀者,如果你不太看得上我國的雷達技術水平包括機載雷達技術水平,我願做一個國產雷達榮譽的捍衛者,跳出來與你爭論一番。


    先解決有無問題


    20世紀50年代中國戰鬥機機載雷達發展的初期階段,由於我國的戰鬥機是仿製蘇聯的型號,所以,機載雷達也以仿製蘇聯戰鬥機機載雷達為主。這一時期,機載雷達的加裝,主要是滿足夜間飛行員目視能力下降情況下的國土防空作戰需要。


    熱門作戰飛機:


    殲20戰鬥機, 殲15戰鬥機,


    轟-6戰神, 翔龍偵察機, 梟龍


    我國隨蘇聯米格-17和米格-19戰鬥機引進的機載雷達係統,最早都是測距器,隻能測量目標距雷達的距 離(速度也可由距離與時間的比值算出),不能測量目標的方位和高度,作用距離不超過兩千米。殲5和殲6飛機先是采用裝備米格-15、米格-17和米格 -19飛機上的СРД-1/1M及其改進型測距器,自 20世紀50年代後期開始裝備РП-1/5型及其改進型雷達,對圖-4飛機的作用距離也不超過10千米。此時,雷達技術開始采用圓錐掃描體製和普通脈衝方 式。受到雷達係統本身技術性能差和載機空間不足的限製,我國早期夜間戰鬥機上使用的機載雷達存在有效作用距離短、抗雜波和幹擾能力弱、低空探測效果差、可 靠性不高和缺乏配套機載武器的問題,並不能完全滿足我軍戰鬥機部隊執行國土防空作戰的需求。但這一時期,世界先進國家的雷達水平也不過爾爾。從實際使用來 看,我國裝備的蘇製機載雷達的夜間戰鬥機,在攔截國民黨軍夜間低空偵察機的作戰行動中,實戰效果有限,在受到敵方飛機施放電子幹擾和地麵背景雜波影響的情 況下,常常不能正確判定目標。可以說,此時的機載雷達,隻能說是對目視能力的一定補償,暫時解決了我軍機載雷達的有無問題。


    落差漸大


    20世紀六七十年代國外機載雷達技術在這個時期是迅速提高階段,單脈衝技術、脈衝壓縮技術已經成熟並在 機載雷達上使用,脈衝多普勒技術則開始進入裝備的試生產,而相控陣技術也已經起步。由於中蘇關係變化,一時間中國機載雷達科研和生產單位失去了外來的技術 支持,在加上國內政治形勢的變化,機載火控雷達的發展速度變慢。我國的機載雷達技術在艱難中繼續前行。


    20世紀60年代初,我國開始研製殲7飛機。最早的機型殲7I采用蘇聯СРД-5A/5MK型雷達測距器的國產型CL-2,作用距離有3千米和8千米兩檔;殲7係列的最早出口型——殲7A和此後的國內型號——殲7II則都采用國產的222型測距器。


    1966年3月,為滿足強5攻擊機的使用需要,我國在對國外樣機進行測繪和研製工作的基礎上,1970 年夏試製完成兩部樣機,1976年完成各項空中試驗並轉入小批生產,陸續裝備強5飛機,雷達型號為317。1974至1976年,將317雷達小型化並研 製出兩部樣機,命名為317甲型。1979年完成空中試驗,但未定型生產。317型雷達長期裝備強5飛機,為我國近海對海對麵防衛發揮了突出作用。它采用 單脈衝體製,具有空空上視搜索與跟蹤功能,不具備下視能力;但具備地形測繪、等高麵測繪、地形回避和空地測距等多種功能。


    幾乎與此同時,我國開始研發殲8戰機,這是我國20世紀 60年代中期戰鬥機研製項目中最重要的型號。為了提高殲8戰鬥機的戰術性能和全天候作戰能力,國內也開始研製與之配套的機載雷達係統,即204單脈衝火控 雷達。該火控雷達項目在落實了研製所需要的142項試製任務後,一年內就完成了原理樣機。但是,由於雷達係統設計不完善以及材料、元件上所存在的缺陷,使 該係統的試驗工作困難重重。盡管雷達樣機在1971年就已開始裝機試用,但卻長期無法達到實用水平。最終由於雷達係統研製進度的拖延,直接影響到殲8戰鬥 機的整體進度,使得殲8在缺乏全天候火控雷達係統的情況下,隻能被迫安裝雷達測距儀,按照白天型戰鬥機的標準定了型。直到20世紀80年代,殲8才重新按 照1964年提出的原設計要求,研製完成了單脈衝體製的火控雷達,並完成定型。此時,已過去了20年。


    因為雷達係統和機體的研製全麵落後於原計劃的時間要求,所以致使殲8和殲8I戰鬥機並沒有向研製項目開 始時計劃的那樣成為中國戰鬥機換代機型,而隻是一個在新型戰鬥機定型裝備前的過渡機型。就在殲8和殲8I戰鬥機火控雷達完成定型的時候,此時國外戰鬥機機 載火控雷達技術已經步入了脈衝多普勒的成熟應用階段,並且開始采用合成孔徑體製,雷達的發展呈現出多功能化、高可靠性和抗幹擾能力強的特點。中國與西方發 達國家在雷達技術上的差距,被曆史性地拉開了。


    嚐試研製預警機


    空警1號 20世紀60至70年代,我國開始嚐試研製預警機。萬事開頭難,由於當時的技術基礎薄弱,最後未能解決雷達反雜波的問題,致使裝備未能服役,最後收藏於中國航空博物館。


    新中國建立以後,國民黨空軍的飛機經常從低空和超低空入侵大陸地區,而地麵雷達由於盲區較大,難以發現這些飛機目標。1969年9月26日,中央軍委發出了研製空中預警機的指示。


    為此,我們決定將當時先進的843地麵雷達進行小型化後搬上飛機。其發射機重200多千克,除磁控管、 顯像管外,其它器件已經是半導體化。1974年,在解決了飛機加裝巨大雷達天線罩後的飛行安全性試驗完成之後,開始了以雷達為主的試飛。試飛結果表明,無 論是在平原、沙漠或山區的地物回波都很強,雷達沒有下視能力,但在青海湖湖麵能發現低空目標。這說明,湖麵的回波強度比陸地小得多。因此,可以推斷此時的 雷達在海麵上空有下視能力。為此在1976年3月進行了第一次海上試飛。其結果,在渤海灣能看到300千米左右的船隻和220千米左右的低空飛機,但是在 海麵上空看目標,仍然受到較嚴重的海浪雜波幹擾。在較強的海浪情況下,在50~100千米以內還是難以發現目標。為此,項目組於1976年下半年開始,著 眼於提高空警1號看海上目標的性能,同時繼續采取措施,對陸地上空的下視能力做進一步試驗。這一階段,換裝了更好的雷達發射機,進一步提高了接收機的靈敏 度,加裝了動目標顯示裝置,並且重返渤海灣進行了試飛。試飛結果表明,雷達在空中工作穩定,磁控管發射機無打火現象,抑製海浪雜波能力有所改善,但由於此 時的動目標顯示裝置不能對飛機運動作出補償,因此,飛機在海麵上空飛行時的下視效果仍然不是很好,更別提在陸地上空了,仍不具備下視能力。


    奮起直追與和平典範


    20世紀80年代自20世紀70年代末開始,由於國家整體形勢好轉,我國在機載雷達領域奮起直追。 1980年6月,中國開始從英國引進"空中巡邏兵"-7M型測距器,同時安排國內試製生產,並裝備殲7B、殲7M和殲7MP等出口型號,而殲7P及此後的 殲7PG則由巴基斯坦選用了意大利 Grifio-7型單脈衝雷達,作用距離達55千米。1980年,國內殲7型號——殲7III及殲7IIIA都開始采用國產JL-7單脈衝雷達。20世紀 90年代以後,國內殲7飛機的最新型號殲7G則選用了以色列EL/M 2032型脈衝多普勒雷達的國內生產型號,最大作用距離超過60千米。同時,我國開始為殲8 II飛機立項研製機載脈衝多普勒火控雷達。


    我國之所以能夠決策自行研製機載PD雷達,是因為此時我國已經在"三高"技術方麵取得了突破。20世紀 80年代初,我們攻克了超低副瓣天線技術,獲得了國家科技進步一等獎。接著,高純頻譜發射機也研製出來,唯一尚待解決的是高性能處理器。但是,由於20世 紀70年代後期,集成電路開始小規模發展,到80年代末期已發展成為中大規模,這樣濾波器的實現已經不成問題,高性能處理器已經可以通過一塊集成電路板來 實現了。


    與此同時,美國出於對抗蘇聯的需要,開始考慮與中國進行軍事合作,中國進入了同西方進行軍事合作的蜜月 期。1986年,中國空軍高級代表團在訪問法國時,法國政府原則同意向中國出口"幻影"2000C戰鬥機用於測試評估。得知這一消息後,美國著急了,立即 展開遊說,隨後便與中國達成了中美兩國建交以來的最大一筆武器貿易合同,項目代號"和平典範"。其內容是,由美國格魯曼公司作為總承包商,對中國殲8係列 飛機中的最新型號進行改進,改進內容之一便是換裝美國機載火控雷達。


    1987年,中方將兩架殲8II飛機和1架1:1模型運抵美國。1988年底前,格魯曼公司完成了航電 係統的安裝與測試,首先完成的便是加裝 AN/APG-66雷達。殲8II最初的火控係統采用單脈衝雷達體製,僅能對付中高空目標,這也是當時米格-23、F-104等典型第二代戰鬥機共同的特 點,隻有上視能力,無法下視探測。AN/APG-66雷達當時裝備F-16A/B戰鬥機上,為脈衝多普勒體製,是當時最先進的機載雷達之一。


    AN/APG-66雷達采用平板縫隙天線,對戰鬥機的上視探測距離為46~74千米,下視探測距離 37~55千米,既能空空搜索,又能進行地圖測繪和對海搜索。殲8II戰機有了這樣的雷達,就能有效地攔截低空突防的敵方飛機和導彈,例如當時已大量裝備 蘇軍的圖-22"逆火"轟炸機和蘇-24"擊劍手"戰鬥轟炸機,如果不是采用AN/APG-66雷達,僅僅靠過去的單脈衝體製雷達,要想攔截這些飛機是無 法做到的。


    首架裝備 AN/APG-66火控雷達係統的殲8II於1988年首飛成功,隨後飛抵愛德華茲空軍基地進行全麵試飛。1989年6月,美國因為政治原因單方麵中止 "和平典範"工程,早先運抵美國的兩架殲8II飛機和1架模型被拆除美國的設備後於1992年交還中國,現收藏在中國航空博物館內。


    "和平典範"雖然沒有像它的名字所標榜的那樣,成為我國同西方先進國家在軍事領域進行合作的樣板,但影 響也是深遠的。中方在與西方軍工企業合作過程中極大地開闊了視野,看到了中國在電子和航空領域追趕世界一流水平的方向和道路。在中美合作中止後不久,中國 自主研製開發了殲8II M改進型,爾後中國國產新型戰鬥機的設計,更是以西方的標準貫穿始終。


    但是,與國外的差距畢竟在短時間內不能彌補。在國內立項研製相應型號的同時,為滿足裝備急需,我國於 20世紀90年代初期在與蘇聯恢複友好關係後,開始為殲8飛機的新改型——殲8 II M飛機引進了Zhuk-8II雷達。該雷達工作在X波段,能夠在高和中兩種脈衝重複頻率下工作。高脈衝重複頻率發射脈衝的速度很快,具有對迎頭目標發現距 離比較遠和測速準確的優點,可用於在遠距離上搜索目標;低脈衝重複頻率發射脈衝的速度很慢,具有測距準確的優點,用於對地麵成像和上視搜索;而中脈衝重複 頻率發射脈衝的速度介於二者之間,具有對迎頭和尾隨目標發現距離比較均衡的優點,用於下視時的空域搜索;如果雷達能夠同時在這三種脈衝重複頻率上工作,則 稱為全波形。美國於1980年開始研製的AN/APG-68雷達,裝備用於F-16C/D戰鬥機上,它是世界上第一部全波形機載火控雷達。而Zhuk- 8II雷達的性能與AN/APG-65接近,後者是於1975年開始研製、1982年交付使用,它裝備於F/A-18戰鬥機上。AN/APG-65雷達代 表了20世紀80年代的最高水平。


    同一時期,為謀求對強5的改進,南昌飛機公司與意大利航宇公司聯合,共同研製新型強5M。強5M以強5IA為基礎,加裝了意大利研製的綜合化航空電子、攻擊係統,主要包括先進的慣性導航係統、多功能平顯、高精度雷達測距器、數字式大氣數據計算機及大容量中央計算機。


    有了自己的火控雷達


    20世紀90年代通過近20年時間建立的技術儲備和從國外吸收的部分先進技術與設計思想,我國機載脈衝 多普勒火控雷達技術開始步入快速發展的新階段。從 1990年開始,先後有多台技術原理樣機投入技術驗證和係統完善工作中。通過5年左右的技術攻關,完成了從低脈衝重複頻率的單脈衝體製到全波形脈衝多普勒 體製之間的技術跨越。20世紀90年代中期,我國自行研製的中低重複頻率脈衝多普勒火控雷達終於裝備殲8II飛機。我國自行研製的"飛豹"戰鬥轟炸機,也 裝備了我國自行研製的全波形機載火控雷達,這標誌著我國用10年的時間,已將國產脈衝多普勒火控雷達由探索階段發展到全麵應用階段。


    在這一時期,我國開始引進俄羅斯PERO、SKOL兩種無源相控陣天線。與此同時,國內開展了利用國產器件完成了無源相控陣試驗樣機研製。實際上,我國在20世紀70年代就開始了無源相控陣雷達原理樣機的研究,並曾於1978年研製出用於水轟5的無源相控陣水麵搜索雷達。


    1992 年,我國正式恢複了發展預警機的計劃。因為1991年的海灣戰爭,標誌著世界軍事技術開始全麵深入。由於預警機在戰爭中的出色表現,以及當時的國際和國內 環境,我國迫切需要作為信息化武器裝備的預警機。由於當時國內關於能否自主研製預警機並沒有形成統一意見,最後國家決策通過引進先進國家的裝備來解決急 需,同時在引進過程中提高自己的技術水平。又因為從20世紀80年代開始,國際上掀起了研製相控陣雷達預警機的熱潮,以色列、瑞典和美國等一些先進國家已 進入型號研製,表明相控陣雷達預警機是新一代預警機的研究發展方向。因此,在對世界各國預警機進行充分考察和研究的基礎上,我國預警機的引進目標被定位在 有源相控陣。


    就在引進工作進入係統集成的關鍵時刻,由於美國的強行幹預,我國的引進合同因為單方麵被撕毀而中止。在 對外合作過程中,我國堅持了"合作研製"的基本方針。一方麵,技術方案由雙方共同製定;另一方麵,我國堅持很多關鍵性設備(例如雷達的收/發組件和天線 罩)由自己生產。同時,國家另外投入一筆資金,同步安排國內包括雷達在內的其他任務係統的同步研製。當時,曾經有不少人認為沒有必要,理由就是,現在不是 能買到了嗎?為什麽還要自己搞?在每一種先進武器裝備開始對外合作時,總是有不少人抱有這種能從國外買到,就不用自己搞的想法,這是國防工業發展的最大障 礙之一。實際上,從對外引進到自力更生,常常是很多高新技術武器裝備的發展建設之路,正是因為當時我們堅持了這樣的基本方針,才使得後來外方撕毀合同時, 我們已經具備了自行研製的基礎。


    其中,固態收發組件的大批量生產是當時需要突破的最大障礙之一。由於收發組件的數量眾多,生產出來的每 一個收發組件其性能應該一致,這就要求收發組件的加工工藝非常高。這個難題,我們在很短時間內就解決了。一方麵,得益於我國在"八五"期間就開展了預先研 究,十幾年來沒有中斷,積累了一定的經驗;另一方麵,則得益於當時對外合作的過程中,引進了外方的工藝規範和質量管理體係。


    相比於機載預警雷達的收發組件研製來說,機載火控雷達的收發組件研製有著更大難度。由於火控雷達的工作 頻段更高,收發組件的設計和製造更為艱難,且由於戰鬥機上的空間、重量和電力更為有限,要求把收發組件做得更輕、更小、對電能的利用效率更高。但是,在國 產有源相控陣預警機開發過程中積累的相關經驗,無疑為研製我國有源相控陣體製的機載火控雷達打下堅實基礎。


    第四代的雷達怎麽樣?


    進入21世紀後,我國機載火控雷達進入了成熟應用的階段,機械掃描體製的火控雷達技術水平與先進國家相 當,也就是達到上世紀90年代中期國際機載火控雷達的先進水平,因為當時國外的無源或有源相控陣雷達都沒有成熟應用。我軍新型作戰飛機裝備的雷達係統以脈 衝多普勒體製和平板縫陣天線為標誌,已經由單純的製空作戰發展到了具備地形測繪、合成孔徑、地形跟隨等功能,具備較強對地、海目標作戰能力,是現代化多功 能火控雷達係統,目前已經全麵裝備包括殲11、殲10和"梟龍"在內的國產新型戰鬥機,可以滿足為我國第三代戰鬥機配套的需要。與此同時,我國在機載預警 雷達領域則處於世界先進水平。2010年2月,美國智庫詹姆斯敦基金會發表文章稱,中國人民解放軍采用有源相控陣技術的空警2000和空警200預警機比 美國E-3C和E-2預警機整整領先一代。


    這兩型采用有源相控陣機載預警雷達的研製,大大促進了我國有源相控陣技術的發展。2011年1月,中國 第四代新型戰鬥機橫空出世,應該說明我國機載火控雷達跨越了無源相控陣階段,直接進入了有源相控陣機載火控雷達的研製。因為根據一般武器裝備的開發規律, 該機能夠首飛,說明相關的配套係統已經具備研製能力,甚至在整機之前已經完成生產。作為我國的四代機,不能完全背離國際上四代機所具備的特點另起爐灶,采 用國外四代機甚至不少三代機都已經裝備的有源相控陣雷達,應該是毫無疑問的。


    至於國產四代機的雷達性能如何,與F-22的火控雷達性能相當,應該是比較現實的推測。首先,我國的有 源相控陣雷達技術通過預警機工程,已經在本世紀初取得了重大突破;其次,即使我國在高波段收發組件的研製方麵仍然存在與先進國家的差異,但在中國第四代新 型戰機正式服役時(估計5—8年後),達到F- 22服役(2005年)的水平,應該是沒有問題的。而且,通過對我國幾十年來機載雷達技術發展脈絡的勾勒,我們已經看到,其技術追趕的速度是越來越快,在 有些領域,我們還在落後;在某些領域,我們已經完成追趕;在有的領域,我們已經實現領先,這也正是我國國防工業的整體寫照。


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