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氮化鎵世界!雷神公司贏得美陸軍“低層防空反導傳感器”項目競標

2019年10月16日,美國彭博新聞率先披露:美陸軍已選擇雷神公司作為“低層防空反導傳感器”(LTAMDS)項目的中標方,標志著洛馬和諾格兩大競標團隊最終落敗,“愛國者”系統雷達未來仍將由雷神研制。美國雷神公司官網也在10月17日宣布了這條消息。

“低層防空反導傳感器”項目是美陸軍未來司令部(AFC)組建后主導的首批重點武器研發項目之一,大量采用了非傳統采辦策略。該項目旨在研發一種多功能雷達系統,在替換現有AN/MPQ-65A“愛國者”雷達(同為雷神公司研制)的同時填補能力短板,對一體化防空反導體系中的低層傳感器組件進行現代化升級。新雷達將使美陸軍得以充分發揮“愛國者”PAC-3增強型導彈(PAC-3 MSE)的性能,該彈射程已超過現有“愛國者”雷達的探測范圍。除填補能力短板外,新雷達還將降低使用和維護成本,提升可靠性和可維護性。

“愛國者”PAC-3增強型導彈(PAC-3 MSE)采用了雙脈沖火箭發動機提高射程、機動性和殺傷力,洛馬公司稱該導彈在2018年7月的攔截試驗中創下了射程紀錄。上圖為該導彈進行試射,下圖從上往下為“愛國者”PAC-3攔截彈、PAC-3 MSE、“薩德”攔截彈和“薩德”增程型攔截彈的模型,它們都是洛馬公司產品。從下圖可見,PAC-3 MSE從中段彈體開始,直徑也比PAC-3原使用的攔截彈略有增大(美國洛馬公司圖片;美國《航空周刊與空間技術圖片》)

美陸軍于2017年批準了“低層防空反導傳感器”項目的采辦策略,將其形成初始作戰能力(IOC)的時間定在2027年。但美國國會對此并不滿意,于2018年春季將初始作戰能力的最終截止時間提前至2023年12月31日。2018年12月,美陸軍被迫放棄原定采辦策略,轉而采用中間層級采辦要求競標團隊進行快速原型研發,同時將初始作戰能力的時間進一步提前至2022年。

“低層防空反導傳感器”項目原定由諾格、洛馬、雷神和第四家公司共同競標,2018年9月范圍縮小至雷神和洛馬兩家,后來又將諾格納入其中。該項目是美陸軍未來司令部放棄傳統采辦策略、改用中間層級采辦所轉化的五大正式在冊項目之一。有關中間層級采辦,詳見我中心蔡天恒先生于2019年7月16日在本號發表的專欄文章“美軍正使用中層采辦以極其激進的方式加速形成裝備作戰能力”(點擊題名可直接訪問);這篇專欄文章也提供了截至當時已知的、美軍采用中間層級采辦進行快速原型/快速部署的主要采辦項目。

根據合同要求,雷神公司將生產6套新型“低層防空反導傳感器”項目雷達,用于資質認證和初期部署,后續可能獲得更多生產合同。目前美陸軍列裝有超過60套“愛國者”系統雷達,全球范圍內保有量約150套。但美國智庫蒂爾集團電子系統高級分析師大衛·洛克威爾稱,新型雷達按1比1比例替換“愛國者”雷達的可能性并不大,“連美陸軍能否買得起60套都是個問題”。這一方面是暗示新型雷達可能造價極高,另一方面美陸軍近年來以耗資數十億美元升級“愛國者”系統,其現有能力仍可滿足未來的部分需求。

雷神公司早在2016年3月就展示了改用氮化鎵技術的AN/MPQ-65雷達,如上圖所示。截至2019年10月17日,該公司已為17個國家和地區制造了240部“愛國者”系統的雷達。在“低層防空反導傳感器”發展中,美陸軍全面采用了快速采辦。一是利用中間層級采辦推行快速原型化,為此美陸軍直接舉辦了解決方案原型樣機外場演示驗證競賽活動,雷神、洛馬和諾格團隊均在2019年5月參加了該演示活動,隨后雷神公司才在2019年7月提交了自己的標書。二是美陸軍還利用“其他交易協議”(OTA)與雷神公司簽訂采購6套生產代表型系統的合同,有關“其他交易協議”,詳見我中心蔡天恒先生于2019年9月18日在本號發表的專欄文章“美軍重啟并擴大冷戰產物其他交易授權的使用以加速采辦中的合同簽訂”(點擊題名可直接訪問)。雷神公司“低層防空反導傳感器”首批6套生產代表型系統的單價高達6000萬美元左右,但我們認為:這對于初期系統來說屬于正,F象,隨著生產規模擴大、工藝穩定成熟,后續生產型系統的單價將會大幅降低(美國雷神公司圖片)

美陸軍在立項之初就反對“低層防空反導傳感器”項目具備全向探測能力,認為該能力可通過傳感器無縫集成而獲得。該軍種提出新雷達應具備的10項關鍵能力,從高到低分別為:防御戰術彈道導彈;防御反輻射導彈和對地攻擊導彈;防御非戰術彈道導彈;全扇區(full-sectored)防護;防御電子攻擊;支援“殺傷評估/攔截彈”;作戰和維護;訓練;定位精度;“大規模攻擊”(mass attack)。

美國雷神公司的“低層防空反導傳感器”原型機。該雷達也采用氮化鎵技術,除了前方的主陣列之外,后方增加兩個小陣列,在美陸軍不做強制性要求的情況下仍提供全向探測,表明即使有這兩個小陣列,雷神公司仍有把握滿足美陸軍的成本、進度、“六性”等要求。通過采用氮化鎵等技術,小陣列的尺寸只有“愛國者”現役雷達的一半,探測威力卻達到后者的兩倍以上。贏得該項目競標是雷神公司此前贏得美海軍艦載“防空反導雷達”(AMDR)即AN/APY-6雷達競爭后的又一勝利,凸顯該公司在新型雷達領域的優勢,也使該公司繼續坐穩“愛國者”系統雷達供應商位置,洛馬公司則將繼續為“愛國者”系統提供導彈(美國雷神公司圖片)

雷神公司負責一體化防空反導國內項目的業務拓展與戰略總監鮑勃·凱利稱,新型“低層防空反導傳感器”雷達給人的第一感覺是“非常大”,該雷達由三面固定陣列組成,運輸時必須事先折疊。雷達展開時,一面大型矩形陣列豎起在總長近8米的拖車上,兩面較小的陣列則以相反朝向按45°起豎角在拖車后部較低的地方展開。這對較小的陣列在尺寸上只有現役“愛國者”雷達的一半,但探測距離是其兩倍以上。凱利表示,該雷達“能夠同時、全向進行搜索、跟蹤和交戰”。折疊狀態的新雷達比現役“愛國者”雷達高0.61米、長2.74米、窄0.2米。該雷達的模型于2019年10月14日開幕的美陸軍協會2019年年會上進行了公開展示,其展開狀態下頂部距地面約30英尺(約合9.14米)。

上圖為美國洛馬公司團隊競標“低層防空反導傳感器”的雷達原型機,下圖為諾格公司競標用原型機。兩型雷達均采用了氮化鎵技術。目前,美、英、法、瑞典等國推出的多型陸基戰略預警、陸基和艦載防空反導雷達都已采用氮化鎵技術,其中不少型號都在國際市場上銷售。美國還已啟動將“薩德”反導系統中的雷達改用氮化鎵技術的工程研制,這樣其在韓國部署的“薩德”反導系統雷達,未來探測威力可能提高一倍以上。日本、以色列、俄羅斯等國也已發展氮化鎵雷達和/或氮化鎵雷達導引頭技術。瑞典發展了配裝氮化鎵預警雷達的“全球眼”預警機,已制造了擬配裝JAS-39E/F戰斗機后續批次的X波段機載氮化鎵有源相控陣火控雷達,并提供了樣機給美國進行技術評估;以色列從2016年12月開始交付意大利的“灣流”G550預警機也采用了氮化鎵技術。此外,美國AN/ALQ-249“下一代干擾機”吊艙、瑞典JAS-39E/F的內置和外掛電子戰系統等采用了氮化鎵技術,瑞典還推出了用于出口、采用氮化鎵技術的“阿雷克西斯”(Arexis)電子戰吊艙。美國還為目前未見披露具體型號的某種或幾種武器通信數據鏈采用了氮化鎵技術。大致統計,目前國外已有至少20多型雷達、導引頭、電子戰、通信系統已經、正在或即將采用氮化鎵技術,表明氮化鎵軍用電子系統正在實現大規模應用。美國防部國防高級研究計劃局(DARPA)和美空軍研究實驗室等正在推進該技術的進一步發展,有望使未來的氮化鎵雷達探測威力比現有的氮化鎵雷達又由大幅提高(美國洛馬公司圖片;美國諾格公司圖片)

作為落選方,洛馬公司與以色列埃爾塔系統公司組成競標團隊,提出了以后者研發的ELM-2084多任務雷達為基礎的改進型雷達。

諾格公司為美海軍陸戰隊發展的AN/TPS-80雷達,從天線陣列外形及其支撐機構等來看,與諾格公司的“低層防空反導傳感器”的雷達原型機很相似。該雷達于2017年2月完成初始集成試驗,在40多種不同的武器場景中鑒定了應對實際開火,完成了針對700多次實彈射擊的跟蹤,包括多種火箭彈、壓制火炮炮彈和迫擊炮彈。2017年3月交付首批低速初始生產型產品。首部采用氮化鎵技術的AN/TPS-80雷達在2018年7月交付美海軍陸戰隊,2019年6月7日,美海軍陸戰隊授予諾格公司一份合同,采購30部全速生產階段第6生產批次的該型雷達。進入全速生產階段之后,該雷達的單價約為2000萬~3000萬美元(美國諾格公司圖片)

諾格公司僅提供了其競標方案的部分技術細節,包括采用氮化鎵技術等,據估計可能是基于該公司為美海軍陸戰隊研制的AN/TPS-80地面/空中任務導向雷達(G/ATOR)。

美國防部國防高級研究計劃局(DARPA)已將氮化鎵研究推向“氮化鎵+”,擬通過增強的片上冷卻,將氮化鎵晶體管的功率密度由2016前后最高的10瓦/毫米左右,在2020年前后提升到25瓦/毫米左右。這樣可在提高可靠性的同時,將設備輸出功率提升至2016年時最先進氮化鎵技術的6.8倍,雷達探測距離和通信作用距離則分別提升至1.6倍和2.6倍。

聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫,觀點僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權或其他問題,請聯系舉報。

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