《青年日報》意外揭露國軍新型野戰被動相位雷達車部署澎湖,美媒宣稱它可偵測解放軍空軍殲-20隱身戰機。媒體報導,國防部長邱國正對洩密震怒,AIT也極為關切;國防部隨後否認報導。

這款雷達沒這麼厲害,剛好夠用而已,戰時能否發揮功能還不知道。

被動與主動相位雷達

相位雷達可分為主動相位陣列雷達(Active Electronically Scanned Array, AESA)和被動相位陣列雷達(Passive Electronically Scanned Array, PESA)兩類,在外觀方面兩者的盾陣基本相同,區別在於天線單元。

PESA雷達之所以「被動」,因為天線陣列的輻射器不發射電磁波,而是由一部中央發射機自動的分配電磁功率給各個輻射單元,再經過電腦控制電磁波發射的相位差,最後接至天線陣列面,每個盾陣大約有數十個天線單元。

目標反射信號則由接收機統一放大,基本上與普通機械掃描雷達差不多。在功率分配網路中的損耗較大,總體技術難度比AESA雷達小得多。而且,如果中央發射機或接收機被敵軍打掉,整部雷達就報銷。

如果關閉PESA雷達發射機、使用外部輻射源(例如電視台發射塔甚或手機基地台)發射電磁波,以2個或多個接收站協同輻射源工作,以確定目標資訊,而且可以避開反輻射飛彈的攻擊。或者,借助目標的輻射源來進行鎖定,PESA雷達比AESA雷達更為敏銳;只要目標發出一點而短暫的電磁信號,都可以在雷達幕上現出原形。目前還無法得知進駐澎湖PESA雷達的類型。

AESA雷達每個天線單元都配裝有一個發射/接收(T/R)元件,海軍型AESA雷達盾陣將近有數千個T/R元件,每個T/R元件都能靈活波束指向發射與接收,這就是「主動」的意思。即使有幾個組件被打掉,仍不影響整體效能。每個T/R元件上面可整合低噪放、移相器等部件,多採用固態器件,可大幅提高功率、減小雷達重量和體積、降低工作電壓、提高全方位多目標追蹤效率和可靠性。但最難做的,就是T/R組件。

AESA雷達在頻寬與信號處理都比PESA雷達具有優勢。正因為如此,AESA雷達的造價昂貴,工程化難度大;近年的趨勢是AESA雷達逐漸取代PESA雷達。我海軍所籌建的4500噸級巡防艦加裝相位雷達之後,噸位高達6000噸,可知其為沉重的PESA雷達。可能海軍尋求法國阿基坦級(Aquitaine)驅逐艦AESA雷達技術,應該是旋轉雙面陣。

相對來說,雖然PESA雷達在功率、效率、波束控制及可靠性等不如AESA雷達,但是在功能上卻明顯優於普通機械掃描雷達,不失為一種較好的折中方案。因此,我國在研發出實用的AESA雷達之前,完全可以採用PESA雷達作為過渡產品。而且,即使AESA雷達研發成功,PESA雷達作為相位雷達家族的低端產品,仍具有很大的實用價值。

例如伯克級驅逐艦最新的AN/SPY-6(V)AESA雷達共有37個模組、5328個T/R組件,靈敏度是第一代AN/SPY-1(PESA)的70倍、探測距離為2倍、雷達截面積(RCS)偵測小50%、導彈引導數量多3倍。

矛與盾:相位雷達與隱身戰機

軍事上必然有矛與盾的原則,意思是有攻擊手段就有防禦工具,有克敵制勝的矛,就會演變出克制尖矛的盾,而且兩者是競爭關係。無論武器如何發展依然離不開這個原則,例如有戰車就有反戰車武器,有飛彈就有反飛彈武器,有潛艦就有反潛武器,有隱身戰機就有相位雷達。

隱身戰機屬於攻擊型武器,是為矛,而相位雷達則屬於防守型武器,是為盾。當相位雷達遇上隱身戰機將會如何?傳統雷達以360度旋轉發射電磁波探測,根據波長來判斷空中威脅。傳統雷達缺點是旋轉掃描頻率低,可跟蹤目標少,若敵機速度快飛得高,再加上匿蹤氣動佈局、隱身塗層、隔熱材料,傳統雷達根本無法捕捉,而相位雷達解決了這個問題。

相位陣列雷達利用大量獨立控制的小型輻射單元排列成天線陣面,每個單元都具備獨立的移相控制,通過控制各天線單元發射的相位,就能合成不同相位波束,頗為類似蒼蠅或蜻蜓的「複眼」,其探測能力高出傳統雷達數十倍甚至數百倍,是對付隱身戰機的利器。

由於相位雷達強大的多波束控制、高資料率處理能力、強抗干擾能力和高可靠性,較能提高發現隱身戰機的概率。

2018年12月在敘利亞附近空域,1架配備PESA雷達的俄羅斯蘇-35戰機居然捕捉到了美軍F-22,俄羅斯公佈了照片的確顯示出F-22的身影。其實,蘇-35使用的是光電探測器抓到的,而不是PESA雷達;可能F-22更遠就已經鎖定了蘇-35,只是美軍沒說。

2020年2月,德國研發新型PESA雷達捕捉到了美軍2架F-35,並持續跟蹤了150公里,是否表示隱身戰機的優勢不再?德國這款雷達是遠端探測雷達,主要是根據偵測電離層中的電磁信號。即使捕捉到了F-35,但因距離遙遠極易受到干擾,就算沒有干擾,看得到卻打不到,也是枉然。

此外,由於隱身戰機只針對釐米波(波長1公分到10公分)雷達隱身,世界上90%的防空雷達工作都在這一波段。要想讓雷達捕捉隱身戰機,擴展雷達的工作波段範圍變成了重點,把釐米波雷達擴展成為米波雷達與分米波(10公分到100公分)雷達,可讓隱身戰機重新現身。

然而,米波與分米波雷達身形必然十分龐大、工作距離更遠、更能探測到遠距離內的隱身飛機。

澎湖野戰PESA雷達能否捕捉殲-20?

僅需2部野戰PESA雷達扇面可達240度,理論上足以覆蓋澎湖到大陸空域,號稱能鎖定殲-20。

暫且不論殲-20氣動外形,有人說機體太長,也有人說前置翼(鴨翼,Canard Wing)妨礙隱身、RCS比F-22高。僅就隱身塗層而言,殲-20明顯的比F-22為佳。F-22和F-35採用聚合物隱身塗層的技術,中國的殲-20則採用超材料(Meta-Material)奈米隱身薄膜覆蓋技術,而且無需像F-22一樣需要恒溫恒濕專用機庫,效能更高、壽命更長、更換更方便、價格低廉。

天然材料不可能使光線彎曲,但是奈米結構超材料卻可以。在殲-20機體周圍控制和彎曲光線,使電磁波吸收、折射或穿越物體(例如座艙罩),達到隱身效果。現在解放軍第三代超材料隱身塗層可以類比周邊環境的電磁特徵,使得機上電子裝備的頻譜特徵與大自然融為一體,偵察機或是衛星都無法探測。

根據解放軍的說法,殲-20是扮演踹門的角色,把澎湖防空網撕開一個裂口,殲-16接著進攻。在「A射B導」的情景之下,殲-20必然保持無線電靜默,由附近(例如西南空域)的預警機、偵察機甚或衛星提供目標資訊,然後導引殲-20開火。等到澎湖雷達發現殲-20的時候,已經來不及。國軍所要防的其實不是殲-20,而是提供目標資訊的預警機、偵察機或衛星。

矛與盾原則展現出來的不止是攻防而已,還包括了軍備競賽;國軍裝備了PESA雷達,解放軍必然也有反輻射飛彈、電子干擾、誘使國軍開啟雷達、電磁脈衝彈等等;特別是後者能夠癱瘓所有的電子設備,澎湖的PESA雷達前景堪慮。

未來為降低雷達的易毀性,相位陣列雷達性能必須不斷提升,數位化與模組化已經是趨勢。數位化與模組化將增加雷達固態積體電路,數位化波束提升雷達的掃描頻率、掃描範圍以及抗干擾性,而且整合更多的功能例如雷達、通信、電子作戰、情報、監視、偵察、主動與被動傳感於一體。

結論

澎湖進駐野戰PESA雷達固然可以提高防空能力,但是值得注意的是,每當國軍配備新武器,都不免進入軍備競賽的怪圈,即使國軍聲稱這不是軍備競賽。共軍將會使用更高端更極端的方式反制,強迫國軍研發或採購更新型的雷達。

例如當PESA雷達進駐澎湖之後,本身就成為解放軍優先打擊的對象之一,各種偵測設備包括衛星不會怠惰的。為保證PESA雷達的存活性,難不成要打衛星?兩岸關係居然變成軍備競賽關係,實在不幸。

(作者為台灣國際戰略學會研究員,法國博士,國戰會專稿,本文授權與洞傳媒國戰會論壇、中時新聞網言論頻道同步刊登)

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