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氮化鎵世界!雷神公司贏得美陸軍“低層防空反導(dǎo)傳感器”項(xiàng)目競(jìng)標(biāo)

2019年10月16日,美國(guó)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(dǎo)傳感器”(LTAMDS)項(xiàng)目的中標(biāo)方,標(biāo)志著洛馬和諾格兩大競(jìng)標(biāo)團(tuán)隊(duì)最終落敗,“愛(ài)國(guó)者”系統(tǒng)雷達(dá)未來(lái)仍將由雷神研制。美國(guó)雷神公司官網(wǎng)也在10月17日宣布了這條消息。

“低層防空反導(dǎo)傳感器”項(xiàng)目是美陸軍未來(lái)司令部(AFC)組建后主導(dǎo)的首批重點(diǎn)武器研發(fā)項(xiàng)目之一,大量采用了非傳統(tǒng)采辦策略。該項(xiàng)目旨在研發(fā)一種多功能雷達(dá)系統(tǒng),在替換現(xiàn)有AN/MPQ-65A“愛(ài)國(guó)者”雷達(dá)(同為雷神公司研制)的同時(shí)填補(bǔ)能力短板,對(duì)一體化防空反導(dǎo)體系中的低層傳感器組件進(jìn)行現(xiàn)代化升級(jí)。新雷達(dá)將使美陸軍得以充分發(fā)揮“愛(ài)國(guó)者”P(pán)AC-3增強(qiáng)型導(dǎo)彈(PAC-3 MSE)的性能,該彈射程已超過(guò)現(xiàn)有“愛(ài)國(guó)者”雷達(dá)的探測(cè)范圍。除填補(bǔ)能力短板外,新雷達(dá)還將降低使用和維護(hù)成本,提升可靠性和可維護(hù)性。

“愛(ài)國(guó)者”P(pán)AC-3增強(qiáng)型導(dǎo)彈(PAC-3 MSE)采用了雙脈沖火箭發(fā)動(dòng)機(jī)提高射程、機(jī)動(dòng)性和殺傷力,洛馬公司稱(chēng)該導(dǎo)彈在2018年7月的攔截試驗(yàn)中創(chuàng)下了射程紀(jì)錄。上圖為該導(dǎo)彈進(jìn)行試射,下圖從上往下為“愛(ài)國(guó)者”P(pán)AC-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(chǎn)品。從下圖可見(jiàn),PAC-3 MSE從中段彈體開(kāi)始,直徑也比PAC-3原使用的攔截彈略有增大(美國(guó)洛馬公司圖片;美國(guó)《航空周刊與空間技術(shù)圖片》)

美陸軍于2017年批準(zhǔn)了“低層防空反導(dǎo)傳感器”項(xiàng)目的采辦策略,將其形成初始作戰(zhàn)能力(IOC)的時(shí)間定在2027年。但美國(guó)國(guó)會(huì)對(duì)此并不滿(mǎn)意,于2018年春季將初始作戰(zhàn)能力的最終截止時(shí)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(zhuǎn)而采用中間層級(jí)采辦要求競(jìng)標(biāo)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行快速原型研發(fā),同時(shí)將初始作戰(zhàn)能力的時(shí)間進(jìn)一步提前至2022年。

“低層防空反導(dǎo)傳感器”項(xiàng)目原定由諾格、洛馬、雷神和第四家公司共同競(jìng)標(biāo),2018年9月范圍縮小至雷神和洛馬兩家,后來(lái)又將諾格納入其中。該項(xiàng)目是美陸軍未來(lái)司令部放棄傳統(tǒng)采辦策略、改用中間層級(jí)采辦所轉(zhuǎn)化的五大正式在冊(cè)項(xiàng)目之一。有關(guān)中間層級(jí)采辦,詳見(jiàn)我中心蔡天恒先生于2019年7月16日在本號(hào)發(fā)表的專(zhuān)欄文章“美軍正使用中層采辦以極其激進(jìn)的方式加速形成裝備作戰(zhàn)能力”(點(diǎn)擊題名可直接訪問(wèn));這篇專(zhuān)欄文章也提供了截至當(dāng)時(shí)已知的、美軍采用中間層級(jí)采辦進(jìn)行快速原型/快速部署的主要采辦項(xiàng)目。

根據(jù)合同要求,雷神公司將生產(chǎn)6套新型“低層防空反導(dǎo)傳感器”項(xiàng)目雷達(dá),用于資質(zhì)認(rèn)證和初期部署,后續(xù)可能獲得更多生產(chǎn)合同。目前美陸軍列裝有超過(guò)60套“愛(ài)國(guó)者”系統(tǒng)雷達(dá),全球范圍內(nèi)保有量約150套。但美國(guó)智庫(kù)蒂爾集團(tuán)電子系統(tǒng)高級(jí)分析師大衛(wèi)·洛克威爾稱(chēng),新型雷達(dá)按1比1比例替換“愛(ài)國(guó)者”雷達(dá)的可能性并不大,“連美陸軍能否買(mǎi)得起60套都是個(gè)問(wèn)題”。這一方面是暗示新型雷達(dá)可能造價(jià)極高,另一方面美陸軍近年來(lái)以耗資數(shù)十億美元升級(jí)“愛(ài)國(guó)者”系統(tǒng),其現(xiàn)有能力仍可滿(mǎn)足未來(lái)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(shù)的AN/MPQ-65雷達(dá),如上圖所示。截至2019年10月17日,該公司已為17個(gè)國(guó)家和地區(qū)制造了240部“愛(ài)國(guó)者”系統(tǒng)的雷達(dá)。在“低層防空反導(dǎo)傳感器”發(fā)展中,美陸軍全面采用了快速采辦。一是利用中間層級(jí)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(jī)外場(chǎng)演示驗(yàn)證競(jìng)賽活動(dòng),雷神、洛馬和諾格團(tuán)隊(duì)均在2019年5月參加了該演示活動(dòng),隨后雷神公司才在2019年7月提交了自己的標(biāo)書(shū)。二是美陸軍還利用“其他交易協(xié)議”(OTA)與雷神公司簽訂采購(gòu)6套生產(chǎn)代表型系統(tǒng)的合同,有關(guān)“其他交易協(xié)議”,詳見(jiàn)我中心蔡天恒先生于2019年9月18日在本號(hào)發(fā)表的專(zhuān)欄文章“美軍重啟并擴(kuò)大冷戰(zhàn)產(chǎn)物其他交易授權(quán)的使用以加速采辦中的合同簽訂”(點(diǎn)擊題名可直接訪問(wèn))。雷神公司“低層防空反導(dǎo)傳感器”首批6套生產(chǎn)代表型系統(tǒng)的單價(jià)高達(dá)6000萬(wàn)美元左右,但我們認(rèn)為:這對(duì)于初期系統(tǒng)來(lái)說(shuō)屬于正,F(xiàn)象,隨著生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大、工藝穩(wěn)定成熟,后續(xù)生產(chǎn)型系統(tǒng)的單價(jià)將會(huì)大幅降低(美國(guó)雷神公司圖片)

美陸軍在立項(xiàng)之初就反對(duì)“低層防空反導(dǎo)傳感器”項(xiàng)目具備全向探測(cè)能力,認(rèn)為該能力可通過(guò)傳感器無(wú)縫集成而獲得。該軍種提出新雷達(dá)應(yīng)具備的10項(xiàng)關(guān)鍵能力,從高到低分別為:防御戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈;防御反輻射導(dǎo)彈和對(duì)地攻擊導(dǎo)彈;防御非戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈;全扇區(qū)(full-sectored)防護(hù);防御電子攻擊;支援“殺傷評(píng)估/攔截彈”;作戰(zhàn)和維護(hù);訓(xùn)練;定位精度;“大規(guī)模攻擊”(mass attack)。

美國(guó)雷神公司的“低層防空反導(dǎo)傳感器”原型機(jī)。該雷達(dá)也采用氮化鎵技術(shù),除了前方的主陣列之外,后方增加兩個(gè)小陣列,在美陸軍不做強(qiáng)制性要求的情況下仍提供全向探測(cè),表明即使有這兩個(gè)小陣列,雷神公司仍有把握滿(mǎn)足美陸軍的成本、進(jìn)度、“六性”等要求。通過(guò)采用氮化鎵等技術(shù),小陣列的尺寸只有“愛(ài)國(guó)者”現(xiàn)役雷達(dá)的一半,探測(cè)威力卻達(dá)到后者的兩倍以上。贏得該項(xiàng)目競(jìng)標(biāo)是雷神公司此前贏得美海軍艦載“防空反導(dǎo)雷達(dá)”(AMDR)即AN/APY-6雷達(dá)競(jìng)爭(zhēng)后的又一勝利,凸顯該公司在新型雷達(dá)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì),也使該公司繼續(xù)坐穩(wěn)“愛(ài)國(guó)者”系統(tǒng)雷達(dá)供應(yīng)商位置,洛馬公司則將繼續(xù)為“愛(ài)國(guó)者”系統(tǒng)提供導(dǎo)彈(美國(guó)雷神公司圖片)

雷神公司負(fù)責(zé)一體化防空反導(dǎo)國(guó)內(nèi)項(xiàng)目的業(yè)務(wù)拓展與戰(zhàn)略總監(jiān)鮑勃·凱利稱(chēng),新型“低層防空反導(dǎo)傳感器”雷達(dá)給人的第一感覺(jué)是“非常大”,該雷達(dá)由三面固定陣列組成,運(yùn)輸時(shí)必須事先折疊。雷達(dá)展開(kāi)時(shí),一面大型矩形陣列豎起在總長(zhǎng)近8米的拖車(chē)上,兩面較小的陣列則以相反朝向按45°起豎角在拖車(chē)后部較低的地方展開(kāi)。這對(duì)較小的陣列在尺寸上只有現(xiàn)役“愛(ài)國(guó)者”雷達(dá)的一半,但探測(cè)距離是其兩倍以上。凱利表示,該雷達(dá)“能夠同時(shí)、全向進(jìn)行搜索、跟蹤和交戰(zhàn)”。折疊狀態(tài)的新雷達(dá)比現(xiàn)役“愛(ài)國(guó)者”雷達(dá)高0.61米、長(zhǎng)2.74米、窄0.2米。該雷達(dá)的模型于2019年10月14日開(kāi)幕的美陸軍協(xié)會(huì)2019年年會(huì)上進(jìn)行了公開(kāi)展示,其展開(kāi)狀態(tài)下頂部距地面約30英尺(約合9.14米)。

上圖為美國(guó)洛馬公司團(tuán)隊(duì)競(jìng)標(biāo)“低層防空反導(dǎo)傳感器”的雷達(dá)原型機(jī),下圖為諾格公司競(jìng)標(biāo)用原型機(jī)。兩型雷達(dá)均采用了氮化鎵技術(shù)。目前,美、英、法、瑞典等國(guó)推出的多型陸基戰(zhàn)略預(yù)警、陸基和艦載防空反導(dǎo)雷達(dá)都已采用氮化鎵技術(shù),其中不少型號(hào)都在國(guó)際市場(chǎng)上銷(xiāo)售。美國(guó)還已啟動(dòng)將“薩德”反導(dǎo)系統(tǒng)中的雷達(dá)改用氮化鎵技術(shù)的工程研制,這樣其在韓國(guó)部署的“薩德”反導(dǎo)系統(tǒng)雷達(dá),未來(lái)探測(cè)威力可能提高一倍以上。日本、以色列、俄羅斯等國(guó)也已發(fā)展氮化鎵雷達(dá)和/或氮化鎵雷達(dá)導(dǎo)引頭技術(shù)。瑞典發(fā)展了配裝氮化鎵預(yù)警雷達(dá)的“全球眼”預(yù)警機(jī),已制造了擬配裝JAS-39E/F戰(zhàn)斗機(jī)后續(xù)批次的X波段機(jī)載氮化鎵有源相控陣火控雷達(dá),并提供了樣機(jī)給美國(guó)進(jìn)行技術(shù)評(píng)估;以色列從2016年12月開(kāi)始交付意大利的“灣流”G550預(yù)警機(jī)也采用了氮化鎵技術(shù)。此外,美國(guó)AN/ALQ-249“下一代干擾機(jī)”吊艙、瑞典JAS-39E/F的內(nèi)置和外掛電子戰(zhàn)系統(tǒng)等采用了氮化鎵技術(shù),瑞典還推出了用于出口、采用氮化鎵技術(shù)的“阿雷克西斯”(Arexis)電子戰(zhàn)吊艙。美國(guó)還為目前未見(jiàn)披露具體型號(hào)的某種或幾種武器通信數(shù)據(jù)鏈采用了氮化鎵技術(shù)。大致統(tǒng)計(jì),目前國(guó)外已有至少20多型雷達(dá)、導(dǎo)引頭、電子戰(zhàn)、通信系統(tǒng)已經(jīng)、正在或即將采用氮化鎵技術(shù),表明氮化鎵軍用電子系統(tǒng)正在實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。美國(guó)防部國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)和美空軍研究實(shí)驗(yàn)室等正在推進(jìn)該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,有望使未來(lái)的氮化鎵雷達(dá)探測(cè)威力比現(xiàn)有的氮化鎵雷達(dá)又由大幅提高(美國(guó)洛馬公司圖片;美國(guó)諾格公司圖片)

作為落選方,洛馬公司與以色列埃爾塔系統(tǒng)公司組成競(jìng)標(biāo)團(tuán)隊(duì),提出了以后者研發(fā)的ELM-2084多任務(wù)雷達(dá)為基礎(chǔ)的改進(jìn)型雷達(dá)。

諾格公司為美海軍陸戰(zhàn)隊(duì)發(fā)展的AN/TPS-80雷達(dá),從天線陣列外形及其支撐機(jī)構(gòu)等來(lái)看,與諾格公司的“低層防空反導(dǎo)傳感器”的雷達(dá)原型機(jī)很相似。該雷達(dá)于2017年2月完成初始集成試驗(yàn),在40多種不同的武器場(chǎng)景中鑒定了應(yīng)對(duì)實(shí)際開(kāi)火,完成了針對(duì)700多次實(shí)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(chǎn)型產(chǎn)品。首部采用氮化鎵技術(shù)的AN/TPS-80雷達(dá)在2018年7月交付美海軍陸戰(zhàn)隊(duì),2019年6月7日,美海軍陸戰(zhàn)隊(duì)授予諾格公司一份合同,采購(gòu)30部全速生產(chǎn)階段第6生產(chǎn)批次的該型雷達(dá)。進(jìn)入全速生產(chǎn)階段之后,該雷達(dá)的單價(jià)約為2000萬(wàn)~3000萬(wàn)美元(美國(guó)諾格公司圖片)

諾格公司僅提供了其競(jìng)標(biāo)方案的部分技術(shù)細(xì)節(jié),包括采用氮化鎵技術(shù)等,據(jù)估計(jì)可能是基于該公司為美海軍陸戰(zhàn)隊(duì)研制的AN/TPS-80地面/空中任務(wù)導(dǎo)向雷達(dá)(G/ATOR)。

美國(guó)防部國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)已將氮化鎵研究推向“氮化鎵+”,擬通過(guò)增強(qiáng)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(shí),將設(shè)備輸出功率提升至2016年時(shí)最先進(jìn)氮化鎵技術(shù)的6.8倍,雷達(dá)探測(cè)距離和通信作用距離則分別提升至1.6倍和2.6倍。

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