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美海军SPY系列雷达现状,技术-需求-金钱的纠葛

(2017-08-01 19:33:09)
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杂谈

​SPY系列是美海军最著名的相控阵雷达,虽然最常见是SPY-1,但已经悄然发力到了SPY-7,即将井喷式装备,不可小看哦

SPY-1/2/5,尚能饭否?

这是美国海军规模最大最古老的舰载相控阵雷达之一,作为“宙斯盾”系统的标志性雷达,随着伯克级驱逐舰和提康级巡洋舰遍布全球。关于它的介绍汗牛充栋,我这里只说说最新现状:

美海军SPY系列雷达现状,技术-需求-金钱的纠葛

目前最新的用于伯克IIA驱逐舰的SPY-1D(V)是2005年完成初始作战测试与评估的。虽然是PESA无源相控阵雷达,但美国人在后端信号处理方面玩了各种花活儿,提升了低空目标、濒海复杂环境目标,以及电子对抗能力,以及对弹道导弹探测能力。

2012年进入满负荷生产,装备到DDG 91到 122。

增加了一个多任务信号处理器MMSP,以同时支持防空作战和反弹道导弹作战。

这个MMSP主要随着“驱逐舰现代化升级”项目更新到老舰,如2015年改造完的DDG 53是第一艘。

DDG 113以后的新舰则是自带了。

承包商:Lockheed martin, Raytheon

美海军SPY系列雷达现状,技术-需求-金钱的纠葛

另外LM也曾在1990s自掏腰包搞过一个有源主动固态相控阵AESA的版本,具有不同T/R单元和不同功率的多个版本,意图包办各种美国海军舰载雷达,初期还得到了美国海军的资助,命名为SPY-1E,公司内部为SPY-2,后来还有SBAR和S4R的名字,2002年在新泽西开始陆上试验,计划2006年开始安装到DDG 86上测试,结果跟后来的AMDR SPY-6冲突,毕竟人家还有X波段反导部分,结果SPY-1E没预算,不了了之。但后来LM获得的一些技术被用于SPY-4。

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Raytheon还搞过一个廉价版的SPY-5型PESA,直接用了麻雀导弹的MK 73 MOD3固体发射机,三面阵,增加目标探测,导弹制导和末端照射功能,用于一些廉价舰艇,如佩里级,2009年推出。结果,佩里没了。

SPY-3,先进多功能雷达MFR

这是一种先进的X波段主动相控阵多功能雷达,满足21世纪所有战舰的海平面搜索和火控需求,能够探测21世纪的新一代反舰巡航导弹威胁,并支持ESSM“改进麻雀”导弹、“标准”2导弹等半主动雷达制导导弹的火控照射需求。

同时也是希望能整合和统一各种X波段雷达,减少新型战舰的雷达数量,减少人力和系统复杂度。最终是减少全寿命周期成本。比如装备在了三艘DDG 1000上,以及作为“福特”级航母DBR双波段雷达的X波段部分。

美海军SPY系列雷达现状,技术-需求-金钱的纠葛

多说一句,因为在DDG 1000上,由于原来的DBR双波段雷达的S波段SPY-4雷达被取消,因此对X波段的SPY-3雷达功能进行了扩充,增加了三维立体空间搜索能力。

SPY-3全系统包括主动电子扫描相控天线、甲板上的REX设备、甲板下的信号与资料处理器(SDP)构成。每面天线尺寸为2.72X2.08m,厚度0.635m,三具天线总重2.5t,每部天线阵列由5000个T/R单元构成,每8个T/R构成一个能快速拆换的多频道收/发模组(T/RIMM),后端系统总重20.44吨,最大搜索距离约320km。

在DDG 1000上,SPY-3有两种导航模式:高功率和低功率,用于濒海地区导航,同时兼顾控制辐射与隐身。

2016年,SPY-3工程开发模型雷达阵列在Wallops Island的工程测试中心进行了安装测试,模仿DDG 1000的上层建筑外形。当时S波段SPY-4雷达也一起集成,构成一套完整的DBR双波雷达,在FY2010进行了各自功能和全系统综合功能测试。

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然后还在海军SDTS自防御战舰上进行了安装测试。

然后才分道扬镳,整套的DBR装在了“福特”上,而DDG 1000只留下了SPY-3。

FY 2007采购了2套,用于DDG 1000/1001,单价2亿5980万美元;

毕竟SPY-3当初立项是为了一举取代海军所有的X波段雷达,如反导、导弹通讯、探测、导航、电子对抗、空管、对潜望镜探测、低空补盲,如SPQ-9, SPS-67, MK91, SPN-41/46等,价格便宜应该是核心。结果搞来搞去,把自己搞成如此高端的东西,背离初衷,而且装备数量稀少进一步加剧价格高企,结果反而成了孤家寡人。

开发商:Raytheon

SPY-4,立体搜索雷达VSR

这是一种S波段,主动相控阵雷达,满足全高度的对空搜索探测需求,用于那些不承担区域防空任务的21世纪新型战舰,尤其是CVN 78福特级航母。

SPY-4提供远程的对空态势感知,支持对空探测和空管任务,以取代SPS-48E和SPS-49雷达和SPN-43空管雷达。全套雷达包括3个相控阵阵面,能提供必须的航迹重复扫描次数来锁定那些高速、小型、低空或大角度俯冲的导弹威胁,并为X波段SPY-3雷达执行跟踪和火控提供支持。

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全系统由三个主动电子扫描相控天线、甲板上的(REX)、甲板下的信号与资料处理器(SDP)构成,每个天线阵列都还附带处理波束成形和窄频下变频的机柜。每面阵列天线尺寸为4.06mx3.86m(160x152英吋),厚度0.76m(30英吋),三具天线总重10.215吨 ,后端系统总重28.56t吨 。有效侦测距离463km以上(最远超过500km),

FY2010,SPY-4和SPY-3一起,还有通用信号数据处理器CSDP,作为一套完整的DBR双波雷达系统,完成了集成测试。然后装到了“福特”级航母上,几乎是唯一的一套实际装备DBR。以后将被更便宜的EASR雷达取代。

但根据FY 2018,DDG 1002预定的那套SPY-4被用于CVN 79肯尼迪。也就是说,有可能CVN 78和CVN 79都是装全了DBR雷达的战舰。

到底DBR比EASR贵多少呢?

CVN 78全套DBR总工4亿8403万,具体包括:

主要硬件:3亿0098万,包括:

SPY-3雷达阵面和后端电子设备硬件:1亿1058万;

SPY-4/VSR雷达硬件:1亿0884万;

CAPS/CACS通用阵列能源与冷却系统:5939万;

Misc硬件:1401万

高能接口:817万

技术数据与文档:13万;

备件:234万

系统集成:1亿5616万

技术工程服务:654万

其他费用:1788万

而EASR雷达的价格,FY2013年1套,7450万,包括:

硬件:5600万;

系统集成:1850万。

价格相差6.5倍啊!

SPY-7,EASR航母雷达

企业/进取空中监视雷达,是一种现代三坐标对空搜索雷达,主要用于航母、两栖攻击舰等防空和空管压力较大的大型战舰,并于它们的SSDS本舰自防御作战系统完美兼容。

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虽然高昂的价格SPY-4的S波段普及计划泡汤,但美国并没有放弃为SPS-48/49寻找接班人的努力,由此提出了新一代的廉价远程预警雷达——EASR。为了不重演SPY-4项目单价过高被砍的命运,EASR采取在现有雷达的基础上进行修改的举措来降低风险控制成本的策略,现在一共有两家公司参与这款雷达的竞标,一个是Raytheon公司,一个是诺斯洛普格鲁曼公司,两者都得到了ONR(海军研究办公室)600万美元的经费支持以开展研究工作

2016年,Raytheon公司获得了该雷达的工程研发合同。2017年开始为期两年的研发工作,2019年开始陆地测试,2020年开始小批量生产;考虑到其相控阵体制和用途,以及有同样作为远程警戒雷达的SPY-4的先例,EASR很可能会套用SPY系列而不是SPS系列的前缀,此外,目前美国海军除了AMDR-S/SPY-6,并没有其他比EASR进度更快的舰载相控阵雷达,所以EASR也许会摘下SPY-7的头衔.

固定版本也是一共9个RMA,雷达阵面预计高2.5米,宽1.7米,实际T/R单元总面积和旋转版本相同,均为2.32平方米,和SPY-4的数据为高4.06米,宽3.86米,深0.76米,实际T/R单元部分预估高为3.24米,宽2.17米,面积约为5.4平方米,面积相比大幅降低,性能却甚至更好,一来有GaN相对SiC以及其他时代发展带来的技术优势,二来EASR是从AMDR/SPY-6衍生过来的,后者是接替SPY-1的用于对抗反舰导弹和弹道导弹饱和打击威胁的高端雷达,充当低端的远程警戒雷达说是不折不扣的“屈尊”,这和SPY-4本身就定位成低端的远程警戒雷达有本质的不同,不同的定位造就了不同的性能。

EASR的出现其实让以往6、7000吨舰艇才能承受的高端相控阵雷达也能安装在2、3000千吨的舰艇上,并达到现在主流宙斯盾舰的作战能力,可以说意义是相当之巨大的,现在安装SPS-48/49或其他型号远程警戒雷达的舰艇不少,还有一些潜在的军舰项目,给未来EASR的出口打开了市场,宙斯盾舰的技术扩散还将继续,甚至还会加速进行

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合同约定了两个版本:

EASR的T/R组件将会使用GaN材质,在空间、重量、供电等方面也能与现在的这些大平顶战舰兼容。而设计上强调全寿命周期的低成本,于是同时考虑了全电扫,旋转机扫 电扫的版本。

Variant 1: 机扫 电扫,装备LHA 8, L(X)R

Variant 2: 三面相控阵,装备CVN 80企业,单价7450万。

SPY-6,防空反导雷达

在捏着鼻子忍受无源体制PESA的SPY-1多年后,终于忍不住了,SPY-6伴随着伯克3出来了。也叫AMDR防空反导雷达,是专门为替代阿利伯克驱逐舰老旧SPY-1D用的,用于伯克3型驱逐舰,同时强化防空作战和反弹道导弹能力。这是一种多功能,主动相控阵雷达,能同时完成空中目标和弹道导弹目标的搜索、探测、跟踪。除了防空反导,还有传统的水面战、反潜、电子战等功能。

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包括了用于立体搜索、跟踪的S波段的AMDR-S和跟踪、识别、火控、导弹通讯、照射的X波段的AMDR-X,和一个雷达综合控制单元RSC。

遗憾的是,前11艘SCN伯克3必须用单面机械式的SPQ-9B来完成AMDR-X的功能,后面的才能使全相控阵。

除了装备伯克3,还会装备给别的战舰,类型待定。

SPY-6的设计中融合了多种新技术和新观念

首先SPY-6的T/R组件统一采用美军现在的GaN材料,价格和尺寸重量都比目前的GaAs更低,而且能承受高数倍的击穿电压,意味着每个T/R组件的功率都能得到大幅提升。

SPY-6还采用DBF技术,雷达波束的形成不再依靠传统的模拟馈线网络形成,而是通过数字化技术来形成雷达波束,使得雷达具有波束指向性更高、探测能力和抗干扰能力更强等特点。

SPY-6还高度注重可扩展性和高度模块化。跟SPY-3/4一样,多个T/R组件组成一个RMA(雷达模块组件),通过增加RMA,事先各种不同尺寸不同功率的雷达版本,轻而易举地安装在各类舰艇上,大到航母小到护卫舰均可搭载,目前伯克3上安装的SPY-6一个阵面有37个RMA,大于5000个T/R组件,纸面性能32倍于现役的SPY-1雷达,相当于一半的尺寸,两倍的探测距离。

顺带一提,伯克3上将会安装的SPY-6纸面数据是SPY 15,也就是相比SPY-1,信噪比提高15dB,性能强32倍;但2016年5月份举办的Sea Air Space 2016(2016年海空天展览会)上,Raytheon公司的负责人表示,伯克3上的SPY-6实测得出的数值是SPY 17,也就是说信噪比提高17分贝! 性能增强50倍! 8月4日GAO发表的一篇报告中也引用了雷声公司的说法,白纸黑字地写上:实际测试中SPY-6达到SPY 17水平。

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如果做到69 RMA,则是一般的尺寸,4倍的探测距离,或者对隐身目标探测能力大大增强。

当前状态:

2013年10月海军把研发合同授予Raytheon,

2015年4月完成关键设计评审;

2015年12月完成阵面制造测试,运往马萨诸赛州靶场进行外场试验;

2016年6月运往夏威夷靶场进行综合试验;

FY2016财年达到B里程碑,进入工程开发制造阶段EMD,

2017年继续系统测试,包括防空反导实弹跟踪试验。3月15日,首次成功探测和跟踪了一枚短程弹道导弹靶标,315,的确童叟无欺。

FY2017财年达到C里程碑;

FY2023跟随伯克3型驱逐舰达到IOC初始作战能力

目前看SPY-6研制一切正常,实验进度还在提前!

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FY 2016财年的1艘伯克级驱逐舰DDG 123将是首个伯克3型,装备SPY-6, 总价2亿6230万美元,其中:

主要硬件:1亿9870万;

系统集成:1439万

技术工程服务:1165万

其他开销:3126万

后勤:628万

SPQ-9B,廉价X波段雷达

除了炫酷的SPY系列,也不得不提到SPQ-9B,它反而干掉了很多SPY-3的订单。

SPQ-9B也叫(反)反舰巡航导弹雷达ASCMR。是一种旋转机扫 电扫相控阵体制雷达,意图提升复杂环境下,战舰对低空掠海反舰导弹的探测和跟踪能力。此外还强化了传统的SPQ-9雷达的对海面搜索和舰炮火控能力。

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这是一种高分辨率,边扫边跟,X波段,脉冲多普勒雷达,以支持作战系统在尽可能远的视距距离上对抗超音速/亚音速低空掠海反舰导弹。同时还增加了对潜望镜等小目标的探测和识别能力。

SPQ-9B是作为“巡洋舰现代化”项目一并提出的,作为“宙斯盾”系统“反反舰巡航导弹”套装的一部分。同时也应用于航母和两栖战舰的SSDS Mk 2版本作战系统升级,提升这些高价值大型战舰的防空能力。

另外,美国海岸警卫队“传奇”级大型巡逻舰(也叫“国家安全舰”)也装备SPQ-9B雷达。

还有伯克3型驱逐舰的前11艘,也用SPQ-9B来取代昂贵的AMDR-X部分。

承包商:Northrop Grumman

航母CVN 79在FY 2013采购1套,总价1322万

驱逐舰FY 2016年采购3套,总价2761万。

部分引用网络《超简单梳理SPY系列雷达族谱》文字,对作者表示致谢。

小归纳

美海军SPY系列雷达现状,技术-需求-金钱的纠葛


可见:

1、没有技术问题,都是经济问题

从DBR、EASR和AMDR的研制进程来看,基本上没有遇到什么技术上的大问题,唯一的但问题就是钱!钱!钱!

2、需求和定位必须“不忘初心”。

典型的如DBR和SPY-3的初衷,为了替代一大串各种雷达,理应又好又省钱(全寿命周期),结果自己越搞越贵,单价比那帮小雷达加起来都贵,曲高和寡,背离了初衷,反而让SPQ-9B等活得好好的。

3、技术功底依旧,不可小觑

单凭那个SPY-1D(V)雷达的潜力挖掘,如此体制老旧的PESA还能分波束同时防空 反导,屡次打靶效果还不错,以及后面一票高性能的GaN组件的AESA雷达的陆续出现,储备雄厚,依然在进步啊,不可小觑。

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