SBX雷達(dá)能力研究?

（91550部隊41分隊 大連 116023）

1 引言

美國海基X波段雷達(dá)（sea-based X band radar，SBX）是目前世界上最大的X波段相控陣?yán)走_(dá)，是美國導(dǎo)彈防御系統(tǒng)地基中段防御（GMD）計劃的重要組成部分，主要用于探測和跟蹤彈道導(dǎo)彈，并直接向美軍導(dǎo)彈防御體系中的指揮、控制系統(tǒng)實時傳輸信息。同時，SBX是美國海基高空導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的組成部分，為海上宙斯盾系統(tǒng)提供目標(biāo)早期預(yù)警以及攔截效果分析［1］。本文在整合各方面資料對SBX雷達(dá)進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上，對SBX雷達(dá)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析，最后根據(jù)SBX雷達(dá)的實際應(yīng)用對其作戰(zhàn)效能進(jìn)行評估。

2 SBX雷達(dá)概述

SBX雷達(dá)全重2000t，雷達(dá)天線罩直徑72m，天線罩采用高科技合成材料和新工藝制成，可以抵御速度為208km/h時速的大風(fēng)，整個雷達(dá)系統(tǒng)耗資8.15億美元。

海基X波段雷達(dá)安裝在一個挪威設(shè)計、俄國制造的第五代半潛雙船體鉆油平臺［2］。整個系統(tǒng)排水量達(dá)50000t，相當(dāng)于一艘中型航空母艦。平臺底部有2個平行船體，每個船體上有3根巨大支柱，共同支撐著該平臺，僅旋轉(zhuǎn)平臺的重量就高達(dá)2400t。平臺上是一個白色巨型球狀雷達(dá)。從海面到雷達(dá)頂部多于80m，相當(dāng)于28層樓的高度。整個雷達(dá)平臺長約120m，寬約70m，面積超過一個足球場，共有65～80名工作人員。半潛式平臺的推進(jìn)器采用6臺3.6MW發(fā)電機（12缸Caterpillar柴油機），安置在左右2個艙內(nèi)。

SBX部署在阿拉斯加的阿留申群島的艾達(dá)克島，可以追蹤到在朝鮮和中國以及俄羅斯上空的導(dǎo)彈，如圖1所示，憑借動力系統(tǒng)，該平臺能以10～13節(jié)速度航行，也可以漫游太平洋以偵測彈道導(dǎo)彈的入侵。

圖1 SBX雷達(dá)

SBX包括四個主要的子系統(tǒng)：雷達(dá)平臺、X波段雷達(dá)（XBR）、在飛攔截彈通信系統(tǒng)（IFICS）、數(shù)據(jù)終端以及陸基中段防御（GMD）通信網(wǎng)絡(luò)，還包括發(fā)電站和其他雷達(dá)系統(tǒng)配套設(shè)施。

SBX能夠發(fā)現(xiàn)、跟蹤導(dǎo)彈，監(jiān)控導(dǎo)彈的實時彈道數(shù)據(jù)，通過IFICS將數(shù)據(jù)傳達(dá)給指揮中心，由指揮中心判斷是否為來襲目標(biāo)，并指揮陸基攔截系統(tǒng)發(fā)射攔截武器。在此過程中，SBX對攔截效果進(jìn)行評估，并將評估報告?zhèn)骰刂笓]中心。從整個作戰(zhàn)過程來看，SBX雷達(dá)需要完成對來襲目標(biāo)的早期截獲、穩(wěn)定跟蹤、對誘餌和彈頭進(jìn)行分辨，提供精確的殺傷效果評估。

3 有源相控陣天線參數(shù)分析

SBX雷達(dá)采用有源相控陣列技術(shù)，以及最先進(jìn)的雷達(dá)信號處理技術(shù)，可以提供詳細(xì)的彈道導(dǎo)彈跟蹤和識別信息。

圖2 有源相控陣天線

SBX雷達(dá)工作頻率在X波段（8GHz～12GHz），通常認(rèn)為其操作中心頻率為9.5 GHz，相應(yīng)的其波長為0.0316m（1.2英尺），帶寬為1 GHz。

如圖2所示，SBX雷達(dá)天線為有源相控陣天線，呈八角形平面陣列，直徑17.8m，相應(yīng)的束寬為

天線陣列面積高達(dá)249m2，占地384 m2。擁有45056個X波段傳輸/接收（T/R）模塊。

根據(jù)評估，SBX上的T/R模塊最大功率為10W，平均功率2W。整個雷達(dá)的峰值功率將達(dá)到450kW，平均功率90kW。

據(jù)官方描述SBX的探測距離達(dá)到4800km，雖然在最大距離的RCS不能精確的確定目標(biāo)。

各方面對SBX能力的標(biāo)準(zhǔn)評價為“可以在4000km的距離探測和區(qū)別一個棒球大小的物體”。一個棒球大小的金屬球體（直徑7.4cm）的雷達(dá)散射面積大概為

MDA（美國導(dǎo)彈防御總局）還聲稱在相同環(huán)境下SBX雷達(dá)可以檢測到一個高爾夫球大小的反射物體［3］。

SBX雷達(dá)上的天線T/R模塊間距比一般的相控陣?yán)走_(dá)的天線寬。SBX雷達(dá)在249 m2的有效陣列面積上有45056個模塊，平均下來每個模塊的面積為55.3 cm2，假設(shè)雷達(dá)頻率為9.5GHz，則每個模塊的間距為7.43cm，從而得到：

根據(jù)文獻(xiàn)［4］對于平面陣列：

其中θ為主光束的掃射角，n為一個整數(shù)，對于主光束來說n=0。

則平面陣列模塊間距較寬的雷達(dá)，最大掃射角θM可以簡化為

將式（3）帶入，計算得最大掃射角為

SBX雷達(dá)的T/R模塊間距（d=2.35λ）比原型地基雷達(dá)（GBR-P d=2.50λ）小。MDA聲稱GBR-P的視場角為25°（±12.5°）。相對GBR-P較窄的模塊間距，SBX雷達(dá)的視場角略微大于±12.5°。

為了彌補視場角（EFOV）比較小的缺點，將SBX雷達(dá)天線安裝在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上，進(jìn)行機械掃描，使得陣列天線方位可以旋轉(zhuǎn)±178°，仰角 2°～90°。由于機械掃描的效率較低問題，EFOV的限制還是會影響SBX雷達(dá)檢測和識別覆蓋角度超過25°的目標(biāo)的威脅。

有源相控陣天線相關(guān)參數(shù)總結(jié)如表1。

表1 有源相控陣天線相關(guān)參數(shù)

4 SBX作戰(zhàn)性能評估

從2002年導(dǎo)彈防御局開始籌建SBX雷達(dá)，至今SBX已經(jīng)進(jìn)行了上百次試驗［5］。SBX在建造初期被寄予厚望，但隨著測試的進(jìn)行，不斷暴露出各種問題，美國的一些軍方人士在內(nèi)的有關(guān)軍事專家不斷對其提出質(zhì)疑。表2為SBX雷達(dá)發(fā)展的主要事件時間表。

表2 SBX雷達(dá)發(fā)展歷程

值得關(guān)注的是，2006年7月5日，SBX雷達(dá)捕捉到朝鮮接連發(fā)射了7枚“大浦洞2號”導(dǎo)彈，并測算出導(dǎo)彈的相應(yīng)數(shù)據(jù)。整個過程僅用了41s，這充分顯示了其距離遠(yuǎn)、反應(yīng)迅速等作戰(zhàn)效能。

在美國國家導(dǎo)彈防御系統(tǒng)中SBX起到了至關(guān)重要的作用［6］。從作戰(zhàn)過程看，早期預(yù)警雷達(dá)由于工作頻率低（大約440MHz，對應(yīng)的波長大約0.68m）、帶寬受到限制，導(dǎo)致最小距離分辨率過大，超過5m，過低的分辨能力導(dǎo)致該型雷達(dá)僅能將目標(biāo)分為潛在威脅（彈頭、誘餌、助推級等）和非威脅（小殘骸），不能進(jìn)一步區(qū)分彈頭和誘餌［7］。雖然海基宙斯盾系統(tǒng)中的SPY-1雷達(dá)和陸基THHAD系統(tǒng)中的TPY-2雷達(dá)能夠突前機動部署，為遠(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá)在距離分辨率方面提供支持［8］，但它們威力有限，僅能觀察從北朝鮮和伊朗發(fā)射的彈道導(dǎo)彈早期彈道。因此，作為唯一具備高分辨測量能力的超大型雷達(dá)，SBX在整個GMD系統(tǒng)中起到了至關(guān)重要的作用，被寄予了極大的期望。從整個攔截過程來看，SBX雷達(dá)需要完成對來襲目標(biāo)的早期截獲、穩(wěn)定跟蹤，對誘餌和彈頭進(jìn)行分辨，并提供精確的殺傷評估效果。

但目前其能力現(xiàn)狀已與雷達(dá)建設(shè)的初衷和期望相距甚遠(yuǎn)。從2004年GMD系統(tǒng)發(fā)揮作用以來，之后的9次飛行試驗中，只成功攔截4次包含誘餌的導(dǎo)彈目標(biāo)［9］。

2007年3月的FTX-02攔截試驗中，SBX雷達(dá)的軟件系統(tǒng)出現(xiàn)故障［10］，沒有為攔截武器提供精確的指示信息，“表現(xiàn)的并不理想”。在2010年1月的FTG-06攔截中，SBX作為唯一的一部雷達(dá)誤將飛行器助推器間歇性燃燒噴出的一塊固體燃料當(dāng)作目標(biāo)，導(dǎo)致試驗徹底失敗［11］。2011年3月升級改造之后，SBX雷達(dá)參與了多項試驗任務(wù)，但由于其不斷暴露各種問題，發(fā)展地位降至“有限試驗輔助”。2014年6月的FTG-06b試驗，在SBX指揮下，雖然攔截成功，但攔截評估結(jié)果沒有成功送達(dá)系統(tǒng)控制指揮中心（C2BMC）［12］。

SBX雷達(dá)探測視角窄、部署時間較長、維修保養(yǎng)時間長、成本較高、安全問題等突出問題使得其一直處于“有限測試和運營支持”的狀態(tài)。

2017年6月，美國導(dǎo)彈防御局（MDA）決定投入上千萬美金，對SBX雷達(dá)進(jìn)行任務(wù)整合，以驗證升級的識別能力和空間碎片緩解能力。這也標(biāo)志著該計劃的重新啟動［13］。

5 結(jié)語

SBX雷達(dá)具備探測距離遠(yuǎn)、探測精度高、有一定的抗干擾性，并能為導(dǎo)彈防御指揮控制系統(tǒng)提供非常精確的信息等優(yōu)勢。如果能解決SBX雷達(dá)探測視角窄、部署時間較長、成本較高等問題，將使其成為美國導(dǎo)彈防御的超級助力。