氮化镓技术新型雷达提高“爱国者”防空战力

阿隆过去 2024-04-14 03:12:51

DOI:10.19486/j.cnki.11-1936/tj.2019.09.004

近20年来,美国陆军在中东地区反恐作战持续进行的同时,现有和潜在的地区武装冲突,以及其它威胁也在不断地发展。美国国防部发布的《2018美国国防战略》指出,美国所面临的安全环境已经发生了根本性的转变,“实力近乎对等”的对手(暗指中国和俄罗斯)俨然构成了主要挑战,大国之间的战略竞争成为美国当前国家安全的首要关切,其威胁严重程度已经远远超过恐怖主义威胁。

有大量事实可以证明,“伊斯兰国”(ISIS,前称“伊拉克和大叙利亚伊斯兰国”)和基地组织等极端主义团体,至今尚未装备装甲车辆、战术飞机,或者战舰等重型武器装备,但俄罗斯和中国却拥有所有这一切、甚至更多,特别是这些国家现在正在装备越来越多先进的空中武器系统。如巡航导弹、无人机、弹道导弹,以及隐形战机等。美国陆军高层对此始终保持清醒的头脑,认为自身并不具备足够的防御能力。美国陆军已经将开发防空系统列为现代化高优先级事项之一,目前正在开发一种综合空中与导弹防御系统(AMDR),旨在应对现代战场上所有的空中和弹道威胁。虽然该项目将开发出多种机动防空系统,但美国陆军高层认为,尽快为“爱国者”防空导弹系统配备新型雷达尤为重要。

众所周知,由雷声公司研制的“爱国者”防空导弹系统属于一种全天候、全空域的防空导弹系统,是当今世界上使用最广泛的防空系统。事实上,所谓的“爱国者”是一个缩写词,最初源自于“相控阵跟踪雷达拦截目标”这个短语。可以说,“爱国者”防空导弹系统的核心是相控阵雷达。模块化的“爱国者”防空导弹系统首次部署于里根政府时期。随着新兴技术的不断出现,其雷达、导弹、通信链路,以及其它功能已进行过数次升级。

目前的“爱国者”防空导弹系统主要分为“爱国者”1、“爱国者”2和“爱国者”3,可谓当今世界上最可靠的陆基防空导弹系统之一。尤其是“爱国者”3防空导弹系统,可用于打击携带大规模杀伤性武器的当代战术弹道导弹、高级巡航导弹和来袭战机等。然而,美国陆军担心的不是当下的空中威胁,而是更为担心未来的空中威胁会变得更加致命。为了应对这一未来变数,美国陆军不久前决定,为“爱国者”防空导弹系统研制一款更为先进的雷达。该雷达即使在敌人伪装飞机,并试图干扰其工作频率的情况下,也能够探测任何方向、任何高度的来袭威胁。

现在,美国陆军希望加快新型雷达的研发速度。2018年年底,美国陆军高层宣布,将于2019年春天在新墨西哥州的白沙导弹靶场进行新型雷达发射功率及其它性能测试,在实战环境下对新概念雷达进行演示验证。美国陆军计划快速进行一种或多种原型机设计,以期在2022年实现初始作战能力。这样的概念设计、开发和生产原型机的过程,可谓美国陆军传统采办标准下的“闪电”速度。

雷声公司是“爱国者”防空导弹系统现有雷达的制造商,未来参与竞标的还有洛克希德·马丁公司和诺斯罗普·格鲁曼等公司。因此,对于自第二次世界大战以来就一直进行雷达系统开发的雷声公司来说,无疑将是一场异常激烈的竞争。总部位于马萨诸塞州的科技巨头雷声公司希望如何击败竞争对手呢?

据悉,雷声公司采取的战略首先是运用新兴的氮化镓(GaN)技术。氮化镓是一种坚硬的玻璃状物质,其晶体结构可以使电子的移动速度比传统计算机芯片中使用的硅快1000倍。使用氮化镓材料制作的雷达芯片,具有更高的击穿电场强度和散热特性,并拥有更大的功率密度和放大器增益,从而可以大大提高雷达发射机的发射功率和探测距离。不仅如此,氮化镓还能承受比硅高得多的温度和电压,并且具有很强的抗电离辐射能力,特别适用于“爱国者”防空导弹系统相控阵雷达工作的微波频段。

雷声公司打算在其下一代防空雷达中采用氮化镓技术,以最大程度地提高新型雷达的性能,同时最大限度地减轻重量和体积。其他供应商可能也会这样做,因为美国陆军已经多次强调了开发这项技术的愿望。然而,与其他竞标方的不同之处在于,雷声公司于20年前就开始投资氮化镓技术的开发,当时这几乎是闻所未闻的技术。迄今为止,雷声公司已经投资3亿美元深度开发氮化镓技术,包括在新罕布什尔州建立自己的氮化镓铸造厂和一个雷达原型工厂,并反复在高温高压条件下,测试雷达的稳定性和可靠性。

如今,雷声公司坚信能够生产出业内最高质量的氮化镓材料。原因是,公司不仅拥有自己的国内生产厂,可以不依赖于商业供应商,而且其供应链也是非常安全可靠的。因此,公司高管们毫不讳言地宣称,他们对这项独特的技术有着极其深入的理解,并且希望氮化镓技术极大提升“爱国者”防空导弹系统雷达发射机的发射功率。

据透露,新型雷达将不会是雷声公司已经为“爱国者”防空导弹系统研制的旧雷达的升级版本。该公司将集聚为美国陆军、联合部队、导弹防御局,以及许多海外盟友研制雷达期间所获得的所有能力,开发出一款全新的雷达系统。 从某种程度上说,该新型雷达将具有其它防空雷达所没有的模块化、可扩展性,以及灵活性等特征。

当被问及新型雷达的细节时,雷声公司的高管们都讳莫如深,只是提到其新架构将像组合在一起的“乐高积木”。公司将会按照自己的思路、美国陆军的需求,以及技术实力继续开发新型雷达,只是不想让竞争对手知道而已。因此,当提及新型雷达探测范围“没有盲点”,并将覆盖更大的战场空间时,外界只能从细节上猜测这意味着什么。

比如,雷声公司近年来已成为全球领先的先进网络安全解决方案供应商,为此也的确投入了大量的人力和物力。尽管竞争对手纷纷缩减这一领域的规模,但雷声公司却一如既往地推行这一战略。至于新型雷达在恶劣电磁环境下的稳定性和可靠性如何,雷声公司始终守口如瓶,业内的竞争对手只能前往白沙导弹靶场实地考察。

与以往做法截然不同的是,即将在白沙导弹靶场进行的新型雷达测试,美国陆军只规定了相对较少的性能测试项目。按照陆军规划人员的说法,他们希望参与演示测试的这些公司,能够拥有最大的空间展示各自的尖端技术成就。美国陆军列出了一份必须满足要求的机密清单,但不想让供应商受到约束,测试结束后将告知他们如何设计开发自己的系统。其目的是,发现竞标者所拥有的真正创造力。雷声公司坚信,其基于氮化镓技术开发的新型雷达将大放异彩,最终会脱颖而出。

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