军工发展史:中国机载雷达发展的真实轨迹

千江有水千江月,万里无云万里天。
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军工发展史:中国机载雷达发展的真实轨迹


(2011-12-27 10:32:51)













         在我国的雷达界,很早就形成了自力更生的传统。从20世纪50年代初,我国就开始自主研制雷达,当时很 多人没见过雷达,更不知道该怎么做。经过几十年的艰苦奋斗,目前我国已发展为既是雷达大国,也是雷达强国。每年例行举办的"系列国际雷达会议",我国是与 美国、英国、法国和澳大利亚并列的5个轮流主办国之一。在三坐标雷达、低空雷达、机载预警雷达、数字阵列雷达、相控阵雷达和精密跟踪雷达等领域都迈入了国 际先进行列。亲爱的读者,如果你不太看得上我国的雷达技术水平包括机载雷达技术水平,我愿做一个国产雷达荣誉的捍卫者,跳出来与你争论一番。


    先解决有无问题


    20世纪50年代中国战斗机机载雷达发展的初期阶段,由于我国的战斗机是仿制苏联的型号,所以,机载雷达也以仿制苏联战斗机机载雷达为主。这一时期,机载雷达的加装,主要是满足夜间飞行员目视能力下降情况下的国土防空作战需要。


    热门作战飞机:


    歼20战斗机, 歼15战斗机,


    轰-6战神, 翔龙侦察机, 枭龙


    我国随苏联米格-17和米格-19战斗机引进的机载雷达系统,最早都是测距器,只能测量目标距雷达的距 离(速度也可由距离与时间的比值算出),不能测量目标的方位和高度,作用距离不超过两千米。歼5和歼6飞机先是采用装备米格-15、米格-17和米格 -19飞机上的СРД-1/1M及其改进型测距器,自 20世纪50年代后期开始装备РП-1/5型及其改进型雷达,对图-4飞机的作用距离也不超过10千米。此时,雷达技术开始采用圆锥扫描体制和普通脉冲方 式。受到雷达系统本身技术性能差和载机空间不足的限制,我国早期夜间战斗机上使用的机载雷达存在有效作用距离短、抗杂波和干扰能力弱、低空探测效果差、可 靠性不高和缺乏配套机载武器的问题,并不能完全满足我军战斗机部队执行国土防空作战的需求。但这一时期,世界先进国家的雷达水平也不过尔尔。从实际使用来 看,我国装备的苏制机载雷达的夜间战斗机,在拦截国民党军夜间低空侦察机的作战行动中,实战效果有限,在受到敌方飞机施放电子干扰和地面背景杂波影响的情 况下,常常不能正确判定目标。可以说,此时的机载雷达,只能说是对目视能力的一定补偿,暂时解决了我军机载雷达的有无问题。


    落差渐大


    20世纪六七十年代国外机载雷达技术在这个时期是迅速提高阶段,单脉冲技术、脉冲压缩技术已经成熟并在 机载雷达上使用,脉冲多普勒技术则开始进入装备的试生产,而相控阵技术也已经起步。由于中苏关系变化,一时间中国机载雷达科研和生产单位失去了外来的技术 支持,在加上国内政治形势的变化,机载火控雷达的发展速度变慢。我国的机载雷达技术在艰难中继续前行。


    20世纪60年代初,我国开始研制歼7飞机。最早的机型歼7I采用苏联СРД-5A/5MK型雷达测距器的国产型CL-2,作用距离有3千米和8千米两档;歼7系列的最早出口型——歼7A和此后的国内型号——歼7II则都采用国产的222型测距器。


    1966年3月,为满足强5攻击机的使用需要,我国在对国外样机进行测绘和研制工作的基础上,1970 年夏试制完成两部样机,1976年完成各项空中试验并转入小批生产,陆续装备强5飞机,雷达型号为317。1974至1976年,将317雷达小型化并研 制出两部样机,命名为317甲型。1979年完成空中试验,但未定型生产。317型雷达长期装备强5飞机,为我国近海对海对面防卫发挥了突出作用。它采用 单脉冲体制,具有空空上视搜索与跟踪功能,不具备下视能力;但具备地形测绘、等高面测绘、地形回避和空地测距等多种功能。


    几乎与此同时,我国开始研发歼8战机,这是我国20世纪 60年代中期战斗机研制项目中最重要的型号。为了提高歼8战斗机的战术性能和全天候作战能力,国内也开始研制与之配套的机载雷达系统,即204单脉冲火控 雷达。该火控雷达项目在落实了研制所需要的142项试制任务后,一年内就完成了原理样机。但是,由于雷达系统设计不完善以及材料、元件上所存在的缺陷,使 该系统的试验工作困难重重。尽管雷达样机在1971年就已开始装机试用,但却长期无法达到实用水平。最终由于雷达系统研制进度的拖延,直接影响到歼8战斗 机的整体进度,使得歼8在缺乏全天候火控雷达系统的情况下,只能被迫安装雷达测距仪,按照白天型战斗机的标准定了型。直到20世纪80年代,歼8才重新按 照1964年提出的原设计要求,研制完成了单脉冲体制的火控雷达,并完成定型。此时,已过去了20年。


    因为雷达系统和机体的研制全面落后于原计划的时间要求,所以致使歼8和歼8I战斗机并没有向研制项目开 始时计划的那样成为中国战斗机换代机型,而只是一个在新型战斗机定型装备前的过渡机型。就在歼8和歼8I战斗机火控雷达完成定型的时候,此时国外战斗机机 载火控雷达技术已经步入了脉冲多普勒的成熟应用阶段,并且开始采用合成孔径体制,雷达的发展呈现出多功能化、高可靠性和抗干扰能力强的特点。中国与西方发 达国家在雷达技术上的差距,被历史性地拉开了。


    尝试研制预警机


    空警1号 20世纪60至70年代,我国开始尝试研制预警机。万事开头难,由于当时的技术基础薄弱,最后未能解决雷达反杂波的问题,致使装备未能服役,最后收藏于中国航空博物馆。


    新中国建立以后,国民党空军的飞机经常从低空和超低空入侵大陆地区,而地面雷达由于盲区较大,难以发现这些飞机目标。1969年9月26日,中央军委发出了研制空中预警机的指示。


    为此,我们决定将当时先进的843地面雷达进行小型化后搬上飞机。其发射机重200多千克,除磁控管、 显像管外,其它器件已经是半导体化。1974年,在解决了飞机加装巨大雷达天线罩后的飞行安全性试验完成之后,开始了以雷达为主的试飞。试飞结果表明,无 论是在平原、沙漠或山区的地物回波都很强,雷达没有下视能力,但在青海湖湖面能发现低空目标。这说明,湖面的回波强度比陆地小得多。因此,可以推断此时的 雷达在海面上空有下视能力。为此在1976年3月进行了第一次海上试飞。其结果,在渤海湾能看到300千米左右的船只和220千米左右的低空飞机,但是在 海面上空看目标,仍然受到较严重的海浪杂波干扰。在较强的海浪情况下,在50~100千米以内还是难以发现目标。为此,项目组于1976年下半年开始,着 眼于提高空警1号看海上目标的性能,同时继续采取措施,对陆地上空的下视能力做进一步试验。这一阶段,换装了更好的雷达发射机,进一步提高了接收机的灵敏 度,加装了动目标显示装置,并且重返渤海湾进行了试飞。试飞结果表明,雷达在空中工作稳定,磁控管发射机无打火现象,抑制海浪杂波能力有所改善,但由于此 时的动目标显示装置不能对飞机运动作出补偿,因此,飞机在海面上空飞行时的下视效果仍然不是很好,更别提在陆地上空了,仍不具备下视能力。


    奋起直追与和平典范


    20世纪80年代自20世纪70年代末开始,由于国家整体形势好转,我国在机载雷达领域奋起直追。 1980年6月,中国开始从英国引进"空中巡逻兵"-7M型测距器,同时安排国内试制生产,并装备歼7B、歼7M和歼7MP等出口型号,而歼7P及此后的 歼7PG则由巴基斯坦选用了意大利 Grifio-7型单脉冲雷达,作用距离达55千米。1980年,国内歼7型号——歼7III及歼7IIIA都开始采用国产JL-7单脉冲雷达。20世纪 90年代以后,国内歼7飞机的最新型号歼7G则选用了以色列EL/M 2032型脉冲多普勒雷达的国内生产型号,最大作用距离超过60千米。同时,我国开始为歼8 II飞机立项研制机载脉冲多普勒火控雷达。


    我国之所以能够决策自行研制机载PD雷达,是因为此时我国已经在"三高"技术方面取得了突破。20世纪 80年代初,我们攻克了超低副瓣天线技术,获得了国家科技进步一等奖。接着,高纯频谱发射机也研制出来,唯一尚待解决的是高性能处理器。但是,由于20世 纪70年代后期,集成电路开始小规模发展,到80年代末期已发展成为中大规模,这样滤波器的实现已经不成问题,高性能处理器已经可以通过一块集成电路板来 实现了。


    与此同时,美国出于对抗苏联的需要,开始考虑与中国进行军事合作,中国进入了同西方进行军事合作的蜜月 期。1986年,中国空军高级代表团在访问法国时,法国政府原则同意向中国出口"幻影"2000C战斗机用于测试评估。得知这一消息后,美国着急了,立即 展开游说,随后便与中国达成了中美两国建交以来的最大一笔武器贸易合同,项目代号"和平典范"。其内容是,由美国格鲁曼公司作为总承包商,对中国歼8系列 飞机中的最新型号进行改进,改进内容之一便是换装美国机载火控雷达。


    1987年,中方将两架歼8II飞机和1架1:1模型运抵美国。1988年底前,格鲁曼公司完成了航电 系统的安装与测试,首先完成的便是加装 AN/APG-66雷达。歼8II最初的火控系统采用单脉冲雷达体制,仅能对付中高空目标,这也是当时米格-23、F-104等典型第二代战斗机共同的特 点,只有上视能力,无法下视探测。AN/APG-66雷达当时装备F-16A/B战斗机上,为脉冲多普勒体制,是当时最先进的机载雷达之一。


    AN/APG-66雷达采用平板缝隙天线,对战斗机的上视探测距离为46~74千米,下视探测距离 37~55千米,既能空空搜索,又能进行地图测绘和对海搜索。歼8II战机有了这样的雷达,就能有效地拦截低空突防的敌方飞机和导弹,例如当时已大量装备 苏军的图-22"逆火"轰炸机和苏-24"击剑手"战斗轰炸机,如果不是采用AN/APG-66雷达,仅仅靠过去的单脉冲体制雷达,要想拦截这些飞机是无 法做到的。


    首架装备 AN/APG-66火控雷达系统的歼8II于1988年首飞成功,随后飞抵爱德华兹空军基地进行全面试飞。1989年6月,美国因为政治原因单方面中止 "和平典范"工程,早先运抵美国的两架歼8II飞机和1架模型被拆除美国的设备后于1992年交还中国,现收藏在中国航空博物馆内。


    "和平典范"虽然没有像它的名字所标榜的那样,成为我国同西方先进国家在军事领域进行合作的样板,但影 响也是深远的。中方在与西方军工企业合作过程中极大地开阔了视野,看到了中国在电子和航空领域追赶世界一流水平的方向和道路。在中美合作中止后不久,中国 自主研制开发了歼8II M改进型,尔后中国国产新型战斗机的设计,更是以西方的标准贯穿始终。


    但是,与国外的差距毕竟在短时间内不能弥补。在国内立项研制相应型号的同时,为满足装备急需,我国于 20世纪90年代初期在与苏联恢复友好关系后,开始为歼8飞机的新改型——歼8 II M飞机引进了Zhuk-8II雷达。该雷达工作在X波段,能够在高和中两种脉冲重复频率下工作。高脉冲重复频率发射脉冲的速度很快,具有对迎头目标发现距 离比较远和测速准确的优点,可用于在远距离上搜索目标;低脉冲重复频率发射脉冲的速度很慢,具有测距准确的优点,用于对地面成像和上视搜索;而中脉冲重复 频率发射脉冲的速度介于二者之间,具有对迎头和尾随目标发现距离比较均衡的优点,用于下视时的空域搜索;如果雷达能够同时在这三种脉冲重复频率上工作,则 称为全波形。美国于1980年开始研制的AN/APG-68雷达,装备用于F-16C/D战斗机上,它是世界上第一部全波形机载火控雷达。而Zhuk- 8II雷达的性能与AN/APG-65接近,后者是于1975年开始研制、1982年交付使用,它装备于F/A-18战斗机上。AN/APG-65雷达代 表了20世纪80年代的最高水平。


    同一时期,为谋求对强5的改进,南昌飞机公司与意大利航宇公司联合,共同研制新型强5M。强5M以强5IA为基础,加装了意大利研制的综合化航空电子、攻击系统,主要包括先进的惯性导航系统、多功能平显、高精度雷达测距器、数字式大气数据计算机及大容量中央计算机。


    有了自己的火控雷达


    20世纪90年代通过近20年时间建立的技术储备和从国外吸收的部分先进技术与设计思想,我国机载脉冲 多普勒火控雷达技术开始步入快速发展的新阶段。从 1990年开始,先后有多台技术原理样机投入技术验证和系统完善工作中。通过5年左右的技术攻关,完成了从低脉冲重复频率的单脉冲体制到全波形脉冲多普勒 体制之间的技术跨越。20世纪90年代中期,我国自行研制的中低重复频率脉冲多普勒火控雷达终于装备歼8II飞机。我国自行研制的"飞豹"战斗轰炸机,也 装备了我国自行研制的全波形机载火控雷达,这标志着我国用10年的时间,已将国产脉冲多普勒火控雷达由探索阶段发展到全面应用阶段。


    在这一时期,我国开始引进俄罗斯PERO、SKOL两种无源相控阵天线。与此同时,国内开展了利用国产器件完成了无源相控阵试验样机研制。实际上,我国在20世纪70年代就开始了无源相控阵雷达原理样机的研究,并曾于1978年研制出用于水轰5的无源相控阵水面搜索雷达。


    1992 年,我国正式恢复了发展预警机的计划。因为1991年的海湾战争,标志着世界军事技术开始全面深入。由于预警机在战争中的出色表现,以及当时的国际和国内 环境,我国迫切需要作为信息化武器装备的预警机。由于当时国内关于能否自主研制预警机并没有形成统一意见,最后国家决策通过引进先进国家的装备来解决急 需,同时在引进过程中提高自己的技术水平。又因为从20世纪80年代开始,国际上掀起了研制相控阵雷达预警机的热潮,以色列、瑞典和美国等一些先进国家已 进入型号研制,表明相控阵雷达预警机是新一代预警机的研究发展方向。因此,在对世界各国预警机进行充分考察和研究的基础上,我国预警机的引进目标被定位在 有源相控阵。


    就在引进工作进入系统集成的关键时刻,由于美国的强行干预,我国的引进合同因为单方面被撕毁而中止。在 对外合作过程中,我国坚持了"合作研制"的基本方针。一方面,技术方案由双方共同制定;另一方面,我国坚持很多关键性设备(例如雷达的收/发组件和天线 罩)由自己生产。同时,国家另外投入一笔资金,同步安排国内包括雷达在内的其他任务系统的同步研制。当时,曾经有不少人认为没有必要,理由就是,现在不是 能买到了吗?为什么还要自己搞?在每一种先进武器装备开始对外合作时,总是有不少人抱有这种能从国外买到,就不用自己搞的想法,这是国防工业发展的最大障 碍之一。实际上,从对外引进到自力更生,常常是很多高新技术武器装备的发展建设之路,正是因为当时我们坚持了这样的基本方针,才使得后来外方撕毁合同时, 我们已经具备了自行研制的基础。


    其中,固态收发组件的大批量生产是当时需要突破的最大障碍之一。由于收发组件的数量众多,生产出来的每 一个收发组件其性能应该一致,这就要求收发组件的加工工艺非常高。这个难题,我们在很短时间内就解决了。一方面,得益于我国在"八五"期间就开展了预先研 究,十几年来没有中断,积累了一定的经验;另一方面,则得益于当时对外合作的过程中,引进了外方的工艺规范和质量管理体系。


    相比于机载预警雷达的收发组件研制来说,机载火控雷达的收发组件研制有着更大难度。由于火控雷达的工作 频段更高,收发组件的设计和制造更为艰难,且由于战斗机上的空间、重量和电力更为有限,要求把收发组件做得更轻、更小、对电能的利用效率更高。但是,在国 产有源相控阵预警机开发过程中积累的相关经验,无疑为研制我国有源相控阵体制的机载火控雷达打下坚实基础。


    第四代的雷达怎么样?


    进入21世纪后,我国机载火控雷达进入了成熟应用的阶段,机械扫描体制的火控雷达技术水平与先进国家相 当,也就是达到上世纪90年代中期国际机载火控雷达的先进水平,因为当时国外的无源或有源相控阵雷达都没有成熟应用。我军新型作战飞机装备的雷达系统以脉 冲多普勒体制和平板缝阵天线为标志,已经由单纯的制空作战发展到了具备地形测绘、合成孔径、地形跟随等功能,具备较强对地、海目标作战能力,是现代化多功 能火控雷达系统,目前已经全面装备包括歼11、歼10和"枭龙"在内的国产新型战斗机,可以满足为我国第三代战斗机配套的需要。与此同时,我国在机载预警 雷达领域则处于世界先进水平。2010年2月,美国智库詹姆斯敦基金会发表文章称,中国人民解放军采用有源相控阵技术的空警2000和空警200预警机比 美国E-3C和E-2预警机整整领先一代。


    这两型采用有源相控阵机载预警雷达的研制,大大促进了我国有源相控阵技术的发展。2011年1月,中国 第四代新型战斗机横空出世,应该说明我国机载火控雷达跨越了无源相控阵阶段,直接进入了有源相控阵机载火控雷达的研制。因为根据一般武器装备的开发规律, 该机能够首飞,说明相关的配套系统已经具备研制能力,甚至在整机之前已经完成生产。作为我国的四代机,不能完全背离国际上四代机所具备的特点另起炉灶,采 用国外四代机甚至不少三代机都已经装备的有源相控阵雷达,应该是毫无疑问的。


    至于国产四代机的雷达性能如何,与F-22的火控雷达性能相当,应该是比较现实的推测。首先,我国的有 源相控阵雷达技术通过预警机工程,已经在本世纪初取得了重大突破;其次,即使我国在高波段收发组件的研制方面仍然存在与先进国家的差异,但在中国第四代新 型战机正式服役时(估计5—8年后),达到F- 22服役(2005年)的水平,应该是没有问题的。而且,通过对我国几十年来机载雷达技术发展脉络的勾勒,我们已经看到,其技术追赶的速度是越来越快,在 有些领域,我们还在落后;在某些领域,我们已经完成追赶;在有的领域,我们已经实现领先,这也正是我国国防工业的整体写照。


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