美军新型防空反导雷达发展综述

李庶中，李 迅，赵东伟，张润哲

(海军研究院，北京 100161)

0 引 言

20世纪90年代，美海军提出了21世纪水面作战舰艇(SC-21)的发展计划：DD-21驱逐舰、CG-21巡洋舰、武库舰。其中，DD-21驱逐舰主要担负对海攻击和对陆打击两大作战任务，对海攻击任务包括反水面舰艇作战、反潜作战和反水雷作战等，典型特征是装备2部155 mm先进舰炮系统(AGS)、128单元通用垂直发射系统(VLS)等；CG-21巡洋舰主要担负防空作战和弹道导弹防御作战两大作战任务，典型特征是装备了新型防空反导雷达(AMDR)[1]。

受经费制约，2001年前后，美海军调整了水面舰艇发展计划：DD-21驱逐舰项目终止，改为DD(X)驱逐舰，主要担负远程打击和海上火力支援作战任务；CG-21巡洋舰项目缩减，改为CG(X)巡洋舰，主要担负防空作战、弹道导弹防御作战任务，典型特征仍保持为装备AMDR雷达[2]。

1 防空反导雷达(AMDR)及舰艇平台发展

1.1 舰艇发展计划演变

CG(X)巡洋舰的最初概念设计主要为：沿用DDG-1000的舰体与推进系统基本设计，但移除DDG-1000的2座AGS，代之以管数更多、尺寸足以容纳新型弹道导弹防御武器——“动能拦截器KEI”的垂直发射系统，同时将DDG-1000的双波段雷达更换为天线尺寸更大、探测能力更强、专为弹道导弹防御(BMD)任务设计的防空反导雷达(AMDR)。

CG(X)巡洋舰的核心任务是BMD作战，主要关键设计体现在2个方面：一是装备大尺寸天线的AMDR雷达，以提供足够的弹道导弹探测能力；二是具备弹道导弹上升段拦截能力的动能拦截器KEI，当时美海军准备将其发展为新一代的海基BMD主力拦截武器。为满足AMDR安装空间和供电能力及长度为12 m的KEI的安装条件，满载1.5万～2.3万吨级的CG(X)巡洋舰是唯一选择。

如图1所示，左图为NGSS船厂在2008年3月海军联盟海-空-太空装备展上公布的CF(X)抽象图，从外观便可明显看出其与DD(X)/DDG-1000驱逐舰(右图)之间的渊源，CG(X)沿用了后者的舰体与推进系统设计，但特别针对BMD任务的绣球而调整了雷达电子与武器配备设计，如舰船取消了AGS舰炮的配备，改设数量更多的垂直发射系统(VLS),雷达也换成特别针对BMD任务设计的AMDR。

图1 CG(X)巡洋舰在DDG-1000平台上发展

此后，美海军的海基BMD作战构想有所改变，从依靠少数装备高性能传感器的作战平台，转变为依托传感器联网协同作战。即BMD舰艇装备缩小版的AMDR，通过CEC等网络与前沿部署的海基X波段(SBX)雷达或安装了“眼镜王蛇”双波段雷达的导弹跟踪船协同，也可满足海基BMD作战任务的目标探测需求。另一方面，动能拦截器(KEI)也因技术与经济上的原因，于2009年被导弹防御局取消，美海军将继续以“标准3”导弹作为主要海基弹道导弹防御拦截武器。

基于以上等多种原因，建造CG(X)这种大吨位、造价昂贵巡洋舰的需求不复存在。2010年2月，美国海军最终以“基于经济上可承受性考虑”为由，取消了CG(X)计划，至此CG(X)计划彻底终止。

随着DDG-1000的削减和CG(X)计划的消亡，美国海军开始重启伯克级驱逐舰的建造计划，2010～2016年续建10艘伯克IIA型驱逐舰DDG113-122，用于补充缩减的DDG-1000驱逐舰；2016～2032年采购33艘全新的伯克Ⅲ型驱逐舰(搭载缩小版AMDR)，用于替代取消的CG(X)巡洋舰。图2所示为后冷战时期美海军三大新型水面舰计划结局。

图2 后冷战时期美海军三大新型水面舰计划结局

1.2 AMDR发展历程

AMDR的全称为：Air and Missile Defence Radar，即防空反导雷达。美海军的装备型号为AN/SPY-6雷达，由S波段雷达、X波段雷达和雷达控制组件三部分组成。

2009年6月，美国海军分别向洛克希德·马丁公司、诺斯罗普·格鲁曼公司和雷声公司授予了3份固定价格合同(前两者分别获得1 000万美元，后者为990万美元)，开始研究新一代海军防空与反导雷达(AMDR)。

2010年9月，AMDR项目进入技术开发阶段，美国海军授予诺斯罗普·格鲁曼公司、洛克希德·马丁公司和雷声公司总价值约3.5亿美元、为期2年的合同对AMDR中S波段雷达和雷达套件控制器(RSC)进行技术开发[3]，AMDR中X波段雷达的设计开发时间尚未确定。为满足竞争测试的要求，美国海军在夏威夷建立了先进雷达探测实验室(ARDEL)，自2011年8月起，开始AMDR的测试工作[3]。

2010年CG(X)巡洋舰项目被取消，尽管如此，AMDR仍在继续研发。2013年10月，雷声公司最终击败洛·马公司、诺·格公司，负责设计、开发、集成、测试和交付美国海军AMDR中的S波段雷达(AMDR-S)和雷达设备控制器(RSC)的工程研制样机。2013年底，AMDR的4项关键技术在一次环境测试中得到了验证。其中，数字波束形成技术可同时完成防空和反导任务，基于氮化镓半导体技术的T/R组件成功演示了其良好的功率效率和冷却效率。此外，软件技术和数字接收机技术也在测试中得到成功演示。

2014年7月，雷声公司完成了AMDR-S雷达的硬件初始设计评审和集成基线评审，标志着这一项目转入工程化和制造开发(EMD)阶段。

2015年4月，AMDR通过关键技术评审，确认了系统软硬件的有效性，预计2018年完成首次部署。

雷声公司2015年完成了一部雷达的建造，2016年转场至位于夏威夷的太平洋导弹靶场进行测试，直至2017年底完成了EMD阶段的工作。

正在开发的伯克级FlightⅢ型驱逐舰(如图3所示)，前12艘采用AMDR-S雷达搭配AN/SPQ-9B雷达(升级版)，计划2024年后换装全状态的AMDR雷达，即AMDR-S雷达搭配AMDR-X雷达。

2 能力评估

AMDR包括3个主要部分：

(1) AMDR-S：是AMDR的核心，用于提供针对空中与弹道导弹目标的全空域搜索、跟踪、弹道导弹识别和导弹指令制导等功能，采用4个 S波段阵面(3.7～11 m直径多尺寸可选)，凭借大口径、高功率、高灵敏度与大工作带宽等优势，提供比现役雷达更高的探测与识别能力。

(2) AMDR-X：用于为AMDR-S 提供低空补盲及水面探测等辅助信息，采用X波段，具备水平搜索、精确跟踪、海面小目标探测等功能。采用3个X波段多功能相控阵(1.2 m×1.8 m)，应为AN/SPY-3雷达(天线口径为2.7 m×2.1 m)的缩小减配版，而初期的FlightⅢ型舰采用的是AN/SPQ-9B雷达。

(3) 雷达控制器(RSC)：用于在后端控制、协同和综合管理AMDR-S和AMDR-X 2部雷达，确保2部雷达在复杂多变的作战环境中完成各自的作战任务。

在AMDR的初始设计指标中，美国海军就提出“雷达应该设计成一种尺寸可调的系统，以适应不同的平台，满足当前和未来的各种作战要求”。因此，AMDR设计将采用模块化的软硬件和开放式结构，天线尺寸可调，系统设计具有一定的灵活性，根据不同的舰船平台，选用不同尺寸的模块搭建，并且具备即插即打的能力，新软件和硬件能以对系统影响最小的方式插入，使系统快速升级，如图4所示。

图4 AMDR雷达的模块化设计

据简氏防务杂志报道，AMDR的S波段雷达收发组件采用了第3代半导体器件氮化镓(GaN)，装备于阿利·伯克Ⅲ驱逐舰的天线直径为4.27 m。原计划装备于CG(X)巡洋舰的天线直径达6.7 m。与现役“宙斯盾”舰艇的AN/SPY-1D雷达相比，等效信噪比改善31.6倍(约15 dB)，探测距离是前者的2.37倍，耗电量是前者的3倍(高达1.5 MW)[4]。

2.1 主要性能分析

基于以上数据，按照AN/SPY-1D雷达威力进行推算，AMDR的主要性能大致如下：

(1) 对中段弹道导弹最大作用距离不低于960 km。

(2) 对隐身飞机最大作用距离不低于350 km。

(3) 对掠海反舰导弹最大作用距离不低于27 km(X波段采用AN/SPQ-9B)。

2.2 技术特点分析

(1) 开放式体系架构：不仅满足商用货架产品(COTS)的应用，通过共用后端控制、处理等结构实现AN/SPQ-9B雷达或AMDR-X雷达与AMDR-S雷达的自由搭配，其开放性已日臻完善。

(2) 灵活的可裁剪、可扩展能力：美国海军在招标中特别强调了可裁剪性，通过提高模块化和灵活性水平，使其能适配各类舰艇，功能上、性能上可根据作战需求自由增加或削减，是美海军未来40年主要的舰载雷达系统。

(3) 雷达任务综合化管理、资源一体化调度：在作战使用中，雷达控制器既可以综合调度2个波段的雷达发挥各自优势，又可以根据需求控制双波段完成同一任务，互利互补，使雷达资源最大限度被利用。

(4) 第3代半导体器件、数字阵列等技术的推广应用：第3代半导体具有带宽大、工作电压高、功率密度大、效率较高等突出优点，可大幅提高雷达的有效辐射功率、接收灵敏度，减少对冷却系统需求；通过与数字阵列的结合，可显著增强雷达的探测能力、灵活性、抗干扰能力、实时多任务能力等。

2.3 能力预测

美海军于2016财年启动首艘装备AMDR的阿利·伯克Ⅲ驱逐舰(DDG124)的采购，预计将于2021～2024年入役[5]。目前已确定将按每年采购2艘的进度，共采购22艘。与现役“宙斯盾”舰艇相比，其作战能力在三方面得到大幅提升：

(1) 弹道导弹防御能力：与现役AN/SPY-1雷达相比，AMDR对弹道导弹的探测距离更远、精度更高，可更好地发挥“标准3”(SM-3)导弹的作用，从而加强对远程弹道导弹的防御能力，并具备一定的对洲际弹道导弹的拦截能力。

(2) 对低空反舰导弹的防御能力：与现役“宙斯盾”舰的AN/SPY-1雷达相比，AMDR所采用的AMDR-X或AN/SPQ-9B雷达都具有更好的低空探测能力，特别是抗海杂波能力、目标稳定性等方面具有明显优势。

(3) 综合防空反导能力：现役“宙斯盾”舰的AN/SPY-1雷达由于受无源相控阵技术体制限制，功率口径积无法进一步提高，难以同时完成对飞机、低空反舰导弹探测和对弹道导弹探测两方面的任务，需要采用多舰编队协同实现防空反导的综合探测。AMDR具备同时担负防空探测(对飞机、低空反舰导弹)和反导探测(对弹道导弹)任务，确保舰艇综合防御能力的发挥。

3 结束语

海基弹道导弹防御是国家弹道导弹防御力量的重要组成部分之一，美军从弹道导弹防御能力建设之初，就将海基弹道导弹防御力量建设作为其重要支柱之一加以大力发展，目前海基力量已具备了对弹道导弹中段、末端的防御能力，特别是对于盟国、海外利益的保护发挥了不可替代的作用。

尽管2010年CG(X)巡洋舰下马，但作为海基弹道导弹防御核心力量的AMDR的研制工作未受影响，继续按弹道导弹防御能力要求开展，综合考虑平台经济性、承受能力等因素，选取了伯克级驱逐舰这一成熟平台加以改进，搭载AMDR和相关武器形成伯克级FlightⅢ型舰，实现海基弹道导弹防御能力的跨越式发展。