中国机载雷达发展轨迹

  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:
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轰-6战神, 翔龙侦察机, 枭龙

  我国随苏联米格-17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。

  航空知识 责任编辑:京勉