现代武器的看家本领,有源相控阵雷达、无源相控阵雷达孰优孰劣?
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相控阵雷达的技术发展最早可以追溯到1937年,二战末期,世界首款通过移相方式进行指向,而非机械转向控制雷达阵面指向的相控阵雷达“猛犸”由纳粹德国推出。尽管,对于“猛犸”是有源相控阵还是无源相控阵,甚至是否是相控阵雷达,国外一直都存在诸多争议。但是,就该雷达具备多个独立的收发单元特征和“猛犸”应用的,“灵活”波束控制技术,“猛犸”雷达符合有源相控阵雷达的定义。事实上,美国国家档案和记录管理局也认为,二战德国设计制造的“猛犸”早期预警雷达是已知世界最早的相控阵雷达。
而相控阵雷达中的另一种类,无源相控阵雷达的技术起步则相对较晚,直到上世纪60年代,以AN/SPS-33为代表的无源相控阵雷达才开始在“长滩”级核动力巡洋舰和“企业”号核动力航母上装备。不过,虽然无源相控阵雷达的发展较晚,理论上无源相控阵雷达应该在时代技术的加持下拥有更好的性能。
然而,这里也必须提及,有源相控阵雷达虽然更早投入使用,但是现代意义的有源相控阵雷达技术其实直到20世纪80至90年代上也才被广泛用于远程预警雷达和舰载雷达上。而且,相比刚刚开始投入使用不久的无源相控阵雷达,得到相同时代技术加持的有源相控阵雷达,在由美苏等国继续完善结构设计以及材料后,后者在性能上表现出了全面优势。这里,需要先提及下无源相控阵和有源相控阵雷达的工作方式,由于相关理论涉及大量学术用语,作者将使用通俗易懂的话语进行讲解。
(无源相控阵雷达如何工作的原理)
无源相控阵雷达和有源相控阵雷达都使用电扫描方式控制雷达波束指向,但是,不同的是,无源相控阵雷达往往只安装有一个发射信号和一个接受反馈信号的装置。对比之下,无源相控阵雷达就像独目的人,而有源相控阵就像蜻蜓的复眼,前者只要瞳孔或者视神经被破坏就显然不可能再看见任何东西,而后者即使部分小眼被破坏,但剩下的数量足够的多的小眼仍能够维持对事物的观察,这就是无源相控阵雷达和有源相控阵雷达的区别。
(有源相控阵雷达如何工作的原理)
从技术角度来看,有源相控阵雷达无疑更加先进,无论是雷达结构重量,还是雷达探测范围探测精确度或是雷达的可靠性,有源相控阵雷达都拥有显著的优势。不过,与此同时,从上述的独目人和蜻蜓的例子也能注意到,蜻蜓的复眼虽然可以在损失部分小眼的情况下仍能继续维持观察。然而假如是同样体积的单眼和复眼,复眼代表的有源相控阵在结构上明显更复杂,对相关的相控阵雷达技术要求也更高,这也是为什么二战结束后的30年内,现代有源相控阵雷达的成熟相较现代无源相控阵雷达的大范围应用要更晚。
目前,无源相控阵雷达虽然在技术性能上不如有源相控阵雷达,但是,由于无源相控阵雷达结构简单,技术要求较低,无源相控阵雷达在某种程度上其实也具备一些有源相控阵雷达所不具备的可靠性,毕竟,设计结构更简单。最重要的是,无源相控阵雷达的制造维护成本也更低,再加上上述提到的那些设计特点,使得即使在国际已经广泛认为有源相控阵雷达将取代无源相控阵雷达的上世纪80至90年代,无源相控阵雷达也仍有一席之地。
而美国阿利伯克级驱逐舰之所以选择使用无源相控阵雷达,就是很大程度上考虑到当时无源相控阵雷达的成本低廉和维护上的优势。众所周知,阿利伯克级驱逐舰建造数量极大,目前的服役数量已经超过60余艘,美国海军首批下单的数量高达27艘,如此巨大的数量,若使用当时技术虽然已经成熟的有源相控阵雷达,但造价十分昂贵(主要是当时我国还未向美国出口制造T/R模块的重要资源-稀土)的有源相控阵雷达,估计阿利伯克级的数量也得像朱姆沃尔特级驱逐舰一样因为成本阉割。
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