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現代千里眼:美國海軍神盾雷達的演進

SPY-6(V)1雷達是美國第一種整合防空、彈道飛禦、制海、反無人機於一身的多功能雷達,現已完成一系列測試,成功達成設計目標。 圖/美國雷神公司
SPY-6(V)1雷達是美國第一種整合防空、彈道飛禦、制海、反無人機於一身的多功能雷達,現已完成一系列測試,成功達成設計目標。 圖/美國雷神公司

由美國雷神公司所發展的「挑戰者防空搜索雷達」(Enterprise Air Surveillance Radar,EASR)雷達,是美國海軍要為航空母艦、兩棲突擊艦及新巡防艦等艦艇配備的新一代電子掃描雷達,已在2019年完成首次系統級測試,並在今年(2021)年8月完成全部測試。

神盾系統及後繼雷達發展計畫

第一代神盾雷達AN/SPY-1探測距離約四百公里,可同時監視四百個目標、同時追蹤約一百個目標,導引飛彈攔截18個目標。但由於近年來日趨增加的彈道飛彈、超高速反艦飛彈、無人機、隱形戰機等威脅,美國海軍開始更新其雷達偵測導引及抗電子干擾能力,AN/SPY-6雷達因此誕生。

SPY-6(V)1雷達是供柏克級第三批(Arleigh Burke Class, DDG 51 Flight III)驅逐艦計畫使用的「防空及反飛彈雷達」(Air and Missile Defense Radar, AMDR)。美國海軍在2013年決定為新一代艦艇發展AMDR雷達,採用S波段長程雷達及X波段的中級短程雷達組成,為一種雙頻雷達。S波段負責長距離搜索、追蹤、彈道飛彈防禦及飛彈與船艦上傳及下傳鏈結,X波段負責中程及短程的對空與對海搜索和精確追蹤。

因此整套AMDR雷達的功能可涵蓋艦隊區域防空、彈道飛彈防禦、對海搜索,以及小型低雷達截面積目標的偵測,功能十分完整。不過因為對功率及冷卻的要求提高,不但雷達要更大的電力,體積及重量都會大幅提升,同時對艦艇的體積要求也增加。

AMDR雷達採用全數位化雷達波束控制,可以同時發射及接收多道雷達波束,執行不同任務,如防空、彈道飛彈偵測、飛彈導控等,同時,也是首度在雷達上運用氮化鎵(GaN)技術,技術層次相當高。氮化鎵作為接收/傳輸(T/R)單元,可縮小體積,卻能有更寛工作頻帶、更大輸出功率、更強訊噪比、更高工作溫度、更好導熱性及導電性,並將平均故障間隔時間提高至十倍,是SPY-6性能優異的關鍵。而採用數位化波束控制,可快速處理T/A模組回收的大量訊號數據,並增加波束成形的彈性,提高雷達靈敏度一百倍,增加訊號動態範圍,在濱海或高電磁干擾環境下,仍可提升雷達效率。

為了增加使用彈性,各家的設計都採用模組化,以因應不同艦艇規模來放大或縮小雷達的體積。AMDR雷達由多個雷達模組(Radar Mudule Assemblies, RMA)組成,每個模組本身就是獨立的雷達,可以彈性增加及減少整體雷達系統的體積,可用以替換現行柏克級驅逐艦的舊SPY-1D雷達,或是配備在Flight III上,可容許更大的陣列,其T/R單元達到五千個,靈敏度比SPY-1D提高一百倍,探測距離提高兩倍以上,在此範圍尚能偵測到雷達截面積(RCS)僅一半的目標。但這也是柏克級所能搭載雷達的極限。

不過未來若美國海軍決定重啟巡洋艦計畫(CG(X)),則萬噸以上艦體規模,應可塞進更多的雷達陣列,從而增加其性能。

雷神公司在2013年擊敗洛馬、諾格集團,贏得海軍合約,並在2014年進入工程發展階段,正式編號為SPY-6(V)。第一套SPY-6在2016年完成,並送至夏威夷的太平洋飛彈試驗場測試。2017年7月,於太平洋飛彈試驗場進行第二次測試,成功偵測及持續追蹤一枚中程彈道飛彈,另外也進行對空中、水面目標的測試,這項被稱為「義勇泰坦」(Vigilant Titan)的測試,是SPY-6(V)雷達持續測試計畫的一部分。

根據實驗數據,該次測試成功達成對抗複雜軌跡中程彈道飛彈的主要目標。2019年2月,成功達成最後一回合的測試目標,進行第15次彈道飛彈目標的追蹤,追蹤的飛彈同樣由太平洋飛彈試驗場發射。SPY-6雷達與神盾作戰系統最新的基線10(Baseline 10)戰武器系統性能提升完全整合,以降低發展成本及減低風險,預計2024年達成初始戰力。

在維吉尼亞州測試的spy-6雷達。 圖/美國雷神公司
在維吉尼亞州測試的spy-6雷達。 圖/美國雷神公司

EASR雷達的誕生

不過因為ADMR雷達太大又太貴,不可能用在航空母艦等只需短程防空武力、不需要具備彈道飛彈攔截能力的船艦上,因此2014年美國海軍決定投資發展另一型雷達,即EASR,同樣也是主動電子掃描雷達 (AESA),具有對空、對水面搜索能力,以及空中管制,功能較為簡單,目的是用來取代SPS-48E雷達。

由於只有雷神公司提出符合需求的提案,2016年海軍與雷神公司簽署價值9,200萬美元合約,發展EASR雷達,預計從2020年開始,供應16具EASR雷達,包括前述的旋轉式天線及三面固定式天線構型,旋轉式天線新的兩棲突擊艦及船塢登陸艦使用,而福特級的後續艦、星座級則使用三面固定式天線,福特級的首艦福特號則使用DMR雙頻雷達,第二艘甘迺迪號(USS John F. Kennedy, CVN 79)就會開始配備EASR雷達。

美國海軍為EASR雷達提供的正式編號為AN/SPY-6(V)2及(V)3,其中AN/SPY-6(V)2是旋轉式雷達,用在兩棲突擊艦及尼米茲級航空母艦,取代原來的SPS-48E雷達;AN/SPY-6(V)3為三面固定天線,將配備在福特級航空母艦的後續艦,以及新一代巡防艦(FFG(X))上。FFG(X)已被命名為「星座級」(Constellation Class),以首艦星座號作為級別名,這兩型雷達都是基於SPY-6(V)1成熟的基礎上所發展。

另外,雷神公司也開始宣傳另一型較小型的AN/SPY(V)4雷達,用於柏克級驅逐艦的現代化計畫,可裝置在柏克級Flight IIA上。EASR雷達可同時執行防空及反水面作戰,並可對付雷達截面積較小的無人機,彈道飛彈及巡弋飛彈,同時也具備電子防護能力。

美國海軍福特號航空母艦。 圖/U.S. Navy
美國海軍福特號航空母艦。 圖/U.S. Navy

SPY-6將成美國海軍未來艦隊空防主力

SPY-6(V)1雷達是美國第一種整合防空、彈道飛禦、制海、反無人機於一身的多功能雷達,現已完成一系列測試,成功達成設計目標。SPY-6(V)1雷達靈敏度為SPY-1的一百倍,可以追蹤體積小一半的物體,其發展目的在提供柏克級Flight III驅逐艦同時對抗空中及彈道飛彈的威脅。

杭廷頓因高斯工業公司(Huntington Ingalls)已在2017年6月獲得建造柏克級Flight III首艦的合約。不過新雷達需要更大的電力,因此柏克級Flight III的首艦魯卡斯號(USS Jack H. Lucas, DDG 125),艦上電力及冷卻系統都將修改,以適應新艦上新雷達及未來武器升級的龐大電力需要。美國海軍首批Flight III將建造10艘,建造合約由杭廷頓因高斯,以及通用動力旗下的巴斯鐵工廠(Bath Iron Works)平分。

目前柏克級Flight III首艦及第二艦DDG 128皆已採用AN/SPY-6(V)1雷達,而尼米茲級航艦、以及建造中的第二艘美國級兩棲突擊艦布干維爾號(USS Bougainville, LHA 8),以及聖安東尼奧級兩棲船塢登陸艦小麥高爾號(USS Richard M. McCool Jr., LPD 29)則會安裝旋轉天線的SPY-6(V)2雷達。

EASR雷達在今年8月,在美國海軍測試中心完成防空作戰及空中管制,以及電力系統的測試。該型雷達在驗證時已確認,即使在高雜波及多目標追蹤的作戰環境下,仍能展現優異性能。三面式的SPY-6(V)3雷達,目前處於製造階段,將用在福特級航空母艦,以及星座級巡防艦上。

另外,SPY-6(V)4預計會用在部分柏克級Flight IIA的升級計畫上。因為SPY-6(V)1體積太大,因此海軍希望為其配備縮小版的SPY-6(V)1,未來(V)4可能用來提供國外客戶,如日本及韓國,用於其神盾驅逐艦的性能提升,(V)2與(V)3用於其他國家船級。

由於配備EASR雷達,星座級巡防艦的作戰及生存能力不但遠遠高於飽受批評的濱海戰鬥艦(LCS),更遠高於前代的派里級巡防艦,已具備接近早期柏克級驅逐艦的作戰能力,其具備強大反潛及區域防空能力,不僅支持美國海軍的分散式海上作戰(Distributed Maritime Operations, DMO)概念,並成為美國海軍艦隊的基礎,強化整體艦隊戰力。

由於配備EASR雷達,星座級巡防艦的作戰及生存能力不但遠遠高於飽受批評的濱海戰鬥艦(LCS),更遠高於前代的派里級巡防艦。星座級巡防艦示意圖。 圖/U.S. Navy
由於配備EASR雷達,星座級巡防艦的作戰及生存能力不但遠遠高於飽受批評的濱海戰鬥艦(LCS),更遠高於前代的派里級巡防艦。星座級巡防艦示意圖。 圖/U.S. Navy

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