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日志

 
 

强悍对手-22DDH与日本海自的航母编队发展   

2013-07-31 11:18:27|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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强悍对手-22DDH与日本海自的航母编队发展 - 小飞猪 - 小飞猪的博客
即将下水的22DDH,舰岛上的相控阵天线安装基座清晰可见

 

      根据日本媒体的报道,日本海自最大的22DDH直升机驱逐舰不久即可下水,它是海自最大的作战舰艇,尺寸、吨位甚至超过了许多国家的轻型航母,堪称不叫“航母”的“航母”。

       22DDH最令人注目的就是它配备了四面阵,具备强大的探测能力,可以显著提高海自的海上空情掌握能力,22DDH是以企业号、戈尔什科夫号、库滋涅佐夫号、辽宁号之后,又一艘采用四面阵的航母,它表明日本海自可能已经开始着手发展未来航母编队指挥系统

现代空战的胜利,除了作战飞机的本身的性能以外,还要有完善的空情信息与指挥引导系统,笔者注意到22DDH全面了四面阵的设计,根据海外资料的消息;22DDH的舰载相控阵雷达来源于16DDH的FCS-3型有源相控阵,不过取消了后者的导弹照射天线阵,相应的后端的导弹火控系统也被取消,仅保留了对空搜索与空中交通管制功能,型号也改变为OPS-50,按照日本的资料,它的搜索距离达到惊人的370公里,比FCS-3的200公里提高近一倍,这个数字实际上已经达到或者接近美国宙斯盾系统使用的SPY-1雷达和前苏联库滋涅佐夫级的天空哨兵相控阵的水平,是一个相当令人吃惊的数字。这显然也表明日本海自非常重视22DDH的空情信息掌握能力。

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辽宁号舰岛上的雷达基座
 

    如果我们观察与日本22DDH类似的各国轻型航母如西班牙“战略投送舰”、意大利“凯沃尔”号等,它们都没有采用没有四面阵,而是采用了单面阵,如意大利“凯富尔“航空母舰配备的RAN-40L远程警戒雷达,甚至英国的伊丽莎白女王级这样的大型航母配备的也是单面阵,我们知道平面相控阵天线波束在偏离法线方向的时候,会造成波速的展宽,平面孔径投影区的下降,从而降低天线的增益,影响雷达的探测距离和精度,所以一般来讲平面相控阵雷达的工作范围大约是+/-60度,也就是说一块雷达只能覆盖面120度的空域,如果采实现全向探测,只能采用机械旋转来提来解闷问题,但是相控阵天线一般较重,象RAN-40L的天线重量达到2.5吨,这样重的天线很难进行高速旋转,RAN-40L的旋转速度只有6转,雷达只能在相控阵天线的工作范围内执行跟踪和搜索模式(TAS)模式,同时跟踪数据率比搜索速率不能太高,这样就限制其探测和跟踪高速机动目标的能力。 

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凯沃号航母,后桅杆上面就是RAN-40L雷达

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 伊丽莎白女王级也采用单面旋转阵

 

   这样多面阵就出现了,从前面我们可以得知想实现平面相控阵天线想实现全向的覆盖,至少需要3个阵面,但是考虑动舰艇的运动和簸箕,这个数字要上升到4块,这样每个阵面在自己的探测范围实现电子扫描,它的扫描速度和数据更新速率就要快的多,当然相应的价格也要贵的多,从这个角度来讲,很难相信,日本耗巨资建造一艘配备4面阵天线的万吨舰艇仅仅是为了抢险救灾。

     从海外资料的数据来看,OPS-50的探测距离比FCS-3提高了近两倍,这对于雷达来说是一个非常大的进步,那么OPS-50凭借什么能把探测距离提高这么远,首先是功率,我们知道决定雷达探测距离两个关键的参数就是孔径*功率,一般而言雷达探测距离与功率四次方根呈正比,也就是当探测距离提高一倍,功率需要提高16倍,因此即使OPS-50的功率比FCS-3有提高,但是提高16倍的可能性恐怕还不大。

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OPS-50是FCS-3的改进型,注意后者有两个阵面

 

根据雷达原理,我们知道雷达距离与波长有关系,一般而言,波长越大,在大气传播中信号强度降低越低,不过波长的与天线增益呈反比,与天线孔径呈现正比,而天线增益又与雷达探测距离呈正比,所以较长的波长必须采用较大的天线孔径,从22DDH的定型图来看,由于取消了FCS-3主阵面旁边的照射阵面,所以相应的OPS-50的阵面应该有所扩大,因此笔者推测OPS-50应该比FCS-3增加了波长,后者工作在C波段,它的特点就是精度较高,但是波长较短,探测距离受到限制,所以远程雷达的工作频率一般在S波段以下,考虑到22DDH天线阵面孔径,如果采用较低的波段,那么就会因为天线增益的原因,限制其探测性能,所以笔者认为22DDH采用S波段或者L波段的可能性更大一些,实际上对于各国来说,这两个波段也是远程探测雷达最常用的频率。因此可以推测OPS-50的主要功能就是编队的远程空情掌握,而这正是一支航母编队的执行作战任务的关键之一。由此可见22DDH虽然号称轻型航母,但是其空情信息探测能力已经超过了一般的中轻型航母,直逼库滋涅佐夫号、辽宁舰这样的大型航母,

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 22DDH效果图

 

如果我们看一下,海自的水面舰艇发展趋势,就会发现相控阵化是其舰载雷达一个重要的特点,海自不但建造配备“宙斯盾”系统的金刚级防空导弹驱逐舰、自行研制的FCS-3A多功能舰载防空系统也配备在秋月级通用驱逐舰和16DDH直升机驱逐舰上面,余下春雨、高波级也配备有OPS-24单面旋转有源相控阵,因此日本海自10.9舰队的对空探测能力和空情信息掌握能力可以说名列世界前列,更何况空自还拥有大量的预警机,必要时也可以为海自提供空情信息支援,并不需要22DDH配备如此先进的相控阵雷达来提供编队的空情掌握,海自为22DDH配备OPS-50显然是为了扩展编队的用途.

虽然我们经常听说SPY-1这样的相控阵雷达具备良好的多功能性能,可以同时执行搜索、跟踪和制导等任务,但实际上为了保证舰艇对于空中目标的掌握和摧毁能力,SPY-1需要根据任务和空中目标的不同,进行合理的能量分配,从而实现不现作战环境下对雷达资源的自适应管理。由于需要执行跟踪任务,所以多功能相控阵雷达的发射波束通常不能太宽,以保证足够的精度来执行制导或者引导任务,例如一般多功能相控阵雷达的波束宽度在1.5度左右,这样的话即使是采用电子扫描方式,其实现全空域搜索所需要的波位数仍旧很大,根据相关资料,如果一部相控阵雷达的跳跃间隔为0。8倍波束,要完成地120*80度范围的搜索,则它需要的波位数可能超过6000个,那么以雷达发射脉冲的重复率为1KHZ,每个波束停留的位置采用只需要一个脉冲回波即确定目标的存在,那么完成对整个空间的搜索可能也要20秒钟左右的时间,也就是说平均每分钟对整个空间搜索3次,这样的速率显然较低,也就是说搜索一周需要的时间较长,特别是用于搜索时发送的脉冲过多,这样就造成雷达用于搜索的能量过多,用于跟踪的能量较少,这样当来袭的目标过多的时候,就会造成雷达的顾此失彼.

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22DDH的出现可以让金刚级更加专门于防空、反导作战

 

尽管我们经常听到多功能相控阵雷达一词,但是在相关武器系统中,仍旧能够常常看到一部配套的远程目标指示雷达。比如欧洲的新一代防空导弹驱逐舰,如英国的45型、意、法国的地平线和德国的F124等防空驱逐舰,都在配备多功能相控阵雷达的同时,也安装了SMART-L这样的远程相控阵目标指示雷达来为前者提高目标指示,即使是美国早期的宙斯盾型舰艇,也使用AN/SPS-49作为远程对空警戒雷达,只不过随着E-2C的成熟,航母编队的远程目标探测更多交给了E-2C预警机。相当于将远程目标指示雷达放到空中。

    除了对空雷达外,先进的指挥引导系统也必不可少,日本海自至上世纪60年代研制自动作战系统以来,已经由最初的OYQ-1发展到现在的 “先进作战系统”,实现了从具备到整体,从单舰到编队的飞跃,系统由传感器到操作者再到武器系统间的信息综台与数据处理.执行一系列包括分析由传感器所送入的目标数据.进行识别分类 威胁程度判断战术恋势图像的生成作战决策的拟定与执行辅助、指挥跟踪雷达进一步跟踪目标选择武器与火力分配协调将数据汇入武器火控系统进行火控计算武器准备与武器指挥等任务并可借助数据链自动地与友军进行实时的数据交换,不过此时日本舰载自动化作战系统仍旧处于平面状态,而不能对空中作战飞机进行指挥引导,而先进航母编队的自动化指挥引导系统可以通过数据链与舰载作战飞机形成联合网络作战系统,与陆基作战飞机依赖预警机不同,受限于母舰,舰载预警机一般较小,因此难以配备较多的显控台和操纵员,所以象空战这样需要精细化引导的场合,更多还是把数据通过数据链传递给母舰,由后者提供给空中的作战飞机,而舰载机据此接近目标,占据有利阵位,发起突然攻击,同时也可以把自身探测到的目标信息传递给母舰,扩大其空情掌握的区域,对于日本海自来说,22DDH的舰载机数量较少,指挥引导系统的难度相对较小,这样可以为以后发展规模更大的系统积累经验,打下基础。 

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45型驱逐舰使用远程搜索雷达来支持多功能相控阵雷达

 

  综上所述,我们可以知道日本如此不计成本的为22DDH安装多面阵,显然考虑到未来作战环境比较激烈,编队可能会面临来自空中、海面、水下的多方位的攻击,因此需要较大的探测、较快的数据更新速率来提高编队的目空情掌握能力,为舰载飞机和舰空导弹等武器的作战打下基础。它对于日本海自作战能力可以起到以下的促进作用:

首先提高编队的远程目标探测能力,虽然日本金刚级配备有SPY-1这样先进的相控阵雷达,具备较好的空情探测能力,但是由于金刚级担负着编队防空的重任,也是对方重点打击的目标,因此可能面临着对方大规模的饱和攻击,甚至还有反弹道导弹的任务,这样都需要为舰空导弹和反弹道导弹提供较为详细的目标信息以便于拦截,这样就需要把大部分能力用于跟踪,就降低了其搜索能力,更不要说对舰载作战飞机进行了指挥引导,所以难免有顾此失彼,而OPS-50出现后,可以利用自己强大的远程探测能力,对空中各种威胁目标进行探测和搜索,将这些目标分配给作战飞机、作战舰艇,这样其他舰艇只需要对特定的区域进行搜索和跟踪即可,从而降低了目标探测的负担,特别是日本在新世纪跟随美国开始建立自己的协同交战系统,这样22DDH与金刚级等舰艇之间的数据交换更加快捷、迅速,目标精度也更高,这样其他舰艇抗击饱和攻击能力得到一步的提高。

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 22DDH提高了日本海上自卫队机动编队的整体作战能力

 

还有就是研制国产航母编队指挥控制系统及先进防空系统,FCS-3及先进作战系统的研制,标志着日本已经掌握了舰载多功能雷达、自动化指挥控制系统、综合火控等领域的技术,具备研制了舰载综合防空系统的能力,而22DDH成功将其推进到战役级别,也就是说海上自卫队以22DDH为依托,完成了编队指挥控制系统的研制,为未来研制航母编队的指挥控制系统铺平了道路,并且在22DDH相关系统的基础上,进行适当的改进,再研制一型采用主动雷达制导的舰空导弹,这样海自就可能实现神盾舰的国产化,这也是组建航母编队的物质基础之一。

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日本舰载预警机两个可能的选择,鱼鹰改进型和EH-101改进型

 

就目前来看,22DDH还有一个缺憾就是对低空探测能力较弱,实际上这是此类舰艇存在的共同问题,库滋涅佐夫号和辽宁号分别采用预警直升机来探测低空空情信息,日本虽然还没有预警直升机,但是以它的经济技术实力,不论是采购一型或者研制一型都没有太大的问题,因此日本海自未来这个动向值得我们关注。

从以上分析我们就可以看出以22DDH为核心的编队,其设想就是能够抗击对方大规模饱和攻击,尽可能的外推空情信息掌握范围,提高编队对空中目标的打击能力,从各方面来讲,它都是一个非常强悍的对手,需要我们认真的加以研究和应对。

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 22DDH标志着日本向着组建航母编队方面又迈出了一大步



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参考资料:

1、相控阵雷达技术

2、世界海用雷达手册

3、本文配图来源于网上,权利归原作者所有

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