音樂台、366型目標指示/射控雷達

054A導彈護衛艦湘潭艦(531)艦橋頂部,大型半球天線罩就是366型超視距對海偵測/火控雷達。

攝於2019年新加坡國際防務展(IMDEX 2019)

──by captain Picard

 


 

 

俄製音樂台目標指示/射控雷達雷達系統

Mineral-ME目標指示/射控雷達的天線組,平時在一個半球型外罩內。

052B配備16枚鷹擊-83反艦導彈,由一套俄製Mineral-ME目標指示/射控雷達指揮接戰,編號為MR-331,其位於艦橋頂部的巨大半球狀雷達罩是顯著的外觀特徵。西方國家 一向將擁有此種大型外罩的俄製雷達稱為「音樂台」(Bandstand),高度3.2公尺而直徑為4.5公尺,不過實際上俄羅斯有好幾種艦載雷達使用這種雷達罩,包括Titanit、Monolit以及Mineral等。Mineral系列射控雷達的第一個國外客戶就是中國(Mineral-ME是外銷型號),係跟著俄羅斯建造的現代級驅逐艦引進;而先前蘇聯外銷 他國的若干艦艇上也設有這種「Bandstand」雷達外罩,但是雷達罩裡面改用單純的平面搜索雷達。

Mineral-ME雷達系統是蘇聯開發的第三代超地平線雷達,利用高空中的「導管效應」(Duct effect)進行超水平線偵測 ,進而充分發揮艦上反艦導彈動輒一、兩百公里的射程 。在某些氣象條件下,離地表最近的對流層溫度會隨著高度而遞增(正常狀況為遞減),形成逆溫層(Temperature Inversion Layer),而此區域的電磁波會沿著逆溫層的上下邊界傳遞到數百公里以外,類似在導波管內傳遞的情況,而此種現象便稱為導管效應,而可引導電磁波傳遞的逆溫層區便稱為導管或導層。導管現象通常只發生在海上,而且具有季節性,不過在波斯灣、阿拉伯海、波羅的海、東地中海、印度洋與南中國海卻經常出現此一現象,因此經常在這些海域作業的前蘇聯海軍,便利用此一特性研發了幾種反艦 導彈射控雷達,Mineral正是其中最具代表性的系列,主要裝備於現代級導彈驅逐艦上。利用導管現象,便能在欠缺衛星或友軍航空機、艦艇、潛艦的協助與資料傳輸下,靠著單艦本身能力直接實現超水平偵測,但測得的目標距離誤差會比較大。另外,Mineral雷達系統還結合了專屬的數位資料鏈,能讓好幾艘裝備Mineral雷達的船艦分享探測資料,進行多基聯合搜索定位(應利用三角測量等方式讓不同雷達對同一批目標進行追蹤測量);如此,多艘使用被動定位的船艦聯合工作,探測精確度自然遠高於單一節點,有效提高了精確度。

Mineral-ME由Mineral-ME1主動式雷達、Mineral-ME2被動式截收雷達MineralME3數位資料鏈暨 協同定位雷達(data link/orientation radar)組成 ,其中Mineral-ME1、Mineral-ME2都安裝在大型半球雷達外罩內,Mineral-ME3則另外設置在獨立的球型天線(北約代號為「燈泡」,艦上可能配置一到兩個這種天線);這三個部分可以各自獨力運作,也能協同運作。 Mineral-ME的系統組合具有彈性,能依照不同的船艦平台以及任務需求而配置;例如,如果只需要超視距主/被動探測能力而不需要參與協同標定工作,該船艦就只需配備Mineral-ME1、Mineral-ME2雷達而不需要Mineral-ME3數位資料鏈。在052B上,Mineral-ME1/2的天線位於艦橋前方的大型半球狀雷達罩內,而Mineral-ME3則 擁有兩個獨立的小型球狀天線罩,安裝於二號桅杆的兩側。 以下就分別簡介:

Mineral-ME1主動式雷達:功能包括對水面目標進行偵測、分類、定位、追蹤與射控,具備敵我識別功能,能將目標數據傳給射控系統或透過Mineral-ME3傳輸給其他艦艇 ,其發射功率為25KW,採用X波段操作;利用導管現象時,Mineral-ME1最大搜索距離可達180km至200km,縱向誤差僅50m, 並能同時追蹤30個目標,同時對10個目標施予射控等級的雷達照射(必須在視距內)。

Mineral-ME2 被動式截收雷達:截收波段涵蓋I/G/E/F/D頻 ,功能包括對敵方雷達輻射源進行遠程探測及方位標定,並比對信號資料庫中的雷達類型進行識別與分類,同樣可將目標數據交給射控系統或交給Mineral-ME3傳給友艦;Mineral-ME2能同時 處理200個目標,並監視其中50個海面目標,在一般操作時,定位精確度約為使用距離的5%,利用導管現象時 的最大截收達距離為450km,不過此時的縱向誤差將高達偵測距離的15% ,而且深受氣象情況影響。Mineral-2被動雷達雖然無法像主動雷達般直接測距,但能夠按一定的誤差確定目標方位,同時將距離誤差控制在一定精確度內,在單艦做暫時可利用船艦多次機動方式分別對目標進行測角,進而完成目標距離的推算,誤差值也在一定的概率分布以內,而且可透過測角誤差函數來估算差距;在多艦作戰時,各艦以Mineral-ME2進行測角,並配合Mineral-ME3來交換目標方位數據,進而完成目標距離計算,而不必發射任何電磁波。

Mineral-3數位資料鏈暨 協同定位雷達:負責在各艦傳輸分享Mineral雷達參數以及其他關於聯合作業的參數,包括聯合作戰控制、行動協調、 導彈參數傳遞等,並將友艦傳遞的相關情資輸入至艦上的作戰系統中,最多能同時與9艘友艦進行數位資料傳輸與協同定位 ,此外也可與艦隊的直昇機進行資料溝通。

根據統計,Mineral系統的主動雷達使用率占總使用率的30%,被動偵測定位占60%,其他10%係依靠直升機探測。依照俄方使用經驗,Mineral-ME雷達在反艦作戰時,使用Mineral-ME1主動雷達的比例約30%,使用Mineral-ME2的機率則高達60%,僅有10%的機率需要借助直升機或其他外來單位。而依照 中國的解放軍學術文章,Mineral雷達亦能偵測掠海低飛的空中目標,依照大氣中導管效應高度的不同,面對雷達截面積(RCS)0.1~1平方公尺的目標,能在20至35km的距離上發現掠海反艦飛彈。

與當時中國自製的射控雷達系統相比,Mineral-ME不僅有效距離遠得多,而且無論在電子反反制能力、多目標處理能力均較為優越 ,能同時指揮多枚反艦導彈攻擊不同目標,此外該系統功能較多(兼具導控反艦導彈、信號截收以及資料傳輸等功能) ,整合度亦高(以一座多功能顯控台便包辦所有功能),以上都是此系統獲得中國海軍青睞的原因。Mineral-ME雷達系統主要用於導控俄製SS-N-22超音速反艦 導彈,不過其衍生型也能導控SS-N-25、SS-N-27俱樂部(Club)以及C-803等中國自製的反艦導彈 。Mineral-ME這種高度專業的並附有資料鏈的反艦 導彈專用射控雷達系統,顯示俄系艦艇十分重視由多個水面載台以反艦導彈實施協同反水面攻擊的能力,這與相對偏重防空與反潛、由航空兵力擔任反艦主力的西方艦艇哲學大不相同,也在在反映了雙方思想與作戰背景的迥異 。與頂板雷達的情況相似,052B採用的Mineral-ME雷達為俄羅斯原裝貨,然而日後中國也完成了此雷達的國產化作業,中國稱為366型 。

 根據漢和信息的報導,中國海軍在Tema 968與Tema 988(051C)兩項工程中,一共向俄羅斯購入四套原裝的Mineral-ME雷達系統,外加四具安裝於現代級的同型系統,中國海軍一共從俄羅斯引進八套 。中國參考Mineral-ME的仿製版是366型雷達,在2004年完成正樣機測試,日後裝備於054A導彈護衛艦、052C/D導彈驅逐艦上俄羅斯從未將頂板與MINERAL-ME雷達的技術與生產授權給予中國,因此這純粹是中國單方面的仿製行為,而這樣的舉動也引發了俄羅斯的不滿。

反艦導彈射控雷達以及用來導引防空導彈的MR-90照明雷達,都已經出現在購自俄羅斯的現代級、自行建造的052B等艦艇上;然而, 從052C導彈驅逐艦與054A導彈護衛艦上的相關裝備,卻是中國自行仿製成功的國產版本。

根據漢和信息的報導,中國至今只在Tema 968(052B)與Tema 988(051C)兩個項目中購入總計四座的原裝MINERAL-ME系統,外加四艘進口的956E/EM現代級導彈驅逐艦上的四具,總計有八具原裝 MINERAL-ME;但是除了完整成品之外, 中國同時也訂購了相當多的雷達零組件;對此,俄羅斯方面一開始就覺得事有蹊蹺。俄羅斯方面也表示,中國曾要求俄羅斯派遣專家來協助中國海軍「組裝備用雷 達」,但遭到俄方拒絕,因為這需要專業的設施與許可才能作業。稍後,俄羅斯專家在協助中國海軍解決俄製電子系統運作時出現的技術問題 (應為現代級),發現雷達上面出現許多非原廠零件,這意味中國從實際操作購自俄羅斯的原裝品之中,開始練習模仿生產。由於無法從俄羅斯原廠取得進一步技 術, 中國方面極可能轉向烏克蘭Kvant雷達設計局 尋求協助,提供設計紙圖、資料甚至部分組件實體等協助;該設計局存有前蘇聯時代的早期型MINERAL-ME設計圖,並能生產部分組件 。就這樣,透過一連串實際的嘗試、解決各種技術問題以及針對各子系統重新整合開發,中國終於推出了這些俄製雷達的仿製版本。當然,中國方面始終堅持這些雷 達是「自行研發、擁有自主知識產權」的產品;在仿製過程中, 中國自然在細部設計上做了很大的重整,應用中國自行開發的技術、組件,取代原系統中較為老舊 的部位(尤其是與電子、軟體相關方面,俄羅斯原裝系統經常明顯落後),但這並不足以改變這些雷達仿自俄國系統的事實,它們的結構與基本運作原理大同小異。

 

366型目標指示/射控雷達

054A湘潭艦(531)艦橋頂部,中間大型天線罩就是366型超視距對海偵測/火控雷達。

在2000年代,中國參考俄羅斯MINERAL-ME射控雷達系統研製出366型超視距對海偵測/火控雷達。366型雷達在2004年完成正樣機研製工作,研製完成後裝備於054A導彈護衛艦以及052C/052D導彈驅逐艦等。與MINERAL-ME相似,366雷達也安裝在一個大型半球型外罩內。

366型具有利用大氣導管效應進行超視距偵測 的能力, 在適當的大氣狀況下,能為鷹擊-83反艦導彈提供水平線外的目標指引。366型的系統架構、功能與工作方式都與MINERAL-ME相似(包括主動、被動 探測以及多艦協同定位),但細部設計有較大的差異,例如後端使用較新的電子與軟體技術,工作頻段與同時處理目標的數量都與INERAL-ME不同 。

366雷達結合一個主/被動雷達天線、兩個協同被動接收天線 以及兩個協同追蹤傳輸天線,全系統區分為一個主動探測單元與四個被動接收單元;其中,主/被動雷達天線以及被動接收天線整合在大型半球狀天線罩(054A設置在艦橋頂),協同追蹤傳輸天線則安裝在獨立的球型天線罩(054A設置在後桅杆兩側平台上)。366的所有主/被動系統涵蓋五個工作波段,其中一個是主動探測波段,涵蓋360度水平方位,其餘四個是被動波段;在主動模式下,同時處理的最大目標數量是被動工作模式下的三倍。原版MINERAL-ME同樣擁有五個工作波段(I、G、E、F、D),而366型雷達的五個工作波段則與MINERAL-ME完全不同。與原版MINERAL-ME類似,366型擁有主動、被動和主/被動協同運作等模式;主 動模式分為一般大氣條件下(直線傳遞,距離為視距)和具備大氣導管條件下的超水平線工作模式,利用大氣導管條件下主動探測距離最多可達約200公里;在被動模式時,使用的四個工作頻段的探測距離有所不同, 其中一個波段的最大探測距離超過300km。

與原版MINERAL-ME相較,366型的主/被動協同運作模式的定位方式更為先進;例如在被動協同定位時,以船艦本身的中國國產數據傳輸系統來傳輸,而不像原本MINERAL-ME需要專用的MINERAL-ME3協同收/發傳輸系統,整體配置與工作上更加靈活。 另有資料指出,中國新型國產驅逐艦/護衛艦的超視距目標指示系統也有依賴接收大氣湍流散射電磁波的模式來獲得地平線外的電磁波,這是穩定存在的大氣現象, 而不像大氣導管需要倚賴特定的天候情況。