洛馬集團固態雷達系統(SSR)

 ──by captain Picard


 

前身:SPY-1E先進S頻雷達

在1994到1995年,洛馬集團以神盾系統使用的AN/SPY-1被動相位陣列雷達為基礎,自費進行一系列主動相位陣列版SPY-1的研究工作,並向美國海軍提議發展一系列天線尺寸、功率不同的主動版SPY-1,作為艦隊的新世代雷達。其中,神盾巡洋艦、驅逐艦使用與SPY-1相當的12英尺口徑天線,航空母艦使用9英尺版本,飛彈巡防艦(FFG)使用7.5英尺版本,而兩棲突擊艦(LHA)則可使用6英尺版本。

在1990年代下半,美國海軍仍不急於立刻發展艦載主動相位陣列雷達系統;但作為日後新式雷達系統的先期研究,美國海軍仍 在1999年6月與洛馬集團簽署固態SPY雷達(Solid State SPY Radar,SS-SPY)的初期概念發展合約,以現有SPY-1相位陣列雷達為基礎,將原本的被動相位陣列天線、傳統行波管發射機,換成微波積體電路(MMIC)為主的主動陣列天線以及全固態收發組件。美國海軍官方曾非正式地稱SS-SPY為AN/SPY-1E(只在2004財年預算書中提過),而洛馬集團內部一度稱之為SPY-2。 此外,當時大力發展艦載彈道飛彈防禦系統的美國飛彈防禦局(Missile Defense Agency,MDA)也將SPY-1E列入相關技術發展的一部份。在工程發展與原型測試階段,SPY-1E的預算額度為4.2億美元。

換用全固態組件與主動相位陣列天線技術的SPY-1E,具有更遠的偵測距離、更高的精確度以及更強大的多目標追蹤能力,電子反反制能力、自適應性也大福增加;由於有效距離更遠,彈道飛彈偵測能力也因而成長。SPY-1E的天線陣面重量大致與SPY-1D相當,但後端體積重量就大幅減輕(因為再也不需要傳統的集中式發射機)。在2001年,美國眾議院武裝力量委員會編列6700萬美元的預算來發展SPY-1E。在美國國防部官方文件中,在2003年度國會追加預算以及2004年度預算中, 開始出現固態SPY雷達(Solid State SPY Radar)的紀錄,咸信就是洛馬在開發的SPY-1E。在2004年,美國透過名為S波段先進雷達(S-Band Advanced Radar,SBAR)的計畫名義繼續支持洛馬開發S波段相位陣列雷達,計畫定義這是一種採用四面固定相位陣列天線,總共包括超過25000個T/R單元,探測距離是現有的SPY-1的兩倍以上。隨後,SBAR又演變成可變固態S頻雷達(Scalable Solid-State S-Band Radar,S4R),在2006年時演變成規劃中的CG(X)防空巡洋艦所使用的主要防空雷達,之後成為AMDR的S波段雷達。在2006與2007兩個財年,美國海軍仍以神盾戰鬥系統工程(AEGIS Combat System Engineering)項目之下的固態SPY雷達,以及艦載系統元件發展(Shipboard System Component Development)項目的雷達升級(Radar Upgrades)計畫等兩個子項目,撥款支持發展S波段固態相位陣列雷達。

洛馬集團自費開發的可變固態S頻雷達(S4R)的原型

在2002年,第一套擁有單天線的SPY-1E原型在洛馬集團位於新澤西州摩爾斯頓的測試場展開陸地測試。原本美國海軍打算在2006年在伯克級飛彈驅逐艦波伯號(USS Preble DDG-88)安裝SPY-1E的工程發展模型4B(Engineering Development Model 4B)進行測試 ,搭配改進的雷達發射與信號處理系統(強化了在雜波中偵測低雷達截面積目標的能力);不過,最後並沒有付諸實現。

在2000年代,美國海軍開發雙波段雷達(DBR)計畫(由VSR、MFR雷達構成),並在2003年7月30日將VSR由原先規劃的L波段改為S波段,隨後由洛馬集團獲得研發合約,咸信SPY-1E就提供了不少寶貴的研發經驗。 在2007年,美國海軍確認開始發展新的AMDR雙波段(S/X)相位陣列雷達,作為規劃中的CG(X)防空巡洋艦的主雷達系統,而這也成為美國海軍接下來統一的艦載固態主動相位陣列雷達計畫。在2008財年的預算中,美國海軍建立先進上感測器計畫項目(Advanced Above Water Sensors),包含AMDR等相關計畫,而原本的固態SPY雷達項目就不再存在。

不過在參與AMDR競標之餘,洛馬仍繼續自費進行先前S波段先進雷達的相關研究。洛馬集團也曾自行以S4R的技術為基礎,進行CG(X)巡洋艦雷達風險降低項目的研究。S4R的大功率陣面使用基於碳化(GaSi)半導體技術製造的T/R組件,並結合大量美國海軍已經採用的商規現貨組件、商用開放式架構網路通信協議與介面。在2008年1月,S4R雷達驗證了數位波束成形(DBF)進行定位和追蹤目標的能力。在2009年1月,S4R雷達進行了數位化波束成形技術的定位和追蹤目標展示。

在2013年10月10日,美國海軍 宣布雷松(Rathyeon)在AMDR雷達競標中獲勝。雖然洛馬在AMDR項目中遭到重大挫敗,但仍打算以先前投資開發的先進主動相位陣列雷達技術來升級現有神盾艦的AN/SPY-1被動相位陣列雷達,並繼續發展固態雷達(Solid State Radar,SSR,見下文)

 

固態雷達(SSR)/低風險技術更新方案(Low-rush Technology Refresh)

在2017年1月9日於華盛頓特區舉行的海軍水面艦協會(Surface Navy Association)國家年會(National Symposium)中(SNA 2017)中,洛馬集團首度展出了以固態雷達(Solid State Radar,SSR)結合神盾系統的升級方案;SSR是一種由氮化鎵(GaN)半導體T/R組件構成、可擴充/裁減的主動相位陣列雷達,是洛馬集團為美國飛彈防禦局(Missile Defense Agency,MDA)建造的長程辨識雷達( Long Range Discrimination Radar,LRDR)系統的關鍵硬體組件。LRDR是用於陸基彈道飛彈防禦系統的S波段長程預警雷達,MDA與洛馬在2015年10月簽署價值7.84億美元的合約,由洛馬研製並在阿拉斯加建造LRDR。LRDR在2017年通過關鍵設計審查,在2019年於阿拉斯加中部的克利爾空軍基地(Clear Air Force Station)展開建造工程,在2020年投入服役。LDLR的陣面由上千個SSR模組構成,就算一部份SSR組件進行抽換時,仍可以繼續保持運作而不必關機。日本富士通(Fujitsu)也在洛馬集團的LRDR供應鏈中,負責提供SSR固態雷達的GaN T/R半導體組。 

洛馬結合LRDR的SSR雷達陣面以及神盾系統的提案,稱為風險技術翻新方案(Low Risk Technology Refresh),基本上以SSR主動相位陣列雷達替換現有艦載/岸基神盾系統的SPY-1D被動相位陣列雷達,而後端的資料處理則由神盾Baseline 9/ACB 12開始使用的多任務信號處理器(Multimission Signal Processor,MMSP)負責。洛馬集團表示,結合SSD雷達技術之後,神盾系統各項性能可以大幅提高,探測目標的距離、同時接戰更多目標、增加接戰目標的距離、提高在陸地環境複雜電磁波背景情況下的作戰效能、減少與其他軍用或民用無線電波設備之間的干擾,並更能發揮配套的SM-3 Block IIA反彈道飛彈的有效射程。在2015至2016年,洛馬已經結合神盾Baseline 9系統以及SSR雷達原型進行展示,由神盾系統接收SSR雷達的目標探測軌跡,下一階段是在2018年中實際測試同時追蹤與接戰的能力。

在2018年海軍水面艦協會國家年會(SNA 2018)中,洛馬集團整合作戰系統與感測器(Lockheed Martin Integrated Warfare Systems and Sensors)分部的副總裁兼經理Michele Evans表示,一些神盾系統的客戶如澳洲、西班牙等,已經開始使用本國的技術整合入神盾系統中(例如澳洲打算在SEA 5000巡防艦案中將CEA-FAR2主動相位陣列雷達整合入神盾系統,西班牙F11-巡防艦也由神盾系統搭配西班牙Indra與洛馬合作開發主動相位陣列雷達),因此洛馬也提出SSR這類方案,透過先進技術來提升現有神盾作戰系統能力。如此,不僅能顯著提高神盾系統的作戰效能,也能充分利用先前的投資,達成良好的成本效益。

以美國海軍在2010年代下半規劃的柏克Flight 3為例,其SPY-6 AMDR相位陣列雷達不僅陣面尺寸更大,而且改用1000V的高壓直流供電,為此柏克Flight 3首度使用160V中壓交流供電系統(原本柏克級使用傳統的450V交流電系統),連帶導致船艦上的輸配電架構、許多用用電設備都必須大幅度翻新,影響所及甚至連艦體結構艙室都必須變更來騰出更多空間;因此柏克Flight 3的SPY-6相位陣列雷達顯然無法直接整合到先前的神盾驅逐艦上。相形之下,洛馬的SSR雷達方案就能為現有的神盾艦進行升級,只要將神盾系統升級到Baseline 9C的水平就能配合,潛在市場不僅包括美國海軍本身原有的大量柏克Fligh 1/2/2A(美國海軍從2010年代起,陸續將柏克Flight 1/2/2A的神盾系統升級到Baselne 9C),還包括輸出給日本、韓國、西班牙、澳洲的神盾艦。

日本與韓國分別在2015年開始增購使用神盾Baseline 9的神盾驅逐艦(日本為養艘27DDG、韓國為KDX III第二批),日本還在2017年12月正式決定向美國購買兩套岸基神盾系統,這些2010年代下旬新增的訂單都成為洛馬SSR雷達的潛在市場(此時美國柏克Flight 3與AMDR相位陣列雷達的研發與整合工作尚未完成,日、韓不太可能採用)。如同前述,日本廠商如富士通是洛馬LRDR/SSR供應鏈的一環,這就增加了洛馬SSD雷達被日本新購神盾艦與岸基神盾系統採用的可能性。在2018年7月初,路透社報導日本選擇了洛馬的LRDR彈道飛彈預警雷達衍生型,成為日本陸基神盾系統的指引雷達,而雷松的AN/SPY-6主動相位陣列雷達則在競爭中落敗;這項評估結果在7月30日由日本防衛省正式公布。