海鷹眼雷達與康定升級

2023/02/05閱讀時間約 12 分鐘
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2020/11月初版
2022/8月新增
2323/2月新增
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海軍拉法葉艦「戰鬥系統性能提升案」首艘艦工程將在2023年2月底啟動,測試艦是1203西寧艦。海軍本月已與法國DCI.DESCO公司簽署「艦艇戰系儎臺零附件」採購案,金額台幣19億6380萬,西寧艦升級工程預計到2025年底以前完工。

DCI-DESCO公司為法國國防國際諮詢公司(DCI)下屬機構,而DCI是法國國防部在海外的運營商。海軍在2020年4月間以8億355萬採購拉法葉級DAGAIE MK2干擾彈發射系統升級套裝,同樣是由法國國防顧問公司DCI.DESCO得標,經2年多間完成升級。

海軍6艘拉法葉級「戰鬥系統性能提升案」,總金額為431.59億。預計3年進行評估與驗證,驗證完再進行後續5艘艦的戰鬥系統性能提升,預計9年至2030年完成。
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海鷹眼雷達看來應該要面世了,來整理一下相關資料。

★中科院 新新科技年刊 2020/7/1
https://www.ncsist.org.tw/csistdup/news/TechData.aspx

■中科院2020年7月號「新新季刊」48卷3期
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微小目標偵蒐雷達之技術發展
AESA SAR/ISAR的技術發展
★MDC軍武狂人夢轉載
http://www.mdc.idv.tw/mdc/
中科院研製第一套主動相位陣列雷達(AESA)已通過多項演習和測評,T/R器件採用砷化鎵(GaAs)半導體,已開發S波段到Ka波段的砷化鎵半導體放大器。
而氮化鎵(GaN)半導體功率器以S波段到Ku波段為主,氮化鎵半導體的MMIC功率放大器晶片,S波段功率為65W,X波段為25W。利用內部天線耦合方式進行自我測試與校正,採水冷式散熱,散熱冷板有進/出水管路,T/R模組與散熱冷板間加入散熱貼片。

■中科院2020年11月號「新新季刊」48卷4期
研發成果海鷹眼雷達收發模組
面對未來戰爭威脅,被動雷達在戰場的生存恐受威脅,多目標、功能性多、機動性強、反應時間短、數據率高及抗干擾強的新式相列雷達為雷達換裝的最大重點,而新一代的雷達以三個技術作為主軸-天線數位化、功率固態化及接收數位化。本文中的海鷹眼雷達為一海用長距離搜索雷達如圖一,利用1,200W固態功率放大器的功率輸出達成功率固態化,利用收發晶片達成接收數位化,其餘的技術發展還包含發射/接收系統、類比數位轉換技術、數位多波束合成技術及High MTBF等,成功驗證後將成為海軍搜索的主力裝備,以適應未來變化迅速的戰場環境。 海鷹眼雷達系統收發模組包含五個部分:杕數位相移器及衰減器、杌固態功率放大器、杈接收電路、杝帶通濾波器、杍數位補償電路。

「海鷹眼」主動相位陣列雷達,使用功率1.2KW、由氮化鎵(GaN)半導體制作的低雜訊放大器(LNA)固態功率模組,射頻總輸出61dBm,具有數位補償 、帶通濾波器等後端處理,採用水冷散熱,已生產20套模組進行驗證。
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中科院資料:
「海鷹眼」雷達,採用S波段,工作範圍350公里(儀距),對戰機類目標探測距離200公里 ,波束能在水平與垂直向移動(透過機械旋轉達成水平360度掃描),能同時偵測追蹤500個目標(指定追蹤加上TWS),可探測戰機、無人載具、反艦飛彈等各類空中威脅;有每分鐘13.5轉與27轉等兩種速率,配備固態功率放大器、複合材料外罩以及縮裝的信號處理器。天線罩裡放置構成雷達陣面的T/R射頻單元,及後端信號處理單元模組,可快速抽換。搭配海劍羚短程防空飛彈的旋轉雷達系統也是同系列,改成波長較短的X頻。

「海鷹眼」雷達前端的振子為八木(Yagi)天線,並以餽源線連結到天線後方的T/R單元。一般較小型、X(I)波段的空用主動性位陣列雷達的天線振子多採用槽形天線(Notch),而八木天線則常用於波長較低的UHF波段雷達。八木天線的指向性優於槽形天線,旁瓣較低。

「上報」報導,國外主流的主動相位陣列雷達(AESA)的陣面,主要採用偶極子天線(dipole)或貼片天線(patch)構成,其定向增益低於八木天線振子,但斜向增益較高,使得天線合成波束的掃描範圍廣,才能達到相位陣列雷達設計的原使用目的。一般而言,單面相位陣列天線波束的掃描範圍至少涵蓋120至140度,而使用八木天線振子構成的天線可能只有20到40度之間。
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大概推敲一下中科院的手法,改用八木天線+AESA拉長偵測距離,但因為掃描範圍小,所以用在旋轉式雷達上,而且需要更長時間掃描,S波段每分鐘15轉才可能到350公里(SMART-S Mk.2每分鐘13.5轉250公里,每分鐘27轉150公里)。那麼「海鷹眼」如果要改成四面固定陣列,可能就不能用八木天線,所以會有X波段偶極子或貼片天線版本?旋轉式雷達一般會用機械式穩定,但如果要改成固定陣列,就必須要能電子穩定,中科院兩種都會開發吧。

S波段AESA的海鷹眼如果測試良好,X波段版本也順利發展,也可能會取代X波段的PESA海蜂眼,端看中科院的進度如何。

PS:如果安裝了S波段海鷹眼的艦艇要裝海劍羚,上面那個旋轉式X波段雷達應該整合到迅聯系統裡,放到桅杆更高處,而不是放在飛彈發射器上方。因為這兩者搭配就是一個最簡單的雙頻雷達組合,類似SPQ-9B+SMART-S,一個負責近距離防衛,一個負責中遠程搜索。
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震海艦如果採用外國設計,美國除了洛馬有LCS自由級改版賣沙烏地阿拉伯的MMSC之外,其他已經有實體艦的,大概就是海巡的傳奇級,4500噸,長127.4公尺,最高航速28節。雖然有提案FFG(X),但被認為競爭力不夠。雙直升機庫可能要改成單座,比較符合台灣的需求。另外就是海巡嘉義級4000噸,採用VARD 7 125設計圖,也有推出OPV巡防艦版本。

其他可供震海艦配備的參考,諾格的SPQ-9B雙面旋轉式X波段雷達,歐洲泰雷茲Thalas(因併購法國湯姆笙公司,為拉法葉佣金案被罰6.3億歐元)的Smart Mk-2單面旋轉式S波段PESA雷達、NS50/100/200單面旋轉式AESA雷達、法國泰雷茲Herakles單面S波段PESA雷達、美德合資的TRS-3D/4D是C波段PESA/AESA雷達、瑞典SAAB的C波段Sea Giraffe ABM、X波段的Sea Giraffe 1X、S波段的Sea Giraffe 4A,也可能是外商會建議的雷達組合模組。除非洛馬研發SPY-7的單面旋轉版本,不然美國也沒有可開放外銷的現貨,而雷神的SPY-6(V)2管制外銷。

輕型固定陣列雷達方面,雷神的X波段PESA的SPY-5沒有成品,S波段SPY-6(V)3管制外銷,TRS-4D四面陣列有德國資金,泰雷茲有X波段的APAR、S波段SM400(荷蘭)、S波段Sea Fire500(法國),瑞典SAAB的Sea Giraffe 4A Fixed Face,洛馬SPY-7則還沒有小型的4面陣版本。

PS:獨立級的三船體有強度疑慮,加上過寬的船體,難以使用海軍現有船塢,應該不會列入考慮範圍。
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★康定級的升級方案
日本3D Warehouse擷取的康定級3D平面圖,康定級升級案確定,要安裝華陽VLS+海劍二x32枚,以B砲位大小來看,其實安裝兩組VLS不是問題。如果只安裝一組,可以把空位用來放一組海劍羚x24枚的發射器,高雄艦的測試讓這個可能性大增。發射器放在76快砲後方、VLS之前,可以兼顧往左後右後的射角,應該比跟方陣快砲交換位置理想一些,但必然會增加前方的雷達RCS。

PS:如果康定升級能用泰雷茲Thalas的戰系整合海鷹眼雷達、海劍二、海劍羚成功,那直接延用到震海艦的可能性就會大大提高。除非中科院跟洛馬合作出另外一套戰系,綁MK41跟海弓三,那兩邊就還有得拚。

康定級兩種可能升級版本
★簡易版:
保留原本木星-II雷達,只加裝X波段PESA的海蜂眼,導引海劍二飛彈。B砲位安裝一個24聯裝海劍羚,一組華陽8管VLS,裝填32枚海劍二。如果還有預算空間,可用海鷹眼、或者其他S波段旋轉雷達取代木星-II,其他部分基本不動。

★魔改版:
改裝雙波段雷達,包括S波段AESA的海鷹眼,加一個小型的X波段PESA的海蜂眼,可以同時導引海弓三跟海劍二,才有這個魔改版。B砲位安裝兩組MK41,裝填16枚海弓三,獲得一定程度的區域防空能力,超越成功級的性能。艦尾方陣快砲改裝24聯裝海劍羚,機庫兩側40快砲拆除大改,增加高度,因為考量直升機庫空間,各安裝兩管華陽VLS,裝填8枚+8枚海劍二。機庫左右增加甲版上,安裝兩組XTR101或102遙控20機砲,端看重量、艦體發電量而定。

這個方案的預算大增,多了兩組MK41,而且要導引海弓三的功夫更多,看法國的技術能力是否能達到,不然可能是採取折衷版本。
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康定級雷達裝備
★海神Triton-G G頻中程對空/平面搜索雷達
C波段,搜索距離19公里。
這個會用海蜂眼取代,但因為雷達裝置位置很高,如果桅杆支撐力不夠,可能要把海蜂眼縮小減重,或是裝到別的地方。因為海蜂眼要導控海劍二、海劍羚,是會被統整到法國泰雷茲Tacticos戰系,還是由迅聯接收資料,兩套戰系分工,得等這兩年研發結果。
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★DRBV-26D木星-II二次元對空搜索雷達
L波段,搜索距離250公里的機械式都卜勒脈衝雷達,以431億6艘的預算規模,會沿用還是更換呢?有可能接替的雷達如下。

1.法國泰雷茲的Herakles單面S波段PESA旋轉雷達,法國FREMM、新加坡可畏級使用,機密等級較低的前一代產品,搜索距離250公里,可導控法國紫苑飛彈。如果康定級使用,就只能當單純的預警雷達,維修完全依靠法國泰雷茲,如果要直接導引海劍二,可能要修改成S波段上鏈,這是很大工夫,機率難料。

2.荷蘭泰雷茲Smart S Mk2單面S波段PESA旋轉雷達,海鷹眼的參考來源,暢銷各國,搜索距離250公里(空中目標),水面目標40/80公里。如果法方對輸出Herakles有政治疑慮,Smart S Mk2的可能性就會提高,只是要跟法國戰系結合,會牽扯荷蘭泰雷茲的態度,如果只有6艘,投資修改的CP值就很低。

3.中科院海鷹眼單面S波段AESA旋轉雷達,監視距離250公里(13.5RPM),作戰模式167公里(27RPM),尚未研發完成的產品,2000噸級二代艦、震海艦都可能會使用。就產品通用性來說,會比上面兩種雷達更有優勢,而且會直接導入海弓三的指揮能力。缺點是研發時程還不確定,能否跟上康定級的升級時間表,有很大的變數。

PS:另外一種可能,把海蜂眼改成S波段,放大陣列頂替,但除非上面三種方案都被打槍,不然機率很小。2017年3月開幕的中科院願景館,就有PESA的S波段艦用雷達,是四面固定式的單面旋轉版本。即將交船的玉山艦、測試雷達的高雄艦,上面的旋轉式雷達是不是S波段的海蜂眼?還是X波段的?很快就要揭曉。

台灣國際地位不如韓國自由,必須面對強力的中國打壓,因此台灣的軍事發展就不可能假裝中國的威脅不存在。康定級的購買,是因為中國跟法國都願意接受利益回扣,才讓郝柏村買到閹割後的船艦。如今中國地位被震動,康定級是否能在升級後真的活過來,我們這些老軍迷都等著看。
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雄二:685公斤,長4.8公尺,1988公布
雄三:1470公斤,長6.1公尺,2007展出
天劍二:184公斤,長3.6公尺,射程60~100公里
海劍二:184公斤+加力器,長3.6公尺以上,射程30公里
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用科學的方式,還原占星真正的樣貌
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