杜宇森:我国海军的隐身桅杆有多好？

    近日，海外杂志报道我国新一代近海护卫舰的模型，令人惊喜的这个护卫舰居然用了整体式综合桅杆，这标志着我国在隐身舰船的设计、建造技术方面出向前迈出一大步。

    进入新世纪，052C、054A和022等新型舰艇陆续下水服役，标志着我国海军隐身舰艇达到一个新的水平，已经实现了舰体的隐身化，但是桅杆等舰面结构和设备的结构还有待完善，这次整体式综合桅杆的出现，表明我国在隐身舰船的建造技术方面正稳步向纵深推进，从发展全隐身作战舰艇打下了坚实的基础。

    上世纪80年代我国海军开始研制新一代水面舰艇，在这些舰艇的设计、建造过程中，海军和舰船工业开始重视隐身技术在水面舰艇的运用，我国第二代导弹驱逐舰-052型就采用了隐身技术，采用的技术包括上层建筑与船体尽可能做到倾斜，并且建筑物的连接面或者拐角尽量使用圆弧过渡，以控制反射波的方向，这些措施的采用提高该舰的隐蔽性能，让其在现代战场的生存性能得到较大的提高，但是受当时国家经济技术实力及工业基础的制约，我国二代水面舰艇的隐身设计还不完善，尤其是舰面设备及系统基本上没有涉及，造成舰体表面武器及电子系统林立，影响了隐身技术运用的效果，进入90年代我国开始着手舰面系统的隐身化研制，并探索与舰体隐身一体化的设计，包括导弹系统的垂直发射化、舰炮等武器装备采用隐身外壳，部分雷达系统由圆形整流罩进行覆盖等，这些技术在本世纪我国建造、服役的新一代水面舰艇上得到了体现，尤其是我国新一代导弹护卫舰-054，其雷达隐身达到了较高的水平，并首次进行了舰体和舰面设备的一体隐身设计，尤其值得一提的是该舰对桅杆的隐身性能也进行了考虑，该桅杆针对主要方向的雷达照射方向进行了优化设计，包括采用了内倾的棱台外形，连接面也采用了多面的棱形设计，以偏离入射电波，提高了桅杆的隐身性能，从而从整体上加强舰艇的隐蔽性能，但是我们也应该清楚的看到，这个桅杆本身仍旧属于传统的桅杆形式，主要传感器的天线还是外置的方式，对于桅杆乃至舰艇本身的隐身性能影响较大，另外从整体上

    我国公开的出口型隐身护卫舰的模型，注意其隐身桅杆讲054型护卫舰的舰面设备仍旧偏多，对于舰艇的隐身性能非常不利。

    正在测试整体桅杆的斯普鲁恩斯级驱逐舰

    采用整体桅杆的美国LPD-17船坞登陆舰

    针对新一代水面舰艇隐身性能存在的不足，我国相关单位在相关领域继续稳步推进，深化在舰艇综合隐身方面的研究，这次展出的轻型隐身护卫舰可以看作在近年我国相关单位在这些领域的进展，从模型上看，该级舰封闭首楼甲板和尾部后甲板，形成光滑和倾斜的表面，把舰体和舰桥有机、光滑的融为一体，尽可能消除不连续的平面，以控制入射电波，特别是该型舰对于舰面设备的控制，首先取消了露天甲板的栏杆、把锚泊设备起锚机、导缆器、带缆桩、缆索绞车等布置在甲板下，主甲板周围采用内倾舷墙围闭，舷墙上有作业孔，以便靠近码头时进行抛系缆作业，航线时用盖子覆盖，舰艇的鱼雷发射架、救生艇等装置也都采舰体以内，由舰体进行遮蔽，其他设备如舰空导弹采用垂直发射系统，系统深埋于舰体内，避免了被雷达电波直接照射，其他武器如舰炮则采用了隐身外壳，这些措施的采用都大大降低了舰艇的RCS。

    052驱逐舰虽然采用了隐身设计，但是没有过多的控制细节

    054A护卫舰在整体隐身有了较大的进步，也比较重视细节的处理，但是桅杆是一个缺点

    更让人惊喜的是舰上的桅杆，笔者注意到该型舰配备了多种武器系统，包括舰空导弹、中小口径火炮等，按照常规这些系统应该有自己的目标探测、跟踪与控制系统，但是模型上即没有看到相应的系统，并且其桅杆明显要大于一般轻型舰艇的桅杆，因此有理由相信；该型舰的主要探测系统向桅杆集中，并且采用了综合桅杆系统以提高舰艇的隐身能力，从外形上来我国这型综合桅杆与美国AEM/S系统相近，都是多面锥形体，拥有较好的隐身能力，那么这型桅杆是封闭式桅杆还是综合孔径系统，笔者倾向于前者，这是因为综合孔径系统对于世界各国来说仍旧处于科研攻关阶段，离实用还有一段距离，并且多功能大阵面有源相控阵雷达的价格了比较昂贵，不太符合我国传统市场的采购能力，还有一步就是由于载舰需要轻型舰艇，加上采用多面体结构，那么每个平面的面积就比较有限，相对而言安装的相控阵雷达天线面积也就有限，根据雷达探测距离等于孔径、功率等参数的积来看，也限制了雷达的探测距离，所以笔者认为我国第一型综合桅杆应该是类似于AEM/S的封闭式桅杆。

    整体式桅杆结构示意图

    与AEM/S相同，我国这型综合桅杆结构可能也是上半部采用FSS材料，下部采用了吸波材料，以进一步减少桅杆的RCS，另外里面的设备可能分为多层来布置，根据国外相关系统的通行做法，一般在桅杆的最底层布置电子机柜、通信系统和数据链设备、卫星通信和敌我识别系统，中间布置雷达天线，最上面布置导航雷达、光电火控系统和电子侦察系统等，从而实现了电子设备安装的集成化，解决了困拢我国舰艇隐身的一个关键的问题，该桅杆的一旦研制成功，可以有效的推动我国舰艇上层建筑的集成水平，对于提高我国舰船技术的总体设计和总体作战性能有着极其重要的意义，是我国舰船设计又一次重大的突破。

    该型舰的雷达是另外一个令人感兴趣的地方，前面说过由于该型舰排水量较小，因此为了防止重心上升，所以其桅杆的体积就比较有限，所以就限制了其空间，这样就无法安装较大的雷达天线，另外由于无法安装较大的发电机，因此其能够带动的雷达发射机功率应该也比较有限，我们知道雷达探测距离与功率*天线孔径*天线增益等参数呈正比，在雷发射机功率、天线孔径等受限制的情况下，那么天线增益就显得比较重要，而天线增益等于天线尺寸除波长的平方来看，天线尺寸较小，那么雷达波长的尺寸相应的也要缩小才能有足够的天线增益，以保证雷达的探测距离。而现在我国目前舰载主要对空探测雷达如海鹰S/C雷达的工作频率较低，波长较长，这样其天线尺寸相对较大，难以安装在这个封闭式桅杆之中，如果缩小尺寸，那么就会影响雷达的探测距离，所以从这些角度来说该型舰配备雷达应该在波长尺寸较小，频率较高。另外从该型舰配备的垂直发射的舰空导弹来看，型号应该是国产红旗-16型舰空导弹，目前我国能够垂直发射的舰空导弹只有两种，红旗-9和红旗-16，前者太大也太重，难以安装在中轻型作战舰艇上面，与红旗-16相当的俄罗斯施利基舰空导弹系统就可以装备在1500吨级以上的舰艇中，当然我国也有可能在研制新的舰空导弹武器系统，但是一型新的舰空导弹从研制到设计定型需要时日是，而这型舰艇已经在国际防务展上展出，表示可以接受用户的订单，所以不太可能配备新型系统，并且用户一般也不会接受没有经过实际考验的武器，所以笔者认为该型舰配备的应该是红旗-16.

    我国新型近海护卫舰配备的可能是红旗-16舰空导弹

    众所周知，红旗-16采用的是半主动雷达制导方式，因此需要照射雷达，而模型上并没有看到配套的雷达，那么只有可能安装在桅杆里面，但是这个桅杆内部空间较小，在安装了搜索、跟踪雷达之后，可能没有足够的空间再安装照射雷达，因此新型舰艇的雷达很可能象APAR那样是X波段有控阵雷达，前面说过，波长越短，天线尺寸、发射机、接收机等器件的体积和重量相对较小，从而降低了雷达系统的重量，适合中轻型舰艇的配备，此外估计这样雷达象APAR采用了间隔式半主动雷达照射技术（ICWI），可以同时制导多枚导弹攻击多个目标，如配备有APAR的德国F124型防空导弹护卫舰在测试的时候就曾经进行了双目标拦拦截和先后利用标准-2和ESSM两种导弹对目标进行多重拦截的试验，具备了较高的反应能力，相比较之下，配备了SPY-1相控阵的宙斯盾防空舰艇则必须有照射雷达配合，采用机械转动的照射雷达不但破坏了舰艇的隐身效果，并且照射一个目标后需要转动才能照射下一个目标，从降低舰艇的反应速度。如果这样的话，我国这样轻型舰艇堪称一艘迷你神盾舰，可以为中小国家海军提供一定的海上防空能力，在近来我国892号试验舰上，外界发现桅杆上方出现一型新的雷达，从其天线来看应该是相控阵雷达，并且考虑到其位置在桅顶顶端，天线尺寸较小来看，可以推测其工作波长较小，并且其外形呈现竖长方形，从这可以看出其波束宽度较小，精度较高，这表明这个雷达应该是一型多功能制导雷达，因此不排除这个雷达可能就是我国新一代X波段舰载多功能雷达。

    华罗庚号试验船上的相控阵雷达，从各方面的特点推测应该是X波段相控阵雷达

    从雷达的波长和天线形状来看，这个雷达的工作距离应该不会太远，这是因为波长越小，大气传输过程信号的减少就越大，从而影响探测距离，另外由于波束较窄，所以搜索距离受到限制，但是考虑到这个舰艇主要用于中近海防御，本身处于岸基雷达网和航空兵的掩护之下，因此这些缺点是可以接受的，从这个雷达的配置来看，该雷达和法国ARABEL雷达一样，采用单面阵，平面探测采用电子扫描，而全向覆盖则依赖机械扫描，由于雷达天线较轻，所以其天线转动速度可能较快，估计和ARABEL的每分钟60转差不多，从而能够实现较快的信息更新速率，众所周知，相控阵雷达防空舰艇的天线布置有多种形式工，包括单面阵、双面阵和多面阵，这是因为对于相控阵天线来说，当扫描角度增大的时候，会因为孔径投影区的减少而导致增益损失以及波束宽度的增大，从而降低雷达的探测距离和精度，所以相控阵天线扫描的实际极限度在70度左右，因此要实现全向的覆盖，至少需要三个平面阵列，而对于舰艇使用的天线，由于船体是在不断的上下颠簸和左右摇晃，要求有更大探测范围，所以这个数字要增加到四个，这样的好处就是每个阵面负责一块区域，在此区域内可以进行电子扫描，从而拥有非常高的目标信息更新速率，特别适合对付饱和攻击，但是相控阵天线一般较大较重，如果舰体安装天线数量较多，一是会限制天线安装的高度，从降低雷达对低空空情的掌握能力，同时增加了战舰的排水量和成本，另外对于舰艇供电及能源系统的要求也比较高，这也是为什么宙斯盾舰艇的吨位很难降下来的重要原因，因此为了降低舰艇的吨位和成本，所以有的舰艇采用了单面阵，配合机械扫描系统来实现全向覆盖，这样系统的重量和体积比四面阵要小的多，天线阵面可以安装在更高的地方，从而提高对低空空情的掌握能力，但是目标信息更新速率也要小的多，所以出现了对两者的折中做法，就是利用背靠背双面阵，增加一个方向的电子扫描，不用旋转一转就能实现全向覆盖，与多面阵相比，其体积和重量有所降低，与单面阵相比，目标信息更新速率得到一定的提高。

    052C代表我国在舰载有源相控阵雷达取得重大进步

    从这型舰艇我们似乎可以推测出我国下一代导弹护卫舰的外形应该和其大同小异，或者说就是这种导弹护卫舰的放大型，利用综合上层建筑来实现对舰面设备的隐身化，从而进一步降低舰艇的RCS，那么我国下一代隐身导弹护卫舰是采用哪一种相控阵天线布置形式？笔者认为我国下一代隐身导弹护卫舰可能是作为海军航母编队的内层防御力量来运用，这样其主要作战对象是第一道防线的漏网之鱼，防御压力并不象防空导弹驱逐舰那么大，因此对目标信息更新速率的要求并不象后者那么大，不过考虑到其作战对象主要是各种反舰导弹，因此在特定方向上对于威胁反应时间还是非常高的，所以我国下一代隐身导弹护卫舰可能会采用双面面旋转阵的布置方式，这样的布置的还有一个好处就是可以把雷达天线放在桅杆更高的地方，根据雷达视距公式，雷达的视距与雷达天线和目标高度呈正比，这样可以扩大雷达的水天线，从而提高舰空导弹的拦击距离，配合拦截-评估技术，可以实现对目标的多次拦截，这对于拦截超音速反舰导弹是非常有意义的。

    未来的雷达将是多功能的，结构整体桅杆及上层建筑一体化技术来提高舰艇的整体作战能力

    有源相控阵雷达技术的提高，也是提高我国舰艇的隐身能力重要的基础，这是平面相控阵天线可以非常容易的整合进舰艇的上层建筑之中，同时配合多功能收发组件、数字波束成形技术、光纤数据总线和核心处理系统，就可以形成综合射频系统，实际上相控阵雷达本身就是一个初级的综合孔径系统，通过数字波束成形等技术手段实现多个独立的发射与接收波束，同时这些波束的形状还可以根据工作方式不同的变化进行灵活变化，从而实现相控阵的多功能和多种工作方式，此外利用时间延迟等技术，扩展雷达的信号带宽，这样就可以实现综合射频系统，也就是说，利用共用的宽带相控阵天线，实现超宽带信号辐射与接收；利用共用的信号与数据处理系统，完成探测、电子侦察、电子干扰、通信、数据链系统等功能实现所必需的复杂波束形成及波束扫描，实现包括雷达、通信和电子战等在内的多种舰载射频功能集成的综合射频系统，这就是NOR概念，也就是不仅仅是一部雷达，而是一个综合的电子系统，把这个综合电了系统与舰艇甲板与上层建筑有机的结合起来，形成集成的上层建筑，从而消除了传统舰艇林立的传感器天线，提高舰艇的电磁兼容能力和舰艇隐身性，实现了舰艇的全面隐身化，从整体上增强了舰艇的作战能力，根据有关资料近年来随着国内电子技术的时步，有关单位也开展了雷达、电子战、通信等系统的综合研究工作，并且取得了一定的成果，为我国水面舰艇的进一步发展打下了基础。

    不过笔者认为，集成上层建筑和综合射频系统集中了包括电子、机械、材料等方面学科的最新技术，难度较大较大，即使是发达国家如美国也刚刚进入应用，因此对于我国来说想在近期内就在相关领域取得突破，恐怕难度较大，因此我国舰艇的隐身技术发展未来可以采用先简单、后复杂，先局部后整体的方针，逐步实现舰艇的全面隐身化，首先分别实现通信、雷达、电子战等系统的综合，比如先研制与MERS相当的综合通信桅杆，实现通信系统的综合化，并最终将其整合进上层建筑之中，同时实现雷达系统的功能集成，即采用双频段雷达来替代原来的舰艇上的雷达，如同美国的DRB雷达那样，把052C的S波段相控阵雷达和新型X波段相控阵雷达综合在一起，利用前者波长较长探测距离较远的特点，进行立体搜索，掌握大范围内的空情，而利用后者精度较度的优势，进行识别、跟踪和导弹及舰炮的制导和火力控制，两个阵面共用一个终端和处理单元包括共用信号/数据处理系统，并且采用共坐标的形式工作，从而最大限度的利用雷达资源，初步实现综合孔径能力，并且利用相控阵雷达的多功能性能，并在此基础上深化天线模块及标准化设计技术以及数字接收机技术，使模块具备通用化能力，在功能切换时，射频资源就能够进行实时、动态的重构和配置。同时利用雷达数字波束成形技术实现自适应控制和多波束能力，扩展雷达的电子战、通信能力，初步形成综合射频系统。

    DBR这样的双波段雷达就是我国近期的方向

    在此基础上，通过对相关技术的深入研究，形成覆盖全舰电子系统的综合射频系统，也就是说综合射频系统已经突破了雷达、电子战和通信系统的界限，这些系统的功能由一套或者两套不同频率、多功率的发射/接收天线阵来替代，实现不同功率系统的孔径共用和多功能电子系统对共享射频资源的分配和调用，以一套综合电子信息系统替代原来的多套系统，在此基础上，利用电子技术的进步，实现平面相控阵天线的轻型化和低成本，然后将其有机的整合到舰艇的上层建筑之中，这样就可以得到一艘几乎完全隐身的作战舰艇。

    由此可以想像，随着我国综合国力的不断提高，经济技术水平的不断增强，我国隐身作战舰艇的水平也会越来越高，成为捍卫国家安全和海洋权益更加坚固的钢铁长城。