美军祁观〡朝鲜半岛上的X波段雷达:是的,它能看到你!

祁昊天/美国乔治城大学安全研究中心

2015-05-12 10:01 来源:澎湃新闻

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       “韩国有多种方式协助美国在东北亚的导弹防御部署,除了积极加强自身防御或直接参与美国防御体系外,韩国也可以通过雷达为美国反导系统做出贡献。”这是2012年9月,时任美国助理副国防部长、负责战略与政策事务的凯瑟琳•希克斯的评论。美国在韩国部署战区高空区域防御系统(即萨德THAAD反导系统)已沸沸扬扬闹了许久,而希克斯3年前的这番话正是对美国战略意图的最好注解。
       “澎湃”的“萨德之辩”栏目汇集了各方专家探讨战略、外交、地缘等问题。总体来说各方意见如下:
       中方与俄方专家认为无论萨德系统对朝鲜以外的本地区大国是否构成威胁,美国此举都将激化东北亚军备竞赛;美方专家认为,中方不应低估朝鲜战略冒险的可能,同时认为中方对于萨德所配备雷达的担忧是多余的。笔者无意再重复战略和外交方面的讨论,仅尝试从反导雷达的技术和战备角度进行探讨。
       本文在一定程度上是对人民大学吴日强教授2014年相关分析的扩展和补充尝试。笔者同意吴教授的判断,即萨德系统的反导功能对我国没有直接威胁,但其配备的X波段雷达将影响中美战略态势。此外,笔者认为,在朝鲜半岛部署X波段雷达不仅可能提高美对我侦测能力,更有可能成为美全球(中段)反导系统的重要一环,而这也是美方专家刻意回避和否认的
 AN/TPY-2的价值
       “空天一体”、“以弹制弹”是美国目前战略力量发展和部署的首要问题。建立覆盖欧亚的战区及全球反导体系,要求美国将其现有陆基和海基传感系统不断向前沿推进,以在敌对国家和竞争对手周边组成“天网”。无论是“空海一体战”还是“全球公域进入和机动联合概念”,都是导弹防御这一大战略布局下的战区作战构想。
       目前,美国反导体系的传感系统包括导弹预警卫星、海基X波段雷达(SBX)、升级版早期预警雷达(UEWR)、舰载宙斯盾SPY-1雷达,以及AN/TPY-2雷达。反导方式分为导弹助推阶段、中段、及末端防御。其中,助推段反导机载激光反导(ABL)项目下马,尚无新系统补充。中段反导主要依靠陆基中段拦截弹(GBI)及海基标准3。末端反导主要由萨德系统、爱国者3以及海基系统构成。整个反导体系由战斗管理与联络系统(C2BMC)作为指挥中枢串联。AN/TPY-2雷达在这天网中具有非常重要的地位。
       AN/TPY-2雷达全称为“陆海军可运输雷达监视与控制(系统)”。作为X波段高分辨率相控阵雷达,它有着冷战时便开始部署的大型早期预警雷达EWR及其升级版所不具备的优势。一方面,AN/TPY-2能够机动部署;更为重要的是,AN/TPY-2的工作波段使其能够对弹头与干扰目标(如导弹碎片、假弹头、锡箔条)进行甄别,这是UEWR做不到的。
AN/TPY-2雷达。
       这便要提到一个重要概念 —— 距离分辨力。距离分辨力是当两个与雷达距离不同的目标位于同一方位角时,二者被雷达区分出来的最小距离。该数值越小,雷达对相邻不同物体进行识别的能力便越强,目标尺寸越小,所需距离分辨力数值便越小。根据计算可以得出,AN/TPY-2的距离分辨力为15-25厘米,而UEWR为15米(注1)。
       也就是说,UEWR虽具有更大的探测距离,距离分辨力却不够强,无法将真弹头和假目标、碎片区分开来。下图描述了频宽、距离分辨力,与目标识别概率之间的关系。距离分辨力的数值基本与频宽成反比,而频宽大体上与工作频率成正比,因此频宽越大,距离分辨力越强,目标识别概率越高。在同一频宽下,目标尺寸越小(如弹头、碎片、假弹头等),识别难度越大,X波段雷达的优势越明显。
图表改绘自Eric D. Evans, “Missile Defense Technology (Can BMD Systems Work?),” Briefing Slides, Mini DTS Course, MIT Lincoln Laboratory, December 10, 1999。
AN/TPY-2向前,再向前
       如果不考虑成本,AN/TPY-2并不是美国国家导弹防御系统的理想选择。克林顿政府时期所规划的大型陆基X波段雷达由于经费等因素未得以建造。AN/TPY-2成本低,个头小,但也正因为“太小”,AN/TPY-2没有UEWR看得远。
       同样部署在东北亚的海基X波段雷达SBX比AN/TPY-2大许多,但由于是实验品,也存在不少天不足:缺乏量产型号具备的可靠性;缺乏足够的防护能力;电子视角范围过小——与UEWR的120度相比,SBX只有25度;SBX只制造了一部便停产。总之,SBX无法很好地弥补AN/TPY-2的不足。
       据知,美国计划耗资10亿美元开发制造新型远程识别雷达(LRDR),该雷达未来的部署地点也是太平洋防区。根据美反导署公布的LRDR项目招标书,它将使用S波段(与宙斯盾系统相同)。但问题在于,这一波段上的雷达不具备X波段雷达的高距离识别力,其距离分辨力只有50-100厘米(AN/TPY-2为15-25厘米)。这很可能还是出于成本考虑,LRDR这种体量的X波段雷达耗资将远不止10亿美元。
       总之,AN/TPY-2在可预期的未来仍将是不可替代的。而由于AN/TPY-2没有UEWR看得远(虽然看得更“清晰”),坚持向前部署便显得极为重要
AN/TPY-2与朝鲜
       根据任务需要,AN/TPY-2有两种部署模式:前沿部署模式和末端部署模式。在前沿部署模式下,AN/TPY-2可以对目标进行探测、追踪、描绘弹道轨迹,并将信息传递至指挥中枢,是美国导防系统陆基中段反导的重要一环。在末端部署模式下,AN/TPY-2是萨德系统的火控雷达。AN/TPY-2能够在两种模式之间切换,耗时不超过8小时。
图片来源:雷神公司宣传材料。
       一套AN/TPY-2的生产周期为30个月,美军最初计划建造18部,其中9部用于THAAD营。2013财年这一数字被削减至12套,THAAD营的数量也减至6个。不过由于外销和更多盟国加入反导体系,AN/TPY-2的最终生产数量将超过12部。在美国导弹防御署的最新计划中,2019年THAAD营将从4个增至7个。目前进行战备部署的THAAD营为3个,第4营正在进行训练,预计2016年战备部署。
       前沿部署的AN/TPY-2为5套,分别位于日本北部青森县车力村三泽基地、日本南部京都京丹后市经岬分屯基地、以色列内盖夫凯伦山、土耳其迪亚巴克尔、中央司令部卡塔尔驻地。此外,卡塔尔与阿联酋各向美订购了两套,理论上将不受美反导体系的辖制。
       对于朝鲜半岛部署THAAD营与AN/TPY-2系统,中美双方似乎有一定默契,那便是萨德系统的防御目标不是我国的中远程弹道导弹。我方的主要忧虑在于AN/TPY-2的前沿部署探测能力。针对这一顾虑,美方的解释是,由于该雷达将作为萨德系统火控雷达以末端模式进行部署,不对中国构成威胁。
       问题在于,韩国军方曾给出使用国产X波段雷达的选项,其探测距离虽比AN/TPY-2要小,却足以应对朝鲜,美国却并不认可这个选项。更为重要的是,美方这种辩解有意或无意地忽略了前文提过的工作模式切换
       诚然,如果THAAD营的AN/TPY-2从终端模式切换为前沿模式,会使萨德系统无法始终处于待命状态。但考虑以下因素,这一问题便显得不那么重要:
       1)萨德系统是否始终处于待命状态,平壤不得而知;表示不损害其威慑力。
       2)平壤如果对首尔进行打击,除了动用数量有限且较为昂贵的弹道导弹外,还有其他选项。而首尔更理想的防御方式并非萨德,而是类似以色列铁穹那样的系统(事实上韩国也一直对类似系统更加感兴趣)。
       3)从平壤的战略和安全需求来看,未来“导弹外交”的最大效用是作为“议价”筹码、威慑或威逼手段,而非实际诉诸打击。无预警发射在之前几次半岛危机中有确保试射试验的考虑,但在将来却可能削弱导弹外交的效能。
       4)潜在的半岛危机与中美危机虽有联动可能,但基于过去20年以及未来可预期的三国间关系以及地区安全形势,这两种危机的爆发很可能是不同步且不直接相关的。
       总之,AN/TPY-2作为萨德系统的火控雷达并不需要随时待命,切换至前沿部署模式是有效选项。那么接下来的问题便是:AN/TPY-2到底能看多远
AN/TPY-2与中国
       AN/TPY-2的真实探测距离是保密信息。沈丁立教授在澎湃“萨德之辩”中采用2000公里。吴日强教授2014年的分析采用1200公里。
       2012年美国国家科学院的《解析导弹防御系统》报告是关于美国导弹防御的重要公开资料。这份报告虽然也没有给出具体数值,但其中一张示意图间接提供了信息。图上两个AN/TPY-2部署点分别为日本和土耳其,依此图它的探测距离约为1500公里左右。我们不清楚这背后的关键参数值假设,且该图没有显示探测距离与有效识别距离的差异,因此笔者认为有必要进行更加细化的计算。
图片来源:美国国家科学院《解析导弹防御系统》图5-8
       笔者采用雷达探测距离的常用公式,根据美国反导专家使用的参数值,并对目标雷达散射截面这一变量的取值进行细化,得出两组数值(注2)。当目标雷达散射截面假定为0.1、0.5、0.01平方米时,AN/TPY-2的探测距离分别为1540、1300、870公里,甄别不同目标的有效距离分别为1026、870、580公里。
       如果笔者所采用的参数取值更符合AN/TPY-2的工作环境,通过这两组数值我们可以确定两点:第一,在朝鲜半岛部署AN/TPY-2雷达将大幅提高美国对中国战略导弹的观测能力,特别是渤海与黄海的潜射导弹试验;第二,鉴于AN/TPY-2有效识别不同目标的距离低于探测距离数百公里,将其部署地点从日本向朝鲜半岛进一步推进对于美国的全球反导系统有着极为重要的意义。
       美国正在欧亚大陆两端通过串联各盟国的防空力量、部署美国自身反导单元,一步步构建全球反导体系,AN/TPY-2雷达是这一体系中的重要一环。将AN/TPY-2部署在朝鲜半岛,将有利于美国在平时积累中国弹道导弹的特征数据,并在危机或战时提高反导能力,这将改变中美目前的战略力量态势,削弱中国对美国的核威慑能力
       注:
       (1)距离分别力计算:
       公式:∆R = (0.15 m)/βG(βG为以赫兹计算的频宽)
       AN/TPY-2工作频率约为10吉赫(1吉赫=109赫兹),频宽为1吉赫,可以计算出它的理论距离分辨力为15厘米,现实中的最小分辨力数值往往要高一些,有报道认为AN/TPY-2的实际距离分辨力为25厘米。与TPY-2相比,UEWR的工作频率为0.44吉赫,最大频宽约10兆赫(1兆赫=106赫兹),因此其距离分辨力为15米。
       (2)雷达探测距离公式及参数数值:
       Rmax = 最大探测距离 (m)
       Pav = 平均功率(W) = 81000
       ρ = 天线开口效率 = 0.8
       A = 天线面积(m2) = 9.2
       G = 天线增益 = 10300
       n = 集成脉冲数量 = 20
       σ = 目标雷达散射截面 (m2) = 0.01、0.05、0.1
       k = 玻尔兹曼常数(1.38×10-23 J/K)
       T0 = 290 K
       FN = 接收机噪音指数 = 1.4
       fP = 脉冲重复频率(Hz) = 200
       (S/N)1 = 单脉冲信噪比 = 20(目标发现)/ 100(目标识别)
       LS = 系统损失 = 6.3
责任编辑:单雪菱澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 美军观察,X波段雷达,朝鲜半岛,中美军力对比

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