韓國的“薩德”反導系統到底能看多遠

“薩德之眼”到底能看多遠

◎“薩德”全系統均可經由過程C-17運輸機快速矯捷擺設

美國在韓國擺設“薩德”反導系統可謂“一石激起千層浪”。各界遍及認為，“薩德”系統對中國的最大威脅，并非其阻擋彈，而是那部號稱“薩德之眼”的AN/TPY-2雷達。

AN/TPY-2雷達是一部X波段（波長3厘米，大約10GHz）有源相控陣雷達，它有兩種工作模式或者說構型，別離是“終端模式”（TM）和“前沿擺設模式”（FBM）。前者凡是作為“薩德”導彈連的火控雷達利用。后者本家兒要擺設在前沿，用于標的目的遠方的導彈防御系統，例如美國的“地基中段阻擋”（GMD）系統供給數據。美國聲稱擺設在韓國的TPY-2雷達將以探測距離較近的TM構型擺設，而TM模式探測距離為600千米，撐持在韓國擺設“薩德”系統的一方說這個探測距離只籠蓋朝鮮，不克不及深切中國大陸。而攻訐者指出FBM模式的雷達探測距離遠得多，并且從TM模式標的目的FBM模式轉換只需要8小時或者更少。

那么，“薩德”的雷達以分歧工作模式對分歧屬性的方針到底能看多遠？響應高度的方針需要飛多高？“終端模式”和“前沿擺設模式”探測距離的分歧，是哪些原因造當作的？除了RCS、方針高度以外，影響探測距離還有那些身分，關于“薩德”雷達的一些傳說是真是假？我們將一路給出謎底。

關于探測距離的各類報道

美軍固然很開放，可是對于兵器裝備的焦點參數其實捂得是很嚴的，包羅“薩德”的AN/TPY-2雷達的探測距離。當然，起首申明，談雷達的探測距離必然要對應著雷達散射截面積（RCS），不說方針的RCS或者根基屬性而大談探測距離的意義不大。這就比如人的眼睛可以或許不雅察到物體的遠近取決于物體的巨細和與布景的反差一樣。人能看到幾十萬千米外的月球，可是看不到幾十米外的螞蟻，雷達探測距離也是一個事理。迄今為止，無論是美軍仍是雷錫恩公司現實上都沒有公開過切當的、對應著方針RCS的距離參數。那我們先看看美國官方、各類媒體靠譜的報道中提到的數據吧。因為國內媒體數據大大都源自國外，所以這里只枚舉來自國外的數據。

第一種，數百英里。這是今朝筆者看到的有關TPY-2雷達探測距離的最短的公開報道。它來自于雷達的研制方“雷神”公司，該公司曾在一部視頻中說，TPY-2雷達可以或許“追蹤數百英里以外棒球場上的本壘打。”當然，這個本壘打必需打的足夠高——跨越44000英尺，這才能跨越地平線被探測到（關于飛翔高度和探測距離的關系，我們后面會具體申明）。

第二種，600千米。這是韓國媒體報到的TPY-2雷達以結尾模式擺設時的探測距離。2015年2月，韓國《朝鮮日報》的一篇報道引用當局官員的話說，結尾構型TPY-2雷達有用探測距離為600千米。2015年4月，《首爾新聞》引用一份美國手藝陳述同樣給出了這個距離。

若是我們認為第一種中的數百英里為300英里，那么這個探測距離是大約480千米。一個棒球的RCS大約是0.004平方米。按照雷達方程計較，對于RCS為0.01平方米的方針，雷達探測距離大約是600千米。這與韓國媒體報道的采用結尾模式擺設的“薩德”探測距離是相符的。

第三種，跨越1000千米。這個說法是美國陸軍部出書的《“薩德”反導系統雷達前沿擺設操作手冊》里談到的。原文稱，“AN/TPY-2（“前沿擺設模式”）……用于在跨越1000千米的距離上探測、跟蹤、分類并識別處于助推段和中段早期的彈道導彈。”當然，這個說法過于恍惚了。

◎“薩德”系統的部門裝備，于3月6日經由過程軍用運輸機運抵駐韓美軍烏山空軍基地

第四種，1500千米。2013年美國國度科學院（NAS）陳述中的示意圖顯示，TPY-2雷達的探半徑約為1500千米。NAS委員會認為這個1500千米的探測距離是相對保守的。

第五種，1800～2 000千米。韓國媒體為“前沿擺設模式”TPY-2雷達給出的探測距離，信息來歷與上面第二項不異。這個2000千米也是今朝國內媒體引用最多的數據。

第六種，大于2900千米。2008年，美國陸軍少將帕特里克·奧賴利（PatrickO’Reilly，后來當作為導彈防御局局長）聲稱，TPY-2的探測距離“跨越1800英里”（2900千米）。

從以上公開報道的數據看，TPY-2雷達的探測距離相差5倍。對于雷達，這是一個龐大的差別。這意味著雷達功率相差5的4次方，也就是625倍！若是只是分歧方針的雷達散射截面積（RCS）分歧，那需要這些方針的RCS也要差625倍。那么，上述說法是不是靠譜？他們的探測距離對應的是多大的方針呢？

專家的計較

從上面的報道來看，既沒有說雷達采納那種模式，也沒有說針對的方針RCS，所以，固然告訴你探測距離了，其實公共也不大白這個雷達的厲害水平。

而兩位愛較真的學者——喬治·劉易斯和西奧多·波斯托爾，在2012年9月21日的一篇博客中操縱雷達方程進行了簡單的計較。這兩位可不是通俗的快樂喜愛者，前者是康奈爾大學高級研究員，后者則是馬薩諸塞工學院傳授，可是具體專業不詳。我們可以看一看他們的計較過程，也算是對雷達常識增添一些領會。

他們用于計較的公式就是下面這個雷達方程，可是若何確定每個參數，倒是門學問。

這此中Pav是雷達平均功率，單元是瓦。TPY-2的天線利用了第三代T/R收發模塊，據估量其峰值功率為16瓦，平均功率3.2瓦，雷達共有25344個模塊，是以其平均功率為81千瓦。

ρ暗示天線孔徑效率，設心猿意馬為0.8，兩位專家認為這是一個偏高的值。

A暗示雷達天線面積，單元是平方米。這個數好查，TPY-2的天線面積9.2平方米。

G為雷達增益，按照G=ρ（4πA/λ2）公式計較，為103000。n為駐留脈沖個數，設心猿意馬為20個。

σ為方針的雷達散射截面積（RSC），按照0.01平方米計較。FN為噪聲系數，專家的估量值為1.4。

fp為脈沖反復頻率，即雷達以如何的頻率發射探測脈沖。專家認為其為200Hz，也就是一秒鐘發送200個脈沖。而駐留脈沖為20，也就是說波束在一個波位要收發20個脈沖，波束駐留時候為100毫秒。

LS為系統損掉，評估為6.3。

S/N為信噪比，作者分為兩種環境，跟蹤模式下S/N=20；識別模式下S/N=100。

將上述數值帶入公式則獲得以下成果：R=870千米跟蹤（S/N=20）

R=580千米識別（S/N=100）

在這個根本上，NAS委員會的一份聲明稱，將S/N從20削減到12.4，而波束駐留時候從0.1秒增添到1.0秒，其它參數不變的話，將獲得1732千米的探測規模。

上述計較的關頭假設和參數是：彈頭的RCS為0.01平方米；對每個方針0.1秒的雷達波束駐留時候；用于檢測的信噪比S/N=20，噪聲系數為1.4。這個成果表白，雷達可以每秒在870千米的規模內跟蹤10個來襲方針，或者進行10個波位的搜刮，或者每10秒對100個方針進行一次檢測。

我們先科普一下波束駐留時候，它現實上就是雷達波束在一個波位/方針逗留的時候。在一個波位上逗留的時候越長，可能領受的方針反射脈沖就更多，進行相關運算后就能探測更遠的方針或者可以探測到方針更多細節，可是價格是掃描的周期增添了。

不外筆者認為，波束駐留時候的0.1秒（100毫秒）的假設偏大。良多火控雷達的波束駐留時候不到10毫秒。100毫秒的駐留時候意味著極差的搜刮能力。例如，對于一個10度×64度的空間，若是波束寬度為1度的話（X波段火控雷達的波束凡是是很窄的針狀波束），掃描下來需要64秒，也就是1分多鐘。這將導致其搜刮速度、數據更新率下降。對于X波段的火控雷達來說，其波束寬度原本就小，若是搜刮速度降低，那將極大降低其搜刮能力，可能是無法忍受的。是以，至少在“終端模式”中，駐留時候應該更短。當然，若是是依靠外部方針指示的雷達來說，100毫秒仍然是可以忍受的。別的，這個探測距離要超出筆者的預期，究竟結果0.01平方米是一個很是小的方針了。

為此，筆者專門咨詢了中國電子科技集團的一位知名雷達專家。這位專家認為，上述公式中各個變量大致可托，可是噪聲系數和系統損掉取值過低。噪聲系數選為1.4（即1.2分貝），系統損掉總共才8分貝，不太合理。此中，噪聲系數應至少增添1分貝，系統損掉更應增添至少3分貝（本家兒如果遠距離下X波段大氣衰減很大）。即使不考慮因為大氣衰減引起的額外系統損掉，僅按噪聲系數2.5分貝計較，他的團隊獲得的成果是，對RCS為1平方米的方針探測距離約1800千米，對0.01平米方針的探測距離大約為570千米。這位專家強調，即便如斯，此中帶入的噪聲系數和系統損掉值仍然是按照“料敵從寬”的原則取得比力小的數值，現實中的系統損掉可能更大，最終的現實探測距離可能更低。

總的來看，中國專家的計較值比力接近韓國媒體發布的數據，可是要比美國專家估量的870千米更小。按照雷達方程計較，美國專家的算法對1平方米方針探測距離應該是2700千米多一些。

這位中國專家稱，按照雷達天線尺寸算出的程度波束寬度0.37度，俯仰偏向為0.84度，若是按照20個駐留脈沖、100毫秒駐留時候來算，籠蓋120平方度空域大約30余秒。

◎“薩德”系統的AN/TPY-2雷達

按照計較我們看到，上面談到的數百英里和600千米的參數較著是與雷達的“終端模式”匹配的，應該針對的是RCS為0.01平方米甚至更大一些的可是合適再入彈頭特征的方針。從這個角度看，600千米這個數值以及中國專家的計較仍是比力可托的。

此刻再來看看“大于1000千米”、1500千米和1 732千米的距離的說法。大于1000千米是美國陸軍部的出書物對“前沿擺設型”TPY-2探測距離的明白說法，這個數值固然過于籠統，但由此判定，1500千米、1 732千米的說法，也應該是其“前沿擺設型”的探測距離。美國陸軍部和NAS陳述中利用的雷達和方針參數屬于秘密，但這可以理解為針對的是較大的、處于上升段的方針，這個階段的方針大致是多大呢？2003年美國物理學會助推段研究陳述引用的超出地平線、進入TPY-2雷達探測規模的固體燃料導彈的雷達截面為0.094平方米（液體燃料導彈為0.45平方米）。若是按照這個兩個數值計較，按照美國專家的算法其探測距離別離為1523千米和2 253千米；若是按照中國專家的算法為998千米和1476千米。顯然，中國專家的算法別離與大于1 000千米和1500千米的報道接近。

而1732千米這個數值，相對于870千米探測距離的本家兒要差別是因為較長的波束駐留時候導致的，駐留時候增添10倍獲得1732千米的探測距離，這是探測距離增添1.78倍的主要身分。也就是說，探測距離的增添，是以單元時候內跟蹤方針數目降低為原有的十分之一，或者說對每個方針的檢測時候增添10倍為價格的。俄羅斯蘇-35戰機雷達的最遠探測距離達到400千米，現實上也是在某種模式下耽誤波束駐留時候、惡化搜刮速度和數據更新率獲得的。

◎AN/TPY-2雷達可用來跟蹤中國的洲際彈道導彈

那么韓國媒體1800～2 000千米以及美國奧賴利少將大于2 900千米的說法又是怎么來的呢？這并非是進一步增添方針RCS獲得的，因為在2000千米的探測距離上，方針高度至少要達到235千米，在這個高度的導彈方針根基上只有最后一級甚至只有彈頭了，其RCS只會更小。這樣的話，耽誤探測距離就只有進一步增添波束駐留時候了。這可能是“終端模式”和“前沿擺設模式”的一個重大分歧點。

在“終端模式”中，方針以零丁的彈頭或整個導彈（頭體不分手的型號）標的目的其對準點俯沖，它們的RCS可能相對較低。在這種模式下，作為“薩德”系統的火控雷達，可能必需同時處置數十個上百個或者更多的方針。此外，雷達還將需要對新方針進行搜刮。別的，進行火力節制需要更高的數據更新率，這就要求波束駐留時候更短。

在“前沿擺設模式”中，雷達本家兒要集中于在飛翔的早期和較遠距離上跟蹤較小數目的長途導彈，數據更新率不要求那么高，需要更大的探測距離和更高的分辯率，這樣可能就需要更長的駐留時候。這樣，即便探測不異的方針，“前沿擺設模式”的探測距離也要比“終端模式”的探測距離更大。這很可能是操縱分歧的脈沖反復頻率獲得的。這可能也是兩種分歧擺設模式之間的最大區別之一。由此來看，2000千米，甚至2 900千米的探測距離，很可能是對0.1～0.45平方米的方針，以更長的波束駐留時候獲得的。

關于“薩德之眼”的一些蜚語

◎按照美國專家的計較，AN/TPY-2雷達對RCS為0.45平方米的方針的探測距離可以達到3000千米

經由過程我們上面的計較和闡發，根基對TPY-2雷達的一些道理和機能有了根基的熟悉，這也為我們澄清一些關于TPY-2雷達的蜚語奠基了根本。那么，傳播于中國收集上的那些關于“薩德之眼”的蜚語，到底是真是假呢？

蜚語一：中國上空的方針將一覽無遺。這是一個廣為傳播的說法，可是這種說法輕忽了一個主要的身分，那就是地球曲率的身分。這就要求必需方針上升到必然高度才能被雷達探測到。發現距離D與方針高度H和雷達距離地面高度h合適以下關系： 4.12這個系數是考慮大氣折射后的系數。

為了便利計較，我們假設h為0。那么對于2000千米外的方針，其飛翔高度必需達到235.6千米，對于2900千米外的方針，其飛翔高度必需達到495.5千米以上，在這個距離上不要說看不到飛機，就連良多近程彈道導彈彈道極點都飛不了那么高。若是按照飛機的飛翔高度2萬米來算，最遠只能在582.7千米外才能探測到。很顯然，按照上面的計較，在中國上空的航空方針根基看不到。對于“在東海說神聊發射的導彈”，也需要方針上升到200千米高度以上才能發現。對于分歧距離方針的高度，讀者可自行計較。

除了高度身分以外，還有一個主要身分在于X波段雷達現實上并不適合進行大規模快速搜刮。因為其波束寬渡過窄，并晦氣于搜刮。

現實上，按照《“薩德”反導系統雷達前沿擺設操作手冊》“前沿擺設”的TPY-2雷達本家兒要有三種搜刮模式（打算）。第一種是自立搜刮打算。這種搜刮模式會給出某種特心猿意馬的搜刮區域，例如10度×20度。可是正如前面計較的，因為其波束駐留時候較長，加之波束較窄，所以搜刮較慢。第二種是聚焦搜刮打算，本家兒要針對助推段方針。一般是在美國天基紅外系統獲得導彈發射信息后，經由過程批示節制系統為TPY-2雷達進行方針指示。因為天基紅外系統獲得的方針的坐標和速度信息不太精確，所以TPY-2雷達仍是需要在一個較小的規模內進行“聚焦搜刮”。第三種搜刮是切確指導搜刮打算，凡是針對非助推段方針。例如，當“宙斯盾”等其它前沿傳感器獲得了方針的信息，可經由過程批示系統標的目的TPY-2雷達供給切確的方針指示，后者可以或許很快對方針進行截獲跟蹤和識別。

筆者認為，TPY-2雷達進行“前沿擺設”時，最本家兒要的搜刮模式將是聚焦搜刮，天基紅外系統可以快速發現導彈發射，而TPY-2雷達則可以切確跟蹤。因為其搜刮能力較差，是以其自立搜刮模式本家兒要進行共同，是以在進行前沿擺設時，該雷達很可能不會像通俗的諜報雷達那樣持久開機“不斷地對中國空域掃描”，而只在關頭期間對重點空域進行掃描，這也有利于降低故障率。

蜚語二：TPY-2雷達對RCS為100平方米的方針探測距離為2300千米，對RCS為1的方針探測距離為1700千米。

這是一個今朝互聯網以及各個微旌旗燈號上呈現較多的數據，看上去更精確更專業，因為給出了對應的RCS，并且對RCS為1的方針探測距離為1700千米的說法與我們上面的計較頗為吻合，可是細看也有矛盾之處。起首，這兩個探測距離和RCS的關系不合適雷達方程。若是以RCS為1平方米方針探測距離為1700千米計較，不考慮傳輸距離增添引起的大氣衰減損掉增大，那么對RCS為100平方米的方針的探測距離應該是5376千米擺布。當然，現實中大氣衰減對X波段雷達影響很大，可是對于空間方針而言，半斤八兩大的距離是在大氣層外的，所以即便考慮到大氣衰減導致的系統損掉，也可以認為其對RCS為100平方米的方針，探測距離應該大于2300千米。

◎俄羅斯媒體評論，“薩德”的擺設使韓國的相關方針不僅被朝鮮對準，也將被其它國度對準，現實上讓韓國變得更不平安了

第二，雷達凡是不消RCS為100平方米這樣的指標。雷達探測距離凡是是以典型方針來計較的，例如防空雷達的典型方針的RCS凡是是5平方米或者3平方米，按照這個數值給出最大探測距離的較為常見，很少會給出100平方米的方針的探測距離。100平方米凡是是大型、非隱身計謀轟炸機的RCS。如在2300千米的距離上，方針飛翔高度應該在311千米擺布，在這個高度凡是是RCS不到1平方米的洲際導彈的彈頭，哪里有100平方米的方針可供探測？

蜚語三：“前沿擺設模式”和“終端擺設模式”的探測距離之所以相差良多，是因為兩者探測的方針分歧，前者探測導彈的彈體，爾后者探測導彈的彈頭。

這個說法只能說部門準確。確實“前沿擺設模式”可能探測到對方反射面積較大的彈體或者上面級，可是“前沿擺設模式”探測遠的原因不僅限于此，而是前文談到的，雷達以“前沿模式”擺設時對數據率的要求要遠比“終端模式”對數據率的要求更低。這樣的話，雷達可以耽誤波束的駐留時候，可以多領受幾個駐留脈沖然后進交運算，這樣便可大大耽誤探測距離。打個不太得當的例如，比如一小我標的目的著方針偏向多盯一會，天然可能會看的更清晰一樣。一些具備逆合當作孔徑模式的雷達，例如SBX，其波束駐留時候達到了秒級，可以清楚對方針當作像。是以，不解除TPY-2雷達處于“前沿擺設模式”時具備逆合當作孔徑工作模式的可能，那么其波束駐留時候可能會像所說的達到1秒。而處于“終端模式”時，波束駐留時候更短，以知足數據反復率的要求。

蜚語四：從“終端模式”標的目的“前沿擺設模式”轉換只需要8小時或者更少。

這是美國陸軍官方的說法，應該說沒有問題。據美國陸軍出書物的說法，“兩種模式的雷達硬件是不異的，可是節制軟件、運行邏輯和通信組件是分歧的。”別的，雷達具備高度靈活性，它能空運，而且抵達新的擺設地后可以或許在4小時內完當作投入利用。那么這8個小時都用來干什么呢？筆者猜測很可能包羅調成天線俯仰角。“前沿擺設模式”要求天線的俯仰角較低，而“終端模式”要求的天線俯仰角則較高。別的很可能包羅改換通信模塊。究竟結果“前沿擺設模式”需要為遠方的反導系統供給切確的方針信息，而“終端模式”在領受信息的同時還要連結與發射裝配的聯系。至于轉換探測距離遠近的模式，很可能只需要一個開關就能解決。

作者：張亦馳
來歷：《刀兵常識》2017年第05期