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美軍祁觀〡朝鮮半島上的X波段雷達(dá):是的,它能看到你!

祁昊天/美國(guó)喬治城大學(xué)安全研究中心
2015-05-12 10:01
澎湃研究所 >
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        “韓國(guó)有多種方式協(xié)助美國(guó)在東北亞的導(dǎo)彈防御部署,除了積極加強(qiáng)自身防御或直接參與美國(guó)防御體系外,韓國(guó)也可以通過雷達(dá)為美國(guó)反導(dǎo)系統(tǒng)做出貢獻(xiàn)?!边@是2012年9月,時(shí)任美國(guó)助理副國(guó)防部長(zhǎng)、負(fù)責(zé)戰(zhàn)略與政策事務(wù)的凱瑟琳?希克斯的評(píng)論。美國(guó)在韓國(guó)部署戰(zhàn)區(qū)高空區(qū)域防御系統(tǒng)(即薩德THAAD反導(dǎo)系統(tǒng))已沸沸揚(yáng)揚(yáng)鬧了許久,而??怂?年前的這番話正是對(duì)美國(guó)戰(zhàn)略意圖的最好注解。

        “澎湃”的“薩德之辯”欄目匯集了各方專家探討戰(zhàn)略、外交、地緣等問題??傮w來說各方意見如下:

        中方與俄方專家認(rèn)為無論薩德系統(tǒng)對(duì)朝鮮以外的本地區(qū)大國(guó)是否構(gòu)成威脅,美國(guó)此舉都將激化東北亞軍備競(jìng)賽;美方專家認(rèn)為,中方不應(yīng)低估朝鮮戰(zhàn)略冒險(xiǎn)的可能,同時(shí)認(rèn)為中方對(duì)于薩德所配備雷達(dá)的擔(dān)憂是多余的。筆者無意再重復(fù)戰(zhàn)略和外交方面的討論,僅嘗試從反導(dǎo)雷達(dá)的技術(shù)和戰(zhàn)備角度進(jìn)行探討。

        本文在一定程度上是對(duì)人民大學(xué)吳日強(qiáng)教授2014年相關(guān)分析的擴(kuò)展和補(bǔ)充嘗試。筆者同意吳教授的判斷,即薩德系統(tǒng)的反導(dǎo)功能對(duì)我國(guó)沒有直接威脅,但其配備的X波段雷達(dá)將影響中美戰(zhàn)略態(tài)勢(shì)。此外,筆者認(rèn)為,在朝鮮半島部署X波段雷達(dá)不僅可能提高美對(duì)我偵測(cè)能力,更有可能成為美全球(中段)反導(dǎo)系統(tǒng)的重要一環(huán),而這也是美方專家刻意回避和否認(rèn)的。

 AN/TPY-2的價(jià)值

        “空天一體”、“以彈制彈”是美國(guó)目前戰(zhàn)略力量發(fā)展和部署的首要問題。建立覆蓋歐亞的戰(zhàn)區(qū)及全球反導(dǎo)體系,要求美國(guó)將其現(xiàn)有陸基和?;鶄鞲邢到y(tǒng)不斷向前沿推進(jìn),以在敵對(duì)國(guó)家和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手周邊組成“天網(wǎng)”。無論是“空海一體戰(zhàn)”還是“全球公域進(jìn)入和機(jī)動(dòng)聯(lián)合概念”,都是導(dǎo)彈防御這一大戰(zhàn)略布局下的戰(zhàn)區(qū)作戰(zhàn)構(gòu)想。

        目前,美國(guó)反導(dǎo)體系的傳感系統(tǒng)包括導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星、海基X波段雷達(dá)(SBX)、升級(jí)版早期預(yù)警雷達(dá)(UEWR)、艦載宙斯盾SPY-1雷達(dá),以及AN/TPY-2雷達(dá)。反導(dǎo)方式分為導(dǎo)彈助推階段、中段、及末端防御。其中,助推段反導(dǎo)機(jī)載激光反導(dǎo)(ABL)項(xiàng)目下馬,尚無新系統(tǒng)補(bǔ)充。中段反導(dǎo)主要依靠陸基中段攔截彈(GBI)及?;鶚?biāo)準(zhǔn)3。末端反導(dǎo)主要由薩德系統(tǒng)、愛國(guó)者3以及?;到y(tǒng)構(gòu)成。整個(gè)反導(dǎo)體系由戰(zhàn)斗管理與聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)(C2BMC)作為指揮中樞串聯(lián)。AN/TPY-2雷達(dá)在這天網(wǎng)中具有非常重要的地位。

        AN/TPY-2雷達(dá)全稱為“陸海軍可運(yùn)輸雷達(dá)監(jiān)視與控制(系統(tǒng))”。作為X波段高分辨率相控陣?yán)走_(dá),它有著冷戰(zhàn)時(shí)便開始部署的大型早期預(yù)警雷達(dá)EWR及其升級(jí)版所不具備的優(yōu)勢(shì)。一方面,AN/TPY-2能夠機(jī)動(dòng)部署;更為重要的是,AN/TPY-2的工作波段使其能夠?qū)楊^與干擾目標(biāo)(如導(dǎo)彈碎片、假?gòu)楊^、錫箔條)進(jìn)行甄別,這是UEWR做不到的。

AN/TPY-2雷達(dá)。

        這便要提到一個(gè)重要概念 —— 距離分辨力。距離分辨力是當(dāng)兩個(gè)與雷達(dá)距離不同的目標(biāo)位于同一方位角時(shí),二者被雷達(dá)區(qū)分出來的最小距離。該數(shù)值越小,雷達(dá)對(duì)相鄰不同物體進(jìn)行識(shí)別的能力便越強(qiáng),目標(biāo)尺寸越小,所需距離分辨力數(shù)值便越小。根據(jù)計(jì)算可以得出,AN/TPY-2的距離分辨力為15-25厘米,而UEWR為15米(注1)。

        也就是說,UEWR雖具有更大的探測(cè)距離,距離分辨力卻不夠強(qiáng),無法將真彈頭和假目標(biāo)、碎片區(qū)分開來。下圖描述了頻寬、距離分辨力,與目標(biāo)識(shí)別概率之間的關(guān)系。距離分辨力的數(shù)值基本與頻寬成反比,而頻寬大體上與工作頻率成正比,因此頻寬越大,距離分辨力越強(qiáng),目標(biāo)識(shí)別概率越高。在同一頻寬下,目標(biāo)尺寸越?。ㄈ鐝楊^、碎片、假?gòu)楊^等),識(shí)別難度越大,X波段雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)越明顯。

圖表改繪自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

        如果不考慮成本,AN/TPY-2并不是美國(guó)國(guó)家導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的理想選擇??肆诸D政府時(shí)期所規(guī)劃的大型陸基X波段雷達(dá)由于經(jīng)費(fèi)等因素未得以建造。AN/TPY-2成本低,個(gè)頭小,但也正因?yàn)椤疤 ?,AN/TPY-2沒有UEWR看得遠(yuǎn)。

        同樣部署在東北亞的?;鵛波段雷達(dá)SBX比AN/TPY-2大許多,但由于是實(shí)驗(yàn)品,也存在不少天不足:缺乏量產(chǎn)型號(hào)具備的可靠性;缺乏足夠的防護(hù)能力;電子視角范圍過小——與UEWR的120度相比,SBX只有25度;SBX只制造了一部便停產(chǎn)。總之,SBX無法很好地彌補(bǔ)AN/TPY-2的不足。

        據(jù)知,美國(guó)計(jì)劃耗資10億美元開發(fā)制造新型遠(yuǎn)程識(shí)別雷達(dá)(LRDR),該雷達(dá)未來的部署地點(diǎn)也是太平洋防區(qū)。根據(jù)美反導(dǎo)署公布的LRDR項(xiàng)目招標(biāo)書,它將使用S波段(與宙斯盾系統(tǒng)相同)。但問題在于,這一波段上的雷達(dá)不具備X波段雷達(dá)的高距離識(shí)別力,其距離分辨力只有50-100厘米(AN/TPY-2為15-25厘米)。這很可能還是出于成本考慮,LRDR這種體量的X波段雷達(dá)耗資將遠(yuǎn)不止10億美元。

        總之,AN/TPY-2在可預(yù)期的未來仍將是不可替代的。而由于AN/TPY-2沒有UEWR看得遠(yuǎn)(雖然看得更“清晰”),堅(jiān)持向前部署便顯得極為重要。

AN/TPY-2與朝鮮

        根據(jù)任務(wù)需要,AN/TPY-2有兩種部署模式:前沿部署模式和末端部署模式。在前沿部署模式下,AN/TPY-2可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、追蹤、描繪彈道軌跡,并將信息傳遞至指揮中樞,是美國(guó)導(dǎo)防系統(tǒng)陸基中段反導(dǎo)的重要一環(huán)。在末端部署模式下,AN/TPY-2是薩德系統(tǒng)的火控雷達(dá)。AN/TPY-2能夠在兩種模式之間切換,耗時(shí)不超過8小時(shí)。

圖片來源:雷神公司宣傳材料。

        一套AN/TPY-2的生產(chǎn)周期為30個(gè)月,美軍最初計(jì)劃建造18部,其中9部用于THAAD營(yíng)。2013財(cái)年這一數(shù)字被削減至12套,THAAD營(yíng)的數(shù)量也減至6個(gè)。不過由于外銷和更多盟國(guó)加入反導(dǎo)體系,AN/TPY-2的最終生產(chǎn)數(shù)量將超過12部。在美國(guó)導(dǎo)彈防御署的最新計(jì)劃中,2019年THAAD營(yíng)將從4個(gè)增至7個(gè)。目前進(jìn)行戰(zhàn)備部署的THAAD營(yíng)為3個(gè),第4營(yíng)正在進(jìn)行訓(xùn)練,預(yù)計(jì)2016年戰(zhàn)備部署。

        前沿部署的AN/TPY-2為5套,分別位于日本北部青森縣車力村三澤基地、日本南部京都京丹后市經(jīng)岬分屯基地、以色列內(nèi)蓋夫凱倫山、土耳其迪亞巴克爾、中央司令部卡塔爾駐地。此外,卡塔爾與阿聯(lián)酋各向美訂購(gòu)了兩套,理論上將不受美反導(dǎo)體系的轄制。

        對(duì)于朝鮮半島部署THAAD營(yíng)與AN/TPY-2系統(tǒng),中美雙方似乎有一定默契,那便是薩德系統(tǒng)的防御目標(biāo)不是我國(guó)的中遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈。我方的主要憂慮在于AN/TPY-2的前沿部署探測(cè)能力。針對(duì)這一顧慮,美方的解釋是,由于該雷達(dá)將作為薩德系統(tǒng)火控雷達(dá)以末端模式進(jìn)行部署,不對(duì)中國(guó)構(gòu)成威脅。

        問題在于,韓國(guó)軍方曾給出使用國(guó)產(chǎn)X波段雷達(dá)的選項(xiàng),其探測(cè)距離雖比AN/TPY-2要小,卻足以應(yīng)對(duì)朝鮮,美國(guó)卻并不認(rèn)可這個(gè)選項(xiàng)。更為重要的是,美方這種辯解有意或無意地忽略了前文提過的工作模式切換。

        誠(chéng)然,如果THAAD營(yíng)的AN/TPY-2從終端模式切換為前沿模式,會(huì)使薩德系統(tǒng)無法始終處于待命狀態(tài)。但考慮以下因素,這一問題便顯得不那么重要:

        1)薩德系統(tǒng)是否始終處于待命狀態(tài),平壤不得而知;表示不損害其威懾力。

        2)平壤如果對(duì)首爾進(jìn)行打擊,除了動(dòng)用數(shù)量有限且較為昂貴的彈道導(dǎo)彈外,還有其他選項(xiàng)。而首爾更理想的防御方式并非薩德,而是類似以色列鐵穹那樣的系統(tǒng)(事實(shí)上韓國(guó)也一直對(duì)類似系統(tǒng)更加感興趣)。

        3)從平壤的戰(zhàn)略和安全需求來看,未來“導(dǎo)彈外交”的最大效用是作為“議價(jià)”籌碼、威懾或威逼手段,而非實(shí)際訴諸打擊。無預(yù)警發(fā)射在之前幾次半島危機(jī)中有確保試射試驗(yàn)的考慮,但在將來卻可能削弱導(dǎo)彈外交的效能。

        4)潛在的半島危機(jī)與中美危機(jī)雖有聯(lián)動(dòng)可能,但基于過去20年以及未來可預(yù)期的三國(guó)間關(guān)系以及地區(qū)安全形勢(shì),這兩種危機(jī)的爆發(fā)很可能是不同步且不直接相關(guān)的。

        總之,AN/TPY-2作為薩德系統(tǒng)的火控雷達(dá)并不需要隨時(shí)待命,切換至前沿部署模式是有效選項(xiàng)。那么接下來的問題便是:AN/TPY-2到底能看多遠(yuǎn)?

AN/TPY-2與中國(guó)

        AN/TPY-2的真實(shí)探測(cè)距離是保密信息。沈丁立教授在澎湃“薩德之辯”中采用2000公里。吳日強(qiáng)教授2014年的分析采用1200公里。

        2012年美國(guó)國(guó)家科學(xué)院的《解析導(dǎo)彈防御系統(tǒng)》報(bào)告是關(guān)于美國(guó)導(dǎo)彈防御的重要公開資料。這份報(bào)告雖然也沒有給出具體數(shù)值,但其中一張示意圖間接提供了信息。圖上兩個(gè)AN/TPY-2部署點(diǎn)分別為日本和土耳其,依此圖它的探測(cè)距離約為1500公里左右。我們不清楚這背后的關(guān)鍵參數(shù)值假設(shè),且該圖沒有顯示探測(cè)距離與有效識(shí)別距離的差異,因此筆者認(rèn)為有必要進(jìn)行更加細(xì)化的計(jì)算。

圖片來源:美國(guó)國(guó)家科學(xué)院《解析導(dǎo)彈防御系統(tǒng)》圖5-8

        筆者采用雷達(dá)探測(cè)距離的常用公式,根據(jù)美國(guó)反導(dǎo)專家使用的參數(shù)值,并對(duì)目標(biāo)雷達(dá)散射截面這一變量的取值進(jìn)行細(xì)化,得出兩組數(shù)值(注2)。當(dāng)目標(biāo)雷達(dá)散射截面假定為0.1、0.5、0.01平方米時(shí),AN/TPY-2的探測(cè)距離分別為1540、1300、870公里,甄別不同目標(biāo)的有效距離分別為1026、870、580公里。

        如果筆者所采用的參數(shù)取值更符合AN/TPY-2的工作環(huán)境,通過這兩組數(shù)值我們可以確定兩點(diǎn):第一,在朝鮮半島部署AN/TPY-2雷達(dá)將大幅提高美國(guó)對(duì)中國(guó)戰(zhàn)略導(dǎo)彈的觀測(cè)能力,特別是渤海與黃海的潛射導(dǎo)彈試驗(yàn);第二,鑒于AN/TPY-2有效識(shí)別不同目標(biāo)的距離低于探測(cè)距離數(shù)百公里,將其部署地點(diǎn)從日本向朝鮮半島進(jìn)一步推進(jìn)對(duì)于美國(guó)的全球反導(dǎo)系統(tǒng)有著極為重要的意義。

        美國(guó)正在歐亞大陸兩端通過串聯(lián)各盟國(guó)的防空力量、部署美國(guó)自身反導(dǎo)單元,一步步構(gòu)建全球反導(dǎo)體系,AN/TPY-2雷達(dá)是這一體系中的重要一環(huán)。將AN/TPY-2部署在朝鮮半島,將有利于美國(guó)在平時(shí)積累中國(guó)彈道導(dǎo)彈的特征數(shù)據(jù),并在危機(jī)或戰(zhàn)時(shí)提高反導(dǎo)能力,這將改變中美目前的戰(zhàn)略力量態(tài)勢(shì),削弱中國(guó)對(duì)美國(guó)的核威懾能力。

        注:

        (1)距離分別力計(jì)算:

        公式:?R = (0.15 m)/βG(βG為以赫茲計(jì)算的頻寬)

        AN/TPY-2工作頻率約為10吉赫(1吉赫=109赫茲),頻寬為1吉赫,可以計(jì)算出它的理論距離分辨力為15厘米,現(xiàn)實(shí)中的最小分辨力數(shù)值往往要高一些,有報(bào)道認(rèn)為AN/TPY-2的實(shí)際距離分辨力為25厘米。與TPY-2相比,UEWR的工作頻率為0.44吉赫,最大頻寬約10兆赫(1兆赫=106赫茲),因此其距離分辨力為15米。

        (2)雷達(dá)探測(cè)距離公式及參數(shù)數(shù)值:

        Rmax = 最大探測(cè)距離 (m)

        Pav = 平均功率(W) = 81000

        ρ = 天線開口效率 = 0.8

        A = 天線面積(m2) = 9.2

        G = 天線增益 = 10300

        n = 集成脈沖數(shù)量 = 20

        σ = 目標(biāo)雷達(dá)散射截面 (m2) = 0.01、0.05、0.1

        k = 玻爾茲曼常數(shù)(1.38×10-23 J/K)

        T0 = 290 K

        FN = 接收機(jī)噪音指數(shù) = 1.4

        fP = 脈沖重復(fù)頻率(Hz) = 200

        (S/N)1 = 單脈沖信噪比 = 20(目標(biāo)發(fā)現(xiàn))/ 100(目標(biāo)識(shí)別)

        LS = 系統(tǒng)損失 = 6.3

    澎湃新聞報(bào)料:021-962866
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