我國海軍的隱身桅杆有多好？

07-04

近日，海外雜誌報道我國新一代近海護衛艦的模型，令人驚喜的這個護衛艦居然用了整體式綜合桅杆，這標誌著我國在隱身艦船的設計、建造技術方面出向前邁出一大步。

進入新世紀，052C、054A和022等新型艦艇陸續下水服役，標誌著我國海軍隱身艦艇達到一個新的水平，已經實現了艦體的隱身化，但是桅杆等艦面結構和設備的結構還有待完善，這次整體式綜合桅杆的出現，表明我國在隱身艦船的建造技術方面正穩步向縱深推進，從發展全隱身作戰艦艇打下了堅實的基礎。

上世紀80年代我國海軍開始研製新一代水面艦艇，在這些艦艇的設計、建造過程中，海軍和艦船工業開始重視隱身技術在水面艦艇的運用，我國第二代導彈驅逐艦-052型就採用了隱身技術，採用的技術包括上層建築與船體儘可能做到傾斜，並且建築物的連接面或者拐角盡量使用圓弧過渡，以控制反射波的方向，這些措施的採用提高該艦的隱蔽性能，讓其在現代戰場的生存性能得到較大的提高，但是受當時國家經濟技術實力及工業基礎的制約，我國二代水面艦艇的隱身設計還不完善，尤其是艦面設備及系統基本上沒有涉及，造成艦體表面武器及電子系統林立，影響了隱身技術運用的效果，進入90年代我國開始著手艦面系統的隱身化研製，並探索與艦體隱身一體化的設計，包括導彈系統的垂直發射化、艦炮等武器裝備採用隱身外殼，部分雷達系統由圓形整流罩進行覆蓋等，這些技術在本世紀我國建造、服役的新一代水面艦艇上得到了體現，尤其是我國新一代導彈護衛艦-054，其雷達隱身達到了較高的水平，並首次進行了艦體和艦面設備的一體隱身設計，尤其值得一提的是該艦對桅杆的隱身性能也進行了考慮，該桅杆針對主要方向的雷達照射方向進行了優化設計，包括採用了內傾的稜台外形，連接面也採用了多面的棱形設計，以偏離入射電波，提高了桅杆的隱身性能，從而從整體上加強艦艇的隱蔽性能，但是我們也應該清楚的看到，這個桅杆本身仍舊屬於傳統的桅杆形式，主要感測器的天線還是外置的方式，對於桅杆乃至艦艇本身的隱身性能影響較大，另外從整體上

我國公開的出口型隱身護衛艦的模型，注意其隱身桅杆講054型護衛艦的艦面設備仍舊偏多，對於艦艇的隱身性能非常不利。

正在測試整體桅杆的斯普魯恩斯級驅逐艦

採用整體桅杆的美國LPD-17船塢登陸艦

針對新一代水面艦艇隱身性能存在的不足，我國相關單位在相關領域繼續穩步推進，深化在艦艇綜合隱身方面的研究，這次展出的輕型隱身護衛艦可以看作在近年我國相關單位在這些領域的進展，從模型上看，該級艦封閉首樓甲板和尾部後甲板，形成光滑和傾斜的表面，把艦體和艦橋有機、光滑的融為一體，儘可能消除不連續的平面，以控制入射電波，特別是該型艦對於艦面設備的控制，首先取消了露天甲板的欄杆、把錨泊設備起錨機、導纜器、帶纜樁、纜索絞車等布置在甲板下，主甲板周圍採用內傾舷牆圍閉，舷牆上有作業孔，以便靠近碼頭時進行拋系纜作業，航線時用蓋子覆蓋，艦艇的魚雷發射架、救生艇等裝置也都采艦體以內，由艦體進行遮蔽，其他設備如艦空導彈採用垂直發射系統，系統深埋於艦體內，避免了被雷達電波直接照射，其他武器如艦炮則採用了隱身外殼，這些措施的採用都大大降低了艦艇的RCS。

052驅逐艦雖然採用了隱身設計，但是沒有過多的控制細節

054A護衛艦在整體隱身有了較大的進步，也比較重視細節的處理，但是桅杆是一個缺點

更讓人驚喜的是艦上的桅杆，筆者注意到該型艦配備了多種武器系統，包括艦空導彈、中小口徑火炮等，按照常規這些系統應該有自己的目標探測、跟蹤與控制系統，但是模型上即沒有看到相應的系統，並且其桅杆明顯要大於一般輕型艦艇的桅杆，因此有理由相信；該型艦的主要探測系統向桅杆集中，並且採用了綜合桅杆系統以提高艦艇的隱身能力，從外形上來我國這型綜合桅杆與美國AEM/S系統相近，都是多面錐形體，擁有較好的隱身能力，那麼這型桅杆是封閉式桅杆還是綜合孔徑系統，筆者傾向於前者，這是因為綜合孔徑系統對於世界各國來說仍舊處於科研攻關階段，離實用還有一段距離，並且多功能大陣面有源相控陣雷達的價格了比較昂貴，不太符合我國傳統市場的採購能力，還有一步就是由於載艦需要輕型艦艇，加上採用多面體結構，那麼每個平面的面積就比較有限，相對而言安裝的相控陣雷達天線面積也就有限，根據雷達探測距離等於孔徑、功率等參數的積來看，也限制了雷達的探測距離，所以筆者認為我國第一型綜合桅杆應該是類似於AEM/S的封閉式桅杆。

整體式桅杆結構示意圖

與AEM/S相同，我國這型綜合桅杆結構可能也是上半部採用FSS材料，下部採用了吸波材料，以進一步減少桅杆的RCS，另外裡面的設備可能分為多層來布置，根據國外相關係統的通行做法，一般在桅杆的最底層布置電子機櫃、通信系統和數據鏈設備、衛星通信和敵我識別系統，中間布置雷達天線，最上面布置導航雷達、光電火控系統和電子偵察系統等，從而實現了電子設備安裝的集成化，解決了困攏我國艦艇隱身的一個關鍵的問題，該桅杆的一旦研製成功，可以有效的推動我國艦艇上層建築的集成水平，對於提高我國艦船技術的總體設計和總體作戰性能有著極其重要的意義，是我國艦船設計又一次重大的突破。

該型艦的雷達是另外一個令人感興趣的地方，前面說過由於該型艦排水量較小，因此為了防止重心上升，所以其桅杆的體積就比較有限，所以就限制了其空間，這樣就無法安裝較大的雷達天線，另外由於無法安裝較大的發電機，因此其能夠帶動的雷達發射機功率應該也比較有限，我們知道雷達探測距離與功率*天線孔徑*天線增益等參數呈正比，在雷發射機功率、天線孔徑等受限制的情況下，那麼天線增益就顯得比較重要，而天線增益等於天線尺寸除波長的平方來看，天線尺寸較小，那麼雷達波長的尺寸相應的也要縮小才能有足夠的天線增益，以保證雷達的探測距離。而現在我國目前艦載主要對空探測雷達如海鷹S/C雷達的工作頻率較低，波長較長，這樣其天線尺寸相對較大，難以安裝在這個封閉式桅杆之中，如果縮小尺寸，那麼就會影響雷達的探測距離，所以從這些角度來說該型艦配備雷達應該在波長尺寸較小，頻率較高。另外從該型艦配備的垂直發射的艦空導彈來看，型號應該是國產紅旗-16型艦空導彈，目前我國能夠垂直發射的艦空導彈只有兩種，紅旗-9和紅旗-16，前者太大也太重，難以安裝在中輕型作戰艦艇上面，與紅旗-16相當的俄羅斯施利基艦空導彈系統就可以裝備在1500噸級以上的艦艇中，當然我國也有可能在研製新的艦空導彈武器系統，但是一型新的艦空導彈從研製到設計定型需要時日是，而這型艦艇已經在國際防務展上展出，表示可以接受用戶的訂單，所以不太可能配備新型系統，並且用戶一般也不會接受沒有經過實際考驗的武器，所以筆者認為該型艦配備的應該是紅旗-16.

我國新型近海護衛艦配備的可能是紅旗-16艦空導彈

眾所周知，紅旗-16採用的是半主動雷達制導方式，因此需要照射雷達，而模型上並沒有看到配套的雷達，那麼只有可能安裝在桅杆裡面，但是這個桅杆內部空間較小，在安裝了搜索、跟蹤雷達之後，可能沒有足夠的空間再安裝照射雷達，因此新型艦艇的雷達很可能象APAR那樣是X波段有控陣雷達，前面說過，波長越短，天線尺寸、發射機、接收機等器件的體積和重量相對較小，從而降低了雷達系統的重量，適合中輕型艦艇的配備，此外估計這樣雷達象APAR採用了間隔式半主動雷達照射技術（ICWI），可以同時制導多枚導彈攻擊多個目標，如配備有APAR的德國F124型防空導彈護衛艦在測試的時候就曾經進行了雙目標攔攔截和先後利用標準-2和ESSM兩種導彈對目標進行多重攔截的試驗，具備了較高的反應能力，相比較之下，配備了SPY-1相控陣的宙斯盾防空艦艇則必須有照射雷達配合，採用機械轉動的照射雷達不但破壞了艦艇的隱身效果，並且照射一個目標後需要轉動才能照射下一個目標，從降低艦艇的反應速度。如果這樣的話，我國這樣輕型艦艇堪稱一艘迷你神盾艦，可以為中小國家海軍提供一定的海上防空能力，在近來我國892號試驗艦上，外界發現桅杆上方出現一型新的雷達，從其天線來看應該是相控陣雷達，並且考慮到其位置在桅頂頂端，天線尺寸較小來看，可以推測其工作波長較小，並且其外形呈現豎長方形，從這可以看出其波束寬度較小，精度較高，這表明這個雷達應該是一型多功能制導雷達，因此不排除這個雷達可能就是我國新一代X波段艦載多功能雷達。

華羅庚號試驗船上的相控陣雷達，從各方面的特點推測應該是X波段相控陣雷達

從雷達的波長和天線形狀來看，這個雷達的工作距離應該不會太遠，這是因為波長越小，大氣傳輸過程信號的減少就越大，從而影響探測距離，另外由於波束較窄，所以搜索距離受到限制，但是考慮到這個艦艇主要用於中近海防禦，本身處於岸基雷達網和航空兵的掩護之下，因此這些缺點是可以接受的，從這個雷達的配置來看，該雷達和法國ARABEL雷達一樣，採用單面陣，平面探測採用電子掃描，而全向覆蓋則依賴機械掃描，由於雷達天線較輕，所以其天線轉動速度可能較快，估計和ARABEL的每分鐘60轉差不多，從而能夠實現較快的信息更新速率，眾所周知，相控陣雷達防空艦艇的天線布置有多種形式工，包括單面陣、雙面陣和多面陣，這是因為對於相控陣天線來說，當掃描角度增大的時候，會因為孔徑投影區的減少而導致增益損失以及波束寬度的增大，從而降低雷達的探測距離和精度，所以相控陣天線掃描的實際極限度在70度左右，因此要實現全向的覆蓋，至少需要三個平面陣列，而對於艦艇使用的天線，由於船體是在不斷的上下顛簸和左右搖晃，要求有更大探測範圍，所以這個數字要增加到四個，這樣的好處就是每個陣面負責一塊區域，在此區域內可以進行電子掃描，從而擁有非常高的目標信息更新速率，特別適合對付飽和攻擊，但是相控陣天線一般較大較重，如果艦體安裝天線數量較多，一是會限制天線安裝的高度，從降低雷達對低空空情的掌握能力，同時增加了戰艦的排水量和成本，另外對於艦艇供電及能源系統的要求也比較高，這也是為什麼宙斯盾艦艇的噸位很難降下來的重要原因，因此為了降低艦艇的噸位和成本，所以有的艦艇採用了單面陣，配合機械掃描系統來實現全向覆蓋，這樣系統的重量和體積比四面陣要小的多，天線陣面可以安裝在更高的地方，從而提高對低空空情的掌握能力，但是目標信息更新速率也要小的多，所以出現了對兩者的折中做法，就是利用背靠背雙面陣，增加一個方向的電子掃描，不用旋轉一轉就能實現全向覆蓋，與多面陣相比，其體積和重量有所降低，與單面陣相比，目標信息更新速率得到一定的提高。

052C代表我國在艦載有源相控陣雷達取得重大進步

從這型艦艇我們似乎可以推測出我國下一代導彈護衛艦的外形應該和其大同小異，或者說就是這種導彈護衛艦的放大型，利用綜合上層建築來實現對艦面設備的隱身化，從而進一步降低艦艇的RCS，那麼我國下一代隱身導彈護衛艦是採用哪一種相控陣天線布置形式？筆者認為我國下一代隱身導彈護衛艦可能是作為海軍航母編隊的內層防禦力量來運用，這樣其主要作戰對象是第一道防線的漏網之魚，防禦壓力並不象防空導彈驅逐艦那麼大，因此對目標信息更新速率的要求並不象後者那麼大，不過考慮到其作戰對象主要是各種反艦導彈，因此在特定方向上對於威脅反應時間還是非常高的，所以我國下一代隱身導彈護衛艦可能會採用雙面面旋轉陣的布置方式，這樣的布置的還有一個好處就是可以把雷達天線放在桅杆更高的地方，根據雷達視距公式，雷達的視距與雷達天線和目標高度呈正比，這樣可以擴大雷達的水天線，從而提高艦空導彈的攔擊距離，配合攔截-評估技術，可以實現對目標的多次攔截，這對於攔截超音速反艦導彈是非常有意義的。

未來的雷達將是多功能的，結構整體桅杆及上層建築一體化技術來提高艦艇的整體作戰能力

有源相控陣雷達技術的提高，也是提高我國艦艇的隱身能力重要的基礎，這是平面相控陣天線可以非常容易的整合進艦艇的上層建築之中，同時配合多功能收發組件、數字波束成形技術、光纖數據匯流排和核心處理系統，就可以形成綜合射頻系統，實際上相控陣雷達本身就是一個初級的綜合孔徑系統，通過數字波束成形等技術手段實現多個獨立的發射與接收波束，同時這些波束的形狀還可以根據工作方式不同的變化進行靈活變化，從而實現相控陣的多功能和多種工作方式，此外利用時間延遲等技術，擴展雷達的信號帶寬，這樣就可以實現綜合射頻系統，也就是說，利用共用的寬頻相控陣天線，實現超寬頻信號輻射與接收；利用共用的信號與數據處理系統，完成探測、電子偵察、電子干擾、通信、數據鏈系統等功能實現所必需的複雜波束形成及波束掃描，實現包括雷達、通信和電子戰等在內的多種艦載射頻功能集成的綜合射頻系統，這就是NOR概念，也就是不僅僅是一部雷達，而是一個綜合的電子系統，把這個綜合電了系統與艦艇甲板與上層建築有機的結合起來，形成集成的上層建築，從而消除了傳統艦艇林立的感測器天線，提高艦艇的電磁兼容能力和艦艇隱身性，實現了艦艇的全面隱身化，從整體上增強了艦艇的作戰能力，根據有關資料近年來隨著國內電子技術的時步，有關單位也開展了雷達、電子戰、通信等系統的綜合研究工作，並且取得了一定的成果，為我國水面艦艇的進一步發展打下了基礎。

不過筆者認為，集成上層建築和綜合射頻系統集中了包括電子、機械、材料等方面學科的最新技術，難度較大較大，即使是發達國家如美國也剛剛進入應用，因此對於我國來說想在近期內就在相關領域取得突破，恐怕難度較大，因此我國艦艇的隱身技術發展未來可以採用先簡單、後複雜，先局部後整體的方針，逐步實現艦艇的全面隱身化，首先分別實現通信、雷達、電子戰等系統的綜合，比如先研製與MERS相當的綜合通信桅杆，實現通信系統的綜合化，並最終將其整合進上層建築之中，同時實現雷達系統的功能集成，即採用雙頻段雷達來替代原來的艦艇上的雷達，如同美國的DRB雷達那樣，把052C的S波段相控陣雷達和新型X波段相控陣雷達綜合在一起，利用前者波長較長探測距離較遠的特點，進行立體搜索，掌握大範圍內的空情，而利用後者精度較度的優勢，進行識別、跟蹤和導彈及艦炮的制導和火力控制，兩個陣面共用一個終端和處理單元包括共用信號/數據處理系統，並且採用共坐標的形式工作，從而最大限度的利用雷達資源，初步實現綜合孔徑能力，並且利用相控陣雷達的多功能性能，並在此基礎上深化天線模塊及標準化設計技術以及數字接收機技術，使模塊具備通用化能力，在功能切換時，射頻資源就能夠進行實時、動態的重構和配置。同時利用雷達數字波束成形技術實現自適應控制和多波束能力，擴展雷達的電子戰、通信能力，初步形成綜合射頻系統。

DBR這樣的雙波段雷達就是我國近期的方向

在此基礎上，通過對相關技術的深入研究，形成覆蓋全艦電子系統的綜合射頻系統，也就是說綜合射頻系統已經突破了雷達、電子戰和通信系統的界限，這些系統的功能由一套或者兩套不同頻率、多功率的發射/接收天線陣來替代，實現不同功率系統的孔徑共用和多功能電子系統對共享射頻資源的分配和調用，以一套綜合電子信息系統替代原來的多套系統，在此基礎上，利用電子技術的進步，實現平面相控陣天線的輕型化和低成本，然後將其有機的整合到艦艇的上層建築之中，這樣就可以得到一艘幾乎完全隱身的作戰艦艇。

由此可以想像，隨著我國綜合國力的不斷提高，經濟技術水平的不斷增強，我國隱身作戰艦艇的水平也會越來越高，成為捍衛國家安全和海洋權益更加堅固的鋼鐵長城。