台湾“铺路爪”的引进
2013年2月1日,在新竹乐山举行了AN/FPS-115“铺路爪”相控阵远程预警雷达的成***典礼,该雷达被台湾奉若对抗大陆弹道导弹的神器。
“安邦计划” 1996年3月进行导弹演习期间,台“***”十分紧张,当时立刻命令用“长白”相控阵雷达对导弹试射区域进行全面监控,并要求“中山科学院”从“天弓”计划室、电子和导弹火箭研究所抽调顶级技术人员组成“陨石计划”专案小组。企***借助“长白”相控阵雷达的能力,利用从美国购入的“弹道数位模拟软件”,根据导弹的飞行轨道和速度,逆向推算出导弹的发射地点。
不过,由于“长白”雷达原本是用于侦测飞机的中程预警雷达,无法有效侦测弹道导弹的轨迹。虽然“中科院”事先将雷达软件加以修改,重新设定搜索模式,并加强其对目标信号的辨识功能,但由于“中科院”和方没有侦测弹道导弹的经验,因此只能像没头苍蝇一样满天找导弹,根本无法预先设定高度和方位加以搜索。
“长白”雷达的缺陷使得积极寻求远程预警雷达。1997年在“陨石计划”的基础上制定了“安邦计划”,即向美国购买两套美***现役“铺路爪”远程预警雷达的修改型,部署在台湾岛南、北两处阵地,来达到先期预警目的。
竞争方案 1998年,台湾正式向美国提出采购要求。1999年,台湾在每年4月举行的美售会议上再次提出,美国以尚待评估回绝。当年11月,台“***”施***报告中正式将“构建远程预警雷达与低空反导系统”作为未来整***备战重点之一。经过台美双方反复讨价还价,2004年3月,美国***正式决定将价值17.76亿美元的两套远程早期预警雷达及相关设备卖给台湾,这也是美国首次出售这种设备给国外。
在雷达选型和建设招标中,美国洛·马及雷锡恩公司分别提出了设计方案。雷锡恩提出了改进型AN/FPS-115“铺路爪”方案,改进后的型号将具有探测喷气式空袭武器如飞机和巡航导弹的能力。洛·马竞标的是体积较小的类似“宙斯盾”系统的旋转式雷达,以洛·马的AN/SPY-ID(V)为基础,是封闭在一个整流罩中的旋转超高频数字波束雷达。该雷达是洛·马为扩展的中程防空系统生产的超高频数字雷达的副产品。洛·马还提出,假如该雷达无法探测到低空低雷达截面积巡航导弹,他们还可提供AN/TPS-59战区导弹防御雷达来防御单个雷达所无法覆盖到的台湾南部地区,但由于雷锡恩公司的公关和技术原因,洛·马在2005年2月宣布放弃竞争。2006年5月,雷锡恩公司以“铺路爪”雷达为核心的监视雷达项目通过设计评审,最终落户台湾空***。
有限部署按照雷锡恩公司方案,台将购入两套“铺路爪”部署于台湾岛南、北,但雷锡恩公司的交付推迟了3年,而且成本一路攀升,使台湾放弃了第二部雷达的部署,最终台湾空***于2007年8月在新竹乐山五峰乡开始了“铺路爪“雷达阵地的施工。
这项计划于2003年通过时预算为302亿元。2008年因台风侵袭基地,美方以改良基地土质、地基与挡土墙为由,提出追加52亿元。2009年上任后,美方对这套系统的情报分享出现猜忌,突然提出加装“防情资泄密软件”,耍求追加12.5亿元用于研发“反窜改科技保护技术”。2012年美国又追加2亿美元,使得总经费暴增近新台币100亿元,交付后台湾每年还要负担约2000多万美元的维持费及水电费,方要求美方不得再次加价。2012年,所有阵地建设项目及雷达系统整合完成。自问题僵持不下后,美计划在日本设置一座与台湾相同的远程预警雷达,台宣称,未来台空***将要求美方按比例摊还研发经费。台媒体宣称该雷达已经监测到了大陆进行的多次导弹试验。
台湾“铺路爪”的部署
台湾地少人多,工业和民生设施密集,部署“铺路爪”这种大型***用设施有难度。但经过多年考察,依托现有雷达设施,完成了这种大型雷达的部署。
选址与部署 最早希望引进2套“铺路爪”雷达,并在美方技术人员协助下,在全岛范围内勘察,最终选定了新竹乐山和屏东里龙山构建雷达阵地。由于两套雷达从引进到完成阵地部署需4年且耗资巨大,因此决定采用“双点部署”方案分两阶段进行部署:先在北部乐山阵地部署1套,双面天线2400朝向大陆,以侦测陆地发射导弹为主:尔后,在南部里龙山阵地部署1套,主要涵盖台岛东部海域。但部署工作遭遇种种问题,最后仅保留了北部乐山阵地,也仅为单面阵。新竹乐山阵地原为台空***一处雷达阵地,为部署“铺路爪”而进行了大肆改造。从2012年开始,只要用iS06版本的苹果导航地***就能查到乐山基地的卫星照片,雷达主体清晰可辨。台湾空***表示将强化伪装来消除影响。
组成与分布 新竹五峰乡的乐山“铺路爪”雷达站位于2620米高的乐山山顶,整个阵地建在一个长约500米,宽约260米范围内的平台上。雷达站分成雷达控制中心和雷达天线阵面两部分。天线阵面设在西南侧,31米高的墙面后倾20°,装有近1800个发射阵元。控制中心在北面,内有3套不同的电脑系统,拥有探测和跟踪2种操作模式,能计算导弹发射及命中地点。阵地内有车库、地下油池、油机房、水塔和人员宿舍。
警戒 由于大型雷达存在电磁辐射危害,因此阵地的勘查和周边活动的限制十分严格。例如,建在美国麻省鳕鱼角的“铺路爪”预警雷达,附近居民癌症发生比率就偏高。电磁探测波束还可能干扰飞机,造成飞行安全问题。对此,台“中科院”与美方人员曾前往基地周边的新竹登山步道实地测量,确认雷达波束不会对民众造成辐射。此外,台已对雷达波束可能辐射的范围,包括以雷达阵地为中心5千米半径、地面以上20000米高度内,限航区飞航公告,禁止***、民航机飞越阵地周边。由于“铺路爪”雷达高度近10层楼,目标明显,加上邻近登山步道,有百姓利用望远镜拍摄雷达并上传到网络,为此在***事禁地周围都设置了劝导牌。
运行与管理 该雷达站原属空***第三管制中心,现隶属空***战术管制联队第l侦搜预警中心。空***战管联队主要担任早期预警及战术管制之防空任务,下辖各中心、中队、分队、机动分队等共17个单位,指挥部设在台北松山基地。
台湾“铺路爪”部署动因
台湾引进和部署“铺路爪”雷达可谓不惜代价,台湾为什么对此情有独钟呢?
兑现协台防御承诺 美国2003年宣布售台“销路爪”时正值美大选和《与台湾关系法》制定25周年之际,美***方在承诺协台防御的同时,试***通过美制武器巩固***事同盟关系。对台湾而言,其“铺路爪”雷达可以与美国卫星链接,实现实时信息共享,以获得美国的信息支持。美国也可以利用部署在台湾的“铺路爪”来监视大陆的一举一动。
实现战术联合 从***事意义上说,这套预警系统对台湾的反导能力的提升意义不大,但意味着台美情资通联的提升。在“安邦计划”上马之时,方还悄然推进其“博胜专案”。该计划包括“博胜1号”的数据链系统和“博胜2号”白勺指挥、控制、通信、情报、监视和侦察系统两项。为此,美国出售给台湾总价值15亿美元的102套多功能信息分发系统/低容量终端和20套舰载上传终端的多功能信息分发系统。该系统是LINK-16(美国和北约部队广泛采用的一种具有扩频、跳频抗干扰能力的战术数据链)独有的配套系统,可提供信息加密与传输、自动入网、自动中继转发等功能,形成一套完整的战场态势***,给分散在战场上各级指挥中心的指挥官使用。因此,“博胜专案”建成后,不仅能完成自己内部指挥与控制的综合,还会建立起与美***战术交流的平台。
弥补美反导预警不足 美国导弹防御系统主要部署在中北太平洋地区,在台部署远程预警雷达可以覆盖整个中国大陆、朝鲜半岛、俄罗斯远东部分地区,从而弥补美在亚太地区没有远程预警系统的缺陷。实际上,以台海的近距离,即使它在最早时间内侦测到大陆中短程弹道导弹的发射,也没有足够的反应时间。何况这种装备是冷战产物,其战略意***是“互保毁灭”,即及时发现对方洲际导弹来袭后,发动全面反应,实现共同毁灭,但台湾没有“确保摧毁”的能力。若它用来侦测洲际导弹,对台湾没有直接好处,顶多起到协助美***作战进而间接保护自己的作用。因此,台湾购买远程预警雷达只是替美国监视大陆。
构建全程预警网 台湾岛没有战略纵深可言,即使是台湾海峡,最窄处也只有135千米,作战飞机只要几分钟就可飞过。在部署“铺路爪”雷达之前,台对空雷达对我20000米高空目标的最大探测距离为500千米。而“铺路爪”雷达部署后,台对空警戒距离可以达到数千千米,可有效探测大陆战斗机、攻击机、巡航导弹和弹道导弹等目标,及早获取预警信息,赢得更长的拦截反应时间。
台湾“铺路爪”的能力
“铺路爪”雷达一方面受到台湾海峡地理限制,另一方面被美国进行了简化,因此其作用会有一些变化。
探测范围增大,但受到地球曲率限制 “铺路爪”雷达主要用于探测与跟踪弹道导弹、巡航导弹和地球同步轨道卫星等目标。在部署“铺路爪”前,台现有防空装备仅具备终端弹道侦测能力,且反应时间极短。其中,空***E-2T预警机和GE-592、HARD等战管雷达侦测距离约460千米,无法探测高速飞行的弹道导弹。海***观通雷达探测距离仅37千米,即使部署不久的CS/FPS-500雷达探测距离也只有233千米。引以为豪的“天弓”导弹系统的“长白”相控阵雷达,对战机和弹道导弹的探测距离也分别只有300千米和150千米。此次部署的“铺路爪”在无电磁干扰条件下,对战术弹道导弹探测距离达到3300千米。台空***司令部参谋长陈添胜中将在立法院答询时称,该雷达侦测范围达3000千米,是台湾现有雷达的5倍,并可发现隐身飞机,探测距离可深入到***,还可接收东北亚与东南亚部分地区信号,包括和南沙太平岛等空情。据台官员透露,该雷达在2012年12月朝鲜火箭发射时,捕捉到火箭发射弹道,并且全程掌握从火箭点火到坠落点的整体动态,比日本方面早了2分钟,并与美日***方作了情报交流。
虽然其探测距离较远,但是由于该型雷达工作于微波波段,电磁波传播形式是视距传播,“铺路爪”探测低空目标的极限距离要受到地球曲率限制。考虑到“铺路爪”雷达站位于2610米高的山顶,则利用视距公式可计算出该雷达对低空目标如巡航导弹及水面舰艇等的极限探测距离为210千米,如果再考虑电磁波的各种传播损耗,则该雷达对低空目标的探测距离不超过200千米。
系统反应加快,但侦测数据不够精确 与普通雷达不同,“铺路爪”雷达采用电子扫描而不是机械扫描,天线波束指向由计算机管理,控制灵活,实现了无惯性快速扫描(扫描一次所需时间为6秒)。此外,“销路爪”雷达采用全数字工作方式,搜索和跟踪信号数据处理与计算机结合,缩短了对目标信号检测、录取、信息传递的时间,提高了反应速度。当“铺路爪”搜索远距离目标时,天线阵列上的辐射器通过计算机控制集中向一个方向发射、偏转,达到电磁能量的集中使用。在对付较近目标时,这些辐射器又可以分工负责,有的搜索,有的跟踪,有的引导,同时工作。虽然目前台湾只部署1套远程预警雷达,但其对射程600千米的来袭导弹(飞行时间415秒)可提供303秒的预警时间,时效比为73%,使“爱国者”导弹拦截距离达40千米,是无预警情况下(拦截距离9千米)的4.4倍。对射程1000千米的来袭导弹(飞行时间553秒),可提供414秒的预警时间,时效比为75%,拦截距离达31千米,是无预警情况下(拦截距离5千米)的6.2倍。
但是由于“铺路爪”雷达工作带宽有限,在搜索模式下为100kHz,跟踪模式下为1.0MHz,根据带宽与分辨率的关系,可知该雷达的最高距离分辨率仅为150米。如此低的分辨率限制了雷达区分目标真伪的能力,导致其侦测的弹道参数不够精确。此外,“铺路爪”在回到搜索模式之前不能长时间对目标进行跟踪。基于以上原因,“铺路爪”还不能直接引导反导武器对来袭弹道导弹进行有效拦截,其作战的时效性还有待提高。
功能更综合,但能力受局限按照设计,“铺路爪”每个天线阵面上的辐射单元自动分成56个子阵,每个子阵由各自的发射机供给电能,也由各自的接收机接收回波。工作状态下,“铺路爪”形成多个***控制的波束,分别执行搜索、探测、识别、跟踪等功能。针对不同作战需求,通过修改软件即可实现同时搜索、探测、跟踪不同方向和不同高度的多批目标。此外,虽然雷达阵列倾角是20°,但实际上天线波束指向的最高仰角达到105°(过顶),这使其可实现对卫星的跟踪。简氏曾透露该雷达完全满足跟踪中低轨道卫星的能力,如目前大多数对地观测卫星(轨道高度1000千米左右)等。但受到***策限制,美方只允许台湾拥有“容许范围内的自卫能力”,能得到的只是被限制了作战能力的装备,其空间探测跟踪能力很可能通过软件进行了屏蔽,这将让台湾无法探测大陆近年来发射入轨的卫星。据说这是因为当年台湾和华盛顿就雷达监视项目进行协商时,双方认为当时中国大陆的空间项目尚处初级阶段,因此没有必要使雷达具有空间跟踪能力。
此外,“铺路爪”在建设中也存在无法与“爱国者”导弹、“博胜”指挥控制系统连接的情况,虽然台湾后期一直致力于改进和整合,但效果有限。
“三抗”能力加强,但目标明显在抗干扰方面,“铺路爪”雷达可以利用分布在天线孔径上的多个辐射单元综合成非常高的功率,可以根据不同方向上的需要分配不同的发射能量,易于实现自适应旁瓣抑制和自适应抗干扰。在抗反辐射导弹打击方面,“铺路爪”虽然发射的电磁信号功率达到582.4千瓦,但其工作在UHF波段(420MHz-450MHz),频率较低,而目前主流反辐射导弹的被动导引头是针对其它波段雷达设计的,在攻击“铺路爪”时很难保证命中精度。即使研制专用的导引头,由于反辐射导弹弹头尺寸有限,低频率接收天线难以安装到弹头体内。此外,“铺路爪”雷达站体积庞大,即使毁伤部分天线阵元仍能继续工作,并可在开机状态下更换毁坏的天线阵元,因此使用弹药量较小的反辐射导弹很难实现理想的打击效果。在抗隐身方面,由于隐身目标通常是按照1GHz-29GHz的工作频率设计的,其在UHF波段的雷达散射截面积并没有实质性的下降,因此波长较长的“铺路爪”雷达对隐身目标具有较强的侦测能力。
但是由于雷达设在偏僻的高地,遭到高空渗透或导弹攻击的可能性较高,因此在阵地配置了“方阵快炮”与“诱标雷达”。“方阵快炮”是退役舰艇上的近防速射炮,最大射程6000米,有效射程1625米,射速每分钟1000-3000发。这种武器对巡航导弹等低空目标有一定效果,但对弹道导弹等攻顶武器无可奈何。“诱标雷达”就是雷达诱饵,其在雷达附近可发射与主雷达相同的电磁信号,引诱反辐射武器偏离主雷达目标。此外,还将该阵地纳入了“爱国者”、“天弓”等防空反导系统的重点防护范围,并拟在阵地附近部署最新研制的“捷羚”机动式要点防空系统。
工作更稳定可靠,但探测能力不均衡“铺路爪”的天线阵面、发射系统及接收系统大量采用固态组件,信号处理部分全数字化,工作稳定性非常高。发射、接收系统的平均无故障间隔时间超过7700小时,天线的平均故障间隔时间达450小时。天线阵列的收/发固态组件并联使用,少数单元失效对系统性能影响不大。同类雷达的试验表明,10%的组件失效时,对系统性能无显著影响,不需立即维修;30%失效时,系统增益降低3dB,仍可维持基本性能。
但是受到相控阵雷达原理限制,其在各方向上的探测能力并不均衡。“铺路爪”的最大探测距离是相对于天线视轴而言的。若在搜索跟踪时,雷达的天线波束偏离视轴一个角度,则天线有效截面积会减小,雷达作用距离也会减小。例如当雷达波束在方位角和仰角上同时偏离45°时,雷达作用距离会减小20%左右,同时天线波束偏离视轴以后,波束亦将变宽,雷达测量精度将下降。可见,目标位置对于该雷达的作用距离、测量精度有相当大的影响,其对大陆的导弹攻击防御作用有限。