国外下一代战斗机及机载火控雷达发展

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随着四代机装备及相关技术的扩散，美、俄、欧等国已将研发目光投向五代机。作为五代机的核心传感器，下一代机载火控雷达的作战使命任务将呈现革命性的变化，驱动雷达装备研制在能力需求、体制架构、关键技术等方面突破现有设计框架。本文首先阐述国外下一代战斗机的发展情况，从超宽带综合射频、共形阵列、分布式探测、云协同探测、智能探测等方面，展望了下一代机载火控雷达的技术发展脉络。

当前，三代机已成为各国空中主力战机，部分国家已升级为三代半，典型装备包括美国F-15、F-16、F-18，俄罗斯苏-27/苏-30系列，欧洲“台风”、“阵风”和“鹰狮”等。

各国四代机的装备状态不一。其中，美国处于第一梯队，已实现批量列装。F-22是世界第一款在役四代机，2005年列装，共生产187架。第二款四代机F-35战斗机的全周期总装备数量近1800架。第二梯队为俄罗斯、印度，目前正处于工程研制阶段，俄罗斯T-50仍处于飞行试验阶段，印度基于T-50设计的FGFA重型战斗机将于2022年入役。第三梯队为日本，目前正开展四代机的技术演示，其首架ATD-X“心神”验证机已于2016年4月首飞，该机也是五代机综合技术集成和单项技术的验证平台。

面对全球四代机装备及相关技术的扩散，美、俄、欧等国已将研发目光投向五代机，但大多处于概念研究阶段，跨代技术、功能特征界定不一，服役时间约在2030年前后。

五代机的核心传感器，机载火控雷达承担战机的态势感知与作战支持任务。与四代机雷达相比，下一代机载火控雷达面临的作战环境、作战目标、作战任务存在迥异，雷达作战能力的提升需求牵引着相关雷达技术的研发与突破。

01
机载火控雷达装备现状

国外机载火控雷达发展大体经历了四个阶段：测距机、脉冲雷达、脉冲多普勒雷达及相控阵雷达。三代机装备的多模PD雷达因体积、重量、散热、耐高压等限制，平均功率只有几百瓦，典型代表为APG-68、RDY等。目前，主流三代机雷达已基于现有硬件，从多模PD、无源相控阵升级为有源相控阵。通过体制升级，三代机雷达的功率孔径积比呈线性增长优势，推远探测距离，有效抗衡四代机。典型代表包括美国F-18的APG-79、俄罗斯米格-35的“甲虫”-AE、欧洲“台风”战斗机的“捕手”-E雷达等，其T/R组件数量大约1000个左右，内部噪声下降4dB左右，加上双向传输损耗比机扫雷达低5dB以上，因此探测距离通常是该机型此前装备的机扫雷达的1.5倍，且实现空空、空地、空海、导航等多种作战功能，但雷达与其他传感器独立设计，系统融合度不高，且对隐身目标的探测能力不足。

与三代半战斗机雷达相比，四代机雷达的T/R组件数量更多（通常为1500个以上），功率孔径积更大，探测距离增加50%以上（如F/A-18E/F的APG-79对σ=1m2目标探测距离为110km，而F-22A的APG-77对同等尺寸目标的探测距离为180km，推远比例为64%。俄罗斯T-50雷达对σ=1m2目标的作用距离更是达260km），可更有效探测隐身目标。此外，基于综合射频系统思路设计，采用基于砷化镓器件的瓦片式T/R组件，强调射频隐身和平台内部多传感器协同，探索开放式体系架构，通过“先敌发现，先敌攻击，先敌摧毁”，实现压制三代机、抗衡四代机。

02
国外五代机发展

在五代机发展道路上，美国处于世界领先地位，空军、海军各自提出五代机发展路线图，正从概念研究、装备需求论证转入技术研发阶段。此外，俄、欧、日等国均提出五代机发展方案，但更多处于概念阶段，尚无实际科研项目。

随着各国多体制反隐身防空体系的蓬勃发展，以及多型四代机的不断涌现，美空军、海军各自开展下一代战斗机研制计划。美空军在2007年首次提出五代机需求，开展“下一代空中优势”（NGAD）计划进行能力需求评估，并于2010年发布“下一代战术飞机装备与技术概念研究”计划，其使命任务是在2030～2050年间执行导弹防御、空中拦截、近距支援、赛博攻击等任务。与此同时，美海军在2012年正式发布《2030年舰载攻击机的关键能力需求调研》，提出在2030年前装备新一代舰载战斗机，实现在反介入/区域拒止环境中的空中优势。

可以看出，美国空军与海军的五代机装备能力需求研究几乎同时启动，目前均处于概念设计阶段，装备时间均为2030年前，研制周期跨度约为20年，同样强调在未来强对抗环境下的空中作战优势。其中，美空军五代机甚至承担助推段反导和赛博攻击任务。2014年10月，俄罗斯先期研究基金会表示，俄罗斯已启动了五代机的研究工作。该机不但要求能够超音速飞行，而且还可在特定飞行阶段进行高超音速（6~7Ma以上）飞行，不仅可在大气层内飞行，还能够在大气稀薄的高层空间飞行，不排除进入太空入轨飞行的可能性。

2010年，日本防卫省技术研究院在《未来战斗机研究与发展趋势》中提出i3五代机概念，及整机研制路线图。i3概念具备3大特点（信息化、智能化、敏捷性）、4大能力（更强隐身能力、态势感知能力、定向能武器、外部传感器数据融合能力）、7项技术特征（包括“云射击”、“群控制”、新一代大功率有源相控阵雷达等）。与美国定量化的五代机方案相比，日本i3概念更多强调技术能力，其核心是信息化和智能化，其中“云射击”和“群控制”概念新颖，强调五代机并不是单纯的独立作战平台，而是从一个体系化的空战系统角度开展机型设计。

03
五代机雷达发展

未来的五代机雷达面临着宽频/全频隐身目标、临空高超目标、空天目标等新型作战对象，作战任务从传统制空作战，扩展至防空防天、助推段反导、赛博攻击等任务，空战样式从传统的多平台编队协同转为分布式、网络化特征更强的云协同作战。因此，雷达研制面临的技术挑战更加复杂。总体来说，国外没有明确的五代机雷达研制计划，但已开展超宽带综合射频、共形阵、分布阵、智能化雷达等相关技术研究。

3.1 超宽带综合射频技术

随着相控阵技术、开放式架构和数字处理技术的进步，综合射频架构逐渐成为战斗机任务系统的发展趋势，摆脱传统的分散、独立、专用的射频链路设计，将一体化推进至天线及射频前段，基于尽可能少的综合射频模块构建一个兼具态势感知、ECM、通信、导航、识别等多功能一体化综合射频系统，显著降低航电系统的重量、尺寸、功耗和成本。

其中，宽带相控阵、超宽带相控阵成为综合射频技术的发展重点。超宽带相控阵天线的大带宽、灵活波束调度和资源管理能力，可为相控阵雷达集成ESM、ECM、高速数据链通信等功能提供条件，并提高战斗机雷达的对地/对海目标检测、高分辨率成像、分类、识别能力，解决地面/海面静止目标和慢速目标检测问题，及抗干扰能力。美国空军、美国海军、DARPA、法国泰雷兹集团、英国Selex公司开展了大量研究工作。

3.2 共形天线技术

目前，对共形天线的研究主要集中在球面、圆柱面、圆锥面、椭圆柱面、多面体、复杂曲面，主要将厚达几厘米的共形天线直接贴装在飞机蒙皮上，但今后的共形天线将是能够在结构上承载的阵列，其天线单元嵌入到飞机蒙皮肉，在辐射或接收电碰能量的同时，能够承载很高的动力载荷，成为飞机本身结构的一部分。

上世纪70年代开始，美军开始研究机载共形天线，陆续开展“灵巧蒙皮结构技术演示”、“结构一体化X波段阵列”、“低频结构阵列”等多项研究，成果广泛应用于各军种。现阶段，美军正在开展“传感器飞机”、“传感器即结构”等计划。

3.3 分布式探测技术

分布式探测技术已成为雷达领域的重要发展方向之一。在机载领域，雷达天线孔径受平台空间和重量的严格限制，同时需满足空中载机的小平台、多任务设计需求，提高对特殊目标（隐身目标、无人机等小目标）探测、对地侦察分辨率和杂波抑制能力。国外开展了多项机载分布式雷达计划，包括如下美国空军机载分布阵雷达概念（DAA）和DARPA提出的分布式阵列雷达（DAR）概念等。

3.4 云协同探测技术

2013年，美空军提出“作战云”概念，强调多域存在和自然汇聚消散，核心理念是海、空、天、网络层的跨域协同。F-22、F-35具有高度、速度、火力打击优势，不仅可完成自身信息处理，还可融合各类作战平台的数据，形成兼具态势感知、数据存储、处理和分发能力的“云”。未来的五代机既是云端的攻击节点，也可执行侦察探测、电子对抗、指挥控制等各种任务，更可以与其他空中、地面、海面作战平台协同探测，共同构建空中作战云探测网络。

3.5 智能探测技术

上个世纪末，美国DARPA、空军研究实验室已在智能化信息处理方面开展研究。2006年，加拿大Simon Haykin首次提出认知雷达的概念。总体来看，国外在认知化雷达、智能化雷达相关技术领域开展了大量研究工作，技术成熟度不断提升，诸多研究成果正处于实战应用的前夕，部分研究已经走向实用。具体到下一代机载火控雷达领域，将实现智能化检测、智能化目标识别、智能化抗干扰、智能化资源调度、智能化人机交互。

04
结束语

以美、俄、欧等军事强国正在开展下一代战斗机的研发，但面向下一代战机的机载火控雷达尚处于概念论证和能力需求分析阶段，尚没有明确的雷达研制项目，但在超宽带综合射频、共形阵、分布式探测、智能探测等方面开展相关技术攻关和储备，值得我国在下一代战斗机火控雷达研制进行借鉴参考，结合我国实际空战作战需求，创新突破，实现在该领域的弯道超车与技术领跑。

来源：李丽.国外下一代战斗机及机载火控雷达发展[J].电子世界,2019.

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