韩国的“萨德”反导系统到底能看多远

“萨德之眼”到底能看多远

◎“萨德”全系统均可经由过程C-17运输机快速矫捷摆设

美国在韩国摆设“萨德”反导系统可谓“一石激起千层浪”。各界遍及认为，“萨德”系统对中国的最大威胁，并非其阻挡弹，而是那部号称“萨德之眼”的AN/TPY-2雷达。

AN/TPY-2雷达是一部X波段（波长3厘米，大约10GHz）有源相控阵雷达，它有两种工作模式或者说构型，别离是“终端模式”（TM）和“前沿摆设模式”（FBM）。前者凡是作为“萨德”导弹连的火控雷达利用。后者本家儿要摆设在前沿，用于标的目的远方的导弹防御系统，例如美国的“地基中段阻挡”（GMD）系统供给数据。美国声称摆设在韩国的TPY-2雷达将以探测距离较近的TM构型摆设，而TM模式探测距离为600千米，撑持在韩国摆设“萨德”系统的一方说这个探测距离只笼盖朝鲜，不克不及深切中国大陆。而攻讦者指出FBM模式的雷达探测距离远得多，并且从TM模式标的目的FBM模式转换只需要8小时或者更少。

那么，“萨德”的雷达以分歧工作模式对分歧属性的方针到底能看多远？响应高度的方针需要飞多高？“终端模式”和“前沿摆设模式”探测距离的分歧，是哪些原因造当作的？除了RCS、方针高度以外，影响探测距离还有那些身分，关于“萨德”雷达的一些传说是真是假？我们将一路给出谜底。

关于探测距离的各类报道

美军固然很开放，可是对于兵器装备的焦点参数其实捂得是很严的，包罗“萨德”的AN/TPY-2雷达的探测距离。当然，起首申明，谈雷达的探测距离必然要对应着雷达散射截面积（RCS），不说方针的RCS或者根基属性而大谈探测距离的意义不大。这就比如人的眼睛可以或许不雅察到物体的远近取决于物体的巨细和与布景的反差一样。人能看到几十万千米外的月球，可是看不到几十米外的蚂蚁，雷达探测距离也是一个事理。迄今为止，无论是美军仍是雷锡恩公司现实上都没有公开过切当的、对应着方针RCS的距离参数。那我们先看看美国官方、各类媒体靠谱的报道中提到的数据吧。因为国内媒体数据大大都源自国外，所以这里只枚举来自国外的数据。

第一种，数百英里。这是今朝笔者看到的有关TPY-2雷达探测距离的最短的公开报道。它来自于雷达的研制方“雷神”公司，该公司曾在一部视频中说，TPY-2雷达可以或许“追踪数百英里以外棒球场上的本垒打。”当然，这个本垒打必需打的足够高——跨越44000英尺，这才能跨越地平线被探测到（关于飞翔高度和探测距离的关系，我们后面会具体申明）。

第二种，600千米。这是韩国媒体报到的TPY-2雷达以结尾模式摆设时的探测距离。2015年2月，韩国《朝鲜日报》的一篇报道引用当局官员的话说，结尾构型TPY-2雷达有用探测距离为600千米。2015年4月，《首尔新闻》引用一份美国手艺陈述同样给出了这个距离。

若是我们认为第一种中的数百英里为300英里，那么这个探测距离是大约480千米。一个棒球的RCS大约是0.004平方米。按照雷达方程计较，对于RCS为0.01平方米的方针，雷达探测距离大约是600千米。这与韩国媒体报道的采用结尾模式摆设的“萨德”探测距离是相符的。

第三种，跨越1000千米。这个说法是美国陆军部出书的《“萨德”反导系统雷达前沿摆设操作手册》里谈到的。原文称，“AN/TPY-2（“前沿摆设模式”）……用于在跨越1000千米的距离上探测、跟踪、分类并识别处于助推段和中段早期的弹道导弹。”当然，这个说法过于恍惚了。

◎“萨德”系统的部门装备，于3月6日经由过程军用运输机运抵驻韩美军乌山空军基地

第四种，1500千米。2013年美国国度科学院（NAS）陈述中的示意图显示，TPY-2雷达的探半径约为1500千米。NAS委员会认为这个1500千米的探测距离是相对保守的。

第五种，1800～2 000千米。韩国媒体为“前沿摆设模式”TPY-2雷达给出的探测距离，信息来历与上面第二项不异。这个2000千米也是今朝国内媒体引用最多的数据。

第六种，大于2900千米。2008年，美国陆军少将帕特里克·奥赖利（PatrickO’Reilly，后来当作为导弹防御局局长）声称，TPY-2的探测距离“跨越1800英里”（2900千米）。

从以上公开报道的数据看，TPY-2雷达的探测距离相差5倍。对于雷达，这是一个庞大的差别。这意味着雷达功率相差5的4次方，也就是625倍！若是只是分歧方针的雷达散射截面积（RCS）分歧，那需要这些方针的RCS也要差625倍。那么，上述说法是不是靠谱？他们的探测距离对应的是多大的方针呢？

专家的计较

从上面的报道来看，既没有说雷达采纳那种模式，也没有说针对的方针RCS，所以，固然告诉你探测距离了，其实公共也不大白这个雷达的厉害水平。

而两位爱较真的学者——乔治·刘易斯和西奥多·波斯托尔，在2012年9月21日的一篇博客中操纵雷达方程进行了简单的计较。这两位可不是通俗的快乐喜爱者，前者是康奈尔大学高级研究员，后者则是马萨诸塞工学院传授，可是具体专业不详。我们可以看一看他们的计较过程，也算是对雷达常识增添一些领会。

他们用于计较的公式就是下面这个雷达方程，可是若何确定每个参数，倒是门学问。

这此中Pav是雷达平均功率，单元是瓦。TPY-2的天线利用了第三代T/R收发模块，据估量其峰值功率为16瓦，平均功率3.2瓦，雷达共有25344个模块，是以其平均功率为81千瓦。

ρ暗示天线孔径效率，设心猿意马为0.8，两位专家认为这是一个偏高的值。

A暗示雷达天线面积，单元是平方米。这个数好查，TPY-2的天线面积9.2平方米。

G为雷达增益，按照G=ρ（4πA/λ2）公式计较，为103000。n为驻留脉冲个数，设心猿意马为20个。

σ为方针的雷达散射截面积（RSC），按照0.01平方米计较。FN为噪声系数，专家的估量值为1.4。

fp为脉冲反复频率，即雷达以如何的频率发射探测脉冲。专家认为其为200Hz，也就是一秒钟发送200个脉冲。而驻留脉冲为20，也就是说波束在一个波位要收发20个脉冲，波束驻留时候为100毫秒。

LS为系统损掉，评估为6.3。

S/N为信噪比，作者分为两种环境，跟踪模式下S/N=20；识别模式下S/N=100。

将上述数值带入公式则获得以下成果：R=870千米跟踪（S/N=20）

R=580千米识别（S/N=100）

在这个根本上，NAS委员会的一份声明称，将S/N从20削减到12.4，而波束驻留时候从0.1秒增添到1.0秒，其它参数不变的话，将获得1732千米的探测规模。

上述计较的关头假设和参数是：弹头的RCS为0.01平方米；对每个方针0.1秒的雷达波束驻留时候；用于检测的信噪比S/N=20，噪声系数为1.4。这个成果表白，雷达可以每秒在870千米的规模内跟踪10个来袭方针，或者进行10个波位的搜刮，或者每10秒对100个方针进行一次检测。

我们先科普一下波束驻留时候，它现实上就是雷达波束在一个波位/方针逗留的时候。在一个波位上逗留的时候越长，可能领受的方针反射脉冲就更多，进行相关运算后就能探测更远的方针或者可以探测到方针更多细节，可是价格是扫描的周期增添了。

不外笔者认为，波束驻留时候的0.1秒（100毫秒）的假设偏大。良多火控雷达的波束驻留时候不到10毫秒。100毫秒的驻留时候意味着极差的搜刮能力。例如，对于一个10度×64度的空间，若是波束宽度为1度的话（X波段火控雷达的波束凡是是很窄的针状波束），扫描下来需要64秒，也就是1分多钟。这将导致其搜刮速度、数据更新率下降。对于X波段的火控雷达来说，其波束宽度原本就小，若是搜刮速度降低，那将极大降低其搜刮能力，可能是无法忍受的。是以，至少在“终端模式”中，驻留时候应该更短。当然，若是是依靠外部方针指示的雷达来说，100毫秒仍然是可以忍受的。别的，这个探测距离要超出笔者的预期，究竟结果0.01平方米是一个很是小的方针了。

为此，笔者专门咨询了中国电子科技集团的一位知名雷达专家。这位专家认为，上述公式中各个变量大致可托，可是噪声系数和系统损掉取值过低。噪声系数选为1.4（即1.2分贝），系统损掉总共才8分贝，不太合理。此中，噪声系数应至少增添1分贝，系统损掉更应增添至少3分贝（本家儿如果远距离下X波段大气衰减很大）。即使不考虑因为大气衰减引起的额外系统损掉，仅按噪声系数2.5分贝计较，他的团队获得的成果是，对RCS为1平方米的方针探测距离约1800千米，对0.01平米方针的探测距离大约为570千米。这位专家强调，即便如斯，此中带入的噪声系数和系统损掉值仍然是按照“料敌从宽”的原则取得比力小的数值，现实中的系统损掉可能更大，最终的现实探测距离可能更低。

总的来看，中国专家的计较值比力接近韩国媒体发布的数据，可是要比美国专家估量的870千米更小。按照雷达方程计较，美国专家的算法对1平方米方针探测距离应该是2700千米多一些。

这位中国专家称，按照雷达天线尺寸算出的程度波束宽度0.37度，俯仰偏向为0.84度，若是按照20个驻留脉冲、100毫秒驻留时候来算，笼盖120平方度空域大约30余秒。

◎“萨德”系统的AN/TPY-2雷达

按照计较我们看到，上面谈到的数百英里和600千米的参数较着是与雷达的“终端模式”匹配的，应该针对的是RCS为0.01平方米甚至更大一些的可是合适再入弹头特征的方针。从这个角度看，600千米这个数值以及中国专家的计较仍是比力可托的。

此刻再来看看“大于1000千米”、1500千米和1 732千米的距离的说法。大于1000千米是美国陆军部的出书物对“前沿摆设型”TPY-2探测距离的明白说法，这个数值固然过于笼统，但由此判定，1500千米、1 732千米的说法，也应该是其“前沿摆设型”的探测距离。美国陆军部和NAS陈述中利用的雷达和方针参数属于秘密，但这可以理解为针对的是较大的、处于上升段的方针，这个阶段的方针大致是多大呢？2003年美国物理学会助推段研究陈述引用的超出地平线、进入TPY-2雷达探测规模的固体燃料导弹的雷达截面为0.094平方米（液体燃料导弹为0.45平方米）。若是按照这个两个数值计较，按照美国专家的算法其探测距离别离为1523千米和2 253千米；若是按照中国专家的算法为998千米和1476千米。显然，中国专家的算法别离与大于1 000千米和1500千米的报道接近。

而1732千米这个数值，相对于870千米探测距离的本家儿要差别是因为较长的波束驻留时候导致的，驻留时候增添10倍获得1732千米的探测距离，这是探测距离增添1.78倍的主要身分。也就是说，探测距离的增添，是以单元时候内跟踪方针数目降低为原有的十分之一，或者说对每个方针的检测时候增添10倍为价格的。俄罗斯苏-35战机雷达的最远探测距离达到400千米，现实上也是在某种模式下耽误波束驻留时候、恶化搜刮速度和数据更新率获得的。

◎AN/TPY-2雷达可用来跟踪中国的洲际弹道导弹

那么韩国媒体1800～2 000千米以及美国奥赖利少将大于2 900千米的说法又是怎么来的呢？这并非是进一步增添方针RCS获得的，因为在2000千米的探测距离上，方针高度至少要达到235千米，在这个高度的导弹方针根基上只有最后一级甚至只有弹头了，其RCS只会更小。这样的话，耽误探测距离就只有进一步增添波束驻留时候了。这可能是“终端模式”和“前沿摆设模式”的一个重大分歧点。

在“终端模式”中，方针以零丁的弹头或整个导弹（头体不分手的型号）标的目的其对准点俯冲，它们的RCS可能相对较低。在这种模式下，作为“萨德”系统的火控雷达，可能必需同时处置数十个上百个或者更多的方针。此外，雷达还将需要对新方针进行搜刮。别的，进行火力节制需要更高的数据更新率，这就要求波束驻留时候更短。

在“前沿摆设模式”中，雷达本家儿要集中于在飞翔的早期和较远距离上跟踪较小数目的长途导弹，数据更新率不要求那么高，需要更大的探测距离和更高的分辩率，这样可能就需要更长的驻留时候。这样，即便探测不异的方针，“前沿摆设模式”的探测距离也要比“终端模式”的探测距离更大。这很可能是操纵分歧的脉冲反复频率获得的。这可能也是两种分歧摆设模式之间的最大区别之一。由此来看，2000千米，甚至2 900千米的探测距离，很可能是对0.1～0.45平方米的方针，以更长的波束驻留时候获得的。

关于“萨德之眼”的一些蜚语

◎按照美国专家的计较，AN/TPY-2雷达对RCS为0.45平方米的方针的探测距离可以达到3000千米

经由过程我们上面的计较和阐发，根基对TPY-2雷达的一些道理和机能有了根基的熟悉，这也为我们澄清一些关于TPY-2雷达的蜚语奠基了根本。那么，传播于中国收集上的那些关于“萨德之眼”的蜚语，到底是真是假呢？

蜚语一：中国上空的方针将一览无遗。这是一个广为传播的说法，可是这种说法轻忽了一个主要的身分，那就是地球曲率的身分。这就要求必需方针上升到必然高度才能被雷达探测到。发现距离D与方针高度H和雷达距离地面高度h合适以下关系： 4.12这个系数是考虑大气折射后的系数。

为了便利计较，我们假设h为0。那么对于2000千米外的方针，其飞翔高度必需达到235.6千米，对于2900千米外的方针，其飞翔高度必需达到495.5千米以上，在这个距离上不要说看不到飞机，就连良多近程弹道导弹弹道极点都飞不了那么高。若是按照飞机的飞翔高度2万米来算，最远只能在582.7千米外才能探测到。很显然，按照上面的计较，在中国上空的航空方针根基看不到。对于“在东海说神聊发射的导弹”，也需要方针上升到200千米高度以上才能发现。对于分歧距离方针的高度，读者可自行计较。

除了高度身分以外，还有一个主要身分在于X波段雷达现实上并不适合进行大规模快速搜刮。因为其波束宽渡过窄，并晦气于搜刮。

现实上，按照《“萨德”反导系统雷达前沿摆设操作手册》“前沿摆设”的TPY-2雷达本家儿要有三种搜刮模式（打算）。第一种是自立搜刮打算。这种搜刮模式会给出某种特心猿意马的搜刮区域，例如10度×20度。可是正如前面计较的，因为其波束驻留时候较长，加之波束较窄，所以搜刮较慢。第二种是聚焦搜刮打算，本家儿要针对助推段方针。一般是在美国天基红外系统获得导弹发射信息后，经由过程批示节制系统为TPY-2雷达进行方针指示。因为天基红外系统获得的方针的坐标和速度信息不太精确，所以TPY-2雷达仍是需要在一个较小的规模内进行“聚焦搜刮”。第三种搜刮是切确指导搜刮打算，凡是针对非助推段方针。例如，当“宙斯盾”等其它前沿传感器获得了方针的信息，可经由过程批示系统标的目的TPY-2雷达供给切确的方针指示，后者可以或许很快对方针进行截获跟踪和识别。

笔者认为，TPY-2雷达进行“前沿摆设”时，最本家儿要的搜刮模式将是聚焦搜刮，天基红外系统可以快速发现导弹发射，而TPY-2雷达则可以切确跟踪。因为其搜刮能力较差，是以其自立搜刮模式本家儿要进行共同，是以在进行前沿摆设时，该雷达很可能不会像通俗的谍报雷达那样持久开机“不断地对中国空域扫描”，而只在关头期间对重点空域进行扫描，这也有利于降低故障率。

蜚语二：TPY-2雷达对RCS为100平方米的方针探测距离为2300千米，对RCS为1的方针探测距离为1700千米。

这是一个今朝互联网以及各个微旌旗灯号上呈现较多的数据，看上去更精确更专业，因为给出了对应的RCS，并且对RCS为1的方针探测距离为1700千米的说法与我们上面的计较颇为吻合，可是细看也有矛盾之处。起首，这两个探测距离和RCS的关系不合适雷达方程。若是以RCS为1平方米方针探测距离为1700千米计较，不考虑传输距离增添引起的大气衰减损掉增大，那么对RCS为100平方米的方针的探测距离应该是5376千米摆布。当然，现实中大气衰减对X波段雷达影响很大，可是对于空间方针而言，半斤八两大的距离是在大气层外的，所以即便考虑到大气衰减导致的系统损掉，也可以认为其对RCS为100平方米的方针，探测距离应该大于2300千米。

◎俄罗斯媒体评论，“萨德”的摆设使韩国的相关方针不仅被朝鲜对准，也将被其它国度对准，现实上让韩国变得更不平安了

第二，雷达凡是不消RCS为100平方米这样的指标。雷达探测距离凡是是以典型方针来计较的，例如防空雷达的典型方针的RCS凡是是5平方米或者3平方米，按照这个数值给出最大探测距离的较为常见，很少会给出100平方米的方针的探测距离。100平方米凡是是大型、非隐身计谋轰炸机的RCS。如在2300千米的距离上，方针飞翔高度应该在311千米摆布，在这个高度凡是是RCS不到1平方米的洲际导弹的弹头，哪里有100平方米的方针可供探测？

蜚语三：“前沿摆设模式”和“终端摆设模式”的探测距离之所以相差良多，是因为两者探测的方针分歧，前者探测导弹的弹体，尔后者探测导弹的弹头。

这个说法只能说部门准确。确实“前沿摆设模式”可能探测到对方反射面积较大的弹体或者上面级，可是“前沿摆设模式”探测远的原因不仅限于此，而是前文谈到的，雷达以“前沿模式”摆设时对数据率的要求要远比“终端模式”对数据率的要求更低。这样的话，雷达可以耽误波束的驻留时候，可以多领受几个驻留脉冲然后进交运算，这样便可大大耽误探测距离。打个不太得当的例如，比如一小我标的目的着方针偏向多盯一会，天然可能会看的更清晰一样。一些具备逆合当作孔径模式的雷达，例如SBX，其波束驻留时候达到了秒级，可以清楚对方针当作像。是以，不解除TPY-2雷达处于“前沿摆设模式”时具备逆合当作孔径工作模式的可能，那么其波束驻留时候可能会像所说的达到1秒。而处于“终端模式”时，波束驻留时候更短，以知足数据反复率的要求。

蜚语四：从“终端模式”标的目的“前沿摆设模式”转换只需要8小时或者更少。

这是美国陆军官方的说法，应该说没有问题。据美国陆军出书物的说法，“两种模式的雷达硬件是不异的，可是节制软件、运行逻辑和通信组件是分歧的。”别的，雷达具备高度灵活性，它能空运，而且抵达新的摆设地后可以或许在4小时内完当作投入利用。那么这8个小时都用来干什么呢？笔者猜测很可能包罗调成天线俯仰角。“前沿摆设模式”要求天线的俯仰角较低，而“终端模式”要求的天线俯仰角则较高。别的很可能包罗改换通信模块。究竟结果“前沿摆设模式”需要为远方的反导系统供给切确的方针信息，而“终端模式”在领受信息的同时还要连结与发射装配的联系。至于转换探测距离远近的模式，很可能只需要一个开关就能解决。

作者：张亦驰
来历：《刀兵常识》2017年第05期