在1993年3月25日,一艘名為金剛號的新一代日本驅逐艦正式服役,其強大的性能讓全世界矚目,尤其是對岸的東方大國。這艘滿載排水量9485噸的戰略驅逐艦最大的亮點就是裝備了美國最新一代的水面艦艇作戰系統-宙斯盾。宙斯盾系統的標志性特征是在艦島的四方向安裝有四塊相控陣雷達,每塊陣列由140套模組構成,每套模組下又有32具信號單元,其強大的偵測能力可以達到325公里的距離,同時跟蹤監測200多個目標。

然而,這樣先進的雷達技術并非遙不可及。2022年11月,中國的大疆公司在最新發布的T50農業無人機上,就搭載了兩套有源相控陣雷達。這個曾經被用來追蹤艦艇和導彈的探測技術,現在被用來輔助測繪地形和障礙物,確保機器能夠智能避障。這款農業無人機的旗艦版售價僅為6萬元。更有雷達廠家推出了農用雷達陣列,用于幫助農戶防止野豬的破壞,或是幫助牧民智慧放牧,這種小型的相控雷達價格更是低至45元。

從曾經價值2億美元的宙斯盾系統,到如今只需45元的農用雷達,中國究竟是如何實現這一跨越的呢?這個問題,值得我們深入思考。
在探討我國如何突破雷達技術封鎖之前,讓我們先來了解一下雷達的基本分類。雷達主要分為三種類型:傳統雷達、無源相控陣雷達和有源相控陣雷達。
傳統雷達,也就是我們在電視或游戲中常見的那種不停旋轉的雷達,其發射的電磁波角度較小,因此盲區也相對較大。為了擴大探測范圍,這種雷達需要安裝在舵機上,通過轉動來擴大探測面積。
而無源相控陣雷達,是美國在1969年研制出來的。它實際上是將數百個傳統雷達集合到一個陣列中,通過波導的形式來調整發射功率和范圍,從而實現更大范圍內的監控、更快的響應速度和更高的追蹤精度。
再進一步,就是有源相控陣雷達。與無源相控雷達不同的是,有源相控雷達每個單元都有獨立的接收發射裝置,以及控制信號發射方向的移相器。簡單理解,無源相控就像是一個一鍵打開你家所有燈的開關,而有源相控則能夠做到單獨控制某個燈泡。這也使得有源相控相較于無源相控,能夠更為便捷地調整探測范圍,跟蹤更多的目標。
我國對相控陣雷達技術的研究,最早可以追溯到1964年的640工程。經過不懈努力,1977年11月,我國成功研制出國內首個陸基相控陣7010雷達,實現了在相控雷達技術上的零突破。
然而,令人遺憾的是,陸基相控雷達在研制成功后就立馬結案,沒有繼續往小型化、艦艇化的方向探索。直到南海局勢緊張后,艦載相控雷達才重新開始立項研究。
僅僅用了六年時間,我國就在2003年完成了艦載346型相控陣雷達的研制工作。而且,346型雷達屬于有源相控,領先于日本金剛號上的無源相控整整一個代際。
2014年,我國又研制出更先進的346A型相控雷達,其性能遠超過美國現役的宙斯盾雷達。這一突破,無疑彰顯出我國在雷達技術上的實力和地位。
至此,在短短17年內,中國在相控陣雷達上完成了趕超,領跑世界。
然而,盡管技術上是領先了,但仍然不能改變相控雷達極其高昂的成本,2019年時,美國向日本出售了兩套陸基宙斯盾系統,整體售價將近140億人民幣,這也是相控雷達恐怖成本的代名詞。
但最近這兩年,中國一不小心把相控雷達搞成了白菜價....
相控陣雷達的成本高昂,主要由于其核心部件T/R組件的特殊要求。這個組件不僅要處理信號的發送和接收,還必須能夠過濾干擾信號、增強回波信號以及調整射頻方向,這就要求它由性能極為出色的半導體材料制成。在有源相控雷達中,砷化鎵和氮化鎵晶體管元件是普遍的選擇,而近年來,氮化鎵的國產化進程取得了顯著進展。
2017年,國內氮化鎵領域的創新企業英諾賽科克服了氮化鎵薄膜在高溫下冷卻易裂的技術難題,并啟動了8英寸級硅基氮化鎵生產線。作為全球首個采用8英寸晶圓生產氮化鎵的廠商,英諾賽科在產量上比同行高出80%,這一突破為氮化鎵技術的應用提供了廣闊的可能性。
氮化鎵技術的成熟迅速在光電器件、電子設備等領域找到了應用場景。消費者可能最有感觸的是手機充電速度的顯著提升,這得益于以氮化鎵元器件為核心的快充設備的普及。這些設備使得原本需要幾個小時的充電時間縮短至十幾二十分鐘。
在民用需求的推動下,眾多廠商紛紛投入到氮化鎵產品的生產中,這進一步降低了氮化鎵的價格。與此同時,在國內科技企業突破國外技術封鎖的背景下,中電科13所和55所聯合研發的氮化鎵射頻芯片成功問世,這使得有源相控雷達能夠采用更低成本的氮化鎵材料進行生產。
因此,氮化鎵成本的降低不僅推動了相控雷達成本的下降,也加速了相控雷達技術從軍用向民用的轉變。到了2020年8月,北京大興機場成為了全球首個在民用機場中使用相控雷達的實例,采用了最新的C波段有源相控陣雷達系統,標志著氮化鎵技術在民用領域邁出了重要的一步。
去年三月,湖北某座寺廟因裝上相控陣雷達而在網上爆火,后來還是氣象局的工作人員出來認領,表示這個雷達是用來監測天氣的,有網友對此調侃到:氣象局的前身叫中央軍委氣象局。
不知道這個相控陣雷達的成本,什么時候能夠低到取代車載激光雷達,在保證安全的情況下,如此強大的路況探測功能,不失為國產廠商們在自動駕駛領域彎道超車的一種好辦法。