戰鬥機雷達如何運作?AESA 與 PESA 完整解析

戰鬥機雷達如何運作?AESA 與 PESA 完整解析

現代空戰不只由機砲與飛彈決定,也深受雷達技術影響。能否在遠距離偵測、追蹤並接戰敵機,是戰鬥機能力的重要差異。當今先進機型採用兩種重要架構:AESA 主動電子掃描陣列與PESA 被動電子掃描陣列。理解兩者差別,有助掌握現代空戰的技術基礎。

基本原理:戰鬥機雷達是什麼?

戰鬥機雷達發射無線電波,分析天空中物體反射的訊號。透過回波時間延遲、頻率偏移與抵達角度,可以估計目標距離、速度、高度與航向。早期雷達使用機械轉動的碟形天線掃描天空,雖然有效,但掃描速度與功能受到限制。

PESA 與 AESA 都屬於相位陣列雷達,由許多小型天線單元組成面板,透過電子方式改變波束方向,不需要靠機械轉動完成每一次掃描。因此,波束可以迅速從一個目標跳到另一個目標。兩者的關鍵差異,在於各單元的發射能量如何產生。

PESA:被動電子掃描陣列

PESA 使用單一大功率發射器產生訊號,再分配到陣列上的數百個天線單元。每個單元的移相器調整訊號相位,讓波束以電子方式轉向,但所有單元共用同一個訊號來源。

PESA 相較機械天線是重大進步。蘇聯 MiG-31 Foxhound 捕狐犬的 Zaslon 雷達於 1981 年服役,是世界第一套投入作戰服役的戰鬥機 PESA,可追蹤 10 個目標並同時接戰 4 個,在當時相當先進。

PESA 的優點:

  • 波束轉向速度比機械雷達快
  • 活動零件較少,有助提高可靠度
  • 成本通常低於 AESA
  • 技術成熟,已有數十年服役經驗

PESA 的限制:

  • 中央發射器是可能的單點故障來源,失效時整套雷達可能停止發射
  • 同時執行多項功能的彈性較有限
  • 原文認為,共用訊號特性使其較容易受到干擾
  • 頻率捷變彈性較有限

AESA:主動電子掃描陣列

AESA 採不同方式:以許多小型收發模組(T/R module)取代單一中央發射器。原文以 F-35 Lightning II 閃電 II的 AN/APG-81 為例,列出超過 1,200 個收發模組,各模組提供發射與接收功能。

這種架構帶來下列能力與優勢:

  • 高可靠度:即使部分模組失效,仍可繼續運作。原文以 10% 模組失效、性能只略降為例,強調發射功能不再集中於單一來源。
  • 低截收機率(LPI):AESA 可使用頻率、波形與能量管理,增加敵方雷達警告接收器截收的難度;原文描述可將能量分散至多個頻率。
  • 多功能能力:依陣列與任務設計,不同模組群或時間配置可支援追蹤多目標、地形測繪、干擾及通訊等功能。
  • 電子攻擊:AESA 能將電磁能量指向敵方感測器,在適當設計下兼具電子戰用途。

AESA 與 PESA 比較

項目 PESA AESA
發射器 單一中央發射單元 各單元配置收發模組
可靠度 存在中央發射器單點故障 部分模組故障時性能逐步下降
抗干擾能力 原文概評:中等 原文概評:優良,具頻率捷變能力
多工能力 較有限 可支援多種模式
偵測距離 原文概評:良好 原文概評:較佳
成本 較低 明顯較高
電子戰能力 原文概評:有限 具有整合干擾功能的潛力

哪些戰鬥機使用哪種雷達?

第五代戰鬥機普遍採用 AESA。F-22 Raptor 猛禽使用 AN/APG-77,F-35 使用 AN/APG-81;J-20 據信配有 Type 1475 AESA。俄羅斯 Su-57 則以 N036 Byelka AESA 為主要雷達。

許多第四代機也從 PESA 或機械雷達升級至 AESA。部分 F-16 配備 AN/APG-83 SABR,部分 F-15 使用 AN/APG-82(V)1;Rafale 飆風配有 RBE2-AA,Eurofighter Typhoon 颱風則逐步導入 Captor-E。各機隊實際配置取決於批次與升級狀態。

PESA 仍在一些平台服役。Su-35 的 Irbis-E 被原文評為功率最強的 PESA 之一,對大型目標的宣稱偵測距離達 400 km。這顯示,成熟 PESA 在特定條件下仍可具有可觀能力。

未來:AESA 之後的發展

下一步包括分散式孔徑雷達,把多個 AESA 陣列配置於機翼、機身甚至尾部,追求全向 360 度涵蓋。GCAP/Tempest 與美國下一代戰鬥機,預期將研究或使用這類系統。

另一方向是氮化鎵(GaN)收發模組。相較既有砷化鎵元件,GaN 可提供更高功率密度與效率,讓雷達在距離、解析度、耗電與散熱之間取得新的設計選擇;原文形容其可同時提高性能並降低能耗與熱負荷。

本文認為,現代空戰中的雷達可能比機體本身更重要。飛行員常用「先發現、先開火、先擊落」概括資訊優勢。AESA 有助建立這種優勢,但作戰成果仍須由整體系統與任務條件共同決定。

Frequently Asked Questions

AESA 與 PESA 雷達有什麼不同?
PESA 透過移相器電子轉向,但使用單一中央發射器。AESA 改用大量小型收發模組。這種架構有利於可靠度、快速資源分配,以及搜尋、追蹤、測繪和干擾等多模式運作;單元並非各自獨立完成整套雷達任務。
哪些戰鬥機使用 AESA?
例子包括 F-22(APG-77)、F-35(APG-81)、F-16V(APG-83)、F-15EX(APG-82)、部分 Eurofighter(Captor-E)、Rafale(RBE2-AA)與 Gripen E(Raven ES-05)。Su-57 配備 N036 Byelka,J-20 也採 AESA,但精確模組數與性能多未公開。各型不同批次仍可能採不同雷達。
為什麼 AESA 較有利於抗干擾?
模組化發射與波束控制,可支援快速頻率捷變、波形管理與低截收機率操作,增加干擾難度。原文以「同時對付數千套獨立雷達」作比喻,但那不是精確的工作模型;抗干擾效果仍取決於接收、處理、波形和交戰環境。
AESA 能帶來哪些新功能?
包括協調空對空與空對地模式、高解析度合成孔徑雷達測繪、多目標超視距追蹤、電子攻擊,以及部分模組失效仍能工作的漸進式性能下降。原文也提出損害敵方電子設備的可能性,但這不是所有 AESA 的已證實能力。
機械掃描雷達還有人使用嗎?
有,仍見於舊型戰鬥機、部分教練機、直升機與較輕型平台。新型高階戰鬥機及許多重要升級計畫正轉向 AESA;原文稱轉換幾乎完成,實際仍須依國家、機隊與批次區分。

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