气球载雷达使用效能分析_风闻

作者：兰顺正

首发自：战略前沿技术

气球载雷达系统利用系留气球把雷达升到空中，相对于地面雷达，可在一定程度上克服地球曲率及地形遮蔽的影响，使低空探测能力大大提高；相对于预警机载雷达，气球载雷达留空时间长，可持续监视，使用效费比高。由于气球载雷达具有独特优点，因此受到世界各国的青睐，并在军事、民用领域发挥着重要作用。

气球载雷达具备以下优势：

1 全天时工作能力

与预警机等机载平台不同，系留气球平台依靠空气净浮力升空，还可通过系留缆绳从地面直接对球上雷达持续稳定供电，因此留空时间一般只受天气和气球材料本身限制。从续航时间上来看，一般预警机最长连续工作时间在10小时左右，预警直升机的连续工作时间在2.5~3小时左右，大型无人机的连续工作时间一般约30小时左右，而气球载雷达系统最长连续留空时间可达30天，单部气球载雷达即可实现重点区域的全天时值班，而预警机等机载平台需要通过多部雷达接力工作才能实现全天时值班。

从带载能力来看，预警机的雷达载荷重量约1吨或更重，大型系留气球系统载重能力可达1~3吨，小型系留气球系统载重能力可达几百千克。目前国际上已研制出可实现媲美预警机的载重能力的大型系留气球系统，系留气球系统也可作为通用型平台，可以同时或者轮换搭载其他种类载荷执行不同的任务，具有灵活的载荷适应性。

从费效比来看，各种升空预警系统中最先发展起来的是预警机，由于预警机巡航时间短，长期值守不但运行费用很高，要保持空中始终有一架预警机长期值守，还需要考虑换防、维护等问题，要有2~3架作为后备。预警机的特长和军事上的重要作用是在进攻时短时间的前置引导、指挥。而与预警飞机相比，系留气球载雷达预警系统可降低大量能耗和飞行费用，只需要少量的维护工作就可以连续使用。1993年，美国海关总署呈送参议院一份报告，较为详细地介绍了采购和使用以系留气球为平台的雷达监视系统的费用。根据该报告，对于一套能在方圆278千米内探测雷达截面为2平方米的空中目标的系统，其采购费用在1800 万~2200万美元之间，每小时使用费用估计在300~400美元之间。假定一套系统的使用率为60%，即每年可工作时间为5256小时，则总的使用费在300万美元左右。相比之下，采购一架P-3 “猎户座”空中预警与控制飞机的费用约为3700 万美元，每小时使用费用为3500美元。假定每架“猎户座”飞机的使用率为60%，则每年维持一支由4架“猎户座”飞机组成的机队的费用为1800万美元。因此，从经济、军力等方面考虑，执行经常性的预警监视，预警机不如系留气球载雷达系统经济实用。

2 低空目标监视能力

岸基地面雷达受架高限制，对低空、海面目标探测距离非常有限，远不能满足预警、监视需求。美国、俄罗斯等国为了解决该问题，先后发展了岸基系留气球载雷达系统，部署于边境、沿海地区，拓展预警监视范围。该范围受制于系留气球载重能力及升空高度，一般升空高度3000米左右，对超低空、海面目标探测距离可达220千米左右。发展气球载雷达系统，可通过在沿海批量部署，拓展常规地面雷达警监视范围，在所关注的空域、海域形成大范围、长时间持续感知能力，为维护海洋权益，保卫国家安全提供信息支撑。

3 反隐身能力

隐身目标的典型特征为在微波频段RCS小，相对常规飞机，其RCS在微波频段缩小2个数量级以上。目前反隐身的途径主要有大功率孔径积反隐身、频段反隐身两种方式，大功率孔径积反隐身要求雷达具备较大的天线口径以及发射功率，弥补RCS的缩小，以实现对隐身目标的远距离探测；频段反隐身主要是利用隐身飞机在低频段隐身性能差、RCS较大的特点，使雷达工作在VHF、UHF等较低频段，实现对隐身目标的远距离探测。地面雷达受尺寸、重量、功耗等因素影响较小，可根据作战需要灵活选择上述两种方式实现对隐身目标的有效探测，解决中高空隐身目标探测问题，但是难以解决低空隐身目标探测问题。机载雷达受安装空间、重量、功耗等因素限制，一般工作于L、S等较高的频段，难以通过上述两种方式实现远距离探测隐身目标。系留气球平台具备使用低频段雷达实现低空隐身目标远距离探测的安装空间、系统功耗等条件，通过沿海批量部署，同地面反隐身雷达一起，可以补齐低空反隐身短板，形成远距离、全高度域的探测隐身目标的能力。

另外，预警机载雷达受限于气动布局影响，垂直口径一般较小，因此其俯仰维波束宽度较宽，无法实现将有限的能量集中于重点关注的空域，不利于实现匹配探测空域的雷达系统资源的优化设计。系留气球平台在垂直方向的限制较小，可以实现更大的天线垂直口径，压窄俯仰波束宽度，在所关注的重点空域内，实现更远的探测距离。以覆盖10000米高度为例，同样的功率孔径积，波束宽度不同时，窄波束有利于实现能量在10000米高度以下空域的聚焦，实现更远的探测距离。在研制及使用成本方面，系留气球平台载荷装载空间更大，有利于搭载低频段雷达，降低研制成本。一般用于低空、海面远程预警，其探测距离和功率孔径积成正比，在一定条件下，对于给定探测距离，天线接收孔径越大，则所需要的平均发射功率越小。对于相控阵雷达，采用低频段工作，可以用较少的有源通道实现较大的天线孔径，从而以较低的成本、较小的功耗实现远距离探测，提高系统的经济性。