軍用相控陣雷達讓中國做成了白菜價？

中國製造一旦發力，很多高科技產品將變成白菜價。比如石墨烯，曾經每克高達5000多元（人民幣，下同），幾年前寧波新建了一條生產線後，成本端價格瞬間降為每克1元……
2022年，一款重量僅有30斤的民用有源相控陣雷達在國內上市，不僅可以監控移動目標，還能自動識別分類。有農民買來監控野豬。曾經只有航母和戰鬥機上才有的高端裝備，也被中國做成了白菜價了？

本文獲《正解局》授權刊載。

相控陣雷達

雷達是典型的仿生學應用，最初的靈感來自蝙蝠。蝙蝠在移動中，從喉嚨發射超聲波，透過對反射回波的接收和處理，就能準確判斷前方目標是昆蟲還是障礙物，並精準測出相對距離。

雷達的基本原理類似，只是雷達發射的是傳播速度更快的電磁波，探測範圍更大，距離更遠。遊戲和影視作品中常見的雷達，大多都在搖頭晃腦地進行旋轉掃描，這種雷達是傳統雷達。

傳統雷達發射電磁波的角度很小，盲區大，為了擴大探測範圍，只好安裝在舵機上轉動。但轉動總有時間差，所以偵察能力不強。後來的相控陣雷達，其實就是許多小號傳統雷達的集合體，裡面每一個小號傳統雷達就是一個陣元。

一台相控陣雷達就好比一個雷達陣地，不僅回應時間短，追蹤精度高，還能同時監控多個目標。大名鼎鼎的美國宙斯盾系統（Aegis Combat System），就能同時監控200個以上的目標。

與傳統雷達相比，相控陣雷達省去了機械驅動系統，體積更小更輕，可靠性更高，平均無故障的時間遠高於傳統雷達。再加上抗干擾能力強、波段切換速度極快、智能程度高，軍事強國都在加大相控陣雷達的研發和應用。

以技術更迭來看，相控陣雷達一共進化出無源、有源、數字三種基本類型。目前最高級的是數字相控陣雷達，利用數字訊號處理技術在基帶進行處理，確保每個單獨陣元步調一致，這樣不僅功耗更低，穩定性和精度都更高。

中國相控陣雷達

雷達技術誕生後，相控陣雷達的理論就出現了，受限於相關元器件的製造技術很落後，一直未能落地。

直到1969年，在電腦技術、半導體技術等諸多技術的催生下，美國空軍才成功研製出首部大型相控陣雷達AN/FPS-85。——這個龐然大物足有11層樓那麼高。

艦載的相控陣雷達AN/SPY-1系列也是在上世紀60年代後期開始研發，是宙斯盾的重要元件，能提供強大的偵搜和射控能力。

事實上，中國的相控陣雷達，起步也很早。1964年，毛主席在「兩彈」研製成功時，提出了著名的「有矛必有盾」理論，並成立了「640」工程。在這個大系統中預警雷達系統是核心技術，專案代號為「640-4」，「640-3」研究的就是之前聊過的鐳射武器。

1970年5月，陸基遠端相控陣雷達立項，代號為「7010」。1975年，7010雷達正式開機探測。次年，這個寬40米高20米的「大牆」全面投入運轉，並於1977年11月22日檢飛成功。

在之後的近20年時間裡，7010雷達多次完成中國導彈和衛星的觀測任務，是「兩彈一星」中最可靠的「眼睛」。有人認為科幻作家劉慈欣的《三體》中提到的「紅岸基地」就源自7010雷達。

可惜的是，陸基雷達的成功並沒有延續，中國的艦載相控陣雷達是上世紀90年代在外軍的威脅下才開始研製的。上世紀80年代末90年代初，國際局勢劇烈變化。美蘇爭霸的格局結束後，中國成為美國的首要對手。

中國周邊國家和地區隨後紛紛裝備了先進的美式軍武，給中國帶來相當大的軍事壓力。比如，海軍方面，日本自衛佇列裝了多艘金剛級宙斯盾驅逐艦，台灣當局也千方百計地想從美國採購「宙斯盾」系統。尤其是在台海危機爆發後，在美軍先進的軍事裝備面前，解放軍常規作戰幾乎毫無勝算。

彼時，中國的機載雷達技術可憐到了想為給殲-8Ⅱ型殲擊機配套脈衝多普勒雷達，卻連原理都沒搞明白的地步。加上國內材料及加工精度達不到要求，只好花錢從英國買來整套的陣列天線精密加工技術。而以所謂的「和平典範」工程，和美國一起搞脈衝多普勒雷達的事，也以失敗告終。

直到1998年，經過多年技術積累和實踐摸索，中國才獨立研製成功了性能接近美國AN/APG-68的機載雷達，具備跟蹤15個，打擊6個的多目標攻擊能力，在當時只有F-14戰鬥機的AWG-9雷達有這個能力。

中國雷達可算是揚眉吐氣了一回。同期，艦載相控陣雷達也有技術突破。

1997年，在前八年充分論證的基礎上，艦載多功能相控陣雷達正式立項。2003年，在中國海軍「畢昇號」試驗艦上，346型相控陣雷達成功完成測試，同年即裝備在052C型蘭州艦上。

從技術上看，346型相控陣雷達屬於有源相控體制，比宙斯盾系統的AN/SPY-1系列領先一個代際，是當時世界水準最先進的相控陣雷達。2014年，更先進的346A型相控陣雷達列裝，性能遠超過美國現役的AN/SPY-1D宙斯盾雷達。346A雷達主要配備在052D型昆明艦和中國航母上，並且採用了更合理更隱身的安裝方式。

做成白菜價

中國的相控陣雷達不但技術領先，而且成本還很低——這與氮化鎵的產業化發展有很大的關係。

在有源相控陣雷達的成本構成中，核心部件就佔去超過60%的成本，而核心部件的貴賤又與材料有很大關係。

氮化鎵（GaN）是一種非常堅硬且在機械方面非常穩定的寬頻隙半導體材料。與上一代砷化鎵材料相比，氮化鎵器件具備功率大、高頻性能好、效率高，成本還低30％，是新一代有源相控陣雷達的首選。

氮化鎵產品的成本能夠降低，是因為中國首先開發出以矽為襯底的氮化鎵器件外延片技術。這一突破，讓氮化鎵器件與現有的矽半導體工藝相容性增強，半導體器件的集成更加容易，在不必新增加工設備的前提下，大大提高了器件的性能和成品率。

同時，因為技術普及後資本進入，氮化鎵的產品和產業鏈迅速建立起來。下游的雷達產品結構從「磚塊」發展為「瓦片式」，減少了印製電路板和連接器的數量，再通過封裝工藝，減少了體積和重量。成本進一步降低，應用面更廣，產品出貨量大增，應用拉動需求，回饋產業鏈，正迴圈健康發展。

現代工業的特徵之一就是量產攤薄成本。當中國人把氮化鎵做出了白菜價，相控陣雷達的價格就變成白菜價，成為中國軍備出口的賣點。

比如近幾年，中國為孟加拉製造了多艘C-13B輕型護衛艦。這種艦艇總噸位僅1300噸，最大航速25.5節，適合近海巡邏和作戰的需求。而且賣價不到1億人民幣，出廠時卻「高配」國產有源相控陣雷達。

要知道，不算軍艦不算武器，任何一個版本的宙斯盾系統（不含導彈），成本都在2億美元以上。至於陸基的更貴，2019年，美國賣給日本兩套陸基「宙斯盾」，總售價21.5億美元！能給1000噸出頭的艦艇裝上相控陣雷達，目前只有中國軍工獨一份。成本降下來，相控陣雷達技術很快軍轉民，用途超乎想像的廣泛。

除了開頭提到的農業領域，在氣象研究領域，中國也發展出掃描更快速、對強對流天氣探測功能更強大的相控陣雷達技術。比如，X波段雙偏振有源相控陣多普勒氣象雷達。

在安全防範領域，國內工作頻段最高、解析度最高的安檢儀T-safe X2，採用相控陣雷達技術，不僅靈敏可靠，而且對人體沒有傷害。在民航領域，C波段全數字有源相控陣氣象雷達於2020年8月在北京大興機場啟用。這是世界上首部在民用領域業務化的C波段相控陣雷達，也是世界上首次在民航領域業務化應用的相控陣天氣雷達。還有高端智造領域的機械臂動作模擬，相控陣雷達技術讓機械臂完美複製人手動作。

至於成本，跟軍事用途比起來，那就更是白菜價了。比如搭載相控陣三座標雷達的探鳥驅鳥設備，30萬就能拿下。而這遠不是極限。——搭載前後兩組有源相控陣雷達系統的大疆T50農業無人機，整機旗艦版也就6萬出頭。，更有甚者，小型相控陣周界防範雷達能做到價格只有40多塊錢。

軍民共建，市場擴大，人才和技術大融合，中國相控陣雷達大有可為。用領先世界的科技，造親民接地氣的產品，大概也只有中國做得到吧。