前言：2022年1月，洛-马公司宣布超额完成F-35战斗机年度生产目标，全年交付了142架，比139架的目标超额3架，并宣布2023年及以后每年都会稳定生产156架，不幸的是2023年7月3月，储量占世界的80%~85%，产量占全球90%的中国宣布管制“镓”的出口，直接让美军在十几天后宣布停止接受F-35战斗机，洛-马公司2023年全年只交付了7月前生产45架，之后生产的F-35战斗机只能存放在德州沃思堡的工厂等待升级。



一：有源相控阵雷达的优点

当今空战强调先敌发现的超视距空战，战斗机的雷达在超视距空战起着至关重要的作用，雷达不但要进行探测、跟踪，还兼作为数据链发射机为中远程空空导弹提供中继制导，谁拥有更远的探测能力，谁就将在战斗中占得先机，早在上世纪60年代，美国F-14A舰载战斗机首先开始使用AWG-9远程雷达，苏联为了取得领先地位，开发出尺寸是AWG-9雷达两倍的N007“闪舞”大型无源相控阵雷达，这种雷达平均功率达2.5千瓦，峰值功率达10千瓦，可以在65公里外发现0.3平方米的巡航导弹，日本的F-2战斗机的J/APG-1有源相控阵雷达是世界一种量产的砷化镓T/R模块有源相控阵雷达，美国随后研制了为F-22战斗机配备的APG-77有源相控阵雷达，拥有当时机载雷达中最大的功率，峰值发射功率为12千瓦。



雷达原理是向目标发射无线电脉冲并能够接收反射回来的能量波就可探测到目标的距离、速度和运动方向，以前的雷达通过机械改变天线探测特定的区域，一次只能探测一个区域，无源相控阵雷达只有一个主发射机，天线本身不能产生雷达波，而APG-77有源相控阵雷达由2000个发射和接收(T/R模块)组件组成，一个T/R组件相当一个小型雷达，一块块嵌在平板天线上，没有可移动部件，即使单个或多个组件失效后仍能正常运转，同步产生的无线电脉冲可以在目标之间实时的切换，可以在追踪目标的同时监控其他区域，由于扫描不同方向不必转动天线，资料更新率从秒级提高到微秒级，这是机载雷达领域的一大突破。



自从有源相控阵雷达出现后就成为机载雷达发展的风向标，美国在过去十多年中发展了F/A-18E/FBlock2战斗机使用的APG-79有源相控阵雷达，F-16E/FBlock60战斗机使用的APG-80有源相控阵雷达，F-15C战斗机使用的APG-63(V)2有源相控阵雷达，F-35战斗机使用的APG-81有源相控阵雷达，面对美国如潮般的有源相控阵雷达，俄罗斯一直无法发展出有源相控阵雷达，俄罗斯为米格-35战斗机研制过“甲虫”-MAE有源相控阵雷达，但俄罗斯一直无法生产出砷化镓晶体管，只能在国际市场上买到一些近百倍体积的民用砷化镓晶体管，所以俄罗斯新型的苏-35S战斗机和T-50战斗机只能使用“雪豹”E无源相控阵雷达，要提高探测距离就只能强化发射机功率，当达到极限后就会发生电打火现象，故障率大增。



想当年，中国从苏联引进作用距离短，探测效果差的脉冲搜索雷达后就停滞了近40年，八十年代初期还求着引进美国F-16战斗机的AN/APG-66脉冲多普勒雷达，直到九十年代初期才开发出脉冲多普勒雷达原理样机，之后只用了短短的5年就实现了从单脉冲体制到全波形脉冲多普勒体制的技术跨越，又用十年全面应用脉冲多普勒火控雷达，此后7解决了带平板缝阵天线的脉冲多普勒雷达的设计和生产技术难题，1996年开始研究无源相控阵雷达，仅用八年就通过成果验收，2002年开始有研究无源相控阵雷达，外国雷达专家还信誓旦旦的说中国的T/R组件成本相当高，可能三倍于客户的承受能力，雷达相控阵雷达不可能像‘乐高’牌积木-样简单拼接起来就行。



二：T/R组件的差距

T/R组件是相控阵雷达的关键部件，数量和功率决定了雷达的性能，第一代T/R组件以硅、锗等元素作为半导体材料，禁带宽度是1.1eV(电子伏特)，第二代T/R组件以砷化镓作为半导体材料，禁带宽度是1,4eV，第三代T/R组件以氮化镓作为半导体材料，禁带宽度是3.4eV，禁带宽度越宽使价电子摆脱束缚成为自由电子的能量越大，砷化镓对温度十分敏感，每个收发组件间隔又密，导致工作时不能有效散热，只能采取液体冷却的方式为天线阵列制冷，氮化镓具有高压、高速、高功率、高效率、耐高温等优点，能够承受更高的电压，输出能量密度更高，可工作环境温度也更高，在不改变天线尺寸、孔径和功率总量下,探测距离可增加一倍。



F-22战斗机的APG-77有源相控阵雷达的T/R组件像块砖头，一个T/R模组造价达到600-800美元，F-35战斗机使用的APG-81有源相控阵雷达的T/R组件则薄到像块瓦的水平，造价降至200美元上下，氮化镓是有源相控阵技术发展史上一次最大的性能飞跃，以往有源相控阵雷达技术一直受限于砷化镓T/R组件的发射功率只有2-5瓦，而氮化镓T/R组件能提供高达50瓦的发射功率，10倍于砷化镓T/R组件，砷化镓T/R组件效率只有30%，氮化镓T/R组件的组件效率可达48%，若每个氮化镓T/R组件可以持续提供40瓦的微波能，功本增加效率可达50%，峰值功率就能够达到60千瓦，中国在2008年就研制成功了发射功率达119瓦的氮化镓T/R组件。



F/A-18“大黄蜂”战斗机的AN/APG-79V4有源相控阵雷达是美国空军首款氮化镓有源相控阵雷达，AN/SPY-6“宙斯盾”双波段有源相控阵雷达、AN/MPQ-65A“爱国者”防空反导雷达、TPY—4有源相控阵雷达也使用了氮化镓T/R组件，F-35战斗机使用的APG-81有源相控阵雷达是从AN/APG-77雷达发展而来，在对空探测时可以发现150千米处1平方米大小的目标，最大探测距离是180千米，在2017年8月的“大西洋三叉戟”演习中，美国空军的F-22和F-35A扮演蓝军，英国的“台风"战斗机和法国的“阵风”战斗机扮演红军，演习中F-35A取得了骄人的战绩，“台风”战斗机和“阵风”战斗机根本无法察觉APG-81有源相控阵雷达的信号，被锁定后在毫无察觉的情况下即被击落，连导弹哪来的也不知道，根本无法进入近距格斗距离，战损比为0:19，“阵风”战斗机是0:18。



可美军对AN/APG-81有源相控阵雷达的性能非常不满意，因为AN/APG-81有源相控阵雷达使用的还是砷化镓T/R组件，性能已经不算先进了，中国歼35、歼20B、歼20s等战斗机都采用了氮化镓T/R组件，早期歼20战斗机拥有1856个砷化镓T/R组件，可以在187千米至227千米处发现1平方米大小的目标，与拥有1956个砷化镓T/R组件的F-22战斗机相当，最新升级版的氮化镓T/R组件达到了2200个，连歼-16，歼-15T等战斗机配备的氮化镓T/R组件数量也达到2200个，都可以探测400~500千米外的目标，天线增益高达60分贝，完全不受任何电子干扰影响，而且还采用了可以控制雷达波束输出足以盯住目标的功率，把扁平的脉冲同时分布在雷达瞬时带宽的每一个频率上，把宽频辐射编译成伪杂波的关键性技术，造成F-22和F-35的ALR-94、ASQ-239电子侦察设备对这种雷达搜索毫无反应的可怕现象。



三：巧妇难为无米之炊的AN/APG-85型有源相控阵雷达

美军已经清楚认识到必须尽快升级F-35战斗机的有源相控阵雷达，也就是格鲁曼公司设计的AN/APG-85型有源相控阵雷达，如果F-35战斗机换装AN/APG-85型有源相控阵雷达，探测距离可提升1.7倍以上，该雷达能够与F-35A/B/C战斗机所有型号相兼容，但仅安装在Block4版本的F-35A/B/C战斗机上，此前生产1000多架F-35战斗机不能换装，诺斯罗普一格鲁曼公司从2023年1月开始开发，预计2025年年底或2026年年初开始交付的第17批次7架F-35A战斗机就可以装备，在2025年年底前新生产的F-35战斗机要做TR-3硬件升级，升级能存储并处理更多数据的计算机，提高电子战和搜索、追踪、目标识别、接战能力，为Block4型配备正在开发的AN/APG-85有源相控阵雷达作好基础准备。



AN/APG-85有源相控阵雷达的主要升级就是使用氮化镓T/R组件，以增加探测距离和分辨率，除了使用氮化镓T/R组件外，与雷达配套的Block4版本计算机计算能力也必须升级25倍，不过AN/APG-85有源相控阵雷达功率大也更费电，而F-35战斗机使用的F135发动机发电量无法满足AN/APG-85有源相控阵雷达正常工作需要的电力，美军在2016年进行了招标，通用动力和普惠公司都获得了研发合同。通用动力的称为XA100，推力达200千牛，最早在2027年完成，普惠公司的称为XA101，预计到2027年至2029年左右才能开发完成，换装AN/APG-85雷达和block4.1升级版本后，F-35战斗机可以在230千米处发现“台风”战斗机，在150千米外即发射AIM-120D导弹攻击。



而且block4.1升级版本可使几架F-35战斗机的AN/APG-85有源相控阵雷达后端数据采用一体化处理，在这个网络内的每一架F-35战斗机都是一组收发节点，这样可以集成为一台由软件虚拟组成的多基地雷达，战场态势感知相当传统的预警机，整个战场一览无余，还可以让团队中的每架战斗机都拥有相同的态势感知能力，由于具有隐身性，F-35战斗机可以在战区中任意用AN/APG-85有源相控阵雷达对空间持续扫描进行3D建模，回传详细的区域图像，非隐身飞机在后方为F-35战斗机提供火力援助，对方试图攻击非隐身飞机时，很难发现已经被F-35战斗机发现并将数据传输给非隐身飞机，非隐身飞机可直接发射空空导弹组成数道火力拦截网，由F-35战斗机在为前方引导，最后取得可观的战绩。



可惜这个梦想在中国宣布管制“镓”出口后完全破灭了，F-35战斗机不但氮化镓T/R组件没有指望了，连砷化镓T/R组件也没法生产，F-35的订单总数是3220架，加上其他雷达，这需要巨量的“镓”，反看拥有世界最多“镓”的中国根本不用担心“镓”不够，白菜价的卖，中国电子科技集团用于出口的KJL-7A机载有源相控阵雷达，天线外径只有约600-700毫米，才安装1000多个砷化镓T/R模块，拥有和AN/APG-81有源相控阵雷达一样的11种工作模式，探测距离也达170千米，丝毫不比AN/APG-81有源相控阵雷达差，一台才300万美元，而一台AN/APG-81有源相控阵雷达高达1000万，还是美军自用的，当然了，没有“镓”，还可以用磷化铟、碳化硅、氮化铝、氧化锌、金刚石作为T/R组件材料，只是性能均不如氮化镓。



四：结语

估计在十年内，F-35战斗机不仅无法与歼-20战斗机抗衡，连和歼-35战斗机抗衡也成问题，歼-35战斗机隐身性要优于F-35战斗机，飞行速度和机动性都强于F-35战斗机，歼-35战斗机使用的有源相控阵雷达可装1600个氮化镓TR组件，雷达性能上明显已经占据上风，有着压制性的优势，中国的飞速进步不仅美国追不上，全世界也追不上，瑞典“鹰狮”战斗机升级的PS-05/AMk5NORA有源相控阵雷达在T/R模块技术上一直未能取得进展，求助于美国、法国，最后都被拒绝了，俄罗斯更是还在N035“雪豹”-E无源相控阵雷达上挣扎，美国的AN/APG-85有源相控阵雷达还遥遥无期之际，中国下一代的氧化镓T/R组件也开始进入实用价段了，美国已经落后了二十年。