深度：原來，你知道的「薩德」信息，一半都是錯的！

張亦馳原創作品

各界普遍認為，「薩德」系統對中國的最大威脅，並非其攔截彈，而是那部號稱「薩德之眼」的AN/TPY-2雷達。

AN / TPY-2雷達是一部X波段（波長3厘米左右，大約10GHz）的有源相控陣雷達，它有兩種工作模式或者說構型，分別是終端模式（TM）和前沿部署模式（FBM）。前者通常作為「薩德」導彈連的火控雷達使用。後者主要部署在前沿，用於向遠方的導彈防禦系統，例如美國的「地基中段攔截」（GMD）系統提供數據。美國聲稱部署在韓國的TPY-2雷達將以探測距離較近的TM構型部署，而TM模式探測距離為600公里，支持在韓國部署「薩德」系統的一方說這個探測距離只覆蓋朝鮮，不能深入中國大陸。而批評者指出FBM模式的雷達探測距離遠得多，而且從TM模式向FBM模式轉換隻需要8小時或者更少。

TPY-2雷達的全貌。

那麼，「薩德」的雷達以不同工作模式對不同屬性的目標到底能看多遠？相應高度的目標需要飛多高？終端部署模式和前沿部署模式探測距離的不同，是哪些原因造成的？除了RCS、目標高度以外，影響探測距離還有那些因素，關於「薩德」雷達的一些傳說是真是假，是對是錯？我們將一起給出答案。

韓國人反對部署TPY-2雷達主要是擔心其對周邊人員形成危害，圖為TPY-2雷達的危險區。

關於探測距離的各種報道

美軍雖然很開放，但是對於武器裝備的核心參數其實捂得是很嚴的，包括「薩德」的AN/TPY-2雷達的探測距離。當然首先說下，談雷達的探測距離一定要對應著雷達散射截面積（RCS），不說目標的RCS或者基本屬性而大談探測距離的意義不大。這就好比人的眼睛能夠觀察到物體的遠近取決於物體的大小和與背景的反差一樣。人能看到幾十萬公里外的月球，但是看不到幾十米外的螞蟻，雷達探測距離也是一個道理。

迄今為止，無論是美軍還是「雷神」公司實際上都沒有公開過確切的、對應著目標RCS的距離參數。那我們先看看美國官方、各種媒體靠譜的報道中提到的數據吧。由於國內媒體數據主要源自國外，所以這裡只羅列來自國外的數據。

這是「雷神」公司對AN/TPY-2雷達的介紹。吹得天花亂墜，一個準數都沒有。

（1）數百英里。這是目前亦馳君看到的有關TPY-2雷達探測距離的最短的公開報道。它來自於雷達的研製方「雷神」公司，該公司曾在一部視頻中說，TPY-2雷達能夠「追蹤數百英里以外棒球場上的本壘打。」當然，這個本壘打必須打的足夠高——超過44000英尺，這才能超過地平線被探測到（關於飛行高度和探測距離的關係，我們後面會詳細說明）。

「雷神」公司的宣傳片稱該雷達可以看清「數百英里外的棒球」。

（2）600公里。這是韓國媒體報到的TPY-2雷達以末端模式部署時的探測距離。2015年2月，韓國《朝鮮日報》的一篇報道引用政府官員的話說，末端構型TPY-2雷達有效探測距離為600公里。2015年4月，《首爾新聞》引用一份美國技術報告同樣給出了這個距離。

如果我們認為（1）中的數百英里為三百英里，那麼這個探測距離是大約480公里。一個棒球的RCS大約是0.004平方米。根據雷達方程計算，對於RCS為0.01平方米的目標，雷達探測距離大約是600公里。這與韓國媒體報道的採用末端模式部署的「薩德」探測距離是相符的。

（3）超過1000公里。這個說法是美國陸軍部出版的《「薩德」反導系統雷達前沿部署操作手冊》里談到的。原文稱，「AN/TPY-2（前沿部署模式）……用於在超過1000公里的距離上探測、跟蹤、分類並識別處於助推段和中段早期的彈道導彈。」當然，這個說法過於模糊了。

「雷神」公司的宣傳片稱該雷達功率強大，可覆蓋一些國家。

（4）1500公里。2013年美國國家科學院（NAS）報告中的示意圖顯示，TPY-2雷達的探半徑約為1500公里。NAS委員會認為這個1500公里的探測距離是相對保守的。

（5）1800-2000公里。韓國媒體為前沿部署模式TPY-2雷達給出的探測距離，信息來源與上面第（2）項相同。這個2000公里也是目前國內媒體引用最多的數據。

（6）大於2900公里。2008年，美國陸軍少將帕特里克·奧賴利（Patrick O』Reilly後來成為導彈防禦局局長）聲稱，TPY-2的探測距離「超過1800英里」（2900公里）。

TPY-2雷達可用來跟蹤中國的洲際彈道導彈。注意中國洲際導彈打擊美國的兩個主要彈道，一個是經過北極，一個是經過太平洋上空。

從以上公開報道的數據看，TPY-2雷達的探測距離相差五倍。對於雷達，這是一個巨大的差異。這意味著雷達功率相差5的4次方，也就是625倍！如果只是不同目標的雷達散射截面積（RCS）不同，那需要這些目標的RCS也要差625倍。那麼，上述說法是不是靠譜？他們的探測距離對應的是多大的目標呢？

不妨一起算算

從上面的報道來看，既沒有說雷達採取那種模式，也沒有說針對的目標RCS，所以，雖然告訴你探測距離了，其實大眾也不明白這個雷達的厲害程度。

他用於計算的公式就是下面這個雷達方程，但是如何確定每個參數，卻是門學問。

雷達方程的一種表現形式。

這其中Pav是雷達平均功率，單位是瓦。TPY-2的天線使用了第三代收發模塊，據估計，其峰值功率為16瓦，平均功率為3.2瓦，雷達共有25344個模塊，因此，其平均功率為81千瓦。

ρ表示天線孔徑效率，設定為0.8，兩位專家認為這是一個偏高的值。

A表示雷達天線面積，單位是平方米。這個數好查，TPY-2的天線面積9.2平方米。

G為雷達增益，按照G = ρ(4πA/λ2)的公式計算，增益為103000。

n為駐留脈衝個數，設定為20個。

σ為目標的雷達散射截面積（RSC），按照0.01平方米計算。

FN雜訊係數，專家的估計值為1.4

fP：脈衝重複頻率。也就是說，雷達以怎樣的頻率發射探測脈衝。專家認為其為200 Hz，也就是一秒鐘發送200個脈衝。而駐留脈衝為20，也就是說波束在一個波位要收發20個脈衝，波束駐留時間為100毫秒。

LS為系統損失，評估為6.3。

S/N為信噪比，作者分為兩種情況，跟蹤模式下S/N = 20；識別模式下S/N = 100

將上述數值帶入公式則得到以下結果：

R = 870 km跟蹤（S/N = 20）

R = 580 km識別（S/N = 100）

在這個基礎上，美國國家科學院（NAS）委員會的一份聲明稱，將S/N從20減少到12.4，而波束駐留時間從0.1秒增加到1.0秒，其他參數不變的話，將獲得1732公里的探測範圍。

上述計算的關鍵假設和參數是：彈頭的RCS為0.01平方米；對每個目標0.1秒的雷達波束駐留時間；用於檢測的信噪比S / N = 20，雜訊係數為1.4。這個結果表明，雷達可以每秒在870公里的範圍內每秒跟蹤10個來襲目標，或者進行10個波位的搜索，或者每10秒對100個目標進行一次檢測。

我們先科普一下波束駐留時間，駐留時間實際上就是雷達波束在一個波位/目標停留的時間。在一個波位上停留的時間越長，可能接受的目標反射脈衝就更多，進行相關運算後就能探測更遠的目標或者可以探測到目標更多細節，但是代價是掃描的周期增加了。

不過天天（ID：kankongtian）認為，波束駐留時間的0.1秒的假設偏大。亦馳君之前接觸過的很多火控雷達的波束駐留時間不到10毫秒。100毫秒的駐留時間意味著極差的搜索能力。例如，對於一個10度X64度的空間，如果波束寬度為1度的話（X波段火控雷達的波束通常是很窄的針狀波束），掃描下來的時間需要64秒，也就是一分多鐘。這將導致其搜索速度、數據更新率下降。對於X波段的火控雷達來說，其波束寬度本來就小，如果搜索速度降低，那將極大降低其搜索能力。可能是無法忍受的。因此，至少在終端模式中，駐留時間應該更短。當然，如果是依靠外部目標指示的雷達來說，100毫秒仍然是可以忍受的。

根據美國專家的計算，TPY-2雷達對RCS為0.45平方米的目標的探測距離可以達到3000公里。這個數值顯然略高。

為此，天天（ID：kankongtian）專門諮詢了中電科的一位知名雷達專家。這位專家認為，上述公式中各個變數中雜訊係數和系統損失取值過低。雜訊係數選為1.4（即1.2dB），系統損失總共才8dB，不太合理。其中，雜訊係數應至少增加1dB，系統損失更應增加至少3dB（主要是遠距離下X波段大氣衰減很大）。即使不考慮由於大氣衰減引起的額外系統損失，僅按雜訊係數2.5dB計算，他的團隊得到的結果是，對RCS為1平米的目標探測距離約1800公里，對0.01平米目標的探測距離大約為570公里。這位專家強調，即便如此，其中帶入的雜訊係數和系統損失值仍然是根據「料敵從寬」的原則取得比較小的數值，實際中的系統損失可能更大，最終的實際探測距離可能更低。

總的來看，中國專家的計算值還是比較接近韓國媒體公布的數據的，但是要比美國專家估計的數據（870）更小，按照雷達方程計算，美國專家的演算法對1平米目標探測距離應該是2700公里多一些。

這位專家稱，他的團隊根據天線尺寸算出的水平波束寬度0.37度，俯仰方向為0.84度，如果按照20個駐留脈衝、100ms駐留時間來算，覆蓋120平方度空域大約30餘秒。

根據計算我們看到，上面談到的數百英里和600公里的參數明顯是與雷達的終端模式匹配的，應該針對的是反射面積0.01平米甚至更大一些的但是符合再入彈頭特徵的目標。從這個角度看，600公里這個數值以及中國專家的計算還是比較可信的。

現在再來看看「大於1000公里」、1500公里和1732公里的距離的說法。大於1000公里是美國陸軍部的出版物對前沿部署型TPY-2探測距離的明確說法，這個數值過於籠統，但由此來判斷，1500公里、1732公里的說法，也應該是其前沿部署型雷達的探測距離。美國陸軍部和NAS報告中使用的雷達和目標參數屬於機密。但這可以理解為針對的是較大的、處於上升段的目標，這個階段的目標大致是多大呢？2003年美國物理學會助推段研究報告引用的超出地平線，進入TPY-2雷達探測範圍的固體燃料導彈的雷達截面為0.094平方米（液體燃料導彈為0.45平方米）。如果根據這個兩個數值計算，按照美國專家的演算法其探測距離為1523公里和2253；如果按照中國專家的演算法為998公里和1476公里，顯然，中國專家的演算法分別與大於1000公里和1500公里的報道接近。

2003年美國物理學會助推段研究報告給出的液體燃料導彈（左）和固體燃料導彈（右）的第一和第二級的S波段雷達散射截面積特性。

而1732公里這個數值，相對於870公里探測距離的主要差異是由於較長的波束駐留時間導致的，駐留時間增加10倍得到1732公里的探測距離，這是探測距離增加1.78倍的重要因素。也就是說，探測距離的增加，是以單位時間內跟蹤目標數量降低為原有的十分之一，或者說對每個目標的檢測時間增加十倍為代價的。俄羅斯蘇-35雷達的最遠探測距離達到400公里，實際上也是在某種模式下延長波束駐留時間、惡化搜索速度和數據更新率得到的。

那麼韓國媒體1800-2000公里以及O』Reilly少將大於2900公里的說法又是怎麼來的呢？並非是進一步增加目標RCS得到的，因為在2000公里的探測距離上，目標高度至少要達到235公里，在這個高度的導彈目標基本上只有最後一級甚至只有彈頭了，其RCS只會更小。這樣的話，延長探測距離就只有進一步增加波束駐留時間了。這可能是終端模式和前沿部署模式的一個重大不同點。

在終端模式中，目標以單獨的彈頭或整個導彈（頭體不分離的型號）向其瞄準點俯衝，它們的RCS可能相對較低。在這種模式下，作為「薩德」系統的火控雷達，該雷達可能必須「同時」處理數十個上百個或者更多的目標。此外，雷達還將需要對新目標進行搜索。另外，進行火力控制需要更高的數據更新率，這就要求波束駐留時間更短。

在前沿部署的模式中，雷達主要集中於在飛行的早期和較遠距離上上跟蹤較小數量的遠程導彈，數據更新率不要求那麼高，需要更大的探測距離和更高的解析度，這樣可能就需要更長的駐留時間。這樣，即便探測相同的目標，前沿部署模式的探測距離也要比終端模式的探測距離更大。這很可能是利用不同的脈衝重複頻率得到的。這可能也是兩種不同部署模式之間的最大區別之一。由此來看2000公里，甚至2900公里的探測距離，很可能是對0.1到0.45平米的目標，以更長的波束駐留時間獲得的。

關於薩德之眼的一些傳言

通過我們上面的計算和分析，基本對TPY-2雷達的一些原理和性能有了基本的認識，這也為我們澄清一些關於TPY-2雷達的流言奠定了基礎。那麼，流傳於中國網路上的那些關於薩德之眼的流言，到底是真是假呢？

1：中國上空的目標將一覽無遺。

這是一個廣為流傳的說法。但是這種說法忽視了一個重要的因素，那就是地球曲率的因素。這就要求必須目標上升到一定高度才能被雷達探測到。發現距離D與目標高度H和雷達距離地面高度h符合以下關係：

4.12這個係數是考慮大氣折射後的係數。

為了方便計算，我們假設h為。那麼對於2000公里外的目標，其飛行高度必須達到235.6公里，對於2900公里外的目標，其飛行高度必須達到495.5公里以上，在這個距離上不要說看不到飛機，就連很多近程彈道導彈彈道頂點都飛不了那麼高。如果按照飛機的飛行高度2萬米來算，最遠只能在582.7公里外才能探測到。很顯然，根據上面的計算，在中國上空的航空目標基本看不到。對於「在東北發射的導彈」，也需要目標上升到200公里高度以上才能發現。對於不同距離目標的高度，讀者可自行計算。

除了高度因素以外，還有一個重要因素在於X波段雷達實際上並不適合進行大範圍快速搜索。因為其波束寬度過窄，並不利於搜索。

X波段雷達由於波束過窄，不適合大範圍搜索，TPY-2雷達很難獨立地快速發現助推段導彈，它必須在衛星或其他感測器的配合下才能有效工作。

實際上，根據《「薩德」反導系統雷達前沿部署操作手冊》前沿部署的TPY-2雷達主要有三種搜索模式（計劃）。第一種是自主搜索計劃。這種搜索模式會給出某種特定的搜索區域，例如10度x20度。但是正如前面計算的，由於其波束駐留時間較長，加之波束較窄，所以搜索較慢。第二種是聚焦搜索計劃，主要針對助推段目標。一般是在天基紅外系統獲得導彈發射信息後，通過指揮控制系統為TPY-2雷達進行目標指示。由於天基紅外系統獲得的目標的坐標和速度信息不太準確，所以TPY-2雷達還是需要在一個較小的範圍內進行「聚焦搜索」。第三種搜索是精確引導搜索計劃，通常針對非助推段目標。例如，當「宙斯盾」等其他前沿感測器獲得了目標的信息，可通過指揮系統向TPY-2雷達提供精確的目標指示，後者能夠很快對目標進行截獲跟蹤和識別。

亦馳君認為，AN/TPY-2雷達進行前沿部署時，最主要的搜索模式將是聚焦搜索，天基紅外系統可以快速發現導彈發射，而TPY-2雷達則可以精確跟蹤。由於其搜索能力較差，因此其自主搜索模式主要進行配合，因此在進行前沿部署時，該雷達很可能不會像普通的情報雷達那樣長期開機從左到右從上到下地、「不停地對中國空域掃描」，而只在關鍵時期對重點空域進行掃描。

TPY-2雷達的陣地部署示意圖。

2：TPY-2雷達對RCS為100平米的目標探測距離為2300公里，對RCS為1的目標探測距離為1700公里。

這是一個目前出現較多的數據，看上去更準確更專業，因為給出了對應的RCS，而且對RCS為1的目標探測距離為1700公里的說法與我們上面的計算頗為吻合。但是細看也有矛盾之處。首先，這兩個探測距離和RCS的關係不符合雷達方程。如果以RCS為1平方米目標探測距離為1700公里計算，不考慮傳輸距離增加引起的大氣衰減損失增大，那麼對RCS為100平方米的目標的探測距離應該是5376公里左右。當然，實際中大氣衰減對X波段雷達影響很大，若按0.015dB/km算X波段衰減，2000km就衰減30dB，距離只有原來的18%。但是對於空間目標而言，相當大的距離是在大氣層外的，所以即便考慮到大氣衰減導致的系統損失，也可以認為其對RCS為100平米的目標，探測距離應該大於2300公里。

第二，雷達通常不用RCS為100平米這樣的指標。雷達探測距離通常是以典型目標來計算的，例如防空雷達的典型目標的RCS通常是5平米或者3平米，按照這個數值給出最大探測距離的較多。很少會給出100平方米的目標的探測距離。100平米通常是大型、非隱身戰略轟炸機的RCS。在2300公里的距離上，目標飛行高度應該在311公里左右，在這個高度通常是RCS不到1的洲際導彈的彈頭，哪裡有100平米的目標可供探測？

3：前沿部署模式和終端部署模式的探測距離之所以相差很多，是因為兩者探測的目標不同，前者探測導彈的彈體，而後者探測導彈的彈頭。

這個說法只能說是部分的正確。確實前沿部署模式可能探測到對方反射面積較大的彈體或者上面級，但是前沿部署模式探測遠的原因不僅限於此。

正如我們上面的分析談到，TPY-2以前沿模式部署式對數據率的要求要遠比中段模式對數據率的要求更低。這樣的話，雷達可以延長波束的駐留時間，可以多接收幾個駐留脈衝，然後進行運算，這樣便可大大延長探測距離。打個可能不太恰當的比方，這好比一個人向著目標方向多盯一會，這自然可能會看的更清楚一樣。一些具備逆合成孔徑模式的雷達，例如SBX，其波束駐留時間達到了秒級，可以清晰對目標成像。因此，不排除TPY-2雷達處於前沿部署模式時具備逆合成孔徑工作模式的可能，那麼其波束駐留時間可能會像說所的達到1秒。而處於終端模式時，波束駐留時間更短，以滿足數據重複率的要求。

4：從TM模式向FBM模式轉換隻需要8小時或者更少。

這是美國陸軍官方的說法，應該說沒有問題。據美國陸軍出版物的說法，「兩種模式的雷達硬體是相同的，但是控制軟體、運行邏輯和通信組件是不同的。」另外，雷達具備高度機動性。他能空運，並且抵達新的部署地後能夠在4小時內完成投入使用。那麼這8個小時的轉換時間用來幹什麼呢？亦馳君猜測很可能包括調整天線俯仰角。前沿部署模式要求天線的俯仰角較低，而終端部署模式要求的天線俯仰角則較高。另外很可能包括更換通信模塊。畢竟前沿部署模式需要為遠方的反導系統提供精確的目標信息，而終端部署模式在接收信息的同時還要保持與發射裝置的聯繫。至於決定探測距離遠近的模式，很可能只需要一個開關就能解決。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！