現代の戦争において、レーダーはなぜ「千里眼」と呼ばれているのでしょうか?

レーダーは電磁波を利用して目標物を検出する装置です。電磁信号を発信し、ターゲットから反射された信号を受信することで、ターゲットの位置パラメータ、動作パラメータを測定し、ターゲットに関する関連情報を抽出します。軍用レーダーは、特定の軍事目的のために特別に設計および製造された無線検出および測位装置です。陸、海、空、宇宙の戦場で全天候型、終日型の戦略的、戦術的情報を入手するための重要な手段の一つです。これは、防空、海上、陸上防衛兵器システムおよびコマンド自動化システムの主要な視覚センサーです。そのため、警戒、偵察、敵味方の識別などに広く利用されてきました。

レーダーシステムは主に、高出力の放射信号を生成するレーダー送信機で構成されます。信号を宇宙に放射し、目標物から反射された信号を受信するアンテナ。受信された弱い信号を増幅、フィルタリング、変換するレーダー受信機。レーダー信号を処理、記録、表示するレーダー端末装置。レーダーアンテナの回転を制御し、アンテナビーム指向データを制御及び記録するレーダーサーボ装置。さまざまなレーダーサブシステムなどの動作を調整する周波数シンセサイザーとタイマー。

軍用レーダーを分類する方法は数多くあります。一般的に使用される主な分類方法には、機能別、技術システム別、動作波長別、キャリアプラットフォーム別などがあります。軍用レーダーは、現代の戦争における「遠くからの目」と呼ばれ、現在の電子戦と情報戦の中心的な装備です。現在の先進的なレーダーは、ステルス機、弾道ミサイル、地上部隊、海上部隊の長距離探知が可能であるだけでなく、攻撃兵器を正確に制御して目標を追跡・誘導し、重要地域の継続的な偵察・監視を実施し、高解像度の戦場情報を入手することもできます。これらは「観察・確認・決定・攻撃」という戦闘プロセスにますます統合され、情報に基づく統合作戦において重要な役割を果たしています。軍用レーダーの重要性は主に3つの側面に反映されています。①軍用レーダーは、あらゆるレベルの戦闘指揮システムにおいて、対象の戦場環境に関する情報をリアルタイム、能動的、全天候で取得できる検出方法です。 ② 軍用レーダーは、さまざまな先進的な戦闘プラットフォームに不可欠な要素であり、長距離かつ精密な攻撃を実現するために必要な手段です。 ③ 軍用レーダーは、さまざまな先進兵器システムの評価や軍事技術研究を行うための試験手段です。レーダーは戦場の偵察、監視、情報探索のための主要な戦術装備です。それは戦場の状況認識と迅速な対応のための主要な技術的手段です。その性能と有効性により、我が軍の戦場での戦闘効果と生存性が決まります。

レーダーの台頭

近接戦闘用の冷兵器の時代は終わり、現代戦争の戦闘距離は肉眼で見える範囲をはるかに超えています。敵を予測し、戦闘で主導権を握れるかどうかが戦争の勝敗を左右します。

1930 年代初頭、イギリスの物理学者ロバート・ワトソン・ワットは雷雨を追跡する装置の開発に取り組んでいました。ワットは長い時間をかけてオシロスコープを使って敵の位置をプロットするシステムを開発し、最終的にイギリス政府はそのシステムを敵の航空兵器の探知に公式に使用しました。初期のレーダーは、オシロスコープを使用して航空機から反射した電圧を取得し、それを画面上の光電信号に変換し、信号の遅延を較正されたスケールと組み合わせて作成されました。

1939年までに、イギリスは「共鳴空洞マグネトロン」と呼ばれる新しいレーダー技術の開発に成功し、レーダー探知の精度を前例のないレベルにまで高め、戦争のルールを変えました。イギリスは第二次世界大戦中、レーダーを使って12,000機以上のドイツ爆撃機を撃墜・迎撃し、ロンドンなどの都市が焦土と化すのを防いだ。

初期の軍用レーダーは、機械的なスキャンによって空中に電波を放射し、敵機の目標情報を検出しました。以来、半世紀以上にわたり、戦闘機とレーダーは「槍」と「盾」の戦いを繰り広げてきた。機械式レーダーは「鍋蓋アンテナ」を空中目標に向ける必要があるため、反応が遅く、高高度・高速で飛行する第2世代航空機を検知する際に誤作動を起こしやすい。そのため、「より速く、より遠く、より信頼性が高い」ことが新世代レーダーの研究開発目標となっています。英国や米国などが初めて開発した平面アレイアンテナは、アレイの隙間から電磁波を放射し、空間で合成することで、アンテナの利得を効果的に高め、探知距離を伸ばしながら、レーダーのサイズと重量を削減します。

冷戦期のいくつかの局地戦争では、第3世代航空機の飛行速度と低高度性能が大幅に向上し、レーダーの死角が飛躍的に増加し、山岳地帯の助けを借りて多数の戦闘機が低高度侵入に成功しました。 「槍」の変更は「盾」のアップグレードを促進します。検出された物体の情報をタイムリーかつ効果的に表示するには、レーダーはコンピュータを使用して正確な計算データを提供する必要があります。戦闘機が低高度を飛行する場合、そのエコー信号は地上の乱反射と混ざり合い、レーダーによって自動的に除去されることがよくあります。欧米のいくつかの国では、データプロセッサに代数的手法とフィルタリング理論を適用し、移動する目標からのエコーの周波数変化を解析することで、ノイズ背景に隠れた戦闘機を見つけるパルスドップラーレーダーを開発しました。一部の国の空軍は、敵の低高度作戦を「監視」方式で抑制するため、早期警戒機にパルス・ドップラー・レーダーを搭載している。

1980 年代には、電子走査型フェーズドアレイ レーダーはパッシブからアクティブへと進化しました。高度なアクティブフェーズドアレイレーダーは、送信機全体を数千のトランシーバーコンポーネントに分散し、それを通じてレーダービームの方向を変更できます。このレーダーアンテナはトンボの「複眼」に似ています。 「体」と「眼球」が動くだけでなく、異なる方向を狙ったり、同時に異なるターゲットを追跡したりすることもできます。それだけでなく、データ処理技術の発展により、レーダーは群集戦などの新しい戦闘方法への対応において大きな進歩を遂げており、その強力な信号分析能力により、低高度および集団目標の検出を実現できます。同時に、多くの国が小型レーダーの研究を行ってきました。陸上、航空機、船舶搭載型などさまざまなタイプのレーダーが次々と登場し、その応用シナリオはますます広範囲に及んでいます。

▏メートル波レーダーがステルス戦闘機の天敵に

2018年、米海軍は、新たな妨害装置の開発、先進的なメートル波レーダーへの対抗能力の強化、ステルス戦闘の優位性の維持のために、年間予算から最大20億ドルを割り当てると発表した。

メートル波レーダーとは、動作波長が1～10メートル、または周波数が30～300MHzのレーダーを指します。メートル波レーダーのステルス防止特性とメカニズムは古くから知られています。 1990年代に勃発した一連の局地戦争では、NATOはほとんどの場合、ステルス戦闘機と対レーダーミサイルを先導に用いて空爆を行い、敵の防空・通信システムを制圧・破壊し、制空権を掌握した後、大規模な爆撃を行って敵を降伏に追い込んだ。 1999年のコソボ戦争では、米国のエースステルス戦闘機F-117がユーゴスラビア連邦共和国の旧ソ連製防空兵器システムによって撃墜され、世界世論に大騒動を巻き起こした。

詳細は今のところ明らかにされていないが、学者や業界の専門家の総意によれば、F-117を発見したのはロシアの古いメートル波レーダーで、その位置データをSAM-3システムに提供し、防空ミサイルを制御して一撃で撃墜したはずだ。この事件は、ステルス機は撃墜できないという神話が崩れたことを世界に知らしめたが、その重要な役割を果たしたのがこのメートル波レーダーだった。技術的に言えば、ステルス戦闘機のレーダー反射面積はわずか数十分の一平方メートルです。例えば、F-117のレーダー反射面積は0.01平方メートル（現行のF-22の0.1平方メートル、F-35の0.5平方メートルよりも小さい）。トマホーク巡航ミサイルのレーダー反射面積はわずか0.03平方メートル。なぜメートル波レーダーで検出できるのでしょうか？主な理由は、このような小さなレーダー反射面積の値はマイクロ波用であるからです。周波数がメートル波まで下がると、航空機の大きさと電波の波長が非常に近くなり、両者の間で共振が起こり、航空機のレーダー反射面積が大幅に増加します。メートル波帯では、F-117のレーダー反射面積は10～20㎡と3桁も広く、ステルス機やミサイルもメートル波レーダーの照射にさらされることになる。

しかし、すべてのものには二面性があります。兵器の観点から見ると、メートル波レーダーにも弱点があります。まず、アンテナのサイズが大きく、兵器システム全体の機動性が悪く、攻撃に対して脆弱です。 2つ目は、干渉防止の問題です。メートル波帯では、深刻な電磁干渉と強い空電ノイズ干渉が発生するため、これを除去するにはさまざまな手段が必要です。第三に、メーターバンドアンテナのビーム幅は広く、測定精度は高くありません。特に仰角が低い場合、測定精度はさらに低下します。一般的に、メートル波レーダーの測定精度はマイクロ波レーダーよりも劣ります。そのため、一部の主要軍事大国は、早期警戒やステルス目標の捜索にメートル波レーダーを使用しています。高精度の目標識別、特にミサイルの追跡と誘導は、現在でもマイクロ波レーダーによって行われています。

改良されなければ、メートル波レーダーは防空警報にしか使用できず、兵器誘導には使用できず、ステルス戦闘機を効率的に追跡することができない。これを考慮して、一部の国ではメートル波レーダーのアップグレードや改良が行われました。 1970 年代に、フランス航空宇宙局はメートル波統合パルス開口レーダーの開発を開始しました。この高度なレーダーは、全方向性アンテナユニットの疎な配列を使用してレーダー波の広パルス全方向性放射を実現し、その後コンピューターを使用して地面からの反射信号を分析します。対象物までの距離、方向、高度、瞬間速度を正確に検知でき、耐干渉性能が大幅に向上します。

ロシアは、メートル波レーダーにフェーズドアレイ技術を統合し、スキャン速度を高めながらメートル波レーダーのサイズと重量を削減し、戦闘機の高度と速度の検出能力を高める車両搭載型移動式メートル波3座標レーダーを開発しました。戦闘機や巡航ミサイルなどさまざまな空中目標を追跡できるほか、600キロ離れた小型極超音速ミサイルや小型ステルス機も探知でき、探知・電子対抗レベルが大幅に向上する。

▏中国のステルス対策レーダー

現在、世界にはステルス対策レーダーの技術開発の道筋が複数存在しており、我が国はそれら全てにおいて主導的な地位を占めていると言えます。国産のステルス対策レーダーは、ステルス目標の検出や追跡などの問題を解決できます。関連する技術は国際レベルに匹敵し、いくつかの分野では先行している可能性もあります。私の国はいくつかのステルス対策レーダーモデルを導入しました。現在、完全なステルス早期警戒システムが形成されています。

レーダーの1種類は、「万能チャンピオンレーダー」として知られる第4世代情報レーダーの代表モデルです。ステルス戦闘機、固定翼航空機、ヘリコプター、ドローン、巡航ミサイル、さらには砲兵やロケットの配置にも対応できます。その用途は、他の多くの同様のレーダーをはるかに上回ります。

もう一方のタイプのレーダーは、防空ネットワークにおける長距離早期警戒の中核として使用することができます。検出距離が長く、測定精度が高く、耐干渉性が強いという特徴があります。近宇宙におけるステルス目標や高速かつ高度に機動性のある目標を検出できます。

強力なステルス対策能力で国内外で有名な移動型早期警戒フェーズドアレイレーダーもあり、主な性能指標は外国の同様のレーダー製品よりも優れています。特に注目すべきは、このタイプのレーダーの中核部品である多数の各種チップがすべて我が国で独自に開発されたものであることです。
現在我が国が開発しているもう一つのステルス対策レーダー技術のルートは「デュアル（マルチ）ベースレーダー」であり、これはレーダーの送信機と受信機を別々に配置することを意味します。これにより、ステルス戦闘機によって他の場所に反射されたレーダー波を傍受する機会が生まれ、ステルス効果を破ることができます。

ステルス対策レーダーには、電磁波を積極的に放射しないパッシブレーダー（ダークセンチネルレーダーとも呼ばれる）というタイプのものもあります。ステルス戦闘機による民間のFM放送信号の反射によって生じるわずかな変化を監視することで、ステルス戦闘機を検出、位置を特定、追跡することができます。

▏レーダーの開発展望

レーダーは空中、海上、陸上のあらゆる目標を検出し追跡することができ、長距離の精密攻撃を達成する上で重要な手段となります。将来は必然的にこうした方向へ発展していくでしょう。

1. 統合: デジタルアレイ、人工知能、チップなどのハイテク技術の推進により、「テクノロジーの目」を備えたレーダーが「急速」に進歩しており、今後の開発では統合という複数のトレンドが見られるようになるでしょう。将来の戦場では、レーダーは単独で戦うのではなく、他の兵器システムと連携して機能するようになります。戦闘時には、目標を探知するためのレーダー装置と情報伝達のための通信システムの両方が必要になります。資源の利用率を最大化し、機能を多様化するために、戦闘プラットフォームはレーダーと通信システムを統合し、より協調的な運用を実現します。

スウェーデンとイタリアは、多機能フェーズドアレイシステムの共同研究開発において豊富な経験を持っています。広帯域受信モジュールに高出力アンプを追加し、信号周波数の受信範囲を拡大することで、レーダー、通信、電子戦システムを完全に統合し、メンテナンスコストを削減するだけでなく、戦場の状況認識も向上します。

2. ネットワーク化：電子対抗技術の活発な発展に伴い、研究者はさまざまなシステムのレーダーを一緒に配備して大きな「漁網」を形成しようと試みてきました。これにより、カバー範囲が拡大するだけでなく、互いの長所と短所を補完し、さまざまなタイプのレーダーの利点を十分に発揮することができます。複数のレーダーによるネットワーク化された協調検出により、単一のレーダー検出のパフォーマンスボトルネックを打破し、レーダーに「ステルスコート」を与えることができます。たとえば、ロシアの新しいタイプのネットワーク化レーダーは、長距離警戒、追跡・識別、精密誘導などの複数のレーダーで構成されています。対レーダーミサイルに抵抗できるという利点があるだけでなく、通常のレーダーよりも角度分解能が高く、パラメータ計算精度が高く、干渉防止能力が強く、まさに「1+1>2」のネットワーク効果を実現し、さまざまな防空ニーズと戦闘シナリオに対応します。

3. インテリジェント人工知能技術の成熟度の向上は、レーダー開発に強力な技術的サポートを提供します。将来のインテリジェント レーダーは、環境適応認識、情報取得と処理、リソース スケジューリングなどの自律動作機能を備え、複雑で変化しやすい電磁対立環境への適応性が向上します。特に、防空、ミサイル防衛などの任務に加え、警戒、誘導、誘導機能を統合した多機能統合レーダーの実用化が間近に迫っています。

現在、世界の軍事大国はすべて、敵の航空無線信号に基づいて防御を実施し、周囲の環境を感知して自動的に干渉を実施できる適応型レ​​ーダーの開発計画を提案している。より多くの新技術、新材料、新プロセスの適用により、レーダー開発は確実に新たな活動期を迎え、将来の戦場でより重要な役割を果たすことになるでしょう。

（インターネットからの写真）

著者 |顧俊

Zhe 氏はコンピューターサイエンスとテクノロジーの修士です。卒業後は、科学の普及知識に注目し、最先端技術を探求しながら、オンライン情報の収集と整理に携わってきました。