前言：
2022年1月，洛克希德·马丁公司宣称超额实现了F-35战斗机的年度生产计划，全年交付了142架，超出原定139架的目标3架，并承诺从2023年起每年稳定生产156架。然而，2023年7月3日，拥有全球80%至85%储量、产量占世界90%的中国宣布限制“镓”出口，这一举措直接导致美军在短短十几天后暂停接收F-35战斗机。洛马公司2023年全年仅交付了7月前生产的45架，此后制造的F-35只能堆放在得克萨斯州沃思堡的工厂，等待升级改造。
一：有源相控阵雷达的独特优势
现代空战强调先发制人的超视距作战，战斗机雷达在这种战斗中扮演着至关重要的角色。它不仅负责探测和跟踪目标，还要作为数据链发射器，为中远程空空导弹提供中继引导。谁的雷达探测距离更远，谁就能在对决中抢占先机。早在20世纪60年代，美国F-14A舰载战斗机率先装备了AWG-9远程雷达。为反超美国，苏联研发出体积是AWG-9两倍的N007“闪舞”大型无源相控阵雷达，其平均功率达2.5千瓦，峰值功率高达10千瓦，能在65公里外探测到0.3平方米的巡航导弹。日本的F-2战斗机则装备了全球首款量产的砷化镓T/R模块有源相控阵雷达J/APG-1。随后，美国为F-22战斗机开发了APG-77有源相控阵雷达，其峰值发射功率达到12千瓦，成为当时机载雷达中的功率之最。
雷达的工作原理是通过发射无线电脉冲并接收反射回的能量波来确定目标的距离、速度和运动轨迹。传统雷达依赖机械旋转天线，只能逐一扫描特定区域。无源相控阵雷达仅靠单一主发射机工作，天线本身无法生成雷达波。而APG-77有源相控阵雷达则由2000个发射与接收（T/R模块）单元构成，每个单元犹如一个微型雷达，镶嵌在平板天线上，无需机械部件。即使部分单元失效，系统仍能正常运行。它能同步发射无线电脉冲，实时切换目标，同时兼顾跟踪与多区域监视。由于无需转动天线扫描不同方向，其数据更新速度从秒级跃升至微秒级，堪称机载雷达技术的重大飞跃。
自从有源相控阵雷达问世以来，它便引领了机载雷达的发展潮流。过去十余年，美国相继推出了F/A-18E/F Block 2战斗机搭载的APG-79有源相控阵雷达、F-16E/F Block 60战斗机的APG-80有源相控阵雷达、F-15C战斗机的APG-63(V)2有源相控阵雷达，以及F-35战斗机的APG-81有源相控阵雷达。面对美国层出不穷的有源相控阵雷达，俄罗斯却始终未能跟上步伐。虽然俄罗斯为米格-35战斗机研发了“甲虫”-MAE有源相控阵雷达，但因无法自主生产砷化镓晶体管，只能从国际市场采购体积大近百倍的民用砷化镓晶体管。因此，俄罗斯的新型苏-35S和T-50战斗机仍依赖“雪豹”E无源相控阵雷达。为提升探测距离，只能加大发射机功率，但功率达到极限时易引发电打火现象，导致故障率激增。
回顾历史，中国从苏联引进的脉冲搜索雷达性能有限，探测距离短，效果不佳，此后近40年发展停滞。直到20世纪80年代初，中国还曾寻求引进美国F-16战斗机的AN/APG-66脉冲多普勒雷达。90年代初，中国才研发出脉冲多普勒雷达原理样机，随后仅用5年时间完成了从单脉冲体制到全波形脉冲多普勒体制的技术突破。又过10年，脉冲多普勒火控雷达得以广泛应用。此后7年间，中国攻克了带平板缝阵天线的脉冲多普勒雷达设计与生产难题。1996年起，中国着手研究无源相控阵雷达，仅用8年便通过验收。2002年开始探索有源相控阵雷达时，国外专家曾断言，中国的T/R模块成本极高，可能超出客户承受能力三倍，声称相控阵雷达绝非“乐高”积木般简单拼接即可实现。
二：T/R组件的技术鸿沟
T/R组件作为相控阵雷达的核心元件，其数量与功率直接决定了雷达的整体性能。第一代T/R组件采用硅和锗等元素作为半导体材料，禁带宽度为1.1电子伏特（eV）。第二代T/R组件则以砷化镓为材料，禁带宽度提升至1.4eV。而第三代T/R组件使用氮化镓，禁带宽度高达3.4eV。禁带宽度越大，价电子脱离束缚成为自由电子所需的能量就越高。砷化镓对高温极为敏感，且每个收发组件排列紧密，工作时散热困难，只能依靠液体冷却系统为天线阵列降温。相比之下，氮化镓具备耐高压、高速运行、高功率输出、高效率以及抗高温的特性，能承受更高的电压，能量密度更强，适应的环境温度也更高。在天线尺寸、孔径和总功率不变的情况下，探测距离可提升一倍。
F-22战斗机的APG-77有源相控阵雷达所用的T/R组件形似一块厚重的砖头，每个T/R模组的造价在600至800美元之间。而F-35战斗机的APG-81有源相控阵雷达的T/R组件则薄如瓦片，成本降低至约200美元。氮化镓的出现是有源相控阵技术发展史上的一次重大突破。过去，受限于砷化镓T/R组件，发射功率仅为2至5瓦，而氮化镓T/R组件的发射功率可达50瓦，是前者的10倍。砷化镓T/R组件的效率仅为30%，而氮化镓T/R组件的效率可达48%。若每个氮化镓T/R组件持续输出40瓦微波能量，功率效率可提升至50%，峰值功率甚至能达到60千瓦。中国早在2008年就成功研发出发射功率高达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采用氮化镓的雷达。此外，AN/SPY-6“宙斯盾”双波段有源相控阵雷达、AN/MPQ-65A“爱国者”防空反导雷达以及TPY-4有源相控阵雷达也配备了氮化镓T/R组件。F-35的APG-81有源相控阵雷达由AN/APG-77发展而来，在对空探测中能发现150千米外1平方米大小的目标，最大探测距离为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，对抗英国“台风”战斗机和法国“阵风”战斗机组成的红军。F-35A在演习中表现卓越，“台风”和“阵风”完全无法感知APG-81雷达的信号，在毫无察觉的情况下被锁定并击落，甚至不知导弹从何而来，根本无法靠近至近距格斗范围。最终战损比为0:19，“阵风”战斗机的战损比为0:18。
然而，美军对AN/APG-81有源相控阵雷达的性能却颇有不满，因为它仍使用砷化镓T/R组件，技术已不算前沿。相比之下，中国的歼-35、歼-20B和歼-20S等战斗机均采用了氮化镓T/R组件。早期歼-20装备了1856个砷化镓T/R组件，能在187至227千米处探测1平方米的目标，与配备1956个砷化镓T/R组件的F-22性能相当。而最新升级版歼-20的氮化镓T/R组件数量增至2200个，甚至连歼-16和歼-15T等战斗机的氮化镓T/R组件也达到2200个，探测距离可达400至500千米，天线增益高达60分贝，完全免疫电子干扰。此外，这些雷达还运用了可精确控制波束输出功率以锁定目标的技术，将扁平脉冲均匀分布于雷达瞬时带宽的每个频率上，并将宽频辐射编码为伪杂波的关键技术。这使得F-22的ALR-94和F-35的ASQ-239电子侦察设备对这种雷达的探测毫无反应，令人胆寒。
三：AN/APG-85有源相控阵雷达的巧妇难为无米之炊
美军早已意识到必须迅速提升F-35战斗机的雷达性能，因此诺斯罗普·格鲁曼公司研发了AN/APG-85有源相控阵雷达。若F-35装备此雷达，其探测范围可扩大1.7倍以上。该雷达能适配F-35A/B/C所有型号，但仅限于Block4版本的F-35A/B/C。此前生产的1000多架F-35无法升级。诺斯罗普·格鲁曼从2023年1月启动研发，预计2025年底或2026年初交付的第17批次7架F-35A将率先装备。在2025年底前，新生产的F-35需完成TR-3硬件升级，配备能存储和处理更多数据的计算机，提升电子战、搜索、跟踪、目标识别及交战能力，为Block4版本搭配AN/APG-85雷达奠定基础。
AN/APG-85雷达的核心改进在于采用氮化镓T/R组件，以提升探测距离和分辨率。除了使用氮化镓外，配套的Block4版本计算机性能需提升25倍。然而，该雷达功率更高，耗电量也更大，而F-35的F135发动机发电量无法满足其正常运行所需。为此，美军2016年启动招标，通用动力和普惠公司分别获得合同。通用动力的XA100发动机推力达200千牛，预计2027年完成；普惠的XA101则需等到2027至2029年。升级AN/APG-85雷达及Block4.1版本后，F-35能在230千米外发现“台风”战斗机，并在150千米外发射AIM-120D导弹进行打击。
此外，Block4.1版本可将多架F-35的AN/APG-85雷达后端数据整合处理，每架F-35成为网络中的收发节点，形如软件虚拟的多基地雷达。其战场感知能力堪比传统预警机，能全面掌握战场态势，让团队内每架战机共享相同信息。凭借隐身优势，F-35可在战区内持续用AN/APG-85雷达扫描并构建3D模型，回传详细区域图像。后方的非隐身飞机提供火力支援，当敌方试图攻击非隐身飞机时，难以察觉F-35已探测并传输数据。非隐身飞机可直接发射空空导弹，形成多层火力网，由F-35前方引导，最终取得显著战果。
遗憾的是，中国宣布限制“镓”出口后，这一愿景彻底落空。F-35不仅无法获得氮化镓T/R组件，连砷化镓T/R组件也无从生产。F-35总订单为3220架，加上其他雷达需求，对“镓”的需求量巨大。反观中国，拥有全球最丰富的“镓”资源，供应无忧且价格低廉。中国电子科技集团出口的KJL-7A机载有源相控阵雷达，天线直径仅600-700毫米，搭载1000多个砷化镓T/R模块，具备与AN/APG-81相同的11种工作模式，探测距离达170千米，性能毫不逊色，价格仅300万美元，而AN/APG-81高达1000万美元，且为美军自用。当然，若无“镓”，还可使用磷化铟、碳化硅、氮化铝、氧化锌或金刚石作为T/R组件材料，但性能均不及氮化镓。
四：结语
未来十年内，F-35不仅难以抗衡歼-20，甚至连歼-35也难以匹敌。歼-35的隐身性能优于F-35，飞行速度和机动性更强，其有源相控阵雷达可配备1600个氮化镓T/R组件，雷达性能明显占据优势，呈现压倒性态势。中国的快速发展令美国乃至全球望尘莫及。瑞典“鹰狮”战斗机的PS-05/AMk5NORA雷达在T/R模块技术上停滞不前，向美国和法国求援均遭拒；俄罗斯仍困于N035“雪豹”-E无源相控阵雷达。而在美国AN/APG-85雷达遥遥无期之际，中国下一代氧化镓T/R组件已步入实用阶段，美国已落后二十年。
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