相比普通的機械掃描雷達只有一個集中式的發射器而言,相控陣雷達通過多個分列排布的小型發射單元組成天線陣面,通過對每個單元進行不同的控制,可以同時實現搜索、鎖定、引導攻擊等多重任務,并且還能夠針對不同方向的的目標分別采取不同形勢的探測,具備常規雷達難以比擬的優勢。不過功能提升上去了,耗電量自然也會水漲船高,以至于讓目前一些發電量小的軍艦捉襟見肘,甚至安裝的相控陣雷達也不能做到24小時常開。那么相控陣雷達的耗電量到底有多恐怖呢?
▲相控陣雷達陣面
全世界最著名的相控陣雷達莫過于美國阿利伯克級宙斯盾驅逐艦上安裝的SPY-1相控陣雷達,這部雷達的天線發射平均功率約為58kW,四面陣一共擁有兩個發射機,也就是116kW。而我們通常所說的1度電其實學名叫1千瓦時,也就是一個1千瓦的電器開動一個小時就是一度電,而SPY-1開動一個小時就是116千瓦時,也就是116度電,工作一天則需要消耗將近3000度電,幾乎相當于30個三口之家一個月的日常用電量!
在同樣的結構,波段下,想要獲得更遠的探測距離,就必須增強電磁波的強度,而提高電磁波強度的最好方式就是增加功率,所以探測距離越遠的雷達,一般功率也就越大。相比艦用雷達而言,陸地上安裝的大型遠程警戒雷達的功率要高的多。美國的鋪路爪雷達是世界上最為人熟知遠程警戒雷達,它的峰值功率為582kW,工作一小時需要消耗將近600度電,工作一天需要消耗1.4萬度電,相當于140個三口之家一個月的用電,妥妥的電老虎!
▲鋪路爪預警相控陣雷達
雷達的本質就是一個無線電波發射器,發射機在通電后會產生高頻率的震蕩脈沖,這種脈沖通過指向性的天線轉化為電磁波束向外界發射,這就是雷達的結構原理。而發射機接收的電能不可能完全轉化為電磁波,很大一部分都會化為熱能,從而消散在空氣之中。所以雷達的電磁波發射功率與其本身的最大功率往往相差巨大,早期的雷達電能利用率甚至不足10%,相控陣雷達運用了更多的零部件,因此其發熱問題更加嚴重,雖然運用了諸多新技術,但是能量有限利用率仍然達不到50%,所以雷達發射機峰值功率實際上只有其實際功率的一半不到。
▲軍艦上眾多的雷達和電子設備
相控陣雷達耗電量如此之大,在陸地上的雷達還可以依靠國家統一的電網直接輸送電能,但是軍艦上大部分動力都用于帶動螺旋槳推進了,剩下的能量足夠提供雷達所用電能嗎?阿利伯克級使用四臺LM2500燃氣輪機作為動力,總功率約10萬馬力(7萬kW),這一動力看似充沛,實則捉襟見肘。因為這其中大部分都是推進功率,只有2500kW動力被用于3臺艾利森(Allison)501-K34發電機發電,也就是說一部SPY-1相控陣雷達(峰值功率116kW,實際消耗超過200kW)就占據了總發電功率將近1/10!而除了相控陣雷外,軍艦上還有許多配套的電子設備以及生活設施、損管裝置要用電,因此當其他大功率電子設備開動時,軍艦的相控陣雷達就不得不降低功率,甚至關停!
▲阿利伯克級巨大的螺旋槳推進器
要解決軍艦耗電量入不敷出的問題,最好的方法就是采用全電推進動力裝置,將燃氣輪機或者蒸汽輪機所產生的熱能全部轉換為電能,這些電能一部分用于軸動力推進,一部分用于維持軍艦電子設備運轉,不僅可以互補調節,也極大的增加總發電功率,是一舉多得的最佳方法!目前英國的45型驅逐艦已經首先采用了燃氣輪機全電推進動力裝置,而福特級因為使用了電磁推進,耗電量劇增,在未來也將逐步換裝蒸汽輪機全電推進動力!
▲電磁彈射


