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5 月 7 日,巴基斯坦副总理兼外交部长在议会会议上通报,巴方在当天凌晨空战中,用中国制造的歼 -10CE 战斗机击落 5 架印度战机和 1 架无人机。
歼 -10CE 是中国专为巴基斯坦定制的三代半战机,在歼 -10C 基础上优化改进。阵风战机有“近视眼”短板。巴基斯坦空军取得优异战果,一方面是飞行员训练有素、经验丰富且具备体系化作战能力;另一方面,歼 -10CE 搭载的先进航电系统,特别是采用氮化镓技术的有源相控阵雷达发挥了关键作用,其卓越探测性能为战机赢得先发优势。
这场“首杀”揭示了氮化镓技术对现代空战的颠覆性影响,也揭示了“中国禁运镓”背后的长远布局。
T/R:有源相控阵雷达的关键部件
从技术参数对比,印度“阵风”战机配备的 RBE2-AA 有源相控阵雷达,采用砷化镓 T / R 组件,数量为 838 个。歼 -10CE 搭载国产 KLJ-7A 氮化镓有源相控阵雷达,T/ R 组件数量超 1200 个,探测距离达 240 公里,能同时追踪 50 个目标、攻击其中 6 个目标。有人说,歼 -10CE 的有源相控阵雷达比法国阵风拉开了十年差距。
相控阵雷达分无源和有源两种。无源仅有一个中央发射机和接收机,发射机产生的高频能量经计算机分配给天线单元,目标反射信号经各单元送达接收机统一放大;有源的每个天线单元都配有 T / R 组件,能自己发射和接收电磁波,在频宽、功率、效率等方面比无源有巨大优势。T/ R 组件是相控阵雷达核心,其核心功能通过内置 T / R 芯片实现,负责信号放大、移相和衰减等关键处理。相控阵雷达探测性能与 T / R 组件阵列单元密度密切相关,T/ R 组件成本占雷达整部的 50%。
有源相控阵 T / R 组件基本结构主要由数控移相器、数控衰减器、功率放大器、低噪声放大器、限幅器、环形器及相应控制电路、电源调制电路组成。对于 T / R 组件,使用何种半导体材料至关重要。改用第三代半导体材料氮化镓,对雷达是指数级提升。
氮化镓:制胜的关键
GaN 属于第三代半导体材料,相比 Si 和 GaAs 在参数方面优势巨大。GaN 的 Johnson 因子为 27.5,明显高于 GaAs 的 2.7;GaN 材料禁带宽度 3.4eV,约为 GaAs 的 2.4 倍,可在更高电压下工作;GaN 材料大电场下载流子漂移速度更高,工作电流更大,而 GaAs 在低电场室温下电子迁移率高,但稍大电场下迁移率急剧下降。
作为研制新型雷达系统和干扰机等军用电子器件的材料,氮化镓开始取代砷化镓。在同样体积下,GaN 能实现良好线性度、更高功率密度、更高功率性能、更高电源电压、更高饱和电流、更宽频带工作,且坚固耐用。能产生更强辐射功率,提高探测距离,减小体积重量,增强机动性和战场生存能力,缩短维修间隔时间,提高雷达可用性。
目前,GaN 已在 AMDR 和爱国者雷达升级中应用,使 AMDR 雷达总功率达 10MW,作用距离是现役 SPY-1D 的两倍。从实战角度,歼 -10CE 的氮化镓雷达可锁定 200 公里外目标,可同时跟踪 12 个目标并打击其中 6 个最具威胁目标,而“阵风”雷达仅能发现 160 公里内目标。
中国禁运镓:掐住西方军工的“命门”
镓和锗是相控阵雷达重要原材料,在制导领域也有用武之地。2023 年 7 月,中国对镓、锗相关物项实施出口管制,2024 年 8 月扩大到部分锑、超硬材料相关物项,12 月进一步禁止对美出口镓及相关技术,冲击半导体和军工产业链。
中国在镓金属储量上居世界第一,占世界总储量的 80% – 85%,2023 年全球镓产量 730 吨,中国产量约 701 吨,占全球比例 96.0%;镓回收依赖中国产关键试剂,非中国企业面临供应链风险;中国独创“镓提取 – 提纯 – 晶体生长”全产业链。
此次制裁效果显著,今年 2 月,F-35 战斗机升级 TR- 3 被推迟至 2026 年,安装 APG-85 氮化镓雷达的 Block4 批次也继续推迟。