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FCS-3

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FCS-3（00式火控系統3型）是日本防衛省技術研究開發局開發的艦載武器系統。它是一種防空武器系統，不僅如其名稱所示是一種火控系統（FCS），還集成了多功能雷達和其他系統，並通過固定有源相控陣天線對半球空間進行全方位搜索。它實現了多目標搜索、探測、跟蹤和武器控制的自動化，縮短了反應時間。[1]此外該系統還改進延生出了OPS-50A、OPY-1等改進版本的系統。

發展歷程

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正式定型

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艦橋裝備FCS-3的試驗船「飛鳥」號

FCS-3的開發可追溯到20世紀80年代第53次和第56次中期防衛評估之間的時期。在這一時期，日本海上自衛隊研製了第一艘通用護衛艦：初雪型，其防空作戰系統主要由以下子系統組成。[2][3]

這一配置後來演變成朝霧型護衛艦，將OPS-14更新為OPS-24 3D雷達，將OYQ-5更新為OYQ-6/7，但這種配置顯然存在局限性，特別是在防空作戰能力方面。就是將防空雷達探測到的目標信息輸入戰術信息處理裝置的過程，以及戰術信息處理裝置審定情況並做出決定後將目標信息輸入火力指揮裝置的過程。決策都是由操作員人工進行，而且決策過程大部分依賴於人工，因此很難縮短響應時間。[2]

FCS-3是作為新一代單艦防空系統而開發的，它克服了這些問題，通過用單個雷達同時執行搜索和跟蹤並支持，[1]並支持與新一代戰術信息處理設備的耦合工作。技術研究本部從1983年開始內部研究，從1986年開始，歷時3年時間進行研究和原型機製作，研製了一種在C波段工作的電子掃描陣列雷達，並進行了陸地試驗。[3][a]這款陸基型原型機採用單面旋轉天線，安裝在航空自衛隊御前崎分屯基地進行測試，由於測試方便，收集了多目標跟蹤和海雜波等數據。[4]

根據這些測試結果，技術研究開發局從1990年開始開發和試製能實際安裝到艦艇上的天線，並將其安裝在飛鳥號試驗艦上，其間進行了長達五年的技術和實際測試。在海試中，還測試了飛機（F-15J、T-4）進行進近、交叉運動的高機動目標的探測與跟蹤性能以及多目標跟蹤性能，以及小型、低空目標的探測與跟蹤性能。使用牽引目標的高空目標，確認了使用TRAP（目標雷達增強彈丸）子彈探測、跟蹤和響應超小型和超音速目標的能力，後者是一種與5英寸炮彈形狀相同的雷達目標。該艦沒有裝備短程防空導彈，因此無法測試到導彈的實際發射，但確認了導彈發射信號傳輸前的一系列事件。[5]據說該導彈的性能比預期的要好，特別是在探測和跟蹤小型和低空目標方面。[5]

2000年，它正式定型為00式火控裝置。[1]據估計，最大搜索距離超過200千米，可同時跟蹤目標的最大數量約為300個。[2]

裝備艦艇

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海上自衛隊最初計劃將朝霧級和村雨級作為配備FCS-2的艦艇，然後在03中期防衛發展計劃或08中期防衛發展計劃時期（1991至2000財政年度）開始建造配備FCS-3的改良型村雨級。[2]但事實上，在08中期防衛發展計劃中建造的是改良型村雨級，但卻變成了裝備FCS-2的高波級護衛艦。[2]FCS-3沒有安裝在同一型號上有四個原因：[2]

  1. 艦炮從60口徑的奧托梅萊拉76毫米艦炮改為54口徑奧托布雷達127毫米艦炮，導致攜帶FCS-3的重量餘量減少。[2]
  2. 在研製階段，FCS-3的成本大幅增加。[2]
  3. 合使用的短程防空導彈（簡稱SAM）的開發被推遲。[2]
  4. 由於研製時間過長，構成FCS的硬體和軟體已經過時。[2]

其中，對於短程防空導彈，初步計劃是採用基於99型空對空制導導彈的新型程型地空導彈，該導彈採用主動雷達導引的制導方式。在13中期防衛計劃（2001-2005財年）期間使用「飛鳥」號進行了實際艦載測試。當時的計劃是通過將FCS-3和「AHRIM」結合起來，實現有限局部防禦能力，即非常有限的艦隊防空能力。[6]然而，為了籌集下一代巡邏機（後來成為P-1海上巡邏機）的研發資金（這一直是海上自衛隊的當務之急），AHRIM的實際艦載測試不得不推遲到下一次中期防衛計劃之後（後來取消），最終改為採用進化型海麻雀導彈。[2]

日向級護衛艦搭載

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安裝在「伊勢」號艦橋上部的FCS-3天線部分（較大的是C波段，較小的是X波段）

儘管FCS-3的發展經歷了許多坎坷，但最終還是裝備到了第13中防期間建造的日向級護衛艦。在同一型號中，還安裝了為ASCA開發的原型的改進型和實用型，[7]裝備ASCA的版本最初被稱為FCS-3，日向級上安裝的版本被稱為FCS-3 Revision，[8]但後來日向級上安裝的版本被簡稱為FCS-3。[3][7]

如上所述，進化型海麻雀導彈（ESSM）將取代原計劃的主動導引短程地對空導彈，而裝備在日向級的型號則增加了引導它的設備。因此，原型機只有四根C波段天線，而裝備在日向級的型號則在其旁邊加裝了一根稍小的X波段天線，用於引導RIM-162海麻雀導彈。這是泰雷茲的APAR系統（英語：Active_Phased_Array_Radar）的一部分，[b]同時還引入了用於引導ESSM的ICWI（間歇連續波照射）算法。[9]為了節約成本，日向級上的三個C波段天線使用了飛鳥號上的原型機上的天線，只有一個是新安裝的。不過，為了提高性能，新更換了約1/3的砷化鎵天線元件。[10]

FCS-3的另一項重大改進是將其多功能雷達與新型 OYQ-10 ACDS（高級 CDS）戰術信息處理器相結合，大大提高了裝備 FCS-3 的艦艇的作戰能力。 該系統可根據預期的戰術情況向操作人員提供戰術信息和作戰支持，並利用 IF-THEN 規則在正式資料庫的基礎上進行理論控制。 FCS-3 和 OYQ-10 與新型反潛戰控制系統（ASWCS：Anti Submarine Warfare Control System）和水面艦艇 EW 控制系統 EWCS、 構成了新的作戰指揮系統 ATECS（先進技術作戰系統）。 另一項改進是在該系統中廣泛使用了商用現貨（COTS）。[2]

FCS-3 是作為一種多功能雷達研製的，這意味著它既可以作為防空和反水面搜索雷達，也可以作為火控雷達，從而可以將各種雷達功能集成到一個系統中，使驅逐艦上的系統更加緊湊。 日向級上的FCS-3 和 OYQ-10 還具有艦載直升機的飛行控制功能，這對於直升機護航是必不可少的。[11]

秋月級 (FCS-3A)

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秋月級」上的 FCS-3A雷達

繼「日向」級直升機護衛艦之後，第17中期防衛計劃建造的5000噸級秋月級護衛艦（DD）也安裝了 FCS-3 的改進型 。[12]

當時，海上自衛隊的導彈驅逐艦（DDG）正在計劃引進神盾戰鬥系統，但當時部署的神盾戰鬥系統基線3.6系統尤其難以將防空作戰和導彈防禦（BMD）功能結合起來，而且在防禦大氣層外的彈道導彈時，低空導彈的探測和跟蹤也很困難。[13]有人指出，探測和跟蹤能力可能會降低[注 3]。 作為對策，人們設想將低空防禦任務交給與 「宙斯盾 」DDGs 組成艦隊的 DDs，並選擇同類型的 DDGs 作為目標。[13]

因此，在日向級上FCS-3 的基礎上採取了以下性能改進措施的 FCS-3A 與 ESSM 相結合，並安裝在同型艦上。[13] 在同型艦上，FCS-3A 還用於艦炮的火控支持。[7]

增強雷達性能
發射器/接收器模塊的發射器系統中的半導體元件材料已改為氮化鎵，以提高輸出功率並拓寬帶寬 。[6] 因此，探測距離比配備 16DDH 的型號擴大了近一倍 。[7]
武器控制功能的增強
在武器控制軟體中增加了規定的算法，如跟蹤信號處理、交戰能力和火力計算，以便能夠處理橫向超限目標（非本艦飛行方向的目標）。[14]

此外，還改進了接收系統中低噪聲放大器的性能，並將其他單個組件轉換為單片微波集成電路（MMIC），以減小尺寸、提高性能和降低成本，同時還對天線發射的無線電波的波束管理（利用鉛筆波束掃描範圍和時間）進行了改進，並對接收到的目標信號的處理能力（硬體和軟體）進行了改進。[7]

出雲級搭載情況 (OPS-50)

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加賀號上的 OPS-50A

作為 「日向」級的改進型， 2010年預算建造的 19500 噸級DDH（出雲級）也裝備了與 FCS-3 相同系統的雷達。 不過，該型艦隻配備了兩套防空火炮，分別為密集陣近防系統和SeaRAM系統，這兩套防空火炮都有獨立的火力指揮系統，因此不需要外部火控雷達。 因此，同類型的系統刪除了火控雷達功能，系統名稱變更為 OPS-50。[10]

取消火控雷達功能意味著 C 波段只有四根天線可用。 與 FCS-3A 一樣，由於天線元件由氮化鎵半導體製成，探測距離比 FCS-3 增加了約 1.7 倍。 在 2012 年預算下建造的第二艘艦艇 「加賀」號上，天線升級為 OPS-50A，該天線採用阻塞式設計，便於從後面進行維修。[10]

朝日級搭載的情況（OPY-1）

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「不知火」號上的OPY-1雷達

秋月級（19DD）是作為以防空為主的驅逐艦（DD）而開發的，但在2013年的預算中，又在此基礎上建造了朝日級，將重點轉向反潛作戰。該型艦配備了OPY-1多功能雷達，該雷達以秋月級上安裝的FCS-3A為基礎，但取消了僚艦聯合防空（LAD）能力，同時沿用了加賀號（24DDH）上的OPS-50A雷達，OPS-50A是繼1999年推出的封閉式天線和電源裝置的改進型，是增強了可維護性和耐用性之後的先進型號，此外OPS-50A是一種採用OYX-1 作為人機界面和其他信息處理設備。雷達信號處理設備也採用了最新的COTS計算機，提高了信號處理能力和耐用性，以及未來的擴展空間。[15]

FCS-3採用了泰雷茲開發的間斷式連續雷達波照明技術（ICWI）來作為導彈制導照明。在朝日級的規劃階段，曾考慮安裝日本國產的連續波照明雷達，[9]但最終還是安裝了間斷式連續波照明雷達。由於取消了僚艦機聯合防空功能，雷達覆蓋面積縮小到與日向級的FCS-3相同的水平，但如果有必要，可在將來需要控制遠程制導導彈時，修改雷達以可以擴大雷達覆蓋面積。[15]

最上級搭載的情況（OPY-2）

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「熊野」號搭載的OPY-2雷達

技術研究本部正在考慮將FCS-3天線用作X波段多功能雷達，而不是單純作為照明雷達使用，2008年至2015年期間開展了「提高多功能雷達（FCS-3）性能的研究」的研發工作，從2014年起，在「飛鳥號」試驗艦上安裝了該雷達並進行了測試。[16]此後，在2015財政年度啟動了「新型護衛艦雷達系統研究」，並對防空、反水面雷達和電子戰設備的天線等共用問題進行了研究。[17]

在這些成果的基礎上，開發了OPY-2型雷達，並安裝在2018預算年度開始建造的最上級護衛艦上。[18]它是以OPY-1和OPS-48潛望鏡探測雷達為基礎的組合雷達，負責從目標搜索、探測及跟蹤到火炮火控的所有工作。[18]

注釋

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  1. ^ 之所以選擇C波段而不是X波段，據說是因為強調長距離傳送[3]。
  2. ^ 最初有一種理論認為，J/APG-1的技術將應用於國內發展[2]。

引用

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 技術研究本部 2002，第81-82頁.
  2. ^ 2.00 2.01 2.02 2.03 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.09 2.10 2.11 2.12 石井 2003.
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 石井 2008.
  4. ^ 関根 2010.
  5. ^ 5.0 5.1 小林 et al. 2007.
  6. ^ 6.0 6.1 東郷 2012.
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 7.4 多田 2014.
  8. ^ 多田 2006.
  9. ^ 9.0 9.1 東郷 2013.
  10. ^ 10.0 10.1 10.2 徳丸 2017.
  11. ^ 多田 2010.
  12. ^ イージス艦守る新鋭艦19DDを調達. 朝雲新聞. 2006-12-14. 
  13. ^ 13.0 13.1 13.2 多田 2015.
  14. ^ 海人社 2010，第94-99頁.
  15. ^ 15.0 15.1 徳丸 2018.
  16. ^ 東郷 2013b.
  17. ^ 防衛省 技術研究本部. 平成２６年度 政策評価書（事前の事業評価） ｢新型護衛艦用レーダシステムの研究｣ (PDF) (報告). 2014 [2024-01-11]. （原始內容存檔 (PDF)於2023-03-11）. 
  18. ^ 18.0 18.1 徳丸 2022.

參考

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  • 多田, 智彥, 「腹が煮えくり返るからあの船には乗らない」!? 高性能国産多機能レーダーFCS-3Aに対するいわれなき中傷 最新汎用護衛艦「あきづき」型, 軍事研究 (ジャパンミリタリー・レビュー), 2015-05, 50 (5): 28–39 多田, 智彥, 「腹が煮えくり返るからあの船には乗らない」!? 高性能国産多機能レーダーFCS-3Aに対するいわれなき中傷 最新汎用護衛艦「あきづき」型, 軍事研究 (ジャパンミリタリー・レビュー), 2015-05, 50 (5): 28–39 
  • 東郷, 行紀, ウエポン・システム (特集 新型護衛艦「あきづき」) - (徹底解説 最新鋭DD「あきづき」のハードウェア), 世界の艦船 (海人社), 2012-08, (764): 110–117 東郷, 行紀, ウエポン・システム (特集 新型護衛艦「あきづき」) - (徹底解説 最新鋭DD「あきづき」のハードウェア), 世界の艦船 (海人社), 2012-08, (764): 110–117 
  • 東郷, 行紀, 護衛艦 (特集・海上自衛隊の新艦載兵器), 世界の艦船 (海人社), 2013-05, (778): 76–85 東郷, 行紀, 護衛艦 (特集・海上自衛隊の新艦載兵器), 世界の艦船 (海人社), 2013-05, (778): 76–85 
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