夏肇毅觀點:國機國造─延續數十年持續努力的成果

2017年02月16日 06:50 風傳媒
2中科院自研AESA主動陣列雷達。(蘇仲泓攝)

2中科院自研AESA主動陣列雷達。(蘇仲泓攝)

中科院日前首度展示自行研發的空用主動電子掃描陣列雷達,AESA(Active Electronically Scanned Array),未來將應用在國機國造新一代戰機中。雷達是二次大戰前發明的古老科技,電影中常見一個圓形螢幕中,有一條線在那裡轉呀轉的。然後一些亮點突然出現,之後警報大作,就知道敵機來襲。雷達運用發出無線電脈波,然後靠偵測反射回波的時間,來判斷是否有東西在前方多遠的距離。再加上持續旋轉的機構,讓銀幕與天線同步旋轉,就可以做360度的掃描。之後再運用都卜勒效應原理,可由反射波的頻率改變,得知目標的速度。70多年後,同樣原理依然運行,只是系統變得更小更進步。

後來科學家慢慢發現,將數個天線裝在特定位置,再改變各天線電波的相位,因相互干涉的關係,使得天線的效益會向某一方向集中,讓偵測角度變小,方位解析度因而增加。如果再用電子信號來控制各個天線信號的相位,那麼就可以隨意快速地改變天線發收方向,這就是電子掃描陣列雷達ESA(Electronically Scanned Array)。相位陣列天線的技術原來是天文學家所開發,利用大量天線來增強增益,後來也為電子掃描陣列雷達所用。到現在的常見的神盾級戰艦,最明顯的特徵就是使用平面式的3D相位陣列雷達。

相位陣列天線。(圖片來源: wiki-Phased array)
相位陣列天線。(圖片來源: wiki-Phased array)

中科院設計與製造雷達系統已有超過50年的經歷史,從傳統的旋轉式平面搜索雷達到固定式全相列雷達都有。在2015年巴黎航空展中,中科院也展出過旋轉式三維相列雷達系統、主動相列雷達收發模組、可擴充式數位波束合成器等各種相列雷達系統與模組。隨著科技日新月異,微波不再是軍用的專利,從日常用品微波爐、手機、WiFi到處都是。電腦越來越快,信號處理也走向數位化,各種商用品也都能高速執行數位信號處理DSP(Digital Signal Processing)運算,甚至是用FPGA來自行設計IC來用。因為這個趨勢,中科院在產品簡介中揭示民國95年起也開始研發數位波束合成器,採用Xilinx FPGA晶片,並於民國100年裝配於相關雷達上。

雷達是軍事系統中不可或缺的元件,所以也隨著自各式製飛彈系統的投資,雷達系統也一併持續發展。這個今年最新展示的AESA空用主動電子掃描陣列雷達成果,未來將裝在國造的新一代戰機中。

早期軍方設有「航空工業發展中心」,民國72年,空軍航空工業發展中心改隸國防部中山科學研究院,更名為「中山科學研究院航空工業發展中心」,航空研究院改組為第五研究所。民國85年,航空工業發展中心轉型為「漢翔航空工業股份有限公司」。

相對於雷達系統的持續開花結果,國機國造在IDF之後就中斷許久。民國70年開始高性能戰鬥機原型研發,民國77年第一架IDF原型機出廠。在民國81年服役之後,就一直沒有再看到有新一代戰機的全新研發投資案進行。

先導生產型單座經國號戰機。(來源:Chang-Song Wang/維基百科)
先導生產型單座經國號戰機。(來源:Chang-Song Wang/維基百科)

如今在國機國造政策下,空軍於民國106年1月1日正式編成「空軍航空科技研究發展中心」,航發中心再次復活,以引導我國航太科技研究及武器系統自製的需求方向,督導國機國造及研發設計下一代戰機。國防部公佈之「國機國造之機會與挑戰」報告中也提到「我國在20年內無法獲得先進戰機,必須在IDF研發能量流失前儘速啟動高教機研製,以凝聚下一代戰機研發能量。IDF時期之研發工程師現多已逾50歲,面臨人才流失風險」。

民國106年2月7日,空軍與中科院共同簽署委製協議書暨合作備忘錄,國機國造正式啟動。由中科院擔任國造高教機計畫的承包商,將與漢翔航空工業合作,預計生產六十六架。國防部並已決定,將採用漢翔航空工業公司XT-5藍鵲高教機設計。

國防工業研發專案,因為都是要求做現在做不到的事,所以風險甚高,不太能掌握預期的結果。很早以前,聽過一種說法,說美國國防研發專案,如期完成的約三成,如期又質的大概不到一成,更別說超過預算這事了。就像美國的F-35,也是又貴、又延期、問題又一堆。但隨著時間過去,這些都是會解決的。不像生產製造專案大都能夠按部就班的進行,有這些不如人意的事,就是國防研發專案的本質,一切都是靠錢、人、時間堆砌出來的。還常常有人把關鍵元件同時交給兩三組人重複研發,寧可多花錢,就都只是為了要買保險而已。

要有點耐心來持續灌溉,十年是基本單位。一旦中斷,人散了,那也就前功盡棄了。以後再重來,就是要從零開始。所以持續投入資源,延續研發成果,是國防航太工業發展的重要原則。大錢都是花在生產上的。至於要不要買國造品,那就要看做出來的東西有沒有競爭力,還看你有沒其他選擇。但持續花小錢來開發先進原型,甚至是麻雀雖小五臟俱全的縮小版,都是持續練兵的方式。只有持續匯集產、官、學的努力,讓最新的原理研究能開發出新產品來,同時也培養大量對航太科技有熱忱的人才,才能應付未來太空世界科技的挑戰。

*作者為提供雲端理財機與雲端教學服務之CubicPower.idv.tw創辦人。曾服務於緯創軟體、英商路透社等金融與科技單位從事金融軟體開發專案工作。

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