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방위 장비쵸, 신전투기 「F-3」용 AESA 레이더-를 공개
「TokyoExpress 2018-11-24 “타카시 차기 전투기 「F-3」, 2025년의 첫비행 될까”」등에서 소개해 온 것처럼, 방위성에서는[F-3]에 관련되는 기술에 대해 조금씩 공개해 왔다.즉 대추진력 엔진 기술, 네트워크 전투 기술, 대형 웨폰 베이 기술, 그 외이다.이번 밝혀진 것은 「고출력 소형 레이더-기술」의 내용, 새로운 「AESA (active electronically scanned array)」레이더-이다.
도 1：(방위 장비청/Aviation Week Colin Throm) 방위 장비청공표의 「26 DMU」에 설명을 추가한 그림.「F-3」은, 이것 을 기본으로 하고, 개발중의 관련 기술을 탑재한 기체가 될 예정.
공개된 신AESA 레이더-·안테나는, 미츠비시 전기가 제조해 F-2 전투기에 탑재되고 있는 J/APG-2 레이더-·안테나와 거의 같은 형태, 사이즈로, F-2에 부착 시험되는 것 같다.
방위 장비청은, 이것을 11월28-30일에 개최된 도쿄 국제 항공 우주전으로 전시했다.전시된 레이더-는, 진짜 고출력 AESA 레이더-로, 최신의 센서·시스템과 일체화한 구조가 되어 있다.센서 부분은 액랭 시스템으로 발열을 막고 있는 것, 반도체소자는 질화 갈륨(Ga N = Gallium-Nitride ) 소자인 것, 이외의 자세한 것은 분명하지 않다.
방위성에서는 신전투기의 개발을 2019년 3월말까지, 국내에서의 독자 개발이나 외국 타사의 협력을 얻어 개발할까를 결정하고 싶다고 해, 2030년대의 배치를 목표로 하고 있다.
안테나면은 폭 대략 74 cm로, 이면에는 냉각액을 보내는 튜브가 붙어 있다.전문가의 의견으로는, F-16이나 그것을 개조한 F-2등의 소형 전투기에서는 레이더-에 냉각액을 보내는 것은 꽤 어렵다.냉각제는 가연성이므로 튜브는 파일럿으로부터 떼어 놓을 필요가 있다 유익이다.그 점 F-3은 F-22 라프타 전투기보다 대형이 될 예정이므로 큰 장해는 되지 않는다.
전시된 레이더-의 배면에는”500 hr ”라고 기입되어 있어, 아마 이 AESA 레이더-는 지상 시험 장치로 500시간의 시험 운전을 완료한 것이라고 생각할 수 있다.
도 2：(방위성) 전시된 AESA 레이더-는 F-2 탑재 가능한 크기이다.그러나 안테나면의 배후에 짜넣어지는 프로세서는, F-2에 탑재되고 있는[J/APG-2](그림 3)보다 꽤 소형으로 되어 있는 것 같다.
그림 3：(방위성) F-2용 미츠비시 전기제[J/APG-2]레이더-(Ga N소자 모듈 사용)는, 공격해 놓아 능력을 가지는[99식 대공 유도탄개(AAM-4B)]를 사용할 수 있도록(듯이) 탐지 거리를 백 수십 km에 늘리고 있다.안테나면에는 다수가 작은 송수신 소자(T/R유닛)가 줄지어 있다.소형이면서 미 해군의 F/A-18용 레이세온제[APG-79]AESA 레이더-(Ga As소자 모듈 사용)에 필적하는 성능을 가진다.
실제의 레이더-는 이 1.5배 정도의 크기가 되어, 적레이더-전파의 반사를 줄이기 위해 기울여서 장착되게 된다.
어느 쪽으로 해도 실증 모델과 실제의 안테나와의 사이에 큰 차이는 없다.특히 송수신 소자(T/R Unit = transmitter/receiver module/unit)의 외형을 나타내는 안테나의 외주의 형태는 변하지 않는 괄이다.시작 레이더-의 안테나면은 커버에 덮여 있으므로, 송수신 소자는 안보인다.송수신 소자는, 하나하나가 소형 레이더-로, 전자빔은 전자적으로 컨트롤 되어 동일 방향으로 고속으로 스캔 되어 목표를 탐사한다.
이 레이더-가 사용하고 있는 질화 갈륨(Ga N) 반도체제 송수신 소자는, 고출력으로 저노이즈, 따라서 목표 탐지 거리가 길다.우리 나라에서는 2010년즈음부터 호위함이나 F-2 전투기에 채용되고 있다.최근에는 일영 공동 개발의 장거리 공대공 미사일 MDBA 메테오르(Meteor)의 시카에 채용이 정해져 있다.
F-2에는, 일찌기 미츠비시 전기제 AESA 레이더-[J/APG-1 ]가 사용되었지만 문제가 생겼기 때문에, 6년 전부터 동사제의 개량형 J/APG-2 AESA 레이더-에 환장 되고 있다.따라서, 이것이 이번 한층 더 갱신된다고는 생각할 수 없다.
이하에 「중기 방위력 정비계획(헤세이26-30년)」에 있는“항공 자위대의 근대화 계획”」과「헤세이 31년도 방위 예산 개산 요구」에 기재되어 있는 「F-2」(와)과「F-15 J」의 근대화 개수의 개요에 접해 보고 싶다.
F-2의 근대화 개수
F-2는, 공중전 외에 대지, 대함상 공격격도 할 수 있는 다용도전투기로서 일·미 공동으로 개발된 기체.미국의 F-16 C/D블록 40을 기본으로 해, 선회 성능 향상을 위해 날개 면적을 늘려(29.7m2에서 34.84m2에), 경량화를 위해 탄소섬유 복합재를 다용, 이륙 성능 개선을 위해 엔진을 추진력 향상형으로 변경되어 있다.
헤세이 7년(1995년) 첫비행 후, 헤세이 23년(2011년)에 94기눈(그 밖에 시작 4기)이 되는 최종기가 납입되었다.정기 정비 후의 시험 비행으로 1기전손(2007년 10월)과 해일 피해(2011년 3월)로 5기의 전손이 발생했다.이 때문에 현유세력은 88기에 감소하고 있다.이것이 3개 비행대와 조종 교육 훈련 부대에 배치되고 있다.좌석이 하나 있음형의 F-2A(62기)와 복좌형의 F-2B(32기)가 제조되었다.
F-2의 최대의 특징은 미츠비시 전기제 J/APG-1 레이더-.실용기 탑재에서는 세계 최초의 AESA 레이더-로, 갈륨-비소(GaAs=Gallium-Arsenide) 반도체제의 송수신 소자 약 800개를 직경 70 cm의 평면 안테나상에 늘어놓고 있었다.이것을 개량해 탐지 거리를 눌러서 편 것이 근대화 개수로 환장 한 J/APG-2 레이더-이다.반도체소자를 질화 갈륨(GaN=Gallium-Nitride)으로 변경해, 1216개 사용하고 있다.”GaAs”에 비해”GaN”반도체 송수신 소자는 출력이 3배가 된다.
F-2의 근대화 개수는 2009년부터 실시중으로, 내용은 다음의 항목.
* 공대공 전투 능력 향상에 모아 두어 AAM-4B 공대공 미사일 및 AAM-5 공대공 미사일의 탑재 능력을 갖게하는 기체 개수, 및 J/APG-2 레이더-에의 환장.1기 당 비용은, 기체측 개수가 3.2억엔, 신형 레이더-가 3.1억엔.
* JDAM(Joint Direct Attack Munition) 「GPS 유도 폭탄」기능의 부가.1기 당 비용은 2.8억엔.
*미츠비시 전기제, 타겟테잉·포드[J/AAQ-2]「외장형 적외선 전방 감시 장치」의 탑재 시험.양산화 후의 개수비는 1기 당 수억엔정도.
한층 더 개발중에서 만난 신공 대 함미사일 XASM-3의 완성(2018년), 양산 개시(2019년), 에 아울러 기체 개수가 행해지고 있다.
이것등 일련의 개수로 F-2의 종합적 전력은 미 해군의 F/A-18 E/F슈퍼호-넷에 강요하게 되어, 대러 시아·중국과의 군사 균형 개선에 도움이 된다.
「F-2」는, 전체 길이 15.5 m, 익폭 11.1 m, 완비 중량 22톤.엔진은 GE F110-IHI-129형 추진력 13.4톤 1기, IHI로 라이센스 생산 하고 있다.탑재 공격은 13개소의 하드 포인트에 연료 탱크를 포함해 8톤까지 가능, 공대공 미사일, 대함미사일, 500 lbs 폭탄등을 임무에 따라 다양한 공격을 탑재할 수 있다.
F-15J의 근대화 개수
「F-15」는 미츠비시중공업이 주계약으로, 좌석이 하나 있음형의F-15J·165기와 복좌형F-15DJ·48기의 합계 213기가 제조되었다.이것은 개발국 미국에 뒤잇는 보유수로, 미국 이외의 사용수 356기의 약 6할을 차지하고 있다. 2018년에201기를 운용중.조달 가격은 카즈키 약 120억엔.
항공 자위대의 F-15 J는 크게 나누어 근대화 개수를 실시한 「F-15 MJ」라고 종래형의 「F-15 SJ」의 두 개로 분류된다.근대화 개수는 「MSIP (다단계 능력 향상 계획)」라고 불려 1기 당 12.5억엔을 걸어 다음의 개수를 실시했다.개수 대상기는 이른바 후기형으로, 기내의 통신용 회선이 「MIL-STD-1553 B」규격에 준거하고 있는 기체로, 약 100기 있다.
*레이더-를 APG-63으로부터 APG-63(V) 1에 환장,
*센츄럴·컴퓨터의 능력 향상,
*공조 시스템의 강화,
*제너레이터의 능력 향상,
*공대공 미사일 AAM-4 B 및 AAM-5를 탑재 가능하게 하는 개수,
*우군과의 통신 기능 향상을 위한 FDL 탑재 개수(Link 16),
이것과는 별도로 자기 방위 능력 부여를 위해 NVG (Night Vision Goggle) 탑재 개수, 비용은 1기 당 0.8억엔.
그러나 방위성에서는, 러시아, 중국의 군비 근대화에 대응하기 위해(때문에) 근대화 개수 MSIP, 즉 「F-15 MJ」만으로는 불충분이라고 판단, 헤세이 31년도(2019) 예산안으로 다음의 새로운 개수를 요구하고 있다.즉；—
「전투기(F-15)의 능력 향상(2기 개수：101억엔), 주변 제국의 항공 전력의 강화에 대응하는 것과 동시에, 방공등의 임무에 적절히 대응하기 위해(때문에), 스탠드·오프·미사일(JASSM등 )의 탑재, 탑재 탄약수의 증가 및 전자전 능력의 향상등에 필요한 개수를 실시.※그 외 관련 경비(설계 변경등 )로서 별도 439억엔을 계상.」
보충하면, 「F-15 MJ」에 탑재한 레이더-APG-63(V) 1은, TokyoExpress 2018-07-16“이지스 함용 레이더-, 일·미가 협동 개발에 –레이더-기술 진보의 역사—”로 말한 것처럼 전형적인 「어레이 안테나형 기계식 빔·스캔 방식」이다.이것을 개량해 「전자적 빔·스캔 방식」AESA 레이더-가 「APG-63(V) 3」으로, 현재미 공군 F-15의 개수로 탑재중이다.미국의 보도에 의하면 개수 비용은 1기 당 약 10억엔으로 여겨진다.방위성이 헤세이 31년도 예산(2기로 101억엔)으로 요구하고 있는 「F-15 MJ」용의 레이더-가 APG-63(V) 3이 되는지, 전술의 미츠비시 전기가 개발하는 Ga-N소자를 사용하는 신레이더-가 되는지, 분명하지 않다.
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防衛装備庁、新戦闘機「F-3」用AESAレーダーを公開
『TokyoExpress 2018-11-24 “空自次期戦闘機「F-3」、2025年の初飛行なるか”』などで紹介してきたように、防衛省では[F-3]に関わる技術について少しずつ公開してきた。すなわち大推力エンジン技術、ネットワーク戦闘技術、大型ウエポンベイ技術、その他である。今回明らかになったのは「高出力小型レーダー技術」の中身、新しい「AESA (active electronically scanned array)」レーダーである。
図１：(防衛装備庁/Aviation Week Colin Throm) 防衛装備庁公表の「26 DMU」に説明を追加した図。「F-3」は、これを基本にして、開発中の関連技術を搭載した機体となる予定。
公開された新AESAレーダー・アンテナは、三菱電機が製造しF-2戦闘機に搭載されているJ/APG-2レーダー・アンテナとほとんど同じ形、サイズで、F-2に取付け試験されるようだ。
防衛装備庁は、これを11月28-30日に開催された東京国際航空宇宙展で展示した。展示されたレーダーは、本物の高出力AESAレーダーで、最新のセンサー・システムと一体化した構造になっている。センサー部分は液冷システムで発熱を防いでいること、半導体素子は窒化ガリウム(Ga N = Gallium-Nitride )素子であること、以外の詳細は明らかにされていない。
防衛省では新戦闘機の開発を2019年3月末までに、国内での独自開発か外国他社の協力を得て開発するかを決めたいとし、2030年代の配備を目指している。
今回航空宇宙展で展示したレーダーは、F-2戦闘機にそのまま搭載可能な形状で、F-3搭載を目的とした技術実証モデルと考えられる。
アンテナ面は幅およそ74 cmで、裏面には冷却液を送るチューブが付いている。専門家の意見では、F-16やそれを改造したF-2などの小型戦闘機ではレーダーに冷却液を送るのはかなり難しい。冷却剤は可燃性なのでチューブはパイロットから離す必要があるためだ。その点F-3はF-22ラプター戦闘機より大型になる予定なので大きな障害にはならない。
展示されたレーダーの背面には”500 hr ”と記入してあり、恐らくこのAESAレーダーは地上試験装置で500時間の試験運転を完了したものと考えられる。
図２：（防衛省）展示されたAESAレーダーはF-2搭載可能な大きさである。しかしアンテナ面の背後に組み込まれるプロセッサーは、F-2に搭載されている[J/APG-2]（図３）よりかなり小型になっているようだ。
図３：（防衛省）F-2用三菱電機製[J/APG-2]レーダー（Ga N素子モジュール使用）は、撃ち放し能力を持つ[99式対空誘導弾改(AAM-4B)]が使えるよう探知距離を百数十kmに伸ばしている。アンテナ面には多数の小さい送受信素子(T/Rユニット)が並んでいる。小型ながら米海軍のF/A-18用レイセオン製[APG-79]AESAレーダー（Ga As素子モジュール使用）に匹敵する性能を持つ。
実際のレーダーはこの1.5倍ほどの大きさとなり、敵レーダー電波の反射を少なくするため傾けて取り付けられることになる。
何れにしても実証モデルと実際のアンテナとの間に大きな差はない。特に送受信素子(T/R Unit = transmitter/receiver module/unit)の外形を示すアンテナの外周の形は変わらない筈だ。試作レーダーのアンテナ面はカバーに覆われているので、送受信素子は見えない。送受信素子は、一つ一つが小型レーダーで、電子ビームは電子的にコントロールされ、同一方向に高速でスキャンされ、目標を探査する。
このレーダーが使っている窒化ガリウム(Ga N)半導体製送受信素子は、高出力で低ノイズ、従って目標探知距離が長い。我が国では2010年ごろから護衛艦やF-2戦闘機に採用されている。最近では日英共同開発の長距離空対空ミサイルMDBAメテオール(Meteor)のシーカーに採用が決まっている。
F-2には、かつて三菱電機製AESAレーダー[J/APG-1 ]が使われたが問題が生じたため、6年前から同社製の改良型J/APG-2 AESAレーダーに換装されている。従って、これが今回さらに更新されるとは考えられない。
しかし同じ空自のF-15のレーダー換装に使われる可能性はある。F-15用の最新型レーダーはレイセオン(Raytheon)製APG-63(V)3 AESAレーダーで、米空軍のF-15は性能向上策の一つとして採用が進んでいる。しかし、APG-63(V)3は従来型のガリウム・砒素(Ga As= Gallium -Arsenide)半導体素子を使っている。
以下に「中期防衛力整備計画(平成26-30年)」にある“航空自衛隊の近代化計画”」と「平成31年度防衛予算概算要求」に記載してある「F-2」と「F-15J」の近代化改修の概要に触れて見たい。
F-2の近代化改修
F-2は、空戦の他に対地、対艦攻撃もできる多用途戦闘機として日米共同で開発された機体。米国のF-16C/Dブロック40を基本とし、旋回性能向上のため翼面積を増やし(29.7m2から34.84m2へ)、軽量化のため炭素繊維複合材を多用、離陸性能改善のためエンジンを推力向上型に変更してある。
平成7年(1995年)初飛行後、平成23年(2011年)に94機目(他に試作４機)となる最終機が納入された。定期整備後の試験飛行で1機全損(2007年10月)と津波被害(2011年3月)で5機の全損が発生した。このため現有勢力は88機に減少している。これが3個飛行隊と操縦教育訓練部隊に配備されている。単座型のF-2A(62機)と複座型のF-2B(32機)が製造された。
F-2の最大の特徴は三菱電機製J/APG-1レーダー。実用機搭載では世界初のAESAレーダーで、ガリウム−砒素(GaAs=Gallium-Arsenide)半導体製の送受信素子約800個を直径70cmの平面アンテナ上に並べていた。これを改良し探知距離を伸したのが近代化改修で換装したJ/APG-2レーダーである。半導体素子を窒化ガリウム(GaN=Gallium-Nitride)に変更し、1216個使用している。”GaAs”に比べ”GaN”半導体送受信素子は出力が3倍になる。
F-2の近代化改修は2009年から実施中で、内容は次ぎの項目。
＊ 空対空戦闘能力向上にため、AAM-4B 空対空ミサイルおよびAAM-5空対空ミサイルの搭載能力を持たせる機体改修、およびJ/APG-2レーダーへの換装。1機当たり費用は、機体側改修が3.2億円、新型レーダーが3.1億円。
＊ JDAM(Joint Direct Attack Munition)「GPS誘導爆弾」機能の付加。1機当たり費用は2.8億円。
＊ 三菱電機製、ターゲッテイング・ポッド[J/AAQ-2]「外装型赤外線前方監視装置」の搭載試験。量産化後の改修費は1機当たり数億円程度。
さらに開発中であった新空対艦ミサイルXASM-3の完成(2018年)、量産開始（2019年）、に併せて機体改修が行なわれている。
これ等一連の改修でF-2の総合的戦力は米海軍のF/A-18E/Fスーパーホーネットに迫ることになり、対ロシア・中国との軍事バランス改善に役立つ。
「F-2」は、全長15.5m、翼幅11.1m、全備重量22㌧。エンジンはGE F110-IHI-129型推力13.4㌧１基、IHIでライセンス生産している。搭載兵装は13ヶ所のハードポイントに燃料タンクを含み8㌧まで可能、空対空ミサイル、対艦ミサイル、500lbs爆弾などを任務に応じて多様な兵装を搭載できる。
F-15Jの近代化改修
「F-15」は三菱重工業が主契約で、単座型のF-15J・165機と複座型F-15DJ・48機の計213機が製造された。これは開発国アメリカに次ぐ保有数で、アメリカ以外の使用数356機の約6割を占めている。 2018年で201機を運用中。調達価格は一機約120億円。
航空自衛隊のF-15Jは大きく分けて近代化改修を行った「F-15MJ」と従来型の「F-15SJ」の二つに分類される。近代化改修は「MSIP (多段階能力向上計画)」と呼ばれ１機当たり12.5億円を掛けて次の改修を行った。改修対象機はいわゆる後期型で、機内の通信用回線が「MIL-STD-1553B」規格に準拠している機体で、約100機ある。
＊レーダーをAPG-63からAPG-63(V)1に換装、
＊セントラル・コンピュータの能力向上、
＊空調システムの強化、
＊ジェネレーターの能力向上、
＊空対空ミサイルAAM-4BおよびAAM-5を搭載可能とする改修、
＊友軍との通信機能向上のためのFDL搭載改修(Link 16)、
これとは別に自己防衛能力付与のためNVG (Night Vision Goggle)搭載改修、費用は1機当たり0.8億円。
しかし防衛省では、ロシア、中国の軍備近代化に対応するため近代化改修MSIP、すなわち「F-15MJ」のみでは不十分と判断、平成31年度(2019)予算案で次の新しい改修を要求している。すなわち；—
『戦闘機(F-15)の能力向上(2機改修：101億円)、周辺諸国の航空戦力の強化に対応するとともに、防空等の任務に適切に対応するため、スタンド・オフ・ミサイル（JASSM等）の搭載、搭載弾薬数の増加および電子戦能力の向上等に必要な改修を実施。※その他関連経費（設計変更等）として、別途439億円を計上。』
補足すると、「F-15MJ」に搭載したレーダーAPG-63(V)1は、TokyoExpress 2018-07-16“イージス艦用レーダー、日米が協同開発へ –レーダー技術進歩の歴史—”で述べたように典型的な「アレイアンテナ型機械式ビーム・スキャン方式」である。これを改良し「電子的ビーム・スキャン方式」AESAレーダーが「APG-63 (V)3」で、現在米空軍F-15の改修で搭載中である。米国の報道によると改修費用は１機当たり約10億円とされる。防衛省が平成31年度予算（２機で101億円）で要求している「F-15MJ」用のレーダーがAPG-63(V)3になるのか、前述の三菱電機が開発するGa-N素子を使う新レーダーになるのか、明らかにされていない。