雷神公司应用GaN技术提升SPY-6雷达与高超音速飞行器性能，引领国防科技创新

一条亮黄色的机械臂延伸到生产线上方 25 英尺，每次抓取一个 150 磅的灰色立方体，并将每个立方体小心翼翼地放入六面框架中。 

该机器人正在建造 SPY-6 雷达，这是美国海军舰队中最先进的雷达，以其强大和灵活而闻名。这些灰色立方体可以组合和配置以适合任何船只，每个立方体内部都有一个微型半导体，使这一切成为可能：氮化镓，一种晶体物质，可帮助雷达泵出更多的射频能量。 

氮化镓（GaN）在雷达系统中的使用是雷神公司先进技术团队早期的标志性成就之一，该团队不仅发现和开发早期技术，还发现和开发用于该技术的下一代武器和传感器。

“我们的团队包括业内最聪明的人才，他们将精湛的技术运用到日常工作中。他们关心我们保护军人的使命，”该团队总裁科林·惠兰 (Colin Whelan) 说道。“这就是他们来这里的原因。” 

Advanced Technology 的 GaN 研究始于对美国海军增强雷达能力计划的响应，该计划最终催生了 SPY-6。

“海军说，‘我们预见到了威胁，我们需要一种新的雷达，但我们不能用砷化镓来制造它’，”首席工程研究员史蒂夫·伯恩斯坦说。“很明显，如果我们试图用当时最主要的半导体，也就是砷化镓来制造雷达，它会很大而且很昂贵，因为你必须把许多小功率放大器芯片组装在一起才能达到你想要的功率水平。”

随后，先进技术公司通过国防高级研究计划局、美国空军和导弹防御局赞助的项目，完善了 GaN 原型。这项工作证明，他们可以制造出比砷化镓雷达更小、功率却是其五倍的雷达。

该团队与雷神公司的另一个业务部门海军动力合作设计了 SPY-6 雷达，利用新型 GaN 半导体以最小的尺寸和重量实现最大的性能。  

雷达的工作原理是利用射频能量覆盖一个区域，然后测量该能量从目标反射回来所需的时间。以下是 GaN 如何使 SPY-6 成为海军最强大的雷达。 

GaN 是微芯片的一部分，可以非常有效地将电能转换为射频能量

这种效率可以在更小的空间内产生更大的功率，从而更快地检测威胁

现在，海军计划在每艘新驱逐舰上安装 SPY-6——未来十年将安装近 40 艘。 

雷神公司在马萨诸塞州安多弗建造了一座占地 170 万平方英尺的生产设施，拥有先进的制造能力，可以快速制造雷达，满足海军的需求。

“我们的团队是第一个开发用于军事用途的 GaN 的团队，并在雷神公司的一家工厂投入生产，并使其在国防应用中值得信赖，”Whelan 说道。“这成为了雷达设计的基础——那块小小的芯片。现在，我们在船上安装了带有 GaN 的雷达，它们的性能甚至超出了我们的想象。” 

以下是雷神先进技术公司为作战人员开发新功能的另外两种方法。 

高超音速飞行器（速度超过 5 马赫）可以在不到一小时内飞越美国大陆。高超音速飞行器会产生大量热量，导致飞行器外形发生改变，进而影响其空气动力学性能。

这个问题阻碍了高超音速飞行数十年。但是，先进技术公司通过 DARPA 项目证明了建造高超音速机身是可能的，这种机身可以飞得足够远、足够快，以满足军方的需求。

该团队试飞了一种名为高超音速吸气式武器概念（HAWC）的系统，速度超过 5 马赫，飞行距离超过 300 英里，高度超过 60,000 英尺，打破了纪录。

HAWC 概念将雷神公司的吸气式高超音速武器与诺斯罗普·格鲁曼公司的超燃冲压发动机相结合，后者可压缩周围快速流动的空气，以极高的速度提供持续推进力。超燃冲压发动机系统也具有高度机动性，这意味着它们可以轻松躲避传统拦截器。

该团队的原型证明了超音速冲压发动机设计是可行的，而且该技术已经足够成熟，可以开发真正的武器系统，因此美国空军开启了一项创纪录项目的竞标。雷神公司竞标并赢得了最大的高超音速武器项目之一：高超音速攻击巡航导弹（HACM），这是首创​​的系统，预计将于 2027 年投入使用。

“我们在美国创造了第一枚可发射的超燃冲压发动机导弹的记录，”惠兰说。“你很少有机会说出这样的话，你的团队打破了所有记录，然后赢得了一个创纪录的项目，真正制造出了可以对抗这些严峻威胁的导弹。这对每个人来说都是一种奇妙的感觉。”

HACM 项目经理 Nate Szyba 表示，超音速飞行条件几乎不可能在地面上实际复制，因此先进技术团队投入大量资金进行数字模拟和建模，以构建一个独一无二的概念。以下是它如何提供帮助。

美国很少有测试设施能够接近复制飞行性能，而且它们消耗大量能源

使用数字线程和建模来模拟数千小时的飞行有助于减少资源消耗并提高工作效率

模拟还允许他们同时测试飞行的多个方面，而不是单独测试，以获得更真实的结果

当 HAWC 首次飞行时，该系统的轨迹几乎与他们的模型完全匹配。

“在飞行之前，我们使用了各种子系统测试来巩固我们的预测工具，例如飞行过程中表面如何升温或发动机在轨迹过程中产生多少推力，”负责地面测试部分的 Sally Warning 说道。“然后我们可以将真实的飞行数据重新插入这些模型中，这为我们的下一轮预测增加了更多的可信度。”

布雷德霍夫特和希巴表示，能够在飞行中验证他们的概念，让他们有信心，下一代高超音速武器很快就会成为现实。

这也有助于赢得一些怀疑论者的支持。

“仍然有人说高超音速飞行器是未来的发展方向，而且他们永远都会这样认为，因为高超音速飞行器很难付诸实践，”希巴说，“但我认为更多的人会点击‘我相信’按钮。”

工程师们准备向美国陆军展示他们设计的新型防空反导雷达——但陆军表示他们需要的功率超出了原始规格要求。

而且，他们需要在大约一年半的时间内完成这项工作——这在一个行业中是一个不同寻常的速度，因为该行业的主要项目历来都需要数年甚至数十年的时间来展开。

领导新硬件架构技术团队的德里克·罗卡说：“很明显，团队需要设计一些全新的东西。”他们放弃了原来的想法，开始在餐巾纸上画草图。

先进技术公司与雷神公司的另一个团队陆地和防空系统合作，设计了一套系统，使陆军有足够的范围来探测和防御空域的现代威胁。

罗卡说：“我们汇集了公司 20 或 30 年来的雷达知识精华，进行了大量行业研究，并花了三个月的时间开发出最佳架构。”

仅 17 个月后，他们就制造出了低层防空反导传感器的原型。该系统也称为 LTAMDS，可以防御从小型、慢速无人机到同时从多个方向接近的超高速高超音速导弹等各种威胁。

这超出了陆军的预期。

与 SPY-6 一样，LTAMDS 使用氮化镓来提高其射程和分辨率。以下是雷神先进技术公司通过其设计实现卓越性能的其他几种方式。

数字 AESA 雷达同时执行多项任务模块独立工作，可以轻松更换，以提高可靠性，它具有软件定义的架构，可以适应当前和未来的战场技术

新颖的板条设计可以更好地管理热量，从而产生前所未有的动力

雷神公司赢得了生产六台雷达的合同。所有雷达均在同时进行测试和集成，以加快交付。

雷神陆地和防空系统高级主管鲍勃·凯利 (Bob Kelley) 表示：“五年内建造六架这样的飞机，并且已经进行了一系列成功的飞行测试，这是闻所未闻的。我无法将其与任何东西进行比较。”

罗卡表示，该公司的成功不仅得益于多年的研发，还得益于团队采用敏捷的工作方法以及人工智能、机器学习和增材制造等先进技术。

罗卡说：“我们拥有一支强大的团队，从设计到发布、从采购到建造和测试，我们都决心取得成功。”

该项目的技术总监史蒂夫·拉比特 (Steve Labitt) 表示，团队的动力来自于了解这项技术对公司及其客户意味着什么。

“对于国家和我们的国际合作伙伴来说，这将是一场令人瞩目的变革性表现。成为其中的一员并说‘我从一开始就在那里，我帮助推动了这一切’，”拉比特说，“我别无所求。”