從東引雷達站回顧美台協防期間,
空軍戰管雷達演變史(上)
結論先講:
台灣的戰管雷達防禦架構,說是美國在《中美共同防禦條約》(1954-1979)期間所協助建立並逐步完善的,並不為過。例如從1950到1970年代之間,空軍先後換裝功率更強的搜索雷達與測高雷達,又將重要的雷達站遷往高山,並在東引設置前進雷達基地,都是為了擴增雷達涵蓋範圍、增加防空預警時間而進行的改良措施。
文:廖英雁,寫作領域為海巡執法、軍事評析及歷史研究
2022年2月5日,東引島有民眾發現不明後掠翼飛機低空飛越,引發恐慌。儘管在6日間,陸軍東引指揮部對外宣稱是民用定翼雙槳飛行器,仍讓人再次留意東引對台澎防禦的價值。
而在這起爭議之外,東引島上1968年起部署的空軍雷達站,正是台灣防空重鎮之一,不但見證了空軍戰術管制雷達(簡稱戰管雷達)體系的演變史,也與冷戰美軍協防台灣期間規劃的防空系統息息相關。
1950年代末期:擴增雷達網高空涵蓋範圍
其實台灣的戰管雷達防禦架構,說是美國在《中美共同防禦條約》(1954-1979)期間所協助建立的,並不為過。冷戰前期美國鑑於反共因素,積極扶植自由世界國家,因此包括日本、大韓民國、中華民國、南越、高棉在內,都是美國在亞太地區大力經援、軍援,乃至舉行共同演習的盟友。當時流離到台灣的中華民國,也藉由中美協防的後盾得以續命,從此依據台海環境重新建設國防。
在美方協助下,中華民國空軍很快在1950年代建立起頗有規模的戰管雷達架構,以台北空管中心(ARCC)為中樞,下轄石門、馬公兩個管制報告中心(CRC,Control Reporting Center,能管制、報告、指揮戰機起飛攔截),與鵝鑾鼻、外埔、三貂角三個管制報告站(CRP, Control Reporting Point,能管制和報告,無法下令作戰),以及金門、馬祖兩個報告站(RP, Reporting Point,僅有監視能力)。裝備方面也全為美製,共有5部AN/FPS-8長程搜索雷達、2部AN/FPS-6長程測高雷達、7部A/TPS-1D中程搜索雷達、5部AN/TPS-10D中程測高雷達,對4萬呎高度的偵測距離可達170到195海里。
不過,從空軍1958年的《戰術管制雷達系統現況及改進辦法》報告顯示,由於台海峽縱深短,上述涵蓋範圍在指揮F-86F戰機攔截解放軍Mig-17(殲5)或Il-28戰機時,預警時間仍然不足,在馬公西北方、岡山附近的低空也存有2處缺口。
於是,中華民國空軍在協調美軍顧問團(MAAG, Military Assistance Advisory Group)空軍組後,申請1958年度軍援預算內351萬5300美元的雷達器材費、1959年度軍協內預算新台幣525萬元的工程設施費,對部署做出調整,並換裝新型雷達。
在改進部署方面,中華民國空軍把鵝鑾鼻管制報告站(CRP)升級為管制報告中心(CRC),使管制報告中心增為3座;北部的三貂角管制報告站(CRP)也遷移到南部的大岡山,改善低空涵蓋範圍,原處改設一座報告站(RP),避免殘留雷達死角。
同時各式美援雷達也進行汰換:石門、馬公、鵝鑾鼻3座CRC的AN/FPS-8搜索雷達,由具有高增益天線及雙工制的新型AN/FPS-33取代;增設3部新式AN/FPS-6A長程測高雷達,並將2部AN/TPS-1D中程搜索雷達,換成有高增益天線的新型AN/FPS-36雷達。所有長程搜索、測高雷達的天線外部則增建防風雷達罩,減少因惡劣天候導致停工的時間。
上述工程大約於1960年中竣工。此後中華民國空軍雷達網最大偵測高度擴增為10萬呎,對4萬呎高度的搜索距離增加為220海里。
1950年代末期中華民國空軍的戰管雷達更新措施,增廣了高空涵蓋範圍。(影像編修/廖英雁)
1960年代末期:設置高山雷達站,強化低空涵蓋範圍
中華民國空軍戰管雷達升級的性能優勢,並未維持太久。1960年代起,隨著解放軍空軍換裝超音速的Mig-19(包含仿製的殲6)戰機,台灣海峽的防空預警時間再度被壓縮。
儘管在此期間,空軍陸續把AN/FPS-33搜索雷達換成有抗干擾能力的AN/FPS-88,也把大岡山、外埔2處管制報告站(CRP)的AN/FPS-6測高雷達換成同系列-6A、-6B、AN/FPS-89等改良型,又增設火炎山、花蓮等報告站(RP),彌補站點之間的死角,效果仍然有限。
1960年代空軍在「鳳陽演習」後的檢討更指出:自福州出擊的Mig-19只需10分鐘23秒即可飛抵台北,但當時台澎金馬各地的戰管雷達站地勢過低,無法涵蓋海峽中部的低空,將形成敵機偷襲的空隙。在與美軍顧問團研商後,中華民國空軍決定將管制報告中心(CRC)的長程雷達遷往高山陣地,以利延伸500呎低空的雷達涵蓋範圍。此即1967年起展開的「東昇計畫」與「高瞻計畫」。
正在安裝罩片的CW-396A硬式雷達罩與底下的AN/FPS-6測高雷達。操作人員發現CW-396A雖能保護雷達,卻增加了光柵波瓣與旁波瓣的效應,降低觀測效能。(圖/Lavrench, W.(1961).)
所謂「東昇計畫」,是在東引島興建一座管制報告站(RP),接替原有馬祖RP的任務。當地雷達站草創之初的裝備,皆為接收友軍汰換或庫存物資,如AN/FPS-6測高雷達、AN/FPS-8搜索雷達、來自鵝鑾鼻CRC的CW-396A硬式天線罩,連AN/FPS-8的地線,還是島上守軍拆零SCR-584防砲雷達的廢舊電纜,再克難改製而成。不過東引RP在1968年竣工運作後,立即增強空軍在台灣海峽北部的偵測與管制能力,高空涵蓋範圍更遠達中國大陸浙江省的路橋,證明這座前進陣地的價值。
至於「高瞻計畫」,則是在台灣北部竹子山、中部鹿場大山、南部大樹林山各建一座雷達陣地,接替石門CRC、外埔CRP、馬公CRC的任務,各個子計畫以1號到3號命名,分別為:高瞻1號,將石門CRC遷移到竹子山(此後改名為嵩山),石門原處及三貂角的雷達陣地則部署機動雷達,輔助嵩山陣地觀測;高瞻2號,將外埔CRP遷移到鹿場大山(此後改名為樂山),外埔原處的雷達陣地也予以恢復,輔助樂山陣地觀測。
至於高瞻3號,原本預計把馬公CRC雷達陣地遷移到大樹林山(此後改名為大漢山),鵝鑾鼻雷達陣地維持不動,但在節約預算的考量下,最後改將鵝鑾鼻CRP遷建與移防到大漢山,馬公CRC反而保留了下來。
高瞻、東昇計畫相繼實施後,各戰管雷達站的低空涵蓋距離增廣了一倍,通信效能也獲得增加。
然而,高山雷達站遭遇強烈的固定回波與海面反射雜波,嚴重影響觀測效果。空軍只得再次商請美國太平洋空軍總部(PACAF)協助,展開下一階段的改善計畫,透過增加雷達、改善設施來彌補涵蓋範圍,經費同樣由美方負擔。這個從1971年起實施的專案,則稱為「突擊邊緣計畫」(Commando Edge Program)。
1950年代末期中華民國空軍高瞻計畫(雷達站遷往高山)的效益分析圖,強調低空涵蓋範圍能大幅增加。(影像編修/廖英雁)
1974年,從清泉崗(CCK)基地起飛的駐台美軍F-4C戰機,在馬公CRC附近低空衝場,這個動作俗稱為Bubble Check。(圖/維基共享)
結論先講:
冷戰中美協防台灣(1954~1979)期間,美國協助中華民國逐步完善防空雷達體系。這些雷達站台雖由國軍操作,但明顯可見美軍顧問團與廠商出謀劃策的身影,也讓美國得以掌控中國大陸沿海航空兵力動態。即使後來美國拉攏中共、撤出顧問團、和中華民國斷交,仍保有對台非正式的軍事技術輸出,為天網防空系統埋下伏筆,影響持續至今。
1970年代初期:雷達升級,改進雜波濾除與電子反制能力
在「突擊邊緣計畫」裡,空軍重新安排戰管雷達的部署,分別為:3座作戰管制中心(CRC),配置在北部嵩山、中部樂山、外島馬公,編列管制中心;6座管制報告站(CRP),設在金門、東引、花蓮、外埔、大岡山、大漢山,由管制報告中隊駐守;3座報告站(RP),位於三貂角、石門、鵝鑾鼻,由報告分隊駐防。在此波調整中,裁撤了北部的火炎山RP,花蓮、東引RP則升格為CRP。
雷達的換裝,也是突擊邊緣計畫的重點。1972年10月,國境北端的東引CRP終於以新型AN/FPS-37汰換原有的AN/FPS-8搜索雷達。而嵩山、樂山、馬公CRC與金門CRP的AN/FPS-6測高雷達,也由Matin Marita公司的AN/FPS-90所取代(AN/FPS-6改良版本,改用發射功率較強的QK-338A磁控管,並換裝新型接收器)。
汰換下來的AN/FPS-6則在翻修後,轉交友軍次要CRP或RP使用。與新式雷達搭配的裝備,還包括新型CW-860硬式雷達天線罩,取代容易產生光柵波瓣(grating lobes)和旁波瓣(sidelobes)的CW-396A天線罩,進一步提升抵抗自身干擾與濾除雜波的能力。
值得注意的是,突擊邊緣計畫的台、美兩方紀錄並不一致:美方記載此一專案於1974年8月生效,後來被取消;但在中華民國空軍內部公文裡,所有1971到1974年間的搜索雷達汰換工程,仍沿用「突擊邊緣」的稱呼。
在此期間,空軍還執行了「和平邊緣計畫」(Peace Edge Program),向美方GD公司(General Dynamics,通用動力公司)採購4組升級套件,把嵩山、樂山、馬公、大岡山的AN/FPS-88搜索雷達修改為新型AN/FPS-110,於1975年起陸續運作。前述汰換的AN/FPS-88雷達同樣在翻修後轉移給友軍的2、3線CRP使用,取代更老舊的雷達。
美方1975年的檔案記載突擊邊緣計畫是「遭取消的台灣防空雷達性能提升專案」(以*號標示),但這個名稱仍被中華民國空軍沿用。(影像編修/廖英雁)
突擊邊緣、和平邊緣計畫於1975、1976年陸續竣工後,中華民國空軍將第一線戰管雷達更新為AN/FPS-110測高雷達、AN/FPS-90搜索雷達,發射功率更強,抗干擾和雜波濾除能力更佳;2、3線的站點,則以AN/FPS-6A/B、AN/FPS-89測高雷達搭配AN/FPS-88、33、37等搜索雷達互相涵蓋。
可惜AN/FPS-110與AN/FPS-90,遭遇不少操作與維修的困難。以AN/FPS-90為例,它並非GE公司原廠的AN/FPS-6改良款,而是Matin Marita公司的產品,換裝了功率更強的磁控管,未料耗損率也明顯提高,許多AN/FPS-90的操作國家為了減少故障、保持可靠度,不得不換回AN/FPS-6的舊式QK-327A磁控管,亦即新、舊產品只有接收器的差別。中華民國可能也包含在內。
GD公司的4座AN/FPS-110也是好事多磨,台美雙方好不容易解決對於技令內容要多詳細的歧見,並在1975年起陸續安裝、測試與運作,誰知這批雷達到了1976年底就有九具旋轉耦合器(rotary coupler)故障!
在時任美軍駐台顧問團團長馮納(Leslie R. Forney Jr)准將建議下,空軍先在4座AN/FPS-110裝上其他型號的旋轉耦合器作為替代品,卻又會縮減偵測距離。馮納准將只好安排麥克萊倫空軍基地(McClellan AFB)的後勤部門主管飛抵台灣展開改善會議,並針對旋轉耦合器研擬永久性的改良措施。經過此次改良措施的AN/FPS-110,可能就是日後所稱的AN/FPS-110B。
1970年代末期:非官方軍事合作的濫觴,自動化防空網的誕生
1970年代起,隨著美國外交政策轉向,駐台美軍顧問團的規模、人數、合作內容乃至階級都大幅削減。在中華民國一連串的外交挫敗(1971年被中共取代聯合國「中國」代表席次、1972年美國與中共建交、1978年12月美國與中華民國斷交)後,美軍顧問團也於1979年解散,改由文職的美國在台協會(AIT,American Institute in Taiwan)技術組接掌,《中美共同防禦條約》的協防則降級為《台灣關係法》的「出售防禦性武器」。
儘管檯面上已經斷交,美方對台的非正式軍事技術輸出並未停止,促成了1980年代高性能防禦戰機(IDF)、武進3號H930 MCS戰鬥系統、M48H勇虎戰車、三大飛彈族系(天弓、天劍、雄風)的「自主國防大爆發」。另一方面,其實早在中美斷交之前,空軍戰管雷達體系便已透過類似的管道,埋下新一代防空系統的伏筆。
由於直到1970年代初期,中華民國空軍戰管雷達仍高度仰賴人力描跡、紀錄與下達指令,不論如何延伸雷達涵蓋範圍,終究縱深太短,反應時間不足。反之,若以計算機取代人工作業,就可快速整合各個站點的雷達情資,大幅節省指揮、管制、通信、研判、下令的時間。
1975年,空軍參考美軍1950年代半自動化防空系統(Semi-Automatic Ground Environment, SAGE)的概念,成立「自動化防空系統籌建處」,選定休斯(Hughes Aircraft)公司為承包商,以有線、無線(微波)通信鏈路,串聯各個雷達陣地與鷹式防空飛彈營,再以測高雷達自動報高設備取代部分人工作業,將雷達陣地的訊號資料回傳至中央電腦,由其計算處理,把資料整合於作戰管制中心的顯示器上,形成既能引導戰機攔截、又能引導飛彈接戰的防空網。這個計畫很快有了新名字,也就是日後廣為人知的「天網」。
1977年間,休斯公司頻繁派員來台勘察各個空軍雷達陣地,中華民國空軍則選派人員赴美受訓。1978年11月15日,天網防空系統完成建置,比起卡特總統與台灣斷交的12月16日還早了一個月。1979年1月11日,空軍總部發函回覆自動化防空系統籌建處,表示「系統接收證書准予備查」;同一天,自動化防空系統籌建處如期裁撤,天網從此開始運作。
1980年9月,時任副總統謝東閔視察東引戰管雷達站,畫面左上角可見雷達天線罩(箭頭所示)。(圖/國史館檔案系統)
此後,空軍陸續透過商售或軍售管道引入AN/TPS-43(75)、HADR、AN/FPS-117等雷達,天網架構則多次擴充、納編與升級,包括1980年代到90年代的「強網」、2000到2010年代的「寰網」(以美商Lockheed Martin為主承包商),乃至近年空軍與美商Raytheon集團合作、發展海空聯合接戰自動化防空網路的「寰展計畫」等等計畫,都是雷達換代更新、以速度更快的計算機節省時間、提高資料鏈通信流量、擴大雷達站點整合範圍、延伸火網串聯數量……等概念的延續。
回顧空軍戰管雷達演進史,可以發現:冷戰美國協防台灣(1954~1979)期間,美國協助中華民國逐步完善防空雷達體系。這些雷達站台固然是由國軍操作,但在選址、規畫、安裝、測試、訓練、維修、後勤、售後服務等方面,都可見到美軍顧問團與軍火企業(如GD、Martin Marita)奔走籌畫的身影,也讓美國透過國軍雷達情資,掌控中國大陸沿海航空兵力動態。
即使1970年代後期美國親共,仍然容許國內廠商(如休斯)對台技術輸出,讓空軍因緣際會趕在中(中華民國)美斷交、軍事顧問團解散之前建構了「天網」系統,為日後的強網、寰網、寰展架構奠定基礎,影響直至今日。
寰網系統能指揮陸基的防空飛彈攔截目標。圖為「三軍聯合實彈射擊103-3號操演」鷹式飛彈發射瞬間。(圖/國防部)
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