自前蘇聯的艦載垂直發射系統(Vertical Launch System, VLS)於80年代初服役以來,西方對這種特殊的「轉膛式VLS」的運作方式即有種種的推測,而隨著蘇聯解體、俄羅斯改革開放後新資料的公佈,過去外界的各種推測也得到了驗證或修正。
艦載垂直發射系統的發展最早可追溯到1940年代末期,一開始是用在潛艇搭載的中長程彈道飛彈上。但因潛艇搭載的中長程彈道飛彈多屬戰略性武器,其發射需經重重授權,政策與作戰程序上的限制遠高於發射器的技術限制,故這類發射器並不特別講求戰術性能,除儲彈的安全性外對發射速率等性能也無太多的要求,設計重點在於如何實現安全可靠的水下發射。事實上潛射彈道飛彈會採用垂直發射系統,也不過是為了解決在潛艇有限容積內搭載最多飛彈所自然產生的方案,而不是特別針對垂直發射系統的特性。只有對接戰時間極為敏感的防空作戰,才是真正能發揮垂直發射系統的高射速、無射向限制特性的領域,因此本文的重點也放這個部分。
俄羅斯現役中的艦載防空飛彈用垂直發射系統共有3種,均由法克爾(Fakel)工程設計局負責研製,其中2種用於搭載S-300F/V601 Fort/RiF(SA-N-6),另1種則用於搭配Kinzhal(SA-N-9)。垂直發射系統一般可分為裝載飛彈的儲彈/發射筒、安裝/掛載儲彈筒的發射模組、裝填機構以及負責供電與系統控制的電子設備等4大元件,而俄式的轉膛式VLS在這幾個方面都與西方海軍用的VLS有很大的差異,有其自身特色。
S-300F/V601 Fort/Rif
S-300F的兩種垂直發射器分別為基洛夫級(Kirov)使用的B-203A與光榮級(Slava)巡洋艦使用的B-204。2種發射器雖然都是屬於3S41冷射式旋轉彈艙系統,每組發射器也一樣都含有8枚飛彈,但2者的運作機制卻有相當的差異。
基洛夫級的3S41/B-203發射器是前蘇聯最早服役的艦載防空飛彈用垂直發射系統,外界對基洛夫級的3S41/B-203發射器運作機制一般較無爭議,由於基洛夫的S-300F發射艙蓋是固定的,每套B-203發射器只有1個發射口可用(全艦共有12套B-203A,因此有12個發射艙蓋,而每套B-203含8枚飛彈,故12套共有96枚飛彈),所以每套B-203A發射器內的8枚飛彈必須共用1個發射口,顯然的每一枚飛彈只能藉由旋轉機構將待射飛彈依序送到這個發射艙蓋下方,才能將飛彈射出。比較大的問題是不能確定這些飛彈是以裸彈方式直接裝填於甲板下的彈艙中,還是像陸基版的S-300P一樣是先將飛彈裝於專用的儲存/發射筒內,再放到旋轉機構的導軌上。
而當裝備著3S41/B-204系統的光榮級巡洋艦於83年9月16日通過博斯普魯斯(Bosporus)海峽而為西方第一次發現後,對於這套發射器系統的運作方式外界就有了各種不同的看法。依外觀看每套B-204發射器各有8個圓形艙蓋成環狀排列,每個艙蓋下方應該各有1枚5V55飛彈,而在8圓形艙蓋的中央部分則安裝有1個方形的艙蓋開關裝置,這個方形裝置與8個圓形艙蓋其中1個較厚、形狀也較特殊的艙蓋以2根小型支撐臂連接。當時西方的觀察家對這套發射器如何運作曾有過3種推測:
(1)發射裝置中央的艙蓋開關裝置為可旋轉的結構,這個裝置在運作時可一邊旋轉,同時依序打開各個艙蓋,以發射各艙蓋底下的飛彈。換句話說也就是甲板下的飛彈彈艙是固定的,會旋轉的只是艙蓋的開啟機構。
(2)每套發射器底下的8枚飛彈係以環狀排列方式容納於旋轉式彈艙中,也就是類似一般旋轉舉臂式發射器或自動艦砲甲板下的儲彈裝填方式。而與中央裝置連接的那個較厚的艙蓋是專用於發射的艙蓋,發射前先開啟這個艙蓋,再以旋轉裝置轉動甲板下的彈艙,將飛彈送到這個發射專用艙蓋下方位置發射。也就是說甲板上的艙蓋機構是不動的(只會開啟那個發射專用艙蓋口而已),會旋轉的是甲板下的儲彈機構。
(3)運作方式與(2)相同,但甲板下的飛彈係儲存於專用的儲彈/發射筒中,而不是如(2)般係以裸彈方式裝填於旋轉彈艙內。
當時多數看法都是認為(2)與(3)較為可能,至於為什麼要採取這麼複雜的發射機制,一般的看法是與飛彈的燃氣彈射機構有關,可能是每組發射器的8枚飛彈都共用同一組彈射機構的關係,因此必須把儲彈筒一一的轉到彈射機構的位置。
而在蘇聯解體後,隨著資料的陸續公佈,現在依據照片已能證實B-204是採用(3)的機制,每1枚飛彈都是置於儲彈筒內,再安裝到發射器的旋轉架上。每組發射器含有1個圓柱型的旋轉柱,每個旋轉柱可掛8個儲彈/發射筒,掛彈後的轉柱直徑約3.8公尺,至於轉動機構則位於旋轉柱下方。運作時8個彈筒隨著旋轉柱底部的環型軌道旋轉,依序轉到發射艙蓋下方,通電並饋入發射參數後,即可發射飛彈。
S-300F用的儲彈筒外型與陸基版的S-300P大致相同,兼具儲存、運輸與發射功能,密封彈筒可保證飛彈無須檢測就能夠保存10年。彈筒長度約7.8公尺,直徑約1公尺,重678kg,彈筒頂部具易碎頂蓋設計,在頂蓋的背面預刻有凹槽,在3×105Pa壓力下即可破碎。而彈筒底部則有飛彈固定機構、彈射器與2個燃氣發生裝置(gas generator),沿彈筒的徑向方向則設有活塞筒與拉桿,彈筒外的底部則為旋轉導軌與電纜。彈筒內的2個燃氣發生裝置中1個用於彈射飛彈,另1個則用於解除飛彈彈體與彈筒間的鎖定並衝破彈筒的頂蓋。彈射裝置可將飛彈彈射到離甲板25公尺高的空中,並賦予飛彈30~40m/s的初速。經整修後,S-300F的發射筒有3~4次的重複使用壽命。基洛夫與光榮級上均有專用起重設備,可將飛彈發射筒從甲板上送到甲板下的儲彈艙滑軌上固定,整個裝填作業完全機械化。
Kinzhal(SA-N-9)
Kinzhal(SA-N-9)的3S95發射器外型與運作方式類似於光榮級上的B-204,但可動部位恰好相反,甲板下的儲彈筒為固定不動,而發射艙蓋則會以50~55°秒的速度將唯一的發射口轉到待射飛彈的儲彈筒上方,以便發射飛彈。每組3S95發射器也是含8組飛彈發射/儲運筒,每個儲彈筒長3.1公尺,直徑約0.3公尺,儲彈筒內部亦有燃氣發生裝置、活塞筒、拉桿、提彈勾等彈射裝置,可將飛彈以20m/s的速度彈射出彈筒,並賦予飛彈21.7~27m/s的拋離初速,整個彈射行程為900公厘,彈射制動時間為0.085~0.12秒。飛彈被彈至18~20公尺的高度後才會點燃自身的火箭發動機。
俄式垂直發射系統的冷射機構
俄羅斯的垂直發射系統都是採用以燃氣為動力的冷射方式發射,3S41與3S95間的冷射機構雖稍有差異,但基本原理是相同的。冷射也稱作外動力發射,意即發射的動力是來自彈體之外,不過與用在大型彈道飛彈上直接以儲彈筒底部的高壓燃氣將彈體推出的冷射機制不同,3S41與3S95的燃氣是透過活塞與拉桿的中介來彈射飛彈,作為發射動力源的燃氣發生裝置係安裝於儲彈筒內的底部,當彈射裝置接到飛彈發射指令後,將先接通點火線路將燃氣發生裝置中的主裝藥點燃,當燃氣發生裝置內的氣體壓力達到一定值後,燃氣發生裝置的噴口堵片即會破裂,使燃氣進入活塞筒,當燃氣的推力達到一定值後,飛彈與儲彈筒間的鎖定裝置解脫,燃氣的壓力將推動活塞筒及連動的推杆提拉飛彈,將飛彈彈射拋出儲彈筒,飛彈拋出一定距離後再點燃自己的火箭發動機。而密封的儲彈筒亦可保固10年而無須檢修。
冷射 v.s. 熱射
與多數西方垂直發射系統採用的熱射方式相較,俄國冷射系統的優點是飛彈被彈到空中後才點火,因此發射器本身無須承受飛彈尾焰的高溫,對材質的要求不高,也不用特別設置通風與增壓室來處理飛彈尾焰、廢氣的排放問題,因此結構較簡單,體積與重量均較小,而且發射筒的壽命也較長,一般均可在整修、更換燃氣產生裝置後重複使用數次。
不過冷射方式也有幾個難以解決的缺陷,首先被彈出發射器的飛彈一旦在空中點火失敗,很可能就會直接墜落在發射艦的甲板上造成意外;其次平時位於儲彈筒中的飛彈若發生意外點火的情形,發射器本身也缺乏燃氣排導設施來因應,將對艦艇造成相當大的危險;最後是冷射系統的彈射動作將帶給飛彈結構的瞬間負荷非常大,動輒達到數十個G,飛彈彈體須經特別設計才能承受(如許多反艦飛彈或巡航飛彈的就不能承受這樣大的負荷)。另外燃氣彈射的動能有限,對彈體的重量也有所限制,故不利於發射器的通用化。
針對前述問題,俄羅斯的冷射氏VLS也有一些因應措施,3S41與3S95裝艦時是採用與甲板垂直面成5°傾斜的安裝方式,使飛彈能以一定的傾角彈射出彈筒,如此飛彈在彈出後很快就會離開甲板上空,可降低飛彈點火失敗的危險性。由3S95彈射9M330飛彈(SA-N-9)的照片就能明顯看出,飛彈是以傾斜的角度被拋射出彈筒。另外所有的儲彈筒均有洩壓排氣孔,可因應一定程度的意外燃氣排導。
至於熱射就是利用飛彈本身的固體火箭發動機將其從發射器中推出的發射方式,因此又稱作自動力發射。熱射的優點是飛彈是依靠自身的動力緩緩射出,發射時彈體承受的負荷較低,因此可適應多樣化的飛彈系統。缺點當然就是必須設置一套可承受高溫、高壓高速燃氣流衝擊與燒蝕的燃氣排放系統,而且發射箱/筒由於直接受到高溫高壓的排氣流衝擊與燒蝕,壽命也有限(一般只能使用一次)。
排氣系統是熱射式VLS的技術關鍵所在,負有將飛彈排氣送到艦艇外安全區、避免燃氣流或發射震動影響到其餘備射飛彈的功用,可分為公用式與獨立式兩種,公用排氣道是指發射器中多枚飛彈共同使用1個排氣道,如美軍的Mk41;而獨立排氣道則是每枚飛彈都擁有自己的排氣通道,如英國的海狼VLS、以色列的閃電(Barak)等。不過排氣裝置雖然會增加全系統的體積與重量,但也有提高安全性的好處,發射器中的飛彈一旦意外點火或點火失敗,則飛彈發動機的排氣會被安全的排出,最多只是飛彈留在發射筒內而已,不會影響到發射器中的其他飛彈或是艦艇本身安全。
轉膛式VLS的缺陷
俄製VLS與西方VLS最大的差異是在冷射與轉膛式結構這2方面,冷射與熱射相較下算是互有優劣,沒有一定的好壞,只有選擇時的策略考量與取捨問題,至於轉膛式結構就幾乎是只見其弊而不見其利。除俄製系統外,某些西方國家正在研製中的VLS也打算使用冷射(見後文),但轉膛式的構造就只能在3S41與3S95上看到,連俄羅斯新一代VLS都放棄了這種構造。
因此可以說轉膛式VLS最大的缺陷就是在於旋轉機構上,每組發射器的8枚飛彈卻只有1個發射位置,只能共用1個發射艙蓋,因此1枚飛彈發射後,必須將另1枚飛彈旋轉到發射位置(3S41),或是將發射口旋轉到下1枚飛彈上方,才能發射飛彈。這種方式不僅增加了系統的複雜性,也增加了故障機率與成本,一旦旋轉伺服機構故障,整個系統就會停擺。更嚴重的是由於「旋轉」動作的存在,以致降低了整組發射器的射速。俄製轉膛式VLS的射速只能達到3秒1枚的程度,比美製Mk41的每秒1枚慢了許多,不過仍比舉臂式旋轉發射器要快。當前射速最高的旋轉式發射器是美製的Mk26雙臂發射器,射速為每5秒1枚,至於俄製旋轉發射器射速最高的則是Shtil(SA-N-7)的3S90單臂發射器,只能達到每14秒1枚的射速。
另外由於俄製轉膛式VLS是直接在每個模組位於甲板下方的彈鼓上掛載彈筒,較之西方的VLS是以每個格艙安裝1組儲彈箱的方式,轉膛式VLS的彈鼓與旋轉伺服機構將會佔據甲板下方原本可用於儲彈的空間,除降低艦艇空間的利用效率外,也減損了冷射方式帶來的減輕結構利益。而且轉膛式VLS的彈鼓所能掛載的彈筒尺寸與旋轉機構的承載重量均有一定限制,因而也限制了能使用的飛彈類型,只能搭配特定設計的飛彈使用,幾無通用性可言。所以像基洛夫級、光榮級等艦艇均設有多種飛彈發射器以分別對應不同的飛彈,對系統的配置彈性與可維護性都有負面影響。
至於俄式VLS為何要有這種旋轉機制至今仍眾說紛紜。顯然的,既然採用了獨立的儲彈/發射筒,而每個儲彈/發射筒又擁有獨立的燃氣彈射裝置,只要在每個彈筒的上方安裝可開啟的獨立發射艙蓋,理論上飛彈應該可以直接由儲彈/發射筒的位置射出,就像陸基版的S-300P一樣,而無須用到旋轉機構。使用旋轉結構一般有2種解釋:
(1)共用彈射動力:即每組發射器的8枚飛彈是共用1組彈射動力源,因此必須旋轉到特定位置才能接通並取得彈射用的燃氣動力。
(2)共用電源與信號輸出/輸入介面。也就是說每組發射器的8枚飛彈必須共用同一個電源接口與資料輸出/輸入介面,因此必須依序將每枚飛彈的儲彈筒旋轉到特定位置,接上電源與資料介面後,才能使飛彈通電,完成陀螺儀啟動與發射前自我檢測的動作,並通過信號介面接收射控系統的發射信號,以及饋入發射參數。
(3)提高甲板強度。甲板上開有越多的發射孔,對甲板強度造成的負面影響也越大,尤其像S-300F的彈筒直徑頗大,需在甲板尚開設相當大的發射孔才能因應。因此俄系VLS採用多枚飛彈共用1個發射孔的配置方式,減少甲板上的開孔,可能也是一個原因。這也有助於提高飛彈一旦點火失敗墜回甲板時,甲板對損傷的忍受程度。
早期的解釋多半是(1)即共用彈射動力的緣故,不過現在已能證實不管是3S41還是3S95,發射器的每個儲彈筒都有自身的獨立彈射裝置與動力源,因此共用彈射動力的解釋已不能成立。而(3)減少甲板開孔,提高甲板強度的解釋也有問題,像基洛夫級的前甲板連P-700(SS-N-19)反艦飛彈的傾斜發射器所開的更大尺寸開孔都能忍受了,很難理解為什麼反而不能承擔多開幾個尺寸要小的多的S-300F開孔。或許是因為基洛夫的前甲板在開設P-700發射器的超大型開孔後,強度已接近極限,因此在安裝S-300F時,寧可以甲板下方複雜的旋轉機構來換取較少的甲板開口,以避免過多開孔對甲板強度帶來負面影響。而在稍後建造同樣裝有S-300F的光榮級時,又直接沿用基洛夫級B-203A發射器的大部分結構成為B-204發射器,而沒有重新設計發射器,以求降低工程研製的難度。不過即使這個理由對S-300F來說可以成立,但對體積更小的Kinzhal就很難說的通了。
Kinzhal甲板下的彈艙是固定的,不像S-300F會旋轉,但設計單位不讓飛彈從固定彈艙的儲彈筒直接射出(就像陸基版的Tor(SA-15一樣)),卻在這個固定彈艙上面蓋上1個只有1個發射口的旋轉艙蓋,迫使飛彈發射時需等待旋轉艙蓋將這個唯一的射口轉到待射彈上方後才能射出,似乎是相當累贅的設計。設計單位或許認為與其為8組彈筒分別安裝8個可開啟的小型艙蓋,不如用一個只有1個射口的旋轉艙蓋要來的省事。但這樣一來旋轉艙蓋的故障將導致整組發射器失效,相較下獨立的小艙蓋就只會影響1枚飛彈而已。
以目前的資料看來,(2)可能是比較合理的解釋,不過很顯然的,要為發射器上的每個儲彈/發射筒各自加上獨立的供電與信號傳輸介面也不是什麼難事,也增加不了多少成本,如此即不需要旋轉機構,因此(2)這個解釋也仍有無法令人信服之處。如陸基的S-300P就可直接向發射架上的4個彈筒分別供電並饋入指令與發射參數,飛彈可直接從彈筒射出,完全不需要旋轉機構。因此分別與陸基的S-300P(SA-10)、Tor(SA-15)系出同源、服役時間也接近的S-300F Rif(SA-N-6)與Kinzhal(SA-N-9),在陸基版都是採用直接從彈筒射出飛彈的固定式發射器情況下,設計人員卻在艦載版發射器中引入「旋轉」這個機制實在令人費解。
不過後來一些從俄製轉膛式VLS衍生的系統也採納了前述直接由儲彈筒發射的思路,如中國052C驅逐艦上HQ-9防空飛彈用的6連裝發射器即是1個例子,052C的垂直發射器外型與俄羅斯光榮級巡洋艦的B-204十分類似,不過是採6連裝而非B-204的8連裝,雖然也是使用冷射方式,但每個儲彈位置都有可開啟的獨立發射艙蓋,因此飛彈可直接由儲彈位置射出,無須旋轉裝置。顯示中國這種VLS的各個儲彈筒除了擁有獨立的彈射裝置外,也擁有獨立的供電與信號介面,因此應能達到比俄製轉膛式VLS高出許多的發射速率。
俄羅斯的新一代垂直發射系統
俄羅斯後來也體認到轉膛式VLS的缺陷,在新研製的VLS上只保留了冷射方式,而放棄了旋轉機制,並在模組化、通用化、小型化與降低成本方面有所加強,以提高系統的佈置與使用彈性。
如俄羅斯特種機械工程設計局(KBSM)研製的3S14E發射器即採用了類似西方VLS的格艙式結構,每模組組含8具發射筒,格艙式結構除能省略旋轉機構、提高儲彈密度外,也提高了通用性。3S14E發射器原為容納P-800(SS-N-26)以及俄印合製的PJ-10布拉莫斯(BrahMos)飛彈所設計,但也能使用Club-N系列飛彈(3M54E/E1、3M14E、91RE2等),是第1種能通用多種飛彈的俄製VLS。而法克爾設計局與法國DCN國際/Thales合作研製的響尾蛇VT-1冷射式VLS也採用格艙式結構,每個格艙可容納4組VT-1彈筒,但法克爾設計局在此暗中只是提供冷射技術給法國而已,發射器的主要設計是由法國進行,因此不能完全反映俄國新的設計走向。另外牛郎星(Altair)海軍無線電電子研究所為Shtil-1飛彈系統設計的新型VLS也是採用格艙結構,可安裝垂直發射型的9M317ME飛彈(SA-N-12),每個模組含有12具圓柱式發射筒;另外還會衍生出可安裝S-300F/RiF-M(SA-N-6)的48N6E2或9M96E飛彈的款式,每模組含8或12組發射筒,每個發射筒可裝填1枚48N6E2或4枚小型化的9M96E。
這些新系統中目前已服役的只有3S14E,安裝在俄羅斯為印度建造的3艘1135.6型塔爾瓦爾級(Talwar)巡防艦上。印度下一代的Project-15A驅逐艦則據說將會採用牛郎星的Shtil-1垂直發射系統,每艘裝備4套模組共48枚飛彈。至於牛郎星的新VLS設計曾傳出中國感興趣的謠言,可能會與S-300F的外銷版Rif-M搭配銷售給中國,不過中國裝備Rif-M的051C型驅逐艦最後似乎還是使用與光榮級相同的B-204轉膛式發射器。
從3T到神盾第二部分,由於部分重要圖片尚待美國海軍提供,故本期無法連載,特此對讀者表示歉意。
262期從3T到神盾一文,64、65頁中央的梗犬飛彈,均誤植為韃靼飛彈,特此更正
http://www.diic.com.tw/mag/mag263/263-58.htm
從試驗模型看中國新一代驅逐艦的未來發展
武漢某處出現了一棟疑似驅逐艦上層建築和桅杆的神秘建築,疑似055級新大驅一體隱身桅杆
近日,武漢某處出現了一棟疑似驅逐艦上層建築和桅杆的神秘建築。據美國《大眾科學》月刊網站2014-5-1報導,這棟建築與數年前出現在此地的“遼寧”艦艦橋全尺寸模型性質相似,目的是為國產下一代驅逐艦進行雷達和電子系統的相容性測試。與已經服役的中國驅逐艦相比,所謂“下一代驅逐艦”外觀方面最大的變化恐怕在於其封閉式桅杆,本文將以公開資料和報導為基礎,展望中國海軍封閉式桅杆的發展情況。
新驅艦橋概貌
現在,艦橋全尺寸模型主體結構已經完工。從外觀看,該艦橋與中國海軍現役的驅逐艦艦橋有較明顯的風格延續,但全尺寸模型的桅杆卻是前所未有的新型設計。在052C/D型驅逐艦上採用的仍是傳統的桅杆,桅杆上逐級佈置耳台,在艦橋頂部搭起了一個從低到高、階梯狀的空間結構,用以安裝各種雷達、天線和光電探測裝置。全尺寸模型的桅杆體積比052C/D型的桅杆大得多,就是一個厚實的切尖金字塔形。只作為一個支撐結構的話,根本沒必要做這麼大。
中國海軍892全隱身桅杆武器試驗艦資
而全尺寸模型的桅杆上所開的孔洞,顯然也不是安裝支撐耳台所用——作為電磁相容測試模型,如果桅杆有耳台,那麼應該將耳台也搭建完成,並在耳臺上安裝相應的雷達和電子設備,以進行下一階段的測試。如此巨大的桅杆模型,應可判斷為新一代驅逐艦採用了封閉式集成桅杆。
外觀上的細節還包括:艦橋全尺寸模型的中部偏後有一明顯凹陷,幾乎將這棟建築一分為二。參照052D型的甲板佈置,這裡應該是後垂發系統的安裝位置。這意味著中國下一代驅逐艦並不打算採用類似于美國“朱姆沃爾特”級驅逐艦的側舷垂發系統,而是堅持將垂發系統安裝在艦體的中心線附近。
封閉式集成桅杆的技術發展
封閉式集成桅杆,因其具有較好的隱身性能,在一些文獻中又被稱為隱身桅杆。水面艦艇的雷達隱身方面,除艦體和上層建築外,桅杆、天線也是很重要的雷達散射源。桅杆在艦上的安裝位置最高,海平面附近的敵方探測平臺最先發現的就是己方艦桅,且由於需要集成大量的雷達、通信天線,桅杆的形狀也是極不規則的,極易形成雷達散射。不過,對桅杆“動手術”也不是那麼容易,作為一艘作戰艦艇,總體設計方面,一般還是需先保證本艦的探測能力,該裝的雷達一部也不能少,隱身方面的缺陷只能先擱置下去。各國水面艦艇的雷達隱身設計,均是先從艦體、上層建築開始著手,採用特殊的外形設計和特殊材料製造,但最終都要對桅杆“動手術”,以達到更優秀的隱身效果。
美國海軍在“斯普魯恩斯”級驅逐艦的桅杆隱身實驗
對桅杆進行隱身化設計,最早開始研究的是美國海軍。上世紀90年代,美國海軍在“斯普魯恩斯”級驅逐艦“亞瑟•拉福德”號(DD 968)上進行了一項改裝實驗,用一個巨大的玻璃鋼罩子,將該艦的後桅杆包裹起來。玻璃鋼封閉式雷達罩外形為特定傾角的多面體狀,具有較好的雷達隱身性能。但“亞瑟•拉福德”號的封閉式雷達罩的技術機密,在於它只對特定頻段的雷達波具有穿透性。由於採用特殊的材質,這個雷達罩可以讓安裝在它內部的SPS-40對海/對空搜索雷達發射的電磁波自由穿過,而其他雷達發射的其他頻段的電磁波卻無法自由穿過,而是大部分被反射開。加上雷達罩具有特殊的外形設計,從海平面方向(敵方艦艇、低空飛行的飛機)射來的雷達波將被向上或向下反射,只有極少部分能按原路反射回去被雷達接收機接收到。
“亞瑟•拉福德”號的封閉式雷達罩試驗進行得比較成功,但美國海軍只是將該艦作為技術實驗平臺,並不打算將“斯普魯恩斯”級全部按“亞瑟•拉福德”號的樣式進行改裝。實際上,“亞瑟•拉福德”號本身也只對後桅進行了封閉式改裝,它的前主桅仍是奇形怪狀的裸露結構。
“亞瑟•拉福德”號的試驗成果體現在了美國海軍後續設計建造的艦艇中,最先露面的就是“聖•安東尼奧”級船塢登陸艦。該級艦的桅杆正式代號為“先進封閉桅杆/感測器系統”(AEM/S),前後桅杆均為封閉式集成桅杆,這使其艦貌變得異常整潔,提高了雷達隱身性能。美國新一代驅逐艦“朱姆沃爾特”級則更進一步,採用了桅杆-艦橋一體化設計的封閉式集成上層建築體系。
隱身一體化的桅杆
但瀕海戰鬥艦卻是個例外,目前單體和三體型瀕海戰鬥艦都沒有採用封閉式集成桅杆,而是採用了類似“阿利•伯克”級的傳統桅杆結構,這可能與濱海戰鬥艦最初的設計目的有關。該艦原先是作為一種低成本的通用作戰艦艇設計,而封閉式集成桅杆的價格較為昂貴。此外,瀕海戰鬥艦本身安裝的雷達、感測器並不太多,因此桅杆結構簡單,不會造成太強的雷達散射回波。
在美國海軍之後,各海軍技術強國也相繼突破了此項技術。英國“伊莉莎白女王”級航母也採用封閉式桅杆,艦上的主要雷達、通信天線設計成平面式或球形陣列天線,封裝在用頻率選擇性穿透材質製成的桅杆內。45型驅逐艦安裝的“桑普森”有源相控陣雷達也作了類似的處理,它的雙面旋轉天線封裝在集成桅杆頂部的玻璃鋼球形外罩內。英國研製的集成桅杆具有較好的相容性和擴展性,內部能不斷加入新感測器,或是用新型號的感測器替換舊型號。
國內對封閉式集成桅杆的研製始于21世紀初。2009年,哈爾濱工程大學開始進行封閉式集成桅杆的水池拖曳試驗。2010年前後,進行了封閉式隱身桅杆的初步設計與效果評估。
該建築目的是為國產下一代驅逐艦進行雷達和電子系統的相容性測試。
技術難點
封閉式桅杆技術是較高端的艦船隱身技術。在技術方面,雷達罩所用的頻率選擇材料是第一個關鍵技術。它要求材料對特定波段的電磁波——即雷達罩內的雷達所使用的波段有極高的穿透率,對於這部雷達來說,這個雷達罩就跟透明的一樣;而對於其他波段的雷達波,則相當於不透明的。更麻煩的是,由於艦艇往往裝有多部不同波段的雷達,因此,我們必須研製一個由數種材料組成的系列產品,比如要為米波雷達尋找一種只能透過米波的A型材料;為釐米波雷達尋找只能透過釐米波的B型材料,為毫米波雷達尋找只能透過毫米波的C型材料……只有所有系列的材料都研製成功,才能算是完全搞定。
除材料問題外,在封閉式集成桅杆內,雷達和電子設備不可避免地會受到雷達罩的散射、折射干擾。此前的水面艦艇也有將雷達用玻璃鋼罩子罩起來的,但一般是為了防止海浪和鹽霧侵蝕,並不考慮隱身。因此,這些雷達罩多為標準的球體。而集成桅杆的雷達罩出於隱身考慮,一般採用多面體形狀,因此雷達波進出的時候,會發生折射,導致圖像畸變。如何濾去干擾波,使雷達正常工作,也需要進行大量的理論計算和實地測試。
進步意義
艦橋和桅杆集成了一艘驅逐艦絕大部分的雷達和感測器,由此可推出它大致的艦載武器配置方案。因此,一艘未誕生的驅逐艦,如果瞭解了它的艦橋佈局,就可以概略猜想出該艦的作戰能力。
總體上看,新艦橋的寬度比052D型驅逐艦略有增大,但精確的寬度資料仍無法得知,畢竟在武漢的這個陸地建築缺乏可靠的參照物,只能以舷窗數來粗略估計其寬度。因此,對於新型驅逐艦的尺度與排水量,目前從全尺寸模型上也不能精確推斷。艦橋與桅杆的全尺寸模型證明,這一型驅逐艦的設計思路仍延續了中國驅護艦研製的漸進漸改路線,並不是大跨度的飛躍式發展。該型驅逐艦的主雷達系統安裝方式與052D相同,具體型號可能會更換為性能更好的產品,但在技術上仍有延續性。增添的新元素是封閉式集成桅杆,這是在前幾年理論論證和原型機試製的基礎上,遵循裝備研製的原則與流程而誕生的。
隨著艦艇技術的發展以及中國海軍對驅護艦任務需求的增加,新一代驅逐艦將承擔更多的作戰需求。在立體化的航母戰鬥群中,新一代驅逐艦將作為戰鬥群的防空、反潛基幹力量,而在其他任務編組的水面艦艇編隊中,新一代驅逐艦可能將承擔指揮艦任務。這意味著,該艦的指控能力、通信通道以及感測器系統,要能支援指揮數個海面戰術作戰編隊和多艘潛艇以及多批次空中作戰飛機。
此外,從中國國家安全和戰略的需求出發,新一代驅逐艦還需要具有接收和回饋天基、空基和陸基作戰資訊能力,可與陸基和空基指揮所同步作戰綜合態勢,即時決策;在有足夠的作戰資訊系統支撐的情況下,還需具有在中段甚至上升段攔截中程彈道導彈的能力。
中國055型驅逐艦想像圖
在雷達、電子對抗及通信天線的高度集成化的條件下,艙面電子設備佈局將會非常簡練,而開放式通用介面顯控機櫃給後續升級工作帶來便捷。在作戰流程上,簡化指揮層級,減少戰位,減輕操作人員的工作強度。
結 論
無論封閉式桅杆還是更上層樓的封閉式上層建築,在國外均已有應用先例,2種設計的目的是一致的,都是要解決電磁相容和隱身性問題。
中國工程院院士、兩代驅逐艦的總設計師潘鏡芙先生就非常重視封閉式桅杆(上層建築)的發展,他曾專門撰文指出“目前我海軍水面艦艇上的艦載雷達、通信和電子戰系統天線林立,影響艦的隱身性和電磁相容性。進行射頻一體化,發展多功能相控陣天線、採取超寬頻和重構等技術手段,形成艦載射頻集成系統,實現資源分享、統一調度; 將一體化的射頻集成系統與艦上層建築( 或桅杆) 綜合集成共外形於一體,能解決水面艦艇天線擁擠、隱身性和電磁相容性差的問題,從而可有效提升艦艇的作戰能力。”
對於發展此類技術的思路,他則特別強調“上層建築( 桅杆) 射頻綜合集成的陸上試驗是必不可少的。必須設計製造上層建築( 桅杆) 射頻綜合集成大型模型,進行上層建築( 桅杆) 射頻綜合集成的陸上試驗,驗證集成射頻電子設備性能以及上層建築( 桅杆) 射頻綜合集成後的隱身性和電磁相容性能。試驗成功後設備才可裝艦。”
http://mil.news.sina.com.cn/2014-05-26/1629781454.html
中國人民解放軍PLA最急需啥武器?眾說紛云,但似多不足。
在「和平共享」的<中國大戰略>下(習近平未來應會調整胡錦濤的「和諧社會」為「和平共享」),研發出能在大洋上先看/打到美國航母和F22/35匿迹戰機的武器。 這就不能單靠PLA現有的陸上預警雷達/防空/反導系統和東風21/東海10反航母飛彈,或海上傳統的神盾驅逐艦,而必須在大洋上有:多顆低軌偵察衛星、同温層預警飛艇或超地平線預警艦、以及配有遠程反艦/防空(反導/攻陸/反潛)飛彈的巡洋艦。
如此,即使PLA沒航母也不怕老美了,若再有航母和兩棲攻擊艦,就更能支持中國的「和平共享」大戰略:
擱置爭議,共同開發東海/南海/藏南,中國沒必要與日越印等國爭占不毛之島/地,而是全力開發油/水(引藏南水北調黃河)資源,若日越印等敢搞破壞、就趁機痛宰之。(詳參【圖博館】:中艦南海逼退美艦 中國水荒)
這樣一來,全球尤其亞非拉美的眾多開發中國家,便會信服於中國軟(如中國動輙上百億美元的經援非洲/東協)硬(如上述軍事戰略)兼施的「和平共享」大戰略了。
…………………
和平崛起:和平瘋爆2/99
別傻了 愛好和平的中國人
反中者不會讓你和平崛起的
人賤所以欺善怕惡
故台灣馬善被人騎
賤人更是欺善怕惡
故菲人就欠揍
馬英九一軍演
菲律賓非常怕
中國主席胡錦濤就欠胡性
整天倡導啥「和諧理論」
唱到 2008 年北京奧運奏起國歌
國際大導演張藝謀「和」字舞台
在開幕式升起炫目的張式美學時
反中的文化流氓大罵法西斯美學
所以習近平就學聰明了
美歐大國不要和平崛起是嗎
那中國就來個大國崛起
周邊小國不要擱置爭議共同開發是嗎
那中國就宣示主權單獨開發
巡洋艦:不祥之器101/165
共軍有六七千噸052C/D
和055八九千噸神盾艦
還不滿足還要搞巡洋艦
只怕會重蹈二戰時日軍
約與航母同重的大和艦
一出海便被美戰機擊沈
不然就像南韓的神盾艦
一萬二千噸卻大而不當
怎麼了
只准美俄有巡洋艦
不許中共有巡洋艦
更何況有後發優勢
052D的64單元的通用垂射系統
就可通射防空反艦反潛攻陸導彈
不像南韓神盾艦的獨立垂射系統
萬噸級巡洋艦算啥
賣台軍事家
阿楨屍哲的全能艦
不只能發射反導反衛星導彈
還能發射衛星和反航母導彈
在多顆低軌海洋監視衛星
和十幾公里高平流層
太陽能預警飛艇
及艦上神盾
的導引之下
即使全能艦艦隊
也能以遠程防空導彈
尤其是反航母和反艦導彈
不對稱地對抗美國航母艦隊
三軍聯合:不祥之器61/165
什麼
空天一體作戰
空海一體作戰
那是美中大鳥
才玩得的遊戲
其他小鳥能玩
三軍聯合作戰
就已經夠屌了
三軍聯合太落伍了吧
二次大戰時的老把戲
如何反抗美人的強暴
把戲雖然舊
但有新玩法
面對大美人
阿楨再當回賣台軍事家
首先要解放大男人意識
自宮俄式的大陸軍體制
將省下的錢建立新體系
空中有中巴合作的
運八預警機和梟龍
在加油機加油下
防禦型國家不需
SU27等重型戰機
陸地有遠程反隱預警雷達
以及紅九等遠程防空導彈
海上有二千噸級三體艦
載有預警和反潛直升機
導引二百噸級雙體船上
遠/中程的防空/反艦導彈
若再加海底的AIP潛艦
應能拒美人於千里之外
以上多層次的安全套
雖然美人想強暴你
你絕對逃不了
但不易得手