海 軍小神盾設計圖
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資料來源:全球防衛雜誌222期「夢醒時分由海軍終止先進戰系案看潛艦採購」高智陽著
田單級飛彈巡防艦
田單級小神盾艦較後期的假想圖,雖然裝備與上層結構較
成功級截然不同,但艦體仍依稀留有派里級的影子。
1990年代初期競爭結果揭曉,由奇異航太領導的團隊擊敗了雷松團隊,取得台灣海軍ACS合約。除了前述奇異航太曾與中科院合作研發相陣雷達的淵源外, 最重要的原因在於優利系統公司/奇異航太就是是神盾戰系/SPY-1相位陣列雷達系統的原班人馬;事實上,海軍老早就私下稱ACS為「小神盾艦」。奇異團隊的陣容包括:負責雷達的奇異航太(也是主承包商)、提供MK-41 VLS的洛克西德.馬丁公司、研發戰鬥系統的優利系統、提供標準以及海麻雀防空飛彈的休斯飛彈系統公司以及負責艦體修改的吉柏斯(Gibbs & Cox)顧問公司等。
起跑
在決定主要系統的承包商後,ACS似乎可以正式執行了。但是理想與現實永遠存在著極大的差距,當海軍帶著期望與憧憬準備動手執行時,越來越多跡象顯示這件案子會問題重重,而且超乎想像地具挑戰性。雖然理論上光華二號第二批的各關鍵技術來源都可達成,但是實際上要在合理的預算與時程內整合卻不是件容易的差事。首先,整合一艘主戰艦艇的各個偵測系統與武裝本來就是一件大工程,何況還是一套能同時追蹤、接戰許多目標的高檔系統。ACS另一個日後越來越明顯的技術問題是這些新系統需要裝置在派里級既有的艦體設計上,導致設計上必須經過很大的變更。
在1988年葉昌桐繼任海軍總司令,大約在一年多之後,光華一號被改成六艘依照派里級規格、兩艘照ACS規格。當時ACS合約商的選擇尚未決標,但是海軍承辦單位審視各廠商提供的資料分析後,便認為ACS案勢必不可能在上級預定時程與預算內完成。於是葉昌桐便打算取消「小神盾」的建造,但是以參謀總長劉和謙為主的國防部卻堅持海軍必須繼續下去;最後雙方妥協,改成只先建造原型艦田單號。此外,即便到了ACS競標結果出爐並與獲勝廠商簽約,ACS的規格、要求性能等卻仍不清楚。
海軍將ACS案分作「定義階段」(definition phase)與「執行階段」(implementation phas)兩部份:定義階段為期一年,廠商需將詳細構型、規格、性能訂出來,並估算經費。在此階段中,台灣方面派遣一個ACS小組赴美配合廠商作業,這個小組的主要成員來自中科院,此外還有幾個台灣海軍的技術軍官。定義階段結束後,海軍評估此一ACS設計是否可行,如果可以才進入執行階段。在1993年初,ACS案的定義階段正式啟動。
想像的田單級線圖,與西班牙的F-100有幾分相似。
艦體構型
在1980年代末ACS案進行初期,前述有意角逐的眾多美商紛紛提出簡報,各類裝備配置方案五花八門。區域防空飛彈方面,自然都是能應付飽和攻擊的垂直發射系列,除了主流的美製標準SM-2之外,也有廠商「投其所好」地提出將台灣自製天弓陸基防空飛彈修改成艦載垂直發射防空飛彈系統的方案;但由於天弓飛彈的原始設計並未配合MK-41,因此這類構想並不合實際。近程防空方面,當時ACS構想以短程防空飛彈和方陣近迫防禦系統構成雙層防禦系統,短程防空飛彈的選項包括垂直發射的以色列閃電一型(Barak-1)、美國與西德合作開發的RAM公羊短程防空飛彈,以及由當時台灣開發中的天劍二型主動雷達導引空對空飛彈修改成垂直發射防空飛彈的提案。艦砲方面,早期ACS曾考慮MK-45 五吋(127)艦砲與OTO 76mm 三吋(76mm)快砲等西方主流自動艦砲。防空雷達方面,除了前述GE的ADAR-2N與雷松的C-MAR 等相位陣列雷達之外,也曾有非相位陣列雷達的選項;當時海軍也在考慮是否要在相位陣列雷達之外,另外保留一具傳統的二維對空搜索雷達,作為相位陣列雷達故障時的備援。在早期提案階段中,各廠商提案尚未牽涉到派里級艦體載台的修改細節;以某廠商的提案概念為例,其艦體結構仍以派里級相似,最主要的變更就是在艦橋後方原主桅杆位置安裝一大型塔狀結構,裝置四面相位陣列雷達的固定式天線,原本SPS-49二維對空搜索雷達與MK-92 CAS搜索天線等予以取消;照明雷達增為兩座,除了一座位於原位置外,艦橋頂部增加一座朝向前方;雄風二型飛彈由原本兩桅之間移到船艛與B砲位之間,艦首原MK-13單臂發射器的位置則換成16管垂直發射的天弓一型防空飛彈,原先位於船艛結構上的OTO 76mm艦砲也移至艦首A砲位;近迫防禦方面,除了機庫上方原有的MK-15方陣近迫武器系統外,艦尾艛也安裝32管垂直發射的天箭二型短程防空飛彈;為了騰出空間安裝天箭二型的垂直發射器,直昇機庫縮減為一座,對稱於艦體中軸線上,因此機庫門兩側還向內削去,用來容納兩門Bofors 40mm快砲。
當ACS案進行到載台設計階段時,海軍與廠商顯然都意識到派里級的載台必需進行大規模變更,否則如果直接在派里級船艛上加裝重量不輕的相位陣列雷達結構,將使艦體重心大幅升高而影響穩定性。此外,大量裝備更替或擴充之後,原本艦體載台的配重、應力設計都需要重新規劃,艦體規模也有放大的必要。在載台設計階段,負責的吉柏斯公司大幅修改派里級的艦體設計,船艛完全重新設計,改成封閉的堡壘構造以增加可用容積;艦首船艛頂部設置一個塔狀結構,容納四面相位陣列雷達天線。原為了吸收設置相位陣列陣列雷達而增高的重心,吉柏斯降低了派里級艦體中段船艛的高度,因此艦上船艛就分為前、後兩個較高的構造,前部設有艦橋、相位陣列雷達與主桅杆等,後船艛整合有煙囪與機庫等。省略中段船艛時,也同時減少艦體重量負荷以及側向受風面積;而中段船艛較低矮的部分則用來安裝雄風二型飛彈以及MK-32魚雷管等裝備。新的船艛構造也引進雷達匿蹤設計,整體外型十分洗鍊簡潔。
武器方面,如果依照派里級原始設計,艦首空間大概只能容納32個MK-41發射管,較原本MK-13還少八發,因此吉柏斯將新的艦體設計加長近13m,以容納48管的MK-41;除了加長之外,由於MK-41 VLS的高度比MK-13高2m,所以田單級的艦體也經過加深,舷寬也略為增加。此外,吉柏斯還將田單級的機庫減為一座,機庫兩側騰出的空間用來裝置短程防空飛彈的垂直發射器(考量仍為Barak-1、RAM與天劍二型垂直發射版)。值得一提的是,先前外界曾指出田單級因艦體深度不夠,只能使用獨一無二的MK-41陸射版短管版本,而且沒有空間安置垂直發射器所需的熱焰排氣系統;然而根據軍方以及相關廠商當事者指出,外人所謂「短管MK-41」其實是MK-41的戰術構型(Tactical,詳見美國海軍區MK-41垂直發射系統一文),深度6.76m,已經可以容納海麻雀、標準SM-2 MR(無加力器)與VLA垂直發射反潛火箭,完全滿足田單級的需要,且平台裝設配置並無問題,更何況垂直發射器稍微突出甲板也不是什麼嚴重的事情。射控方面,艦上裝備兩座用於導控防空飛彈的照明雷達(可能為SPG-62或STIR-240等),此外還有一具用來導引艦砲的射控雷達(可能為STIR-180或AN/SPQ-9等)。在吉柏斯的規劃中,田單級的方陣近迫武器系統增至兩座,分別位於機庫上方與艦橋前方的平台上。艦砲方面,吉柏斯在ACS的艦首規劃一門MK-45 5吋艦砲(位於艦首A砲位),岸轟與水面作戰能力比OTO 76mm快砲更為增強;至於原先成功級兩舷的兩門40mm砲則由於價值過低而予以取消,以減輕上層結構重量並節省甲板空間。經過上述大規模變動後,田單級的外型變得與原先派里級截然不同,成為一艘嶄新前衛的艦艇,滿載排水量超過五千噸,戰力也大幅強化,絲毫不可同日而語。
在ACS案進行初期,由於台灣海軍對田單級僅依靠相位陣列雷達系統並不放心,曾希望能另外加裝一具對空搜索雷達作為後備系統,一如美國提康德羅加級飛彈巡洋艦以一具SPS-49對空搜索雷達來作為SPY-1A的備援;然而派里級的載台尺寸遠不如提康德羅加級,上部構造加裝相位陣列雷達之後,實在沒有餘力再容納SPS-49雷達的大型天線。對此,海軍曾考慮選用曾被武進三型採用、體積重量均低的蘭Signnal DA-08/2對空/平面搜索雷達。不過派里級的載台容量終歸不足,提康德羅加級靠著加高船艛來安裝相位陣列雷達,並在船艛頂部的桅杆上設置SPS-49對空搜索雷達,兩者並無互相妨礙;然而ACS由於載台尺寸較小,只能在船艛頂部設置相位陣列雷達結構,而額外的對空雷達桅杆如果也安裝在船艛結構上,勢必妨礙相位陣列雷達的視野;而如果將對空雷達天線設置在相位陣列雷達結構頂部,則船體重心與受風力矩將大幅增加。總之,由於載台可用容量與電力供應都十分吃緊,ACS很難在相位陣列雷達以外再安裝一部二維對空雷達,因此在吉柏斯的設計方案中,便沒有再設置額外的對空搜索雷達。
ACS案廠商宣稱的性能指標是:ADAR-2N與ACS的組合能同時追蹤300個目標、追蹤其中20個目標,並接戰其中10個目標(每個目標以兩枚飛彈接戰);而早期神盾系統也只不過是同時追蹤200個左右的目標,並接戰其中18個目標。性能比當時神盾的進步的主因是由於ACS研發較晚,故能使用更先進的架構與技術:例如,ADAR-2N每面天線只有1056個移相器的天線,約是SPY-1A的1/4,理論上ADAR-2N因為天線孔徑小,波束較不集中,解析度與低角度目標追蹤能力理當遜於SPY-1A;但是ADAR-2N卻首創引進COTS商規組件來進行信號處理(其運算能力優於早期SPY-1A的軍規電腦組件),在測試時展現出優於同時期SPY-1A的低角度目標追蹤性能,SPY-1A直到後來也進行升級後才扳回一城。當時ACS戰系打算採用分散式開放架構,並大量引進COTS商規組件,主架構由多部採用COTS技術(使用MIPS R2000處理器)的Silicon圖形工作站組成,之間以FDDI光纖資料匯流排連接,所有顯控台的功能都可重新分配以因應可能的受損與降級運轉狀況(此為開全球之先河),此種架構遠比當時仍為半分散式且尚未引進商規組件的神盾系統先進得多(神盾系統直到2000年代服役的Baseline7,才真正實現了開放式全分散架構)。雖然ACS技術先進得多,部分海軍官員以及外籍顧問對於ADAR-2N與ACS組合的性能是否如廠商宣傳,都還是感到質疑。不過所謂「ADAR-2N是台灣海軍獨門貨色 」的說法,有點言過其實:前面已提及ADAR-2N與SPY-1和天弓飛彈系統的長白相位陣列雷達的血緣,而美國後來又推出SPY-1族系的縮小版──AN/SPY-1F,說穿了就是從ADAR-2N發展而來並換一個型號。如果ACS案能繼續發展,雷達的名目說不定也會改成這一個。
田單級的艦體尺寸以及裝備加碼後──尤其是引進了極為耗電的的相位陣列雷達,勢必會加重推進與電力系統的負荷。不過一反外界的印象,當時美方廠商認為理論上,派里級原有的動力系統足以支應;派里級的電力由四具總功率4000KW的柴油發電機提供,與後來配備APAR相位陣列雷達的德國F-124相當(不過F-124的APAR屬於功率損耗低的主動相控陣,體積重量與發射功率也低於SPY-1系列);就算仍然不夠,也能在不大改輪機架構的情況下強化功率輸出,如換用推力更大的LM-2500-3燃氣渦輪與輸出功率更高的發電機組;甚至,可以考慮把派里級頗受詬病的單軸推進系統改成雙軸,但如此機艙與傳動裝置又得整個大改。以日後挪威南森級神盾巡房艦的經驗,該艦四具總功率3600KW柴油發電機的配置,不足以同時提供四面AN/SPY-1F天線陣面運作,只能輪流供電,整體性能大打折扣;而西班牙F-100則以四具總功率4400KW的發電機來支撐AN/SPY-1D(F)的供電。總之,派里級以原始設計的4000KW供電量(介於F-100與南森級之間,與F-124相當)來支應相當於SPY-1F的ADAR2N,實用性似乎仍待檢驗,或許艦體規模與輸出功率仍有進一步放大的必要。
上 圖為美國海軍 FFG-7派里級裝 AN/SPY-5 相位雷達神盾系統化設計圖
上圖為 西班牙海軍 FFG-81聖塔瑪麗亞級
裝 AN/SPY-5 相位雷達神盾系統化設計圖
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