美國海軍近海戰斗艦任務包的研制與發展

李 楠，王 玨，陳忠杰，張 悅，陳 練

(中國船舶重工集團公司第七一四研究所，北京 100012)

美國海軍近海戰斗艦任務包的研制與發展

李 楠，王 玨，陳忠杰，張 悅，陳 練

(中國船舶重工集團公司第七一四研究所，北京 100012)

美國海軍近海戰斗艦通過安裝不同任務包以完成其主要作戰任務，模塊化的任務包設計使近海戰斗艦實現了“一艦多能”。但由于諸多新技術的應用，任務包的研制進度受到嚴重拖延。本文深入剖析了近海戰斗艦各任務包的組成和技術性能，并從采辦價格、研制進度和重量限制等方面分析了任務包的研制現狀。最后，在總結近海戰斗艦項目經驗教訓的基礎上，對未來海軍艦船模塊化設計技術發展趨勢進行展望。

海軍；近海戰斗艦；任務包

0 引 言

美國海軍的近海戰斗艦通過安裝不同的任務包，在近海環境下可分別執行反艦、反潛或反水雷任務。任務包大小基于標準船舶集裝箱設計，按照可更換原則設計制造，內含多種無人系統、傳感器和武器，可通過船舶或飛機運輸，在國內外港口更換[1]。這種設計將近海戰斗艦作為一種“海上框架”，安裝不同任務包后可分別替代原有的“佩里”級護衛艦、“復仇者”級反水雷艦和“旋風”級近海巡邏艇[2]。

任務包由多個任務模塊、操作維護特定任務設備和開展專門任務行動的艦員組成。其中，任務模塊包括任務系統、支持設備和相關軟件。每個任務系統又包含運載系統、武器系統和指揮控制通信系統，如圖1所示[3]。

1 任務包模塊組成

1.1 反艦任務包

近海戰斗艦的反艦任務包由艦炮任務模塊、反艦導彈模塊、航空模塊、海上安全模塊和任務包應用軟件組成[4]。

1）艦炮任務模塊

艦炮任務模塊的主要裝備是2套MK46-2型艦炮系統，配備MK44-2型30 mm“巨蝮”自動加農炮，最高射速200發/分，使用30×173 mm炮彈，彈艙裝彈量400發，2個裝彈機裝彈量240發/個。此外，該系統還配備了前視紅外傳感器、熱成像儀和激光測距儀。目前，該任務模塊具有對快速攻擊小艇和無人艇蜂群等水面目標的較強打擊能力，已通過上艦驗證，具備了初始作戰能力。

2）反艦導彈模塊

反艦導彈模塊的主要裝備是“長弓地獄火”反艦導彈以及配套的自持式火力控制發射系統、垂發支架系統、氣體管理系統和模塊化控制計算機等，其主要用途是應對近岸快速攻擊小艇和不斷發展的無人艇蜂群威脅。

由于空間和重量問題，在近海戰斗艦上安裝遠程反艦導彈存在較大困難。最初美國海軍和美國陸軍聯合開發了通用型導彈替代此前的“非視距”（N-LOS）導彈系統，2011年改為雷聲公司的“格里芬”IIB型導彈，2014年最終選擇了“長弓地獄火”反艦導彈[5]。艦載“長弓地獄火”反艦導彈AGM-114L長1.76 m，重49 kg，戰斗部重9 kg，射程8 km，單艦裝備24枚，能夠使用艦載“海上長頸鹿”雷達照射目標，并利用自身毫米波雷達引導打擊目標，具有較強的齊射能力和“發射后不管”的優勢，部署后將大幅提升近海戰斗艦的水面目標定點清除能力。該導彈已于2017年2月成功通過了試驗驗證，目前正在進行模塊的集成與測試，預計2018年形成初始作戰能力。

3）航空模塊

航空模塊的主要裝備是MH-60S“海鷹”直升機和MQ-8B“火力偵察兵”垂直起降無人機，2016年10月已形成初始作戰能力。

近海戰斗艦的機庫可容納2架MH-60S或1架MH-60S和3架MQ-8B。其中，MH-60S掛載可攜帶8枚“地獄火”導彈的2個MK299-2型發射架，配備GAU-21型12.7mm和M240型7.62 mm機槍。MQ-8B以商用“施韋茨”333直升機為基礎，機身長7.3 m，寬1.9 m，高2.9 m，主旋翼直徑8.4 m，空重940 kg，最大起飛重量1 429 kg，視距內飛行控制范圍277 km，升限3 800 m，有效載荷272 kg，續航時間9 h，續航力110 n mile，巡航速度230 km/h，最大航速231 km/h。初始設計集成Telephonics公司RDR-1700B海上監視雷達，精確搜索范圍為13.5 n mile，最大范圍43 n mile，升級后配備AN/ZPY-4雷達，性能得到極大提升，可在70 n mile范圍內精確搜索跟蹤200多個目標。MQ-8B部署在近海戰斗艦上的主要用途是執行反艦、反潛、反水雷和中繼通信、目標指示、情報監視偵察等任務，已通過了與MQ-60R直升機的有人-無人協同作戰概念驗證試驗，成功驗證了MQ-8B作為激光指示平臺引導MH-60S執行打擊快速攻擊小艇群和其他非對稱威脅任務的能力。

4）海上安全模塊

海上安全模塊的主要裝備是2艘11 m長剛性充氣艇以及配套的登船臨檢、搜救、搜查裝置，具有適用于巡視、登船臨檢、搜索和查扣的能力并降低被檢查者對抗執法的能力，目前已形成初始作戰能力。

“自由”級近海戰斗艦艦尾配備泛水尾門，上部設置通用3軸懸吊系統，用于小艇等任務模塊的在航布放和回收；而“獨立”級近海戰斗艦尾門設置較高，沒有泛水尾門，需通過上方設置的懸吊系統進行小艇和其他無人系統的收放。

1.2 反水雷任務包

近海戰斗艦反水雷戰任務包由遙控獵雷模塊、近水面探測模塊、機載滅雷模塊、近岸水雷監視模塊、無人掃雷模塊、掩埋雷獵雷模塊、任務包應用軟件、項目管理工作站、任務管理計算環境和計算設備組成[6]。反水雷任務包應對不同水深和不同類型水雷的措施見圖5和表1[7–8]。反水雷任務包目前已通過技術鑒定和演示驗證，首次部署時間為2019年。

1）遙控獵雷模塊

近海戰斗艦最初的遙控獵雷模塊主要裝備AN/WLD-1“遙控獵雷系統”，由半潛式遙控多功能無人潛航器（RMMV）和AN/AQS-20A探雷聲吶組成，主要用途是淺水區沉底雷的識別和深水區沉底雷、近底錨雷的探測、定位和分類。但由于RMMV的可靠性和可用性未達到海軍要求，已于2016年3月被取消。遙控獵雷模塊將改由“艦隊”級無人艇（CUSV）、AQS-20A探雷聲吶和捕捉系統等獵雷組件組成。

AQS-20A探雷聲吶攜帶側掃聲吶、體搜索聲吶、盲區填補聲吶、前視聲吶或光電識別傳感器，可實現對所有種類水雷的實時、半自主探測和分類。側掃聲吶主要用于底部和近距離內的水雷探測和分類；體搜索聲吶用于淺水區域近水面水雷的探測和分類；盲區填補聲吶和前視聲吶將補充其他獵雷聲吶的盲區并提供進一步的水雷探測和規避能力。聯合使用側掃聲吶、前視聲吶、盲區填補聲吶進行1次搜索即可實現對從海床到近水面區域內類水雷物體的探測和分類，并通過光電識別傳感器對近距離的錨雷和沉底雷生成高分辨率三維圖像進行主動識別。

2）近水面探測模塊

近水面探測模塊由MH-60S直升機、AN/AES-1機載激光探雷系統（ALMDS）組成，主要用途是深水區漂雷和近水面錨雷的探測、分類和定位。

機載激光探雷系統外部尺寸長2.7 m，直徑0.53 m，重365 kg，采用脈沖激光激發器和條紋管接收器進行近水面區域的三維掃描。2012年11月，機載激光探雷系統在MH-60S直升機上的測試結果表明其成熟度和部分能力未達到預期要求，但美國海軍當時仍接收了7套并計劃采購額外15套。目前，該任務模塊預計已于2017年第一季度形成了初始作戰能力。

表 1 反水雷任務包不同水雷威脅應對措施Tab. 1 The corresponding equipments of mine countermeasures mission package for mine threats

3）機載滅雷模塊

機載滅雷模塊由MH-60S直升機、AN/ASQ-235機載滅雷系統和EX64“射水魚”滅雷具組成，主要用途是淺水區沉底雷和錨雷的識別、消除。

MH-60S直升機通過安裝與AN/AQS-20A共用的可拆卸裝載、發射、拖曳和回收系統進行布放與處理系統的部署，實現EX64“射水魚”滅雷具的布放。其中，布放與處理系統長3.4 m，直徑39.4 cm，空中時空載重274.9 kg，載4個滅雷具時重341.5 kg，入水后空載重98.4 kg，載4個滅雷具時重101.4 kg，光纖長度1 500 m。EX64“射水魚”滅雷具長1.05 m，直徑13.5 cm，空中重16.6 kg，入水后重0.4 kg，采用電壓16.8 V、20 A鋰電池動力，航速0.5～6 kn，光纖長度2 000 m。

4）近岸水雷監視模塊

近岸水雷監視模塊由MQ-8B“火力偵察兵”無人機及其搭載的AN/DVS-1近岸戰場監視和分析系統（COBRA）、項目管理工作站組成，主要用途是提供精確戰場環境信息，如沙灘近水面區域的戰術目標、雷區和障礙物等。近岸戰場監視和分析系統（COBRA）預計于2017財年完成演示驗證。近岸戰場監視和分析系統是一個數字多光譜成像傳感器組件，長28 cm，裝于萬向轉向架上，包括1架高分辨率數字攝像機、6色旋轉濾光輪、1部激光測距儀和電子控制設備。COBRA Block1僅在白天使用，BlockⅡ具備晝夜探測能力。

5）無人水面持續掃雷模塊

無人水面持續掃雷模塊（UISS）由2艘艦隊級無人艇（CUSV）和無人水面掃雷系統（USSS）組成[9]。其中，無人水面掃雷系統由微型渦輪供電磁性拖曳線纜和聲信號發生器組成。無人水面持續掃雷模塊已于2011年夏成功開展了原型試驗，預計2018財年具備掃雷能力并交付。

6）掩埋雷獵雷模塊

掩埋雷獵雷模塊由“刀魚”無人潛航器（UUV）、收放裝置等組成，主要用途是沉底雷和掩埋雷的探測。組成該模塊的“刀魚”無人潛航器預計2019年交付。“刀魚”無人潛航器是剛添加進任務包的新型反水雷裝備，近海戰斗艦的需求文件中還未有此裝備，因為無人潛航器會降低反水雷任務探測和清除效率。

1.3 反潛任務包

反潛任務包由反潛戰護航模塊、魚雷防御模塊、航空模塊、反潛任務管理/指揮控制中心組成[10]。反潛任務包的核心模塊均為成熟產品，其主要技術難題是集成，因此反潛任務包沒有增量。2014年9月，反潛任務包在“獨立”號上進行了原理樣機試驗驗證。目前，反潛任務包正聚焦于減輕重量和軟件集成成熟度的提升，預計2018年交付。

1）反潛戰護航模塊

反潛戰護航模塊由可變深聲吶、多功能拖曳聲吶陣列、收放裝置、持續主動聲吶處理與控制系統、儲存裝置組成。其中，可變深聲吶為主動可收放聲吶；拖曳聲吶陣列為主被動低頻拖曳聲吶陣列，采用已廣泛應用于英國皇家海軍艦船的泰利斯公司2087型聲吶。

2）魚雷防御模塊

魚雷防御模塊由探測預警用多功能拖曳聲吶陣列聲攔截器（ACI）、輕型拖曳誘餌組成。

3）航空模塊

近海戰斗艦執行反潛任務時搭載MH-60R直升機，配備AN/AQS-22機載低頻聲吶、前視紅外傳感器、激光測距儀、逆合成孔徑雷達、主/被動聲吶浮標、AN/APS-153潛望鏡探測雷達、MK46/50/54輕型魚雷。

其中，AN/APS-153潛望鏡探測雷達為洛·馬公司集成到MH-60R“海鷹”直升機航空電子套件上的海上監視雷達，配備敵我識別雷達、自動雷達潛望鏡探測識別系統、遠程高清成像儀，可提供近海和海上態勢感知能力。機組任務人員可通過機上8 in × 10 in的彩色多任務顯示器控制，艦上人員可通過機載C波段數據鏈同步接收雷達信號。MK46魚雷主要用于深水區，MK50魚雷主要針對高價值的核潛艇，MK54魚雷主要用于淺水區。

2 任務包研制現狀

2.1 采辦價格

根據2014年項目調整，美國海軍計劃采購64套任務包，其中單艦任務包24套、反水雷任務包24套、反潛任務包16套。根據2017年美國國家審計署的報告，64套近海戰斗艦任務包的總采購費用預計為71億美元，包括研發成本26億美元，采購成本45億美元。其中，反艦任務包平均采辦價格約為3 260萬美元，反水雷任務包為9 770萬美元，反潛任務包為2 090萬美元，通用任務包設備套件為1 480萬美元。

2.2 研制進度

近海戰斗艦的每個任務包均包含多個增量研制設計，分別對應不同的關鍵系統。當所有增量均實現作戰能力時，任務包才具備完整的海軍所需的能力。由于設計問題、成本超支、制造工期延誤等多種原因，各任務包增量均出現了如前所述不同程度的問題和延期，如反水雷任務包“增量1”的遙控獵雷模塊預計在2015年實現初始作戰能力，而該模塊的半潛式遙控多功能無人潛航器由于可靠性和可用性問題于2016年3月遭取消，目前需采用無人艇重新設計驗證。

近海戰斗艦不同任務包增量的關鍵系統、試驗鑒定主計劃預期的初始作戰能力試驗進度及其延期計劃見表2[11]。從表中可看出，近海戰斗艦兩型艦的任務包初始作戰能力試驗進度均受到不同程度的延遲。

表 2 近海戰斗艦任務包不同增量的關鍵系統和初始作戰能力試驗進度Tab. 2 Key increments of mission packages and schedule of their initial operational capability test

2.3 重量限制

近海戰斗艦任務包雖然具有一定的重量靈活性便于未來的升級，但仍然對重量和尺寸設有閾值限制：各任務包的總重量不能超過180 t。這180 t中，105 t為任務包各系統設備的重量，其余75 t主要為支持該任務包運行而保留的燃油重量。

從圖10中可以看出11，各任務包增量研制完成后，反潛任務包已超出重量控制閾值4 t，反艦任務包尚有4 t重量余量以便后續升級，而反水雷任務包的重量會根據可選擇的設備方案而定。基于現有研制進度和未來考慮，近海戰斗艦目前正在針對各任務包進行減重：

1）通過減輕反艦導彈模塊的重量，反艦任務包將增加額外的5 t重量余量，最終可能達到9 t重量余量；

2）反水雷任務包未來有2種方案選擇，一是具備無人水面持續掃雷模塊和掩埋雷獵雷模塊兩者中的其中一個；二是同時具備2個模塊。雖然無人潛航器獵雷會降低近海戰斗艦的反水雷效率，但海軍依舊希望通過2個模塊的同時減重實現同時上艦；

3）海軍目前正開展反潛任務包各系統設備集成的減重設計，目標是減少10 t，但多處現有系統的重新設計使任務包充滿風險。

3 結 語

3.1 任務包形成作戰能力尚需時日

由于諸多新技術的上艦應用和多種任務系統集成的復雜，造成了成本上升、進度推遲、故障頻出等問題。從目前的研制進度看，近海戰斗艦多個任務包模塊的研制進度已延遲4年以上。此外，諸多系統的重新設計、新系統設備的引進等又給近海戰斗艦總體作戰能力的定型增加了更多不確定性。

3.2 通用平臺使近海戰斗艦“一艦多能”

近海戰斗艦采用“海上框架”艦型設計理念，以通用的艦型平臺搭載不同的任務模塊，形成可遂行不同作戰任務的多種類型的艦，總體性能均優于已退役的“佩里”級護衛艦、即將退役的“復仇者”級反水雷艦、超期服役的“旋風”級近海巡邏艇。與重新研制建造三型不同的艦相比，通用平臺的設計理念可節省大量研發費用。隨著建造數量的增加，平均單艦費用將更可承受。

3.3 未來水面艦的體系架構開放程度將越來越高

近海戰斗艦發展符合美國海軍“艦裝分離”的發展理念和趨勢，即將作戰裝備或載荷與本艦分離延伸作戰范圍，艦船僅作搭載平臺。雖然近海戰斗艦任務包可更換概念并不理想，但其開放式體系架構和模塊化即插即用可升級的設計理念仍值得借鑒，也是未來發展的重要方向之一。未來，水面艦船的體系架構開放程度將越來越高。

[ 1 ]RICHARD V., CARLY J., CECIL W.. Development of modular mission packages providing focused warfighting capability for the littoral combat ship[J]. Naval Engineers Journal, 2010, 4: 75-92.

[ 2 ]United States Government Accountability Office. Navy shipbuilding: Significant investments in the littoral combat ship continue amid substantial unknowns about capabilities, use, and cost[R]. 2013.

[ 3 ]PHILIP M.. LCS mission modules[R]. 2008 ASNE West Coast Combat Systems Symposium. 2008.

[ 4 ]United States Navy. Littoral combat ships-surface warfare mission package[EB/OL]. Http://www.navy.mil/navydata/ fact_dispaly.asp?cid=2100&tid406&ct2. 2016.

[ 5 ]LCS: The USA’s littoral combat ships[EB/OL]. Http:// defenseindustrydaily.com/the-usas-new-littoral-combat-shipsupdated-01343. 2017.

[ 6 ]United States Navy. Littoral combat ships-mine countermeasures mission package[EB/OL]. Http://www.navy.mil/navydata/ fact_dispaly.asp?cid=2100&tid425&ct2. 2016.

[ 7 ]CASEY J. M.. LCS mission modules program update[R]. Navy League 2016 Sea-Air-Space Exposition. 2016.

[ 8 ]SAM LA G.. LCS mission packages: The basics[EB/OL]. Https://news.usni.org/2013/08/21/lcs-mission-packages-thebasics. 2013.

[ 9 ]MICHAEL T.. Unmanned influence sweep system (UISS)[R]. UISS Industry Day. 2013.

[10]United States Navy. Littoral combat ships-anti-submarine warfare (ASW) mission package[EB/OL]. Http://www.navy.mil/ navydata/fact_dispaly.asp?cid=2100&tid412&ct2. 2016.

[11]United States Government Accountability Office. Littoral combat ship: Additional testing and improved weight management needed prior to further investments[R]. 2014.

Research and development of mission packages of US Navy′s littoral combat ship

LI Nan, WANG Jue, CHEN Zhong-jie, ZHANG Yue, CHEN Lian
(The 714 Research Institute of CSIC, Beijing 100012, China)

US Navy littoral combat ships get the majority of their combat power from mission packages. The modularity lead littoral combat ship to become one ship can do more than one can. However, owing to the application of too many new technologies, development schedule of mission packages is severely delayed. In this study, the compositions and corresponding technique status of three mission packages were researched through in-depth analysis. Beside, current developmental situation was studied from acquisition cost, schedule and weight restriction. Finallysome expectation of future warship modular design technologies are put forward, based on the experience of littoral combat ship program.

navy；littoral combat ship；mission packages

TJ83

A

1672 – 7649(2017)08 – 0001 – 06

10.3404/j.issn.1672 – 7649.2017.08.001

2017 – 06 – 02

李楠(1988 – )，男，博士，工程師，研究方向為水面艦船。