透視MK-41垂發(fā)系統(tǒng)的“防火墻”

王晨陽

2018年6月21日，德國海軍薩克森號導彈護衛(wèi)艦在挪威外海進行實彈演習時，一枚標準-2導彈點火之后沒能升空，火箭發(fā)動機在MK-41垂直發(fā)射系統(tǒng)內(nèi)燃燒完畢。事故導致MK-41垂直發(fā)射系統(tǒng)嚴重損毀，艦橋前方部位受損。幸運的是，相鄰單元的導彈未發(fā)生殉爆。無獨有偶，2015年7月18日，美國海軍阿利·伯克級驅(qū)逐艦DDG-68蘇利文艦發(fā)生導彈故障，點火后的標準-2 Block3A導彈在艦尾附近爆炸并導致艦尾發(fā)生火災。據(jù)悉事故無人傷亡，對艦體損傷較小。

作為當今使用最廣的艦載導彈垂直發(fā)射系統(tǒng)，MK-41的性能廣為人知。那么，該系統(tǒng)在安全性設計上又有什么特色呢？

事故原因剖析

此次發(fā)生事故的薩克森號導彈護衛(wèi)艦，代號F-124型，又稱薩克森級護衛(wèi)艦。該級護衛(wèi)艦為長首樓艦型。艦長143米，艦寬17.44米，吃水5米，滿載排水量5600噸。該級護衛(wèi)艦很重視隱身能力。甲板以上結(jié)構(gòu)為全封閉設計，艦體表面整潔。折線以上艦體明顯內(nèi)傾，并在各面相交處用圓角過渡。采用金字塔形封閉式桅桿，煙囪為“V”形布置。動力裝置為柴-燃聯(lián)合動力。主動力裝置為1臺GE 7 LM2500 PF/MLG燃氣輪機，功率23500千瓦；輔助動力為2臺MTU 20V 1163 TB93高速柴油發(fā)動機，總功率14800千瓦。驅(qū)動裝置為2具五葉可調(diào)距螺旋槳。

薩克森級護衛(wèi)艦采用MK-41垂直發(fā)射系統(tǒng)，安裝在艦橋前部平臺上，共計32個單元?？砂l(fā)射美制標準-2 Block 3A防空導彈和ESSM改進型海麻雀中近程防空導彈，數(shù)量分別為24枚和32枚。近程防御武器為2座MK49型21單元拉姆近程防空導彈，分別布置在艦前部甲板和艦尾直升機機庫上方。

據(jù)薩克森號導彈護衛(wèi)艦指揮官托馬斯·哈肯透露，在標準-2導彈發(fā)生事故之前，前一發(fā)標準-2導彈剛剛正常發(fā)射升空，各項監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，導彈戰(zhàn)術狀態(tài)完全正常。出事的導彈在發(fā)射前進行的系統(tǒng)檢查中，被評估為技術狀態(tài)完美。

目前，德國海軍還有對外公布調(diào)查結(jié)果，薩克森號護衛(wèi)艦正停泊在挪威哈斯塔德港檢修。此前傳言事故中兩名水兵受傷，德國海軍證實為不實信息。兩名水兵因為火災事故造成應激反應，目前已恢復執(zhí)勤。

綜合各方面信息，筆者判斷此次事故應該為獨立的偶發(fā)事故。德國今日海軍報道稱，事故發(fā)生后，艦上人員立刻啟動泡沫滅火系統(tǒng)撲滅火勢，沒讓災情擴大；MK-41系統(tǒng)也啟動注水，給相鄰隔艙的導彈降溫，沒有發(fā)生導彈殉爆事故。

標準-2 Block 3A導彈彈身全長6.55米，包括彈身及頭部、彈翼、尾舵和助推器4個部分。該彈裝有Mk125戰(zhàn)斗部和Mk45 Mod9目標探測裝置，進一步提高了對抗掠海飛行目標的能力。推進裝置為MK-104型雙推力火箭發(fā)動機，射程更遠、性能更好，能夠攔截速度更快和更加機動的目標。

標準-2 Block 3A導彈采用MK-72固體火箭助推器。助推器呈圓柱形，長1.91米，直徑0.53米，點火后，工作時間約為6秒。正常狀況下，該導彈發(fā)射升空后，助推器燃燒完畢并拋離，MK-104型雙推力火箭發(fā)動機開始工作。主發(fā)動機工作的前40秒內(nèi)，導彈處于加速狀態(tài)。當主發(fā)動機工作46秒時，此次導彈達到最大馬赫數(shù)3.5。46秒后，主發(fā)動機關機，導彈速度逐漸降低，直至攔截或丟失目標。

由此可以推斷出，導彈在儲運發(fā)射箱內(nèi)共計燃燒了約52秒，艦體和發(fā)射裝置遭受了長時間的高溫灼燒，并且有大量的高溫氣體通過燃氣道排放到艦橋部位。事故發(fā)生后，德國海軍艦員采取的損害管制措施是到位的，證明了艦員較高的職業(yè)素養(yǎng)。而MK-41系統(tǒng)緊急注水，給導彈采取降溫措施，也表明該垂直發(fā)射系統(tǒng)安全性設計到位，設計理念較先進。

MK-41垂發(fā)系統(tǒng)構(gòu)成

MK-41艦載導彈垂直發(fā)射系統(tǒng)由美國洛克希德·馬丁公司于1977年研制，1986年率先在提康德羅加級巡洋艦邦克山號上安裝測試。截至2010年，該系統(tǒng)已被美國、澳大利亞、加拿大、德國、韓國、日本、荷蘭等國的170余艘艦艇采用。MK-41垂發(fā)系統(tǒng)的一大特色是通用性強。

該系統(tǒng)能夠兼容多達12種導彈，包括阿斯洛克反潛導彈、魚叉反艦導彈、戰(zhàn)斧對地攻擊巡航導彈、標準系列防空導彈等，能夠履行防空、反潛、反艦、自衛(wèi)和對陸攻擊等作戰(zhàn)任務。MK-41系統(tǒng)由標準模塊、裝填模塊、導彈貯運發(fā)射箱和發(fā)射控制平臺等設備組成。

標準模塊 MK-41垂直發(fā)射系統(tǒng)的標準模塊有3種：攻擊型模塊、戰(zhàn)術型模塊和自衛(wèi)型模塊。攻擊型模塊長7.6米，重14.5噸，可發(fā)射大型導彈，如戰(zhàn)斧對地攻擊導彈和標準-3外大氣層攔截型導彈。戰(zhàn)術型模塊長6.7米，重12.2噸，可發(fā)射標準-2 Block3導彈和垂直發(fā)射阿斯洛克反潛導彈。自衛(wèi)型模塊長5.2米，重12.2噸，可發(fā)射RIM-7M/P北約海麻雀和RIM-162改進型海麻雀導彈。

MK-41導彈垂直發(fā)射系統(tǒng)標準模塊的燃氣排導系統(tǒng)由儲運發(fā)射箱、排氣通風系統(tǒng)和煙道組成，每個模塊共用一個排氣通風系統(tǒng)和一個煙道，8個隔艙都與壓力通風室和垂直排氣道相通。發(fā)射箱的前后密封端蓋分別起著讓導彈通過和排出燃氣流的作用，且防止相鄰發(fā)射箱的燃氣流進入。排導裝置的耐燒蝕襯里至少能經(jīng)受64次導彈發(fā)射的燒蝕。

導彈儲運發(fā)射箱 MK-41艦載導彈垂直發(fā)射系統(tǒng)的最小結(jié)構(gòu)單元是一個標準模塊。每個標準模塊由8個貯運發(fā)射箱組成，它被垂直安裝在甲板下，每個貯運發(fā)射箱中垂直存放1枚導彈。儲運發(fā)射箱不僅是導彈儲存、運輸?shù)谋Ｗo容器，而且是導彈的發(fā)射導軌，還是燃氣排導系統(tǒng)的一部分，所以它是最關鍵的設備。MK-41垂直發(fā)射系統(tǒng)的儲運發(fā)射箱有多個型號，如MK-13、MK-14、MK-15和MK-25。彈庫由一個或多個這種8隔艙標準模塊組成，視艦艇的空間而定，這體現(xiàn)了MK-41系統(tǒng)的靈活性。

裝填模塊 MK-41垂直發(fā)射系統(tǒng)的裝填模塊尺寸與標準模塊相同，只是安裝了一個占3個貯運發(fā)射箱的導彈補給裝填設備。該設備由1臺折疊式液壓起重機和1個液壓升降平臺組成。平時，裝有起重機的升降平臺降至艙底。當進行裝填工作時，升降平臺將起重機托至甲板面高度。起重機吊臂長8.15米，起吊高度7.6米，起吊重量約2噸。補給裝填模塊的起重機可在海上航行過程中對8個模塊進行導彈補給。

發(fā)射控制臺 MK-41垂直發(fā)射系統(tǒng)有2個立式發(fā)射控制臺，位于作戰(zhàn)中心，與艦上作戰(zhàn)系統(tǒng)相聯(lián)。每個控制臺都是完全獨立的，能分別控制艦首、尾兩個彈庫中的所有導彈發(fā)射。正常情況下，每個控制臺控制每個彈庫中一半導彈的發(fā)射。故障情況下，其中一臺可控制艦上全部導彈的不間斷發(fā)射。

一以貫之的安全設計

MK-41垂直發(fā)射系統(tǒng)的安全性設計體現(xiàn)在系統(tǒng)的各個方面。得益于良好的安全性設計，該系統(tǒng)的導彈發(fā)射成功概率高達99.7%，兩次發(fā)射失敗的平均間隔長達11200小時。

在標準模塊內(nèi)，每個標準模塊上裝有箱蓋驅(qū)動電機、發(fā)射程序器、電機控制箱、電源、噴水冷卻裝置、燃氣煙道、增壓室和排水管道。每個艙口裝甲蓋均有所配套的開啟機構(gòu)，這是MK-41系統(tǒng)惟一的運動部件。在正常情況下，最大開啟機械力為2.57kN。如遇緊急情況，如貯運箱內(nèi)導彈意外點火，艙口蓋能在34.3千帕的內(nèi)壓下自動開啟，以保護彈庫的安全。

在標準模塊上裝有1個發(fā)射程序裝置和1塊動力控制板，位于上層通道的外舷側(cè)，用于對8隔艙中任一導彈實施發(fā)射控制。發(fā)射控制信號來源于武器控制中心的發(fā)射控制臺，通過電纜傳送到發(fā)射程序裝置。發(fā)射程序裝置使導彈做好發(fā)射準備。此外，它還向動力控制板發(fā)出指令，控制沖水系統(tǒng)和機內(nèi)測試設備。動力控制板裝在下通道的外舷側(cè)，主要為隔艙提供動力、控制艙口蓋和垂直排氣道頂蓋的開啟和閉合、控制壓力通風室的泄水閥。

導彈儲運發(fā)射箱的安全設計是重中之重。為此，每個貯運箱均安裝有一套內(nèi)部沖水系統(tǒng)。裝入彈庫后，該沖水系統(tǒng)與彈庫的沖水分配管道相接。當箱內(nèi)溫度過高或是導彈發(fā)動機意外點火時，沖水系統(tǒng)自動對導彈戰(zhàn)斗部進行沖水冷卻。每個貯運箱還配有1套PHST（包裝、裝卸、貯運及運輸）設備。該設備包括首、尾保護蓋，防沖擊、振動的隔振體，起吊環(huán)和栓系，叉車叉口等。PHST是用于裝艦前的任何裝卸、貯存及運輸?shù)牟僮?，在貯運箱吊到艦上進行收貯作業(yè)時，則將拆去這套裝置。

此外，為確保系統(tǒng)的安全，防止意外的導彈發(fā)射，每個貯運箱上裝有關鍵功能中斷開關和貯運箱安全啟動開關，它們控制輸送導彈的關鍵信號的電壓。發(fā)射邏輯確保在兩個獨立的監(jiān)視器批示艙蓋已完全開啟和導彈限制塊已松開時，才發(fā)出導彈點火指令。

發(fā)射控制系統(tǒng)的安全性設計指標也非常高。MK-41型垂直發(fā)射系統(tǒng)包含2臺發(fā)控設備。它的核心部件是美海軍標準的AN/UYK-20型小型計算機。另外，還包括電傳信號機、磁輸入裝置、外圍輸出設備等，它們位于彈庫外部，與艦上作戰(zhàn)系統(tǒng)的其他計算機安裝在一起。每臺發(fā)控設備均采用冗余設計，任何一臺出現(xiàn)故障時，另一臺能迅速接管，控制全部導彈，實現(xiàn)不間斷發(fā)射。

當發(fā)現(xiàn)敵方目標后，MK-41系統(tǒng)最先迅速轉(zhuǎn)換為待發(fā)狀態(tài)，完成轉(zhuǎn)換動作只需幾毫秒。典型的目標截擊程序是：當武器控制系統(tǒng)求得確實的火控解算后，向發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出“導彈選擇”指令。發(fā)控系統(tǒng)收到這個指令后，立即選擇適宜的模塊和發(fā)射隔艙，并給導彈加上預熱電源，開始打開艙蓋和排氣道頂蓋，松開貯運箱內(nèi)的導彈限制塊。在這些機械動作完成后，發(fā)控系統(tǒng)按照武器控制系統(tǒng)的指令，將制導數(shù)據(jù)送入導彈中，并實施發(fā)射。一旦導彈開始運動，與發(fā)射隔艙相連的電氣電路立即斷開，同時將導彈的起飛時間信號送到武器控制系統(tǒng)，以便雷達捕捉導彈，導彈離開發(fā)射艦的適當時間之后，艙蓋關閉，發(fā)射程序結(jié)束。每個模塊都是按同時準備和發(fā)射2枚導彈來設計的，因此，在8個模塊組成的彈庫中，能快速準備和發(fā)射16枚導彈。

鈍感彈藥或立功

另外一點不可忽視的原因是，此次發(fā)生事故的標準-2 Block3A區(qū)域防空導彈采用了鈍感彈藥技術。自1969年研制至今，標準-2型導彈已衍生出多個型號，包括Block 1MR和ER，Block2，Block3、3A和3B，Block4和4A多個型號，這些型號的導彈大多采用鈍感彈藥技術。

早在1983年，時任美國海軍作戰(zhàn)部部長沃特金斯上將就將“鈍感彈藥項目”列為影響戰(zhàn)艦生存能力的的主要因素之一。沃特金斯認為，彈藥的殉爆通常會在作戰(zhàn)行動中導致所謂的“低成本戰(zhàn)艦損失”，并在事故中對戰(zhàn)艦造成嚴重破壞。在此之前，美國海軍已經(jīng)將塑料粘結(jié)炸藥作為水下武器的主要炸藥。同時，美國海軍海上系統(tǒng)司令部安全數(shù)據(jù)庫確認了慢烤燃、快烤燃以及彈片撞擊3種事故最有可能引發(fā)彈藥殉爆。

1985年5月22日，美國海軍海上系統(tǒng)司令部頒布了《鈍感彈藥技術需求》文件。文件提出了以下測試需求和通過標準。該文件規(guī)定，無論是在慢烤燃還是快烤燃條件下，彈藥的“所有反應強度都不應超過燃燒”。1991年3月8日，美國海軍頒布了代號為MIL-STD-2105A的軍用標準，對鈍感彈藥需求進行了一些調(diào)整。該軍用標準要求：使用3發(fā)12.7毫米穿甲彈以975米/秒的速度射擊彈藥，檢驗其安全性；使用3～5發(fā)12.7毫米低碳鋼子彈以2623米/秒的速度射擊，實施破片撞擊測試；所有列裝彈藥應當包括與聚能藥包射流和裂解相關的作戰(zhàn)測試。

1994年1月12日，美軍發(fā)布了代號為MIL-STD-2105B的聯(lián)合軍種標準。推進劑（VI型）反應被從測試結(jié)果定義中刪除。在此前標準中用于描述在鈍感彈藥測試中所發(fā)生的反應的所有其他定義仍然保持原狀。此外，快烤燃、慢烤燃以及裂解測試需求也保持原狀。子彈、彈片以及聚能藥包射流測試進行了調(diào)整，從而與陸軍對MIL-STD-2105A（海軍）的補充保持一致。

在此次薩克森號護衛(wèi)艦導彈發(fā)射失敗事故中，標準-2 Block 3A區(qū)域防空導彈經(jīng)受了長達約52秒的高溫灼燒，導彈在MK-41垂直發(fā)射系統(tǒng)注水降溫之下，沒有發(fā)生殉爆事故，為該艦艦員損害管制立下了一定的功勞。如果該彈發(fā)生殉爆事故，該彈Mk115爆破殺傷戰(zhàn)斗部爆炸所導致的后果不堪設想。

結(jié) 語

隨著艦空導彈和雷達技術的進步，裝備垂直發(fā)射系統(tǒng)成為衡量一款軍艦先進與否的一個標準。如今，艦載導彈垂直發(fā)射系統(tǒng)已經(jīng)向模塊化、通用化方向進一步發(fā)展。在關注其多用途性能等顯性指標的同時，也不應忽視了對該系統(tǒng)安全性等隱性指標的關注。此次德國海軍薩克森號護衛(wèi)艦事故表明，MK-41艦載垂發(fā)系統(tǒng)在安全性方面的成功經(jīng)驗，值得研究。