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國外魚雷現狀與啟示

2020-06-12 04:04:52何心怡張思宇程善政
數字海洋與水下攻防 2020年2期

何心怡,盧 軍,張思宇,程善政,陳 菁

(海軍研究院,北京 100161)

0 引言

魚雷是在水中自主航行,搜索、追蹤和攻擊艦艇、來襲魚雷等目標的水中兵器。具有隱蔽性強、制導精度高、毀傷威力大等特點,是各國海軍主戰兵器[1]。經過多年的系列化與體系化發展,魚雷已從最初水面艦艇管裝發射發展為潛艇管裝發射、水面艦艇管裝發射、水面艦艇助飛發射和航空反潛作戰平臺空投使用。

為滿足反艦、反潛、反魚雷等多樣化作戰任務急需,作為水下攻防體系中主要攻擊武器的魚雷,正在不斷發展中。他山之石可以攻玉,文中通過分析國外魚雷發展現狀,探究其航程、航速、作戰深度等總體性能的發展脈絡,給出對我國魚雷裝備與技術發展的啟示。

1 國外魚雷現狀

按照直徑與發射方式劃分,魚雷可分為重型魚雷、輕型魚雷和助飛魚雷。

1.1 重型魚雷

重型魚雷一般由潛艇管裝發射,通常兼具反艦與反潛功能;俄羅斯的重型魚雷有由水面艦艇管裝發射的,還有專用反艦或專用反潛的。如水面艦艇管裝發射的CЭT-65Э魚雷,以及潛艇管裝發射專用反艦的53-65КЭ魚雷、專用反潛的TЭCT-71線導魚雷[1]。

目前國外現役重型魚雷大都為線導魚雷,直徑通常為533 mm(俄羅斯還有650 mm直徑的重型魚雷,如65-73魚雷、65-76魚雷等[1-2])、長度約7 m、重量約1.5 t、戰斗部裝藥量在200 kg以上,具有人在回路導引、航程遠、隱蔽性強、制導精度高和毀傷威力大等特點。

國外先進重型魚雷,主要型號如下所述,主要指標見表1。

表1 國外先進重型魚雷主要型號及指標Table 1 Main index of foreign advanced heavyweight torpedoes

1)美國裝備的重型魚雷主要是MK48系列熱動力魚雷[3-9]。目前現役最新型號為MK48 Mod 7魚雷。該型魚雷是在MK48 Mod 6魚雷的低噪聲雷型上,采用通用寬頻帶先進聲自導技術(Common Broadband Advanced Sonar System,CBASS),有效提升了淺海自導性能并提高真假目標識別能力[3,5,6]。

2)俄海軍現役最新型主戰重型魚雷為Futlyar熱動力魚雷[10]。該型魚雷是在Fizik-1魚雷[1](直徑533 mm、長度7.2 m、重量2.2 t、裝藥量300 kg、航速30~55 kn、航程40~50 km)基礎上升級而來,適度提高了最大航速、拓展了魚雷航程,采用線導+尾流/聲自導模式,自導作用距離遠且具有尺度識別能力。

3)歐洲國家裝備的重型魚雷主要有英國的“旗魚”魚雷[1]、意大利的“黑鯊”魚雷[1,4,9,11]、德國的DM2A4魚雷[1,4,9]等,其中:英國的“旗魚”魚雷為熱動力魚雷,航速、航程可達40 km/70 kn(淺水)或40 km/55 kn(深水),最大作戰深度超過900 m。代表電動力重型魚雷最高水平的意大利“黑鯊”魚雷,最高航速50 kn、混合航程50 km、最大作戰深度400 m(也有報道說是600 m);與其前身A184-3魚雷相比,“黑鯊”魚雷自導工作頻段下限拓展至10 kHz,據稱其聲自導最遠探測距離超過7 km,在北約國家魚雷中少有地采用了尾流自導,螺旋槳由7+6葉鋁合金對轉螺旋槳改為11+6葉復合碳纖維對轉螺旋槳,線導導線由銅導線改為光纖導線,并采用了激光慣導。德國DM2A4電動力魚雷是世界上唯一采用共型陣的魚雷,具有更大的搜索扇面;與其前身DM2A3魚雷相比,線導導線也由銅導線改為光纖導線,由電陀螺改為光纖陀螺;同時,該型魚雷還是一型模塊化、自成家族的電動力重型魚雷(包括DM2A444、DM2A43、DM2A42、DM2A41、DM2A4-LC-尾流自導、DM2A4-UUV等),在標準型DM2A444魚雷基礎上對其電池組、自導等進行個性化、模塊化訂制,可滿足不同用戶對魚雷航速、航程、自導方式的個性化需求。

由表1可知,國外先進重型魚雷既有熱動力魚雷又有電動力魚雷,均為線導魚雷并采用泵噴或對轉螺旋槳推進技術,以多速制或無級變速航行,最高航速均超過了50 kn,混合航程均超過了50 km,自導工作頻段可低至10 kHz,采用大當量高能戰斗部、毀傷威力大,具有目標尺度識別能力與較強的水聲對抗能力,以及淺海和深海作戰能力。

1.2 輕型魚雷

輕型魚雷既可由水面艦艇管裝發射,及固定翼反潛巡邏飛機或反潛直升機前飛或懸停空投使用,也可作為助飛魚雷戰斗載荷使用,主要執行反潛及反魚雷作戰任務。

目前,國外現役輕型魚雷直徑通常為324 mm(部分俄羅斯輕型魚雷直徑為350 mm,如AПP-3魚雷[1];部分美國在研反魚雷魚雷直徑小于324 mm,如在研的Smart反魚雷魚雷直徑為160 mm、長度約2.8 m[1]),長度約3 m,重量約300 kg,戰斗部裝藥量約50 kg。

國外先進輕型魚雷主要型號如下所述,主要指標見表2。

表2 國外先進輕型魚雷主要戰術技術指標Table 2 Main index of foreign advanced lightweight torpedoes

1)美國裝備的輕型魚雷主要有MK46系列、MK50、MK54熱動力魚雷[1,3,9,12],其中:MK46系列魚雷自20世紀60年代列裝部隊開始,在保持總體、動力等基本不變前提下,不斷對自導、控制等性能進行升級,至今仍是國際上裝備數量最大的輕型魚雷,先后交付世界各國2萬多條。MK50魚雷主要針對前蘇聯大潛深核潛艇,采用先進蘭金循環的閉式循環熱動力推進系統,最大作戰深度可達750~800 m、全高速航程達到了12 km,自導性能、水聲對抗能力、淺海作戰能力均比MK46魚雷有明顯提高;采用了捷聯慣導,但因價格昂貴,美國僅采購了1 000余條。MK54魚雷是為解決MK50魚雷價格過高的問題,采用組合化研發模式,集成MK46、MK50、MK48等魚雷先進技術研制而成,是典型的組合魚雷,具有良好的性價比,后續將以組部件替換形式逐步完成對美國庫存的MK46 Mod 1、MK46 Mod 5魚雷的升級換代。

2)俄羅斯新型輕型魚雷MTT魚雷采用35 kn/58 kn雙速制,直徑324 mm、長度3.2 m,具有較好的多平臺適裝性[1]。

3)歐洲國家的先進輕型魚雷代表是法、意聯合研制的MU90電動力魚雷[1,4,9,12-14]。該型魚雷是在充分繼承法國“海鱔”魚雷和意大利A290魚雷基礎上研制而成,采用鋁氧化銀電池、無級變速、聚能裝藥戰斗部以及垂直命中技術,并且在水面艦艇管裝發射時采用了入水穩定器,具有良好的淺海作戰能力及水聲對抗能力。

由表2可知,國外先進輕型魚雷大多采用泵噴推進技術,應用了多速制甚至無級變速技術,采用主被動聲自導,具有較強的水聲對抗能力,多采用聚能裝藥戰斗部與垂直命中技術。可確保小當量戰斗部對雙殼體潛艇的有效毀傷。

1.3 助飛魚雷

為滿足水面艦艇中程快速反潛作戰急需,自20世紀60年代起,美、俄、法等海軍強國開始研制并陸續裝備助飛魚雷。在國外,助飛魚雷常被稱為反潛導彈,通過運載系統將戰斗載荷(通常為輕型魚雷,也有的為深水炸彈)投送至目標上方附近,再由輕型魚雷入水搜索、追蹤、攻擊潛艇[1,15-23]。

國外典型助飛魚雷指標見表3。其中:

1)美國海軍20世紀60年代研制裝備了傾斜發射的RUM-5A“阿斯洛克”助飛魚雷;20世紀90年代后,研制裝備了垂直發射的RUM-139A“阿斯洛克”助飛魚雷,以適應MK41通用垂直發射系統的裝載與發射要求[15-19]。上述兩型助飛魚雷目前仍是北約國家最主要的助飛魚雷,僅RUM-5A“阿斯洛克”助飛魚雷迄今為止共生產了2萬枚以上[17]。

2)俄羅斯和法-意也分別研制了“螻蟻”(西方代號SSN-N-29)、“石英”(西方代號SS-N-14)、“米拉斯”助飛魚雷[15-22];2009年,韓國以美國RUM-139A“阿斯洛克”助飛魚雷為基礎,研制成功適裝MK41通用垂直發射系統、以韓國“藍鯊”輕型魚雷為戰斗載荷的“紅鯊”助飛魚雷[19,23]。

由表3可知,國外助飛魚雷均采用先進的輕型魚雷作為戰斗載荷,運載系統包括彈道式和飛航式兩種,根據裝備平臺的裝載與發射要求采用垂直或傾斜發射,最大射程以20 km左右居多。

表3 國外典型助飛魚雷主要指標Table 3 Main index of foreign typical rocket-assisted torpedoes

2 國外魚雷總體性能分析

武器裝備發展必須滿足未來戰場的作戰需求,魚雷最主要的作戰任務仍是反艦和反潛。隨著技術進步,國外常規動力潛艇普遍采用了AIP技術,水下續航力大幅提升;減振降噪與消聲瓦技術的廣泛應用進一步降低了潛艇輻射噪聲、減小了潛艇目標強度、增強了隱蔽性;同時,魚雷防御作戰和反UUV作戰需求也日益迫切。因此,面對作戰對象的快速發展,魚雷必須提高自身的綜合性能,才能更好地滿足水下攻防作戰急需。

魚雷總體性能可用航程、航速、作戰深度三大指標表征,是魚雷最凸顯的性能。有鑒于此,通過分析國外魚雷的航程、航速、作戰深度指標,可探究其魚雷裝備發展脈絡。

2.1 航程(射程)

魚雷攻擊流程與步兵打靶類似,包括搜尋靶、瞄準靶、射擊3個環節:搜尋靶要求作戰平臺能可靠感知到目標;瞄準靶要求作戰平臺武器系統能根據測量到的目標距離、目標方位等目標數據,快速解算出目標的航向、航速以及魚雷的射擊參數;射擊是裝訂好射擊參數發射魚雷對目標展開攻擊。

為最大化地發揮魚雷武器的打擊威力,重型魚雷作為潛艇的主戰武器,其打擊范圍應與潛艇對目標的感知距離相匹配;同理,輕型魚雷、助飛魚雷的航程(射程)需求也與重型魚雷類似。

目前,國外重型魚雷航程已超出發射艦艇聲吶的感知范圍,進一步提高重型魚雷的航程已不是重點。美國重型魚雷的發展有力證明了這點:MK48系列重型魚雷在保持其總體、動力等性能基本不變前提下,重點開展自導、控制、減振降噪等方面的性能提升[4-5],沿著系列化道路不斷前行。

同樣,助飛魚雷作為驅護艦中程快速對潛打擊武器,受限于本艦聲吶的感知范圍,進一步提高其射程也不是發展重點。因為在水面艦艇與潛艇的攻防對抗中,水面艦艇因巡航速度高、輻射噪聲大的固有特性決定其處于易被發現的劣勢,絕大多數情況下,水面艦艇都是近程發現潛艇或遭受敵魚雷攻擊后才被動發現潛艇;此時發射助飛魚雷,講究的是攻擊的快速性與時效性,以期通過助飛魚雷的快速入水攻擊,擾亂敵線導魚雷的線導導引、掩護我艦的機動規避,實現以戰術的攻擊行動達到對潛防御的目的。美國“阿斯洛克”助飛魚雷始終貫徹此軍事理念:20 km的最大航程主要用于與本艦聲吶探測距離相匹配,而以美國固體火箭推進動力技術能力,大幅提高助飛魚雷的射程是輕而易舉之事。

2.2 航速

打擊艦艇目標時,要求魚雷最大航速應達到艦艇最大航速的1.5倍以上,因此,國外新型輕型魚雷的最大航速均在50 kn左右,已能滿足攻擊潛艇目標需求。除美國瀕海戰斗艦(其最大航速達到45 kn)外,世界各國水面戰斗艦艇的最大航速通常不超過35 kn,重型魚雷以50 kn最大航速能夠滿足作戰需求;同時,當魚雷航速增大至70 kn以上,魚雷雷頭將出現空化現象,嚴重影響聲波發射與傳播,將導致聲學基陣喪失功能,此時自導魚雷將退化成直航魚雷,極大降低了魚雷的作戰效能。綜合上述因素,70 kn最高航速的英國“旗魚”魚雷已成為當今世界最高航速的自導魚雷。

硬殺傷、摧毀來襲魚雷時,承擔反魚雷作戰的輕型魚雷(國外現役與研發中的反魚雷魚雷均為輕型魚雷,下文簡稱反魚雷魚雷)均為迎擊態勢,要求反魚雷魚雷應具備對來襲魚雷可靠的探測能力與良好的機動能力,而不要求反魚雷魚雷具有遠高于來襲魚雷的航速。

當然,若能保證魚雷自導功能不弱化,提高魚雷的航速對于提高魚雷攻擊的時效性與作戰效能具有積極意義。

2.3 作戰深度

魚雷的最大作戰深度應與被打擊艦艇(或來襲魚雷)的最大航深匹配。

對于反潛魚雷(無論是兼具反艦與反潛功能的重型魚雷,還是承擔反潛作戰任務的輕型反潛魚雷),應與作戰對象或潛在作戰對象潛艇的最大潛深匹配。縱觀國外潛艇,潛深最大的是美國“海狼”級核潛艇(最大潛深為610 m,而且只有2艘),新型核動力潛艇與常規動力潛艇的最大潛深均不超過500 m,如美國“弗吉尼亞”級核潛艇最大潛深為488 m、日本“蒼龍”級常規動力潛艇最大潛深為500 m、德國214級常規動力潛艇最大潛深為400 m、俄羅斯“拉達”級常規動力潛艇最大潛深為300 m,因此,國外均未將提高新型魚雷最大作戰深度作為發展重點。

由于來襲魚雷在發現被攻擊艦艇目標后,均會調整魚雷航深至目標航深,因此,反魚雷魚雷的最大作戰深度與裝備平臺的最大潛深匹配即可滿足需求。

3 國外魚雷發展的啟示

在未來海戰場,魚雷仍將是水下主戰武器,通過分析國外魚雷,能獲得如下啟示。

3.1 高度重視標準化、模塊化、組合化,走系列化發展之路

美國的魚雷研發之路是優秀的典范。MK48魚雷研制成功后,美國以20世紀80年代初大批量裝備的MK48 Mod 4魚雷為基本型進行持續改進升級[5-8],現今最新型為MK48 Mod 7魚雷,并計劃從2017年起對MK48 Mod 7魚雷動力系統進行升級研究[3];作為輕型魚雷主流型號的MK46魚雷,更是歷經50多年以MK46 Mod 2魚雷為基本型進行系列化發展;MK54魚雷是典型的混合魚雷,結合了MK46魚雷的戰斗部與動力系統、MK50魚雷的自導系統與控制系統、MK48魚雷的速度控制閥與戰術軟件研制而成[1,3]。

歐洲亦如此,法、意正以聯合研制的MU90魚雷為基礎,研發MU90-HK反魚雷魚雷[24-25]。

通過系列化發展,既短、平、快地實現了魚雷裝備的性能提升,又降低了研發費用、縮短了研制周期。

3.2 持續提高自導性能、推進減振降噪,是國外魚雷的發展重點

自導作用距離取決于目標聲學特性、自導工作頻段、聲學基陣孔徑與自導信號處理算法。目前,國外魚雷大都基于雷頂陣探測目標,受限于魚雷雷頂平面尺度制約,實現自導作用距離質的飛躍已不是國外魚雷的追求重點。國外魚雷重點提高以水聲對抗能力為核心的自導性能,適應未來充斥有大量水聲對抗裝備的復雜水下攻防對抗環境,確保魚雷使命任務的達成[1,3,9,13]。

同時,水下攻防對抗是體系與體系的對抗,提高自身隱蔽性是保證魚雷作戰效能的重要因素,因此,減振降噪是國外魚雷發展的重要方向[3-8,26]。如:美國的MK48系列魚雷,MK48 Mod 4M魚雷是為驗證、突破魚雷減振降噪技術瓶頸的過渡型號;MK48 Mod 6 AT魚雷是在MK48 Mod 4魚雷基礎上,重點提高隱身性與自導性能[5]。

3.3 創新戰斗部技術,提高毀傷威力

傳統魚雷戰斗部均為爆破型戰斗部,已不完全滿足作戰需求。

受限于物理尺度與裝藥空間,為有效毀傷雙殼體潛艇,小直徑聚能裝藥戰斗部是輕型魚雷戰斗部的主方向,為此,輕型魚雷還將同步匹配發展精確自導與控制技術,實現對潛艇目標的垂直

命中[1,27-29]。

由于大型水面艦艇水密隔艙多、防護隔艙多、抗沉性強,受裝藥空間的限制,重型魚雷已無法通過不斷加大戰斗部裝藥量實現對大型水面艦艇毀傷效果的顯著提升,因此,創新戰斗部結構,已成為國外重型魚雷戰斗部的重要發展方向[1,27]。

為高效毀傷小物理尺度的來襲魚雷,反魚雷魚雷應采用異于毀傷艦艇目標的戰斗部裝藥、戰斗部結構與引戰配合體系[27,29]。

3.4 輕型魚雷朝著多功能、多用途方向發展

隨著魚雷性能的不斷提升,艦艇面臨著愈發嚴峻的魚雷威脅,國外輕型魚雷在專注反潛的同時,將逐步兼顧魚雷防御作戰任務;同時,隨著各類UUV的不斷列裝,國外輕型魚雷可能還將擔負反UUV的使命任務。因此,從單一反潛向多功能、多用途方向發展,是國外輕型魚雷重要發展方向[24,25,30,31],美國與西歐均開展了類似工作,美國曾以MK46魚雷為母型研發反魚雷魚雷[31]。

3.5 助飛魚雷運載系統的最佳技術途徑取決于最大射程需求

深入分析國外典型助飛魚雷,能發現助飛魚雷運載系統的最佳技術途徑取決于最大射程需求:當追求更遠的最大射程時,助飛魚雷運載系統通常采用飛航式,此時助飛魚雷不受高空風場影響,落點精度高、命中概率高,如俄羅斯的SS-N-14“石英”助飛魚雷[20-22]、法、意聯合研制的“米拉斯”助飛魚雷[15,19];當最大射程要求不高時,助飛魚雷運載系統通常采用彈道式,此時不但較低的彈道高點保證了彈道式助飛魚雷不受高空風場影響,而且還具有價格相對低廉的優點,如美國“阿斯洛克”助飛魚雷[15,19]、韓國“紅鯊”助飛魚雷[23]。

3.6 更高的航速、更遠的航程、更大的作戰深度已不是國外魚雷的發展重點

為保證良好的通用性,世界各國都嚴格在發射裝置物理尺度約束條件下開展魚雷設計,保證一型作戰平臺可攜載多型同口徑魚雷。因此,在總體性能滿足作戰需求前提下,國外海軍強國均將魚雷寶貴的內部空間資源用于實現更優的自導性能、更佳的隱蔽性、更大的毀傷威力。

綜上分析,隨著作戰需求發展與技術進步,魚雷研制應緊扣作戰任務需求,走高費效比的標準化、系列化和組合化發展之路,朝著多用途、高隱蔽性、智能化和大威力方向發展。

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