现代潜艇鱼雷武器
鱼雷是潜艇的主要攻击武器之一,用于攻击潜艇、水面舰艇及其他水中目标。鱼雷的发展经历了从冷机到热机、无制导到有制导、自导到线导、单一反舰到反舰反潜、与导弹相结合等多次变革。鱼雷的射程、航速、使用深度不断增加,命中精度也不断提高。现代鱼雷已具备在干扰条件下发现并攻击目标的能力,且能够根据干扰因素和目标特性选择最佳攻击样式,主动排除干扰并命中目标。
现代鱼雷的构造
1.目标探测传感器
现代鱼雷的目标探测传感器主要有两种方式:一是主动和被动声呐,用于探测反射波和目标航行噪音;二是尾流导引头,舰艇航行时会在身后留下数千米的尾流,鱼雷顺着尾流能追踪到目标。
主动/被动声呐的作用是探测目标,通常安装于鱼雷前端。潜艇鱼雷的标准直径是21英寸(533毫米),少部分是19英寸(483毫米)。由于鱼雷前端用于安装声呐的空间小,所以其声呐频率比潜艇、水面舰艇的声呐要高很多。目前最新型鱼雷已经能够在500米距离内识别出潜艇大小,还能自行判断出是潜艇还是诱饵。可以推断,这种鱼雷既安装了探测距离达数千米的中/高频声呐,也安装了能在短距离内识别目标形状和尺寸的高高频率声呐。
尾流导引头其实就是装在鱼雷上部、指向海面的主动声呐,主要利用水面舰船后方尾流的反射波来测算距离。尾流引导头的优势主要体现在两个方面,一是由于是向水面发送高频声波,不向目标发送,因此隐蔽性好;二是主被动声呐有可能被诱饵误导,但是尾流引导头不会,因为舰艇的尾流无法作假。最新型的尾流引导头,只要发现水面舰尾流就能咬住不放,沿着尾流迅速追踪目标。
2.指控系统
指控系统是指装在鱼雷上的电脑,主要功能是接收各类传感器的探测数据并进行分析,根据研判结果自主决定作战动作。比如发现水下目标时,先根据声呐数据研判是否是潜艇,如果判断结果是诱饵,再根据探测数据分析潜艇的逃逸方向,选定探测模式,自主展开搜索;发现目标后,迅速测算航向、航速和追击时间,及时调整鱼雷航向。
军事人员需事先将敌人潜艇的声呐特征、战场环境特征、研判方法、应对策略等编程,输入鱼雷电脑。鱼雷上的指控系统与电脑一样,即使列装后,也需要持续软件升级、数据更新,来提高作战能力。这也与其他武器一样,即:使用越多,积累越多,则提升越多。
3.炸药/起爆感应器
鱼雷水下爆炸并毁伤舰艇的实际原理并不是鱼雷直接撞击船体爆炸,这样其实只能炸伤船体的一部分;而在船体尺寸下方,并与船体相隔一段距离爆炸时,却能对船体结构造成毁灭性伤害。因此,鱼雷在水中的爆炸威力由装药量和爆炸深度决定。
以美国MK48型鱼雷为代表的主流鱼雷都采用PBX(高聚物粘结炸药),根据用途不同PBX也分为很多种,其中MK48鱼雷使用的是PBXN-103。根据公开资料,MK48鱼雷的装药量达到了290千克。
让鱼雷在舰船周围最合适的位置爆炸的装置就是起爆感应器,分为磁起爆感应器和声呐起爆感应器。因为舰艇下方的磁力最强,所以只要找到目标下方磁力值最高的位置并起爆,会起到很好的效果。但是往往只有大型舰船才会引起磁力明显变化,所以在攻击小型舰艇时可能无法起爆。声呐起爆器的原理就是在鱼雷上部安装指向朝上的主动声呐,判断鱼雷是否处于舰船的正下方。磁起爆感应器和声呐起爆感应器都可以单独使用,为保证起爆更加准确,两种方式结合使用是最佳的选择。
4.动力系统
现代鱼雷的动力大致分为电动力和热动力两种。电动力依赖蓄电池作为动力,鱼雷噪音相对较小,速度较低,射程较短;热动力鱼雷自带燃料,动力更为充足,相比电动力,速度更高,射程更长。
由于不需要回收利用,电动力鱼雷中用的最多的是充放电寿命较低的银锌电池。上世纪80年代法国和意大利共同研制的铝氧化银电池电量是银锌电池的两倍,用于意大利的“黑鲨”鱼雷和法国的F-21鱼雷。
热动力鱼雷的内燃机在水下无氧环境中运转,使用的是无需氧化剂的燃料,如HTP(过氧化氢)、“奥托Ⅱ”等。HTP燃料是浓度为85%~98%过氧化氢,由于HTP与可燃物接触会着火,泄漏会引起爆炸,危险性较高,美英放弃了这种燃料的使用,转而使用“奥托Ⅱ”燃料。“奥托Ⅱ”燃料性质稳定,保管方便,燃料的能量密度高,能够确保热动力鱼雷的高速度和大射程;唯一的问题是其所含的丙二醇二硝酸酯有毒性,使用标准比较严格,但迄今没有发生过毒性的事故。
使用“奥托Ⅱ”燃料的鱼雷有两种动力方式,一种是闭循环汽轮机,用于MK50等鱼雷,另一种采用半闭式循环的凸轮活塞汽轮机,通过驱动多个活塞带动凸轮旋转,用于MK48鱼雷。
5.推进器
鱼雷推进器通常将两个螺旋桨安装在同一根驱动轴上,两个螺旋桨旋转方向相反,这样可以防止鱼雷自身滚转,保持雷体稳定,这与水面舰艇和潜艇的推进器不同。这种对转螺旋桨结构复杂,制造成本高,维修费用高。此外,还有一些鱼雷采用泵喷推进器,这种推进器可以大幅度降低鱼雷噪音,延迟敌人发现鱼雷的时间。
MK48鱼雷构造
鱼雷制导
现代鱼雷的发射方式通常是:获取目标位置;算出目标距离、航向、航速;计算传感器可能捕捉到目标的最佳阵位;设置鱼雷航向航速后发射鱼雷。
除了声制导之外,鱼雷还有一种重要的制导方式,即使用尾流引导头。通过预先测算目标的尾流长度,计算鱼雷横穿尾流的切入点,设置鱼雷航向航速后发射。使用尾流追踪方式时,可允许计算误差稍大一些。如果目标的距离、航向、航速计算误差很小,且被鱼雷锁定前不转向、不变速,就能被鱼雷探测跟踪并击中。
舰船目标通过采取变速和不规则路线转向的规避措施,将鱼雷无法击中目标。针对这种情况,又出现了线导鱼雷,即通过一条很长都光缆连接发射平台和鱼雷。计算相关参数发射鱼雷后,可以根据实际情况通过线导不断更新目标距离、航向、航速,如果目标转向或变速,则再重新计算攻击参数,直至击中目标。
现在又出现一种更新的鱼雷制导方式,无人机制导。从潜艇发射无人机,利用无人机跟踪锁定潜艇,无人机实时更新目标参数,计算命中路径,及时将态势信息发给潜艇或鱼雷,攻击效率将会进一步提高,这种不断修正、多次计算的制导方式将成为鱼雷制导的主流。
从鱼雷发展历程看,只要被攻击目标积极防御或干扰,鱼雷命中率就会显著降低。对于鱼雷来说,最重要的就是不让被攻击目标发现。为了不让鱼雷被发现,需要尽量降低发射噪音,为此,潜艇通常会在低速航行时发射鱼雷。鱼雷前进至可能被目标发现、或目标开始做避让动作的区域时,可自主变速,迅速提升至最高航速,以最短时间攻击目标。
鱼雷防御
现代鱼雷防御系统主要由四部分组成,一是用于探测鱼雷的声呐,二是用于发出遇袭警报、决定应对方式、采取对抗措施的作战系统,三是防御武器发射器,四是对鱼雷实时欺骗、干扰、破坏的防御武器。鱼雷防御系统排在潜艇武器的第二位,足见鱼雷防御对于潜艇的重要性。
1.硬杀伤
漂浮式硬杀伤鱼雷防御武器是让来袭鱼雷把漂浮式防御武器误认为目标,鱼雷到一定距离时爆炸,将其炸毁或阻止其进攻。漂浮式鱼雷防御武器需要装备探测传感器,但自身无需机动,所以制造费用较为低廉。
自航式硬杀伤鱼雷防御武器称为“反鱼雷鱼雷”(ATT)。ATT的传感器与鱼雷一样,都是声呐装在鱼雷头部。反击方式是ATT最大限度靠近鱼雷,然后起爆。基本的探测方式是用主动声呐探测鱼雷,鱼雷进入一定距离后起爆。为了延长探测距离,在初始阶段也可以使用被动声呐。目前的鱼雷还没有考虑如何应对ATT,因此鱼雷不具备对抗ATT的能力。ATT发展面临的现实问题主要是成本太高,目前装备ATT的国家只有美国。
2.软杀伤
干扰器。是一种发出噪音干扰鱼雷声呐。干扰器在较宽频率范围发出大量声波,既能干扰鱼雷的被动声呐,也能干扰鱼雷的主动声呐。即使干扰器不在舰艇和来袭鱼雷的连线上,也能对鱼雷实施干扰。干扰器发射下水后,随着本舰与来袭鱼雷相对位置的变化,以及干扰器自身运转时长的限制,干扰作用会逐渐消失。所以还需要在合适的时机再发射诱饵,诱骗鱼雷尽量远离本舰。
诱饵。是边航行边向鱼雷发送虚假信号,欺骗和误导鱼雷的武器。欺骗声波分为两种,一种是模拟本舰的航行噪音,另一种是装在诱饵上的收发机将鱼雷主动声呐的探测声波原封不动地回传给鱼雷。因此,鱼雷使用被动声呐时,会被诱饵发出的模拟航行噪音给欺骗;使用主动声呐时,会把诱饵发回来的鱼雷探测声波当作发射声波,也会被带偏。
另外,现代鱼雷在近距离时可通过测算目标大小来辨别真假目标,所以诱饵的作用也不能保证完全有效。所以,即使鱼雷被干扰器干扰时,本舰仍需快速逃离。
软杀伤新概念武器。法国海军集团研制的Canto鱼雷防御系统,在一定范围的海域内制造多个假目标,把潜艇发射波掩盖在大量虚假反射波中,混淆主动声呐。Canto系统预先录入了数百种不同类型的鱼雷声呐声波样本,系统可以在不同频率、不同等级、不同时间随机大量发出模拟鱼雷声波的反射波。Canto在所有鱼雷声呐频率上发出大量模拟声波,而同时使用两个Canto可以覆盖所有信号级别,这些虚假声波被来袭鱼雷声呐的不同旁瓣发现,并将虚假声波误认为来自主瓣方向的反射波。鱼雷将会发现不同距离、不同方向同时传来众多差异微小的发射波,因而错误识别成多个目标,并以最高航速逐个发起攻击,在反复高速激动的过程中耗尽电池或燃料。
潜艇鱼雷主要型号
1.MK48鱼雷
MK48鱼雷最早于1972年开始列装,装备于美军所有潜艇,直径533毫米,长5.8米,重1.6吨,PBXN-103炸药290千克(544千克TNT当量)。最新型MK48 Mod7每枚售价380万美元,澳大利亚、荷兰、加拿大、土耳其等国都在使用。
MK48 Mod3首次实现鱼雷和潜艇作战系统之间的双向通信,鱼雷声呐数据、航向、航速、潜航深度等都能及时传给潜艇作战系统。Mod4提高了航速,增加了潜航深度。1990年美军将MK48 ADCAP改名为MK48 Mod5,这一型完全采用数字化控制技术,制导方式改为陀螺仪惯性制导,雷体进行了加固,能够适应更大潜航深度。Mod6提高了处理器性能,增加存储功能,增强制导管控能力和音响处理能力,更重要的是改进了推进系统,有效地降低了噪音。
最新的MK48 Mod7可有效应对浅海和深海的常规潜艇,其通用先进宽频声呐系统(CBASS)具备全面数字宽带声呐能力,该系统频率灵活多样,具备最佳频率选择能力。因此,Mod7既可在环境噪音嘈杂的浅海攻击小型安静型潜艇,也能应对深海里的潜艇,并能识别出诱饵和真目标。这说明Mod7上安装了高频率的主动声呐。
MK48鱼雷
MK48鱼雷
2.旗鱼鱼雷
旗鱼鱼雷是英国为对付前苏联的新型潜艇,于1987年完成的热动力大型鱼雷,长度7米,直径533毫米,航速最大达80节,最大射击距离29海里,鱼雷总重1850千克,是世界上航速最高、重量最大的鱼雷。
旗鱼将“奥托Ⅱ”和HAP两种燃料分别存于不同燃料箱,发射时燃烧两种燃料混合物以驱动汽轮机,输出功率高达1000马力。
旗鱼鱼雷使用泵喷推进方式,静音能力相对较好;炸药为300千克PPX-104HE高性能炸药,能炸毁前苏联台风级战略核潜艇的大型双壳体。
旗鱼通常以被动模式使用声呐,攻击静音目标时,再改为较高输出功率的主动模式,这种声呐运用方式可有效排除干扰。找到攻击目标。声呐频率智能灵敏,不同鱼雷之间不会形成干扰,可同时发射多枚鱼雷进行攻击。旗鱼具备双向通信能力,使用线导模式,通信能力与美国MK48 Mod3持平。
通过“先进旗鱼计划”,旗鱼鱼雷具备了不逊色于MK48的浅海作战能力。其特征是,以宽频带处理来抑制浅海回声,以复杂发射音波形来进行多普勒识别,用难以被探测的主动波形和自适应波束形成技术,来抑制回音及干扰音。
旗鱼鱼雷
3.日本89式鱼雷
该鱼雷是日本三菱重工业公司于20世纪70年代初研制的线导鱼雷。研制代号为GRX-2。该鱼雷由潜艇发射,用以反潜核攻击水面舰船。该鱼雷于1989年装备日本海上自卫队。鱼雷是参照美国Mk48-1型反潜鱼雷研制而成,壳体采用高强度铝合金材料,以适于大深度海域工作。整个动力系统属半封闭循环系统,航深不受背压影响,且无航迹,自噪声较低。
根据公开资料,89式鱼雷采用主动/被动声呐导航方式,40~55节航速下射程50千米,可能具备线导能力。根据《简氏年鉴》,89式鱼雷性能相当于美制MK48 ADCAP鱼雷,属于热动力鱼雷,最高航速70节。
鱼雷重量1760千克,全长6250毫米,直径533毫米,射程27海里,有效深度1000米,装药量267千克,导引方式为声纹辨别音源追踪导引+线导。由日本技术研究本部研发,1989年开始装备日本海上自卫队潜艇。能有效打击目前世界上各种新型潜艇,能作龙骨下方攻击而击沉航母等大型水面舰艇。
日本防卫省公布的“政策评估报告”中,专门对1992年至2001年的“制导装置研究”进行介绍,“为提高鱼雷制导控制能力,专门进行了综合感知模块研究制作,该模块除传统传感器外,还包括能延长探测距离的低频被动传感器、通过显示声波图像识别目标大小的图像传感器、以及通过测算海底/海面距离来验证目标方位的界面传感器”,安装了综合感知模块的鱼雷可有效应对敌方鱼雷防御措施。另外从2014年的“静音鱼雷动力装置”项目评估报告也可看出,日本开始重视缩短鱼雷的被探测距离。
89式鱼雷
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创新体系工程基础理论和方法
推动系统工程理论再发展