張明洋,劉雨東
(上海船舶電子設備研究所,上海 201108)
世界上第一枚魚雷于1868年誕生,此后的一百多年中,魚雷在不斷的發展與完善,其以絕對的隱蔽性以及杰出的爆破力,在一戰和二戰中戰果斐然、威風凜凜。在1982年的英阿馬島海戰中,阿根廷由于未裝備相關的水聲對抗器材,英國海軍僅用一枚直航式的魚雷就將其最大的巡洋艦擊沉。此后,人們修正了一度占據主流的“來自空中的導彈是水面艦最大的威脅”的觀點,魚雷攻擊對水面艦打擊的致命性被重新深刻認識[1]。所以發展反魚雷水聲對抗技術是一項必要而又重大的任務。
當前,世界范圍內能自主研發現代化智能魚雷的國家只有美、俄、中,英,法,德,意,瑞典等綜合國力強勁的國家。這些國家在升級改造魚雷時,總是朝著強殺傷、高航速、遠航程、高智能、低噪聲、大深度程度發展[2]。更遠的航程為魚雷搜索并追趕目標提供足夠的動力支撐;高航速使魚雷能夠快速接近目標,縮短目標實施對抗的反應時間;低噪聲使魚雷在搜索、接近目標時更加隱蔽,不易被探測到;高智能使魚雷在對目標進行檢測、識別時更加精準;大深度一是為了適應潛艇工作深度,二是魚雷可以從底部接近目標,提高隱蔽性;強殺傷是為了讓魚雷在攻擊目標時能夠一擊成功致命。
美國MK 48 Mod 7重型魚雷采用全數字寬帶聲自導系統(CBASS)重型魚雷,是美國海軍最先進的重量級魚雷,該魚雷通過主被動聯合制導,且具備多頻段作戰能力,可靈活選擇頻率和優化頻率,提取更多的目標信息。該魚雷是美國海軍及其盟軍在潛艇上使用的最有能力和最強大的反水面艦艇和反潛武器。該型魚雷既可以在淺海區域有效對抗低速運動下的低多普勒潛艇,又能在深海區域有效對抗快速深潛的高多普勒潛艇,還能對高性能的水面艦艇產生很好的打擊效果。MK 48 Mod 7 CBASS 在開放式架構計算環境中利用現代商用現成技術,并能夠通過定期硬件和軟件升級保持技術前沿。此外,MK 48 Mod 7 CBASS套件提供的改進能力建立在美國海軍 MK 48魚雷30多年的經驗之上,套件的進化設計和模塊化特性使得將舊版本的 MK 48魚雷升級到 Mod 7 CBASS能力變得相對簡單,無需對魚雷進行重大的重新設計和認證。
MK 48 Mod 7魚雷還具有以下優點:
1)增強的聲學處理:MK 48 Mod 7 CBASS 提供在寬頻帶上發射和接收的能力,并利用寬帶信號處理技術顯著提高魚雷的搜索、跟蹤和攻擊能力。
2)互操作性:與澳大利亞皇家海軍聯合開發。CBASS 提供的互操作性使得 MK 48 Mod 7 CBASS 伙伴國家的力量倍增。
3)可靠性和先進性:MK 48 魚雷在整個項目生命周期內已在數千次演習中證明了它們的能力,并在水上射擊中展示了攻擊護衛艦的能力。美國海軍正在進行的武器升級計劃將確保 MK 48 魚雷在所有新出現的威脅中保持優勢。
美國 MK 54輕型魚雷,是 MK46、MK50和MK48的混合改進型,被稱作“核潛艇殺手”,即使是在水文條件非常惡劣的淺海環境中,面對敵方十分安靜的潛艇依然能夠保證對其進行有效打擊。MK54魚雷主要分為直升機載、艦載、固定翼機載3種類型。其自導方式采用了主被動聲自導,在軟件上,采用了最先進的(COTS)水聲信號處理技術,硬件方面則將聲吶陣元數從 52個升級到 112個。因此該魚雷對虛假目標的識別能力有了顯著的提高,對目標的分辨能力也更強。除此之外,高保真水聽器、高功率發射機以及新的處理器組可以在淺海區域檢測并跟蹤小型、安靜型的柴油動力潛艇。MK54將MK50魚雷的先進聲吶收發器與舊款MK46的傳統彈頭和推進系統相結合,航程超過15 000 m,航速在36~45 kn,主動自導探測距離可達2 500 m。
諾斯羅普·格魯曼公司2020年為美海軍研制并測試了一款名為 VLWT的新型超輕魚雷。該魚雷是根據賓夕法尼亞州立大學應用研究實驗室的設計開發的,諾斯羅普·格魯曼公司改進了VLWT的基線設計以更換高成本組件并推動了整體的可負擔性、可重復性和可靠性。該款超輕型魚雷質量僅 104 kg,而輕型魚雷的平均重量通常為 230~350 kg。VLWT魚雷不僅可裝載在核潛艇上,其緊湊的尺寸和輕巧的重量也可搭載于無人平臺。預計2023年該款魚雷將首次裝備于弗吉尼亞核潛艇。除了水下應用之外,諾斯羅普·格魯曼公司計劃通過將其集成到海軍無人機 MQ-8C Fire Scout 上來充分利用其超輕型魚雷的潛力。
俄羅斯“波塞冬”魚雷,不僅是核武器魚雷,其動力也是核動力。該魚雷放棄使用傳統的高爆彈頭,轉而使用核有效載荷。“波塞冬”的射程幾乎是無限的,再加上超高的運動速度,攔截該魚雷是極為困難的。根據相關資料,“波塞冬”魚雷的估計直徑約 7 英尺,重約 100 t,而美國海軍的標準重型魚雷之一MK 48直徑僅為21英寸,重約3 500磅。與大多數常規魚雷不同,“波塞冬”的主要目標不一定是水面艦艇或其他潛艇。由于魚雷的大型核彈頭,它將改為瞄準對工業和貿易至關重要的大型港口城市,被這樣巨大的核彈頭擊中即使是大型港口也會受到重創。盡管“波塞冬”具有巨大的進攻潛力,但核武器有一個潛在的明顯弱點:魚雷的運載與發射。運載與發射“波塞冬”的潛艇必須足夠大——俄羅斯海軍的 K-329“別爾哥羅德”潛艇。據外媒消息,“別爾哥羅德”號特種核潛艇于2019年4月23日下水,在其特種載荷艙段內部搭載了6~8枚“波塞冬”核動力魚雷。
最近一些情報顯示,俄羅斯海軍已經意識到他們潛艇的噪音問題,并在發射前盡力掩蓋,以避免“波塞冬”被發現。“波塞冬”魚雷不是從潛艇發射,而是從固定的海底位置發射。為保護魚雷免受海洋和海洋動植物群的腐蝕作用,“波塞冬”魚雷或許被放在一種發射容器中。收到信號后,魚雷可以向外發射并射向沿海城市目標。但若“波塞冬”魚雷在從潛艇母艦上拆下來安裝時,被敵方海軍探測、定位,此時該魚雷是極為脆弱的。除此之外,固定的海底位置會限制魚雷的應用。
俄羅斯 APR-3M 反潛魚雷是在蘇聯和俄羅斯聯邦海軍服役的 APR-1、APR-2和 APR-3的進一步發展,被認為是世界上最有效的反潛武器之一。APR-3/3M 是第一個使用自適應提前角進行制導的。捕獲目標后,在制導過程中自動確定提前角,在魚雷接近目標過程中,提前角會在垂直和水平面內通過轉動頭部的方向不斷的校正調整。這種方法使魚雷有可能擊中目標中心,從而保證了擊中/摧毀目標的高可能性。APR-3的命中率為50%,現代化的APR-3M的命中率為60%。APR-3 / 3M率先使用具有頻率方位調制的探測信號及時空相關方法來處理接收信號。該信號處理方法能夠可靠地從各種混響噪聲提取目標信號具有較好的抗噪聲能力。APR-3M 的所有測試已經完成,已經開始了批量生產,向俄羅斯國防部供貨。APR-3M 已經集成到現代化的 KA-27M 反潛直升機的武器裝備中。
俄羅斯海軍UET-1 Ichthyosaur 是一種深海魚雷,旨在摧毀深達 1 000 m的目標。該型魚雷是一種533口徑的電動力魚雷,配備了無刷電動機,與舊魚雷的電機不同,在行駛時不會面臨過熱問題,也不會產生干擾來影響魚雷的電子設備。魚雷配備了聲吶尋的系統。雖然該系統的確切參數未公開,但與以前的開發相比,提到了檢測范圍的增加。該系統為水下和水面目標提供搜索和引導,還能夠檢測尾流。俄羅斯的UET-1 Ichthyosaur魚雷可以在最遠25 km的距離內擊中目標,同時,魚雷的航速最大可達 50 kn,這也使其通過現有的北約武器攔截變得困難。據悉,UET-1“魚龍”魚雷具有極大的破壞力,一發直擊可立即摧毀一艘美國海軍核潛艇。
“海蜘蛛”(SeaSpider)是世界上第一個專用的反魚雷魚雷(ATT),即使在最惡劣的“水文條件”下也能提供可靠的防御能力。“海蜘蛛”最新穎的特點是使用火箭發動機,而不是大多數魚雷中使用的更傳統的化學或電力推進系統。Atlas Elektronik表示,由此產生的系統更安靜,反過來由于魚雷產生的噪聲更小,裝備的聲吶系統受到自身的干擾更小,由此更容易探測到目標。除此之外,使用火箭發動機也能更快達到最高速度,這意味著攔截器發射后下沉較少,非常適合淺水環境。主動聲吶的頻率是專門選擇的,用于對尾流自導魚雷的最佳探測性能,并確保沒有來自船上傳感器的干擾。“海蜘蛛”采用先進的固態微處理器制導系統,包括光纖陀螺和慣性測量單元。
一個完整的“海蜘蛛”系統由1個或多個帶有反魚雷魚雷的發射器和1個被動拖曳聲吶組成,每個魚雷都裝在自己的獨立空間內,還有1個集中控制系統,能夠把目標進行分類和定位,并發射魚雷來攔截目標。實際上,反魚雷魚雷有自己的聲吶系統,可以在主動或被動模式下運行。硬殺傷系統可以使用其爆炸彈頭或通過物理撞擊來擊敗來襲魚雷。
2012年,防衛省技術研究本部(現在的防衛裝備廳)開始研制一種名為 G-RX6的新型魚雷,據推測,該魚雷將使用新的、可選的有線制導系統和隱形氫氧燃燒渦輪機,其聲吶部分對誘餌和真實目標能更好的區分,并且通過判斷目標的類型來確定彈頭的引爆時間,以此獲得更好的攻擊效果。與現有魚雷相比,新型的 G-RX6魚雷更安靜,并且適用于深海和淺水作戰。其主要特征如下:
1)采用全新的聲學成像尋的頭,能夠通過分析聲吶信號回波的垂直方向、水平方向、距離上的空間分辨率形成聲學影像,可在海底反射的回波中辨識出敵潛艇的輪廓,具有優秀的抗背景雜波干擾與水聲干擾的能力。
2)采用靜音性能更好的氫燃料發動機,放棄了有爆燃噪音問題的奧托Ⅱ及其組合燃料的轉斜盤活塞發動機,因此,同樣作為熱動力魚雷,該魚雷的安靜性能更出色,也更適合淺水作戰。

表1 國外先進魚雷主要戰術技術指標Table 1 Main tactical indexes of foreign advanced torpedoes
3)配備有最佳定時起爆的主動磁爆炸裝置。其裝備的磁傳感器不會探測到小的物體,也不會受到來自海底和海面雜波的影響,因此能準確的捕捉目標。
4)具有先進的魚雷對抗能力,在深海及淺海的探測跟蹤能力都非常出色,可作為線導魚雷對抗水面艦艇和潛艇,還可實現6枚魚雷齊射。
魚雷與反魚雷的對抗實際上是一種水聲對抗,也就是水下電子對抗。據軍事專家分析,在現代海戰中,若潛艇不裝備相關的水聲對抗設備和器材,則被聲自導魚雷命中的概率可達80% 以上,當配備了先進的水聲對抗系統后,命中概率將大幅下降至20%~40%[3]。軟殺傷手段可以對來襲魚雷的探測、定位、制導系統等產生對抗效果,因此采取干擾欺騙等手段往往是“智勝”的關鍵所在。
美國海軍于 2016年提出了下一代對抗措施(NGCM)計劃,其水下作戰的專家正在努力重新開發一種先進的主動對抗措施,對抗水下聲自導魚雷。ADC MK5 項目是海軍下一代對抗(NGCM)計劃的一部分,旨在取代現有的 ADC MK 3 潛艇聲學對抗系統。ADC MK5是一種直徑 3 英寸具有先進功能的聲誘餌,從潛艇外部發射器發射,潛艇可以將其用作具有自適應對抗(ACM)技術的靜態或移動設備。ADC MK5 反制系統將配備可在全雙工模式下運行的接收器,聲學通信鏈路將在部署的反制裝置、潛艇和水面艦艇之間傳遞戰術信息,從而通過與其他對抗設備協同作用擊敗來襲的魚雷。
除了ADC MK5外,其新一代反魚雷對抗裝置MJTE(移動干擾目標仿真器)也將于 2021 年完成。MJTE機身直徑127 mm,長1.3 m,重 21 kg,包括一個發射器前部、電池、電子設備和帶有牽引接收器的后部電機。MJTE 能夠證明受保護平臺的逃生概率高于70%,這個數字是基于海上試驗和模擬交戰得出的。“黑蛇”(Black Snake)是一種在“被動”模式下運行的拖曳陣列聲吶,專為魚雷探測而設計,無需使用三元組水聽器就可以在很短的時間內解決左右舷分辨問題。新型的波束形成算法,即使在對抗現代非常安靜的魚雷時,也可以使得檢測距離和方位測量精度非常高。據研發公司稱,Black Snake 是市場上唯一使用被動聲吶在海況 5級的條件下實現高于 6 km的探測范圍。
目前在俄羅斯海軍艦隊中服役的是 Package-NK反魚雷防御系統,其任務是保衛船只并摧毀敵方魚雷或潛艇。該系統由一個控制系統、一個聲吶站、熱魚雷和反魚雷魚雷及其發射裝置組成。專用的聲吶站被命名為“Package-AE”,當聲吶檢測到目標時,自動裝置會進一步判定目標的類型,進而判斷工作狀態:發射魚雷或者反魚雷魚雷。Package-E/NK既能夠與魚雷作戰又能夠與敵方潛艇作戰。
MTT小型熱能魚雷主要針對敵方潛艇進行殺傷,其長度為3.2 m,口徑為324 mm,重390 kg,彈頭攜帶60 kg的炸藥。MTT的聲學引導系統可在最遠 2.5 km的距離內探測到敵方水下物體。在水深達 200 m 時可實現最大檢測范圍。在更深范圍內,探測范圍減小到 1 200 m。
M-15 是一種專門用于攔截敵方魚雷武器的魚雷,其尺寸幾乎與 MTT 魚雷相同。該魚雷有一個頭部硬件艙,彈頭位于其后面,尾部是發動機,在雷體的尾部有一套在運動過程中進行控制的方向盤。M-15 配備主動-被動型聲學制導系統,其制導系統的范圍為 400 m。為快速摧毀檢測到的魚雷,采取了噴氣發動機以確保快速加速到最大速度,發動機的主體是充電加氫反應固體燃料。當反魚雷進入水中時,燃料燃燒反應開始,產生巨大的推力,提供了快速加速,但也限制了最大行程范圍。為了能夠有效摧毀來襲魚雷,M-15使用了一個裝藥重量為 80 kg的高爆彈頭。
俄羅斯艦艇在多次演習中使用了 Package-E /NK 反魚雷防御系統,2015 年 10 月,護衛艦“博基”在演習過程中使用了反魚雷 M-15,并成功抵御了對手的攻擊。
根據英國超級電子有限公司(Ultra Electronics)在2011 年英國防務展上展示的反魚雷水聲對抗系統Sea Sentor,英國軍方將反魚雷水聲對抗技術與聲學偵測、定位、分類進行融合,該系統配有聲誘餌、氣幕彈2種主要水聲對抗器材,該型聲誘餌體積小,適合各類型水面艦艇快速收放,且能夠模擬英國海軍主戰艦艇聲學特征信息,通過氣動發射系統發射。目前英國皇家海軍已購買該設備及其子系統。該集成聲吶套件較傳統的聲吶主要有以下創新點:
1)單個集成深度可變聲吶主要包括以下部件:船體安裝(HMS)雙頻主動聲吶(中低頻/中頻);深度可變聲吶(VDS)具有多頻系統,包括有源發射機和無源接收陣列。該系統使用較小的空間和重量達到與傳統系統相當的性能。這些元件都集成到單個拖曳電纜中,無需使用大型昂貴的硬體處理系統。
2)一種模塊化的開放式體系結構,使用標準接口和協議支持未來的技術更新,無需重新設計系統。Ultra 公司通過“適配器”在組件和系統中提供完整的“即插即用”功能。所謂的適配器是根據設備接口的XML描述機器生成的,允許系統在不修改主要軟件源代碼的情況下與傳統、當前和未來設備進行接口并與之完全集成。
聲吶2170 Sea Sentor魚雷防御系統含有一個柔性拖曳(FTB)對抗裝置,能夠誘騙和干擾聲學魚雷,并對尾流自導魚雷提供有效防御,能對所有已知魚雷進行分類和探測,包括配備先進對抗措施的魚雷[5],以及非聲學引信的尾流自導魚雷。該魚雷防御系統已在海上得到驗證,并已投入使用,將以輪換的方式裝備整個艦隊。
以色列 Rafael公司研制的潛用魚雷防御系統SHADE,用于聲自導魚雷水聲對抗,主要由懸浮式聲誘餌 Subscut、自航式(垂直機動)聲誘餌Scutter和引爆式聲誘餌 Torbuster組成,其中Subscut和Scutter均為軟殺傷對抗器材,Torbuster為軟硬結合殺傷對抗器材。其中,Torbuster是在Scutter聲誘餌的基礎上進行改進設計的,增加了硬殺傷功能,利用聲誘餌誘騙功能把魚雷誘騙到近前一定距離上,引爆內裝炸藥對魚雷進行毀傷破壞。
SHADE是世界上第一個結合使用軟殺傷和硬殺傷誘餌的系統,從而為潛艇提供強大而有效的防御。外觀上 Scutter像一種“迷你”魚雷,并具有聲吶接收陣和魚雷庫,從而能夠識別出來襲魚雷的類型。SHADE系統中使用的誘餌存儲在潛艇上的小型發射器中。據Rafael 公司稱 SHADE 可以攜帶多達 32 個誘餌。
Torbuster聲誘餌在淺海和深海都能夠有效工作,能夠有效針對魚雷的再次搜索后的二次攻擊,為了能夠有效感知并毀傷來襲魚雷,該聲誘餌使用了先進的引信技術。是唯一可操作的第 4代硬殺傷魚雷防御對抗裝置,從外部發射器發射,可有效對抗所有類型的聲學自導魚雷。除此之外,其還擁有先進的對抗計算系統,能夠對來襲魚雷做出快速反應。
Scutter是第 3代反應性、消耗性魚雷對抗裝置,在多個海軍作戰中使用。Scutter能夠同時響應多種不同類型的魚雷——包括主動、被動和反應——為潛艇和水面艦艇提供有效的防御。由于其符合標準的尺寸和較輕的重量,其能夠適用在大部分的潛艇上,除了能夠被用在SHADE系統中進行魚雷防御,該聲誘餌還能夠獨立工作。
目前的聲誘餌在面對高航速新型智能魚雷時,主要有2個明顯的短板,一是面對新型智能魚雷時只能與其斡旋,不能對魚雷進行打擊,因此其對抗效果更取決于來襲魚雷的智能程度;另一個是對魚雷誘騙時間短,為艦艇爭取的逃出時間不充足。當魚雷識別出假目標時,會按照丟失目標的彈道或對應的干擾彈道重新搜索真實目標,從而導致艦艇再次被跟蹤。因此針對以上問題,未來聲誘餌主要向3個方面發展。
單枚聲誘餌朝著軟硬兼備、誘騙與殺傷兼顧的方向發展。當前僅有誘騙功能的聲誘餌在面對新型智能的來襲魚雷時可能無法起到誘騙效果或者誘騙時間短效果不明顯,無法保證己方的絕對安全。與之不同的是,軟硬殺傷兼備的聲誘餌在將來襲魚雷誘騙至自己附近時進一步觸發硬殺傷完全摧毀魚雷,則能真正使目標艦艇與潛艇處于安全狀態。聲誘餌實現硬殺傷有2個途徑:聲誘餌上裝載聲引信(由于來襲魚雷反射面積很小,并且其殼體多為鋁合金材料,磁信號對其的檢測作用極其有限,因此電磁引信、磁引信應用的難度較大),感知來襲魚雷接近信息,在魚雷接近到聲誘餌的合適距離時,引爆炸藥使魚雷喪失攻擊能力;聲誘餌上裝載模擬艦艇電磁場的裝置,當魚雷接近聲誘餌時,使魚雷的磁引信或電磁引信動作,魚雷自爆炸而喪失攻擊能力。以色列海軍早在2007年就已經開始發展硬殺傷的水聲對抗設備,該聲誘餌被稱為Torbuster,其戰斗部的大小接近50 kg,最大深度約為370 m,在近距離下通過引爆自身,其毀傷半徑可達10 m,徹底消除隱患[6]。目前該聲誘餌已經裝備到以色列潛艇上,為其他國家發展該種類型的武器提供了借鑒。
多枚聲誘餌智能化分布式協同作戰。智能化分布式協同作戰的核心思想是不再由單獨的聲誘餌武器獨立完成作戰任務,而是在多枚聲誘餌間組建通訊網絡,實現自主協同與作戰任務智能決策,以網絡化、體系化的形式共同完成作戰任務。以此來達到對魚雷的持續性誘騙效果,彌補單枚聲誘餌誘騙時間短的缺陷。與單一成員作戰場景不同的是,分布式協同作戰不但要處理作戰成員自身的約束條件,還要考慮各個成員間的協同約束,更要避免各成員間因沖突導致的系統性能退化,共享資源競爭等問題[7]。在多枚聲誘餌協同的過程中,應當遵循2個原則:一是要使后一枚聲誘餌盡量位于魚雷穿越前一枚聲誘餌后的自導作用范圍之內,以防魚雷在接力對抗的過程中進行重新旋回搜索;二是要盡量將魚雷引導至遠離艦艇的位置。目前,美國最重要的前沿武器開發項目之一的是 NEMESIS項目,該項目致力于開發和集成多種類型的無人平臺、艦載和潛艇載系統、對抗措施、電子戰載荷以及通信技術,使用一大批網絡化的電子戰系統對敵方傳感器網絡實施大面積的協同電子攻擊。NEMESIS的網絡化協同電子戰能夠將誘餌無縫投放到敵方分布于水上和水下的傳感器上,在戰斗中實現欺騙和迷惑作用。
多種對抗器材形成一體,互相配合[8]。在未來戰爭中,信息化、無人化、體系化成為發展趨勢,因此對于傳統裝備要引入先進設計理念進行升級,實現以艦艇為核心的水下攻防一體化。魚雷用來對敵方目標實施非對稱隱蔽攻擊,盡可能實現對敵先發制人,取得勝利;而聲誘餌、氣幕彈等作為防御器材,是在受到敵方攻擊后保全自身的關鍵手段。美國將于 2022年底完成的 ADC MK5項目將具有聲學通信的功能,可以在部署的對抗系統、潛艇和水面艦艇之間傳遞戰術信息,該系統由多達 6個單元組成——其中包括噪聲干擾器以及聲誘餌。通過聲學通信連接單獨的對抗裝置,以使群體行為能夠擊敗來襲魚雷,實現對抗器材的體系化。此外ADC MK5 將可重新編程以與美國和盟軍的魚雷或反魚雷系統一起運行,并且能夠通過聲學通信鏈路改變戰術以響應戰術的變化。
在現代海軍武器裝備中,魚雷與反魚雷技術的發展成為國家海軍實力的重要體現,也在一定程度上體現了一個國家的綜合實力。在過去的幾十年中,歐美發達國家在戰爭中積累了大量的數據、經驗,憑借著技術優勢對我國進行技術封鎖。作為逐漸崛起的海洋強國,我國應當大力支持發展相關領域,逐漸彌補與國外先進水平的差距,同時針對我國獨特的水文氣象環境、實際的武器裝備情況,發展出適合自身的聲誘餌反魚雷武器裝備。