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俄羅斯海軍的王牌利器原來是它!

2022-06-27由 易老馮唐 發表于 林業

空泡魚雷防禦嗎

二戰之前,無論是在水面還是在水下,海戰在海上打是毫無疑問的。但在二戰中,空中戰鬥反而決定了海戰的勝負,此後制海權和海戰的理論則是“要想制海就必先制空”,海戰在海上打的觀點已經開始被海戰在空中打所取代。

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現如今海戰技術又開始出現了顛覆性和突破性的變化。

一方面,陸基的遠端反艦武器出現了突破性的發展。在岸炮時代,火炮射程最多幾十公里,岸上的反艦武器所能控制的海域有限。而如今的反艦巡航導彈或反艦彈道導彈的有效打擊範圍已拓展到了數百上千乃至幾千公里。若想要取得一片海域的制海權,如今首先必須清除半徑以千公里計的範圍內的陸上火力平臺,於是各國紛紛把目光投向了海上作戰平臺遠端對陸打擊的發展和研究。

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另一方面,水下高速武器的快速發展讓海上軍艦毫無藏身之處。

承擔復興蘇聯紅海軍夢想的俄羅斯海軍,目前正在打造這樣兩把利劍—鋯石高超聲速導彈和捕食者新型超高速魚雷。

一、鋯石高超聲速導彈

高超聲速飛行器是指飛行速度超過5倍聲速,透過助推火箭、吸氣式推進系統等方式在大氣層內進行長時間飛行的武器,主要包括高超聲速巡航導彈、高超聲速滑翔飛行器、高超聲速平臺以及空天飛行器等裝備。

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高超聲速飛行器採用的衝壓發動機是繼螺旋槳和噴氣推進系統後的“第三次動力革命”。在上世紀70年代開始,世界上一些國家就花費大量人力物力研究超燃衝壓發動機系統。截至目前,只有美俄等極少數國家進行過大量的系統性試驗。

高超聲速武器的一大特點在於“快”,其巡航速度在5~20倍聲速,能夠有效突破敵方的反導系統。如果將高超聲速武器投入戰爭,首先發起攻擊的一方很可能贏得勝利。目前,美國、俄羅斯、日本、印度和澳大利亞都在開展相關的科學試驗。

蘇聯是較早研製高超聲速技術的國家,早在冷戰期間就進行了大量的試驗,但從未實際部署過類似裝備。俄羅斯在2013年恢復了高超聲速飛行器的研製,並在2016年3月完成了鋯石高超聲速巡航導彈的首次試射。

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“鋯石”巡航導彈繼承了俄羅斯以前反艦導彈“強突防”的基本特徵,既然是高超聲速,它的基本速度約6-8馬赫,突防能力史無前例。美國目前裝備的各種反導系統,如“海公羊”反導系統,“密集陣”系統以及其它防空反導系統,對以前的超音速導彈有一定攔截能力,但對攔截超高聲速導彈能力不足。

儘管俄羅斯一直重視發展反艦導彈,但過去主要是發展亞聲速和超聲速巡航導彈。“鋯石”導彈是俄羅斯首款飛行速度可達5馬赫的反艦導彈,它將顯著增強俄羅斯海軍對敵方海上裝備的打擊能力,具有十分重大的意義。未來,“鋯石”導彈將配裝俄羅斯正在研製的第五代“哈斯基”級核潛艇以及經過改裝的“基洛夫”級核動力導彈巡洋艦彼得大帝號。

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要實現高超聲速飛行,先進的發動機必不可少。目前“寶石”導彈採用的發動機是火箭/衝壓噴氣發動機,飛行中首先由固體火箭助推器推動,固體火箭燃燒完畢後,液體推進劑衝壓噴氣發動機點火,飛行速度可達3馬赫。衝壓發動機屬於亞燃衝壓發動機,超聲速氣流需要減速後才能進入燃燒室,這個過程由於氣動生熱,所以亞燃衝壓發動機的速度受到限制,再考慮到油耗及工程運用,現在的衝壓發動機工作速度一般在2馬赫到4馬赫之間,因此要實現高超聲速,需要採用超燃衝壓發動機。

俄羅斯的超燃衝壓發動機研究始於20世紀50年代,其中央航空發動機研究院進行過三次火箭助推的軸對稱雙模式、6馬赫超燃衝壓發動機的飛行試驗。第一次是在1991年11月,第二次是在1992年11月同法國聯合進行。這兩次試驗的飛行馬赫數分別為5。5和5。35。第三次在1995年3月也是同法國聯合進行的,這一次因機載電源系統發生故障導致發動機執行失敗。

2009年的莫斯科國際航展上,俄羅斯有關部門高調展出了最新的高超聲速發動機和飛行器試驗模型,包括高超聲速飛行熱防護材料以及風洞試驗裝置等,表現出雄厚的技術實力。而從“鋯石”高超聲速反艦導彈能夠取得突破性進展,說明俄羅斯幾十年來在超燃衝壓發動機研製方面花費的精力沒有白費,可能已經具備了實用能力。

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儘管與“花崗岩”導彈相比,“鋯石”巡航導彈的射程較近,但其速度卻令當前的導彈防禦技術難以攔截。“鋯石”導彈的飛行速度可以達到5馬赫至6馬赫之間,可在目標艦防禦系統完成探測、跟蹤、鎖定、判斷併發射攔截武器之前逼近其防禦區,具有極高的突防能力。

“鋯石”導彈將繼承“寶石”導彈的通用化、模組化特點,實現良好的裝載適應性,可裝備多種海基發射平臺。俄羅斯海軍宣佈,其“彼得大帝”號核動力巡洋艦將在2019年到2022年進行的升級改造中配裝“鋯石”高超聲速反艦導彈。

“彼得大帝”號巡洋艦當前的主要火力是“花崗岩”反艦導彈,未來改裝後,將把目前的傾斜發射裝置改為全新多用途3S-14垂直髮射系統,不僅節省了艦內空間,而且在導彈數量上可以翻倍增加,進一步提高該艦的反艦火力。3S-14垂直髮射系統可發射“鋯石”、“寶石”、“口徑”3種導彈。

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其中,“口徑”巡航導彈最大射程可達2600千米,俄海軍2015年對敘利亞“伊斯蘭國”發動導彈攻擊時使用的就是該型導彈。未來,“鋯石”高超聲速巡航導彈裝備後,可進一步豐富“彼得大帝”號核動力巡洋艦的對艦作戰能力,遠用“口徑”,近用“鋯石”。

反艦導彈戰鬥部根據形成毀傷元素的特點及對目標的毀傷機理,主要可分為破片殺傷戰鬥部、爆破戰鬥部、聚能裝藥戰鬥部、侵徹戰鬥部(亦稱半穿甲爆破戰鬥部)、子母式戰鬥部等。對付水上目標的反艦導彈目前最常用的是爆破戰鬥部(外爆式)、半穿甲爆破戰鬥部(內爆式)、聚能破甲戰鬥部(外爆式)和破片殺傷戰鬥部(外爆式)幾種型別。

像“布拉莫斯”反艦導彈採用的是爆破戰鬥部,主要利用炸藥在不同介質中爆炸,產生高溫、高壓爆轟氣體產物及衝擊波超壓來毀傷目標;“寶石”反艦導彈則採用的是聚能裝藥戰鬥部,是利用炸藥爆炸時的聚能效應,生成一股具有高速、連續、密實的金屬射流,來侵徹毀傷裝甲目標。

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上述這兩種戰鬥部的特點是炸藥裝填係數都比較高,必須要有足夠的裝藥才能保證毀傷效果,導致戰鬥部的體積和重量都比較大,也影響了導彈的飛行速度和航程。而“鋯石”反艦導彈因為有足夠高的速度,再加上超高速飛行對導彈氣動外形的限制,所以戰鬥部不能太大,裝藥也不會多,因而將主要依靠動能殺傷。

由於侵徹能力與導彈的動能相關,而“鋯石”導彈的速度在飛行末端將超過6馬赫,所以彈頭的動能極大。試驗表明,速度在6馬赫的彈頭可侵徹50米厚的土層或6米至15米厚的混凝土,侵徹能力遠遠超過“布拉莫斯”和“寶石”反艦導彈。

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與此同時,“鋯石”也將發展空射和潛射版本,預計將配備在俄羅斯下一代的“赫斯基”級攻擊核潛艇,俄軍現有的常規潛艇和核潛艇也能夠配備這種武器。此外,俄羅斯還可能在途圖-160M2和未來的PAK-DA戰略轟炸機上配備“鋯石”,遠端轟炸機和高超音速巡航導彈的結合將對美國及其盟友構成嚴重威脅。

二、捕食者新型超高速魚雷

魚雷是一種水中兵器。它可從艦艇、飛機上發射,發射後可自己控制航行方向和深度,遇到艦船,只要一接觸就可以爆炸。用於攻擊敵方水面艦船和潛艇,也可以用於封鎖港口和狹窄水道。

1887年1月,俄國艦艇向60米外的土耳其2000噸的 “因蒂巴赫”號通訊船發射魚雷,將其擊沉。這是海戰史上第一次用魚雷擊沉敵艦船。

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第一次世界大戰開始時,魚雷已被公認為是僅次於火炮的艦艇主要武器。第一次世界大戰期間,被魚雷擊沉的運輸船達1153萬噸,佔被擊沉運輸船總噸位的89%;艦艇162艘,佔被擊沉艦艇總數的49%。第二次世界大戰期間,被魚雷擊沉的運輸船總噸位達1366萬噸,佔被擊沉運輸船總噸位的68%;艦艇達369艘,佔被擊沉艦艇總數的38。5%。

所謂超空泡魚雷,是一種採用超空泡技術降低航行阻力,可在水中高速航行的魚雷。超空泡是一種奇特的物理現象。隨著魚雷等水下物體在水中運動速度的加快,其上所承受的水壓反而會減小,一旦水壓減小到一定程度時,與水下物體接觸的水就會汽化,形成空泡。

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這些空泡不但會改變水的流動形態,而且會降低螺旋槳或噴水推進器的推進效率,併發生爆裂產生強烈衝擊,大大縮短水下物體的使用壽命。但是令人奇怪的是,隨著速度進一步提高,當水中航行物的運動速度超過50米/秒時,航行物體表面就會出現“超空泡”現象,即在其後部形成水蒸氣泡。

海水密度約是空氣的900倍,海水阻力也比空氣阻力大900倍,而在超空泡中航行的物體所受阻力只有水中的1/900。如果利用一定的技術手段使“氣泡”把整個航行物包裹起來,形成一種“氣體外衣”,就可使物體始終航行在自己製造的超空泡內部,從而最大限度地避免水的黏性阻力,實現高速航行。另外,超空泡現象不僅會使水的阻力大大降低,而且不會因氣泡爆裂而對水下物體表面產生衝擊。

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二戰後相當長時間,美國的魚雷技術一直居世界前列。尤其是1991年開始服役的 MK-50“梭子魚”魚雷具有很強的自動搜尋和跟蹤能力,採用聚能裝藥戰鬥部,攻擊航速突破60節,可擊穿俄羅斯雙層殼體的新型潛艇。美海軍憑藉已有的航母優勢,再推出專用於對付俄潛艇的新式魚雷武器,意在削弱俄羅斯潛艇戰力。

俄羅斯人似乎看透了美國用心,想方設法確保俄海軍潛艇部隊的戰略威懾力和海上強國地位,維持世界戰略平衡。其中的一個重大舉措就是發展並改進“暴風”超高速魚雷。

2016年10月,《俄羅斯報》旗下媒體《焦點新聞外的俄羅斯》(Russia Beyond the Headlines)10月26日報道稱,俄羅斯正在“暴風”(Shkval)高速魚雷的基礎上開發一種新的“航母殺手”魚雷“Khishchnik”(捕食者)。據報道,該新型魚雷將大大強化俄羅斯海軍的作戰能力。

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“暴風”(Shkval)超高速魚雷專案發端於1970年代的蘇聯時期,1977年投入使用。儘管歷經多年,“暴風”超高速魚雷仍然是水下發射裝備的記錄保持者:一枚普通的魚雷速度不會超過每小時140公里(87英里),被鎖定的目標可能逃過打擊。然而,“暴風”魚雷不會給敵人這種機會:其速度可以達到標準魚雷的三倍,這意味著在真正的海戰中,對手幾乎沒有逃脫的可能。

直到1995年,在阿布扎比國際防務展覽會上,俄羅斯首次展出了“暴風”超空泡魚雷的示意圖和照片,世人也才對“暴風”的奧秘有所瞭解。“暴風”無自導系統,它採用了“直航攻擊方式”,但俄羅斯對傳統的“直航攻擊方式”進行了極大創新。

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“暴風”是一種新概念超高速魚雷,亦是世界上第一種超級空泡武器。“暴風”音譯“沙克瓦”,也有人譯作“颮”或“暴風雪”。它由莫斯科列吉昂國家科研生產聯合企業研製。“暴風”採取特殊流線型設計,前後不同,外觀像錐形體。雷體長8米,直徑534毫米,重2。6噸,航程13千米左右,航深水下 4-400米,戰鬥部裝藥250千克。1996年時每條魚雷報價125-150萬美元。

“暴風”配備兩臺發動機。一臺是固體火箭發動機,一臺是金屬水燃料噴水式渦輪發動機。固體火箭發動機先點火,實施雙平面程式控制,將魚雷導至攻擊深度,然後啟動另一臺發動機,以超高速直航彈道攻擊目標。

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“暴風”魚雷運用奇特的超速空泡原理。它頭部設定向後傾斜導流板,就是為了利於將層流分開,形成超速空泡的平滑復面層。雷上還設有氣體發生器,主要使用發動機排出廢氣來補充空泡。魚雷在水下運動時產生形同橢球狀的氣泡,把魚雷表面包裹起來。

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“暴風”超高速魚雷高速度的秘訣在於特殊的引擎設計——使用的是固體燃料。經過特殊設計的引擎使得這種高速魚雷周圍產生了氣泡,導彈幾乎可以在真空中移動,從而減少阻力(超空炮減阻特性)。

“暴風”超高速魚雷抗干擾能力強。這種超高速魚雷未裝自導電子控制裝置,現今已知的抗魚雷防禦系統及各種型別的抗干擾器材對它都不起作用。沒有複雜自導系統,使它具有使用簡便、易於維護和戰鬥準備時間短的優點。它可根據任務需求設計成不同用途、不同尺寸艦艇魚雷發射管和岸基專用發射管發射的各式各樣的“暴風”。

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“暴風”超高速魚雷的發展是魚雷發展史上的一次革命性飛躍。它證明俄羅斯超空泡理論與技術在實戰應用上已把美國拋在後頭。它對未來海戰方式和魚雷武器的發展已經產生非同一般的影響。

目前,“暴風”超高速魚雷仍然是俄羅斯的一種絕密軍事設計。雖然已經服役近40年,不過一些技術特點仍然處於保密狀態。與“暴風”相關的檔案曾出現在2000年代早期美國商人愛德蒙·蒲柏的間諜醜聞中,這在當時引發了轟動。不過,大多數試圖複製這種魚雷的嘗試都以失敗告終。直到2005年德國海軍接收了一種效能接近的超高速魚雷的水下火箭,不過其航速仍未能達到俄羅斯同類裝備的水平。

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“暴風”原為蘇聯應對美國海軍防空系統發展的一種武器。因為蘇聯空軍無法對抗強大的美國海軍,希望用這種魚雷彌補不足。作為一種有效的反海軍武器,“暴風”超高速魚雷仍然很受歡迎。1992年,俄羅斯的設計師推出了“暴風”魚雷的出口型號——航程和速度大打折扣,但效能仍優於國外同類產品。

“暴風”超高速魚雷的改進潛力相當大。目前的版本射程相對較短,母船(潛艇)下潛深度有限,對手很容易避開打擊。此外,高速航行的魚雷產生的噪聲使其很容易被檢測到。最後,這種魚雷還缺乏尋的制導系統。可以預見的是,所有這些因素都將成為發展“捕食者”魚雷考慮的事項。畢竟,40年的技術積累足以讓俄羅斯人賦予其新的效能。

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2016年10月初,有俄羅斯軍事分析人士指出,海軍設計師們正在進行“捕食者”超空泡魚雷的最後收尾工作,未來它們將取代“暴風”魚雷。與“捕食者”魚雷有關的效能引數目前高度保密,只知道其是由專門從事航空技術研究的電氣儀表中央科學研究所研製。據報道,“捕食者”將不僅僅是一種魚雷,為其提供動力的發動機與天上飛的導彈有著很多共同點,該新型魚雷將大大強化俄羅斯海軍的作戰能力。但是有一件事是肯定的:就效能而言,“捕食者”將超越其前任“暴風”超空泡魚雷。