1866年,英国人罗伯特·怀特黑得制成一种新的水中兵器,由于其外形很像鱼,的别是像那种专爱攻击水下大型动物的电鳗,而电鳗的拉丁名称是“Torpedinidae”,所以人们便将这种新兵器命名为“Torpedo”,鱼雷。至今已是140多年。
在兵器的发展史中,140年,经历了多少兵器从新生到销往,而鱼雷依然矍铄,其不俗的表现,更不容小视。虽古老而不可替代,,鱼雷至今仍是反潜的重要武器。在导弹技术日益精确的今天,甚至有人说,百年鱼雷的技术含量超过导弹。这种说法是否正确,我们不做评论,但是,这样一种重要的武器,在世界上能够生产它的厂家却是屈指可数,也多少隐射些什么。
这就是鱼雷——百年辉煌,百年荣耀,百年如此!
世界鱼雷武器
鱼雷问世以来,它的表现有目共睹。一次世界大战期间,鱼雷击沉运输船1153万吨、占被击沉运输船总吨位的89%;击沉大、中型舰艇162艘,占被击沉舰艇总数的49%。第二次世界大战,鱼雷击沉运输船1445万吨,占被击沉运输船总吨位的68%;击沉大、中型舰艇369艘,占被击沉舰艇总数的38.5%。后来的局部海战中,鱼雷也有不错的表现。1950年7月1日,朝鲜人民军的鱼雷艇夜袭美国“芝加哥”号巡洋舰,命中3枚,使其沉没,美军还有一艘驱逐舰被击伤。最有戏剧性的是,1982年马岛海战中,载有现代先进鱼雷的英国核潜艇“征服者”号,竟是用二战时服役的直航鱼雷MK8击沉了阿根廷巡洋舰“贝尔格拉诺将军”号。鱼雷的生命力由此可见一斑。
如今,反舰、反潜导弹快速发展,百年兵器——鱼雷何以能长盛不衰呢?鱼雷航行于水下,特别是可由潜艇从水下发射,隐蔽性远高于导弹。更重要的是,鱼雷在水下爆炸的威力远大于空气中,因为水的密度比空气大800倍,而压缩性只有空气的1/2500,是爆炸的良好导体。炸药在水中爆炸瞬间,可形成几万个大气压和几千度的高温瓦斯,并以6000~7000米/秒的速度迅速膨胀,强大的冲击波能轻易击穿舰艇的水下部分。如此威力,怎不令人对它青睐有加?
今天的鱼雷
现代鱼雷,为完成不同的作战使命,一般按轻、重两个系列发展,同时还发展了以轻型鱼雷为战斗部的火箭助飞鱼雷。
重型鱼雷的直径一般为533毫米或更大,也称为大型鱼雷,可由潜艇或水面舰艇携带,用于攻击水面舰艇或潜艇。特点是航程远、速度快、爆炸威力大、用途广泛。主要产品有:MK48系列(美)、A184、“黑鳖”(意)、“旗鱼”(英)、DM2A3(德)、2000型(瑞典)等。俄罗斯的重型鱼雷型号较多,且性能先进,如:53-65、TEST-71、UGST等,尤其是650毫米(65-73、65-76)超重型鱼雷,装药量达到500千克,更是大型水面舰艇的克星。
轻型鱼雷的直径一般小于400毫米,适合于水面舰艇、直升机空投及火箭助飞发射,其主要任务是反潜,也兼顾反舰,其特点是适合多种平台携带,速度高,航程远,机动灵活,使用方便。主要产品有MK46、MK50、MK54(美)、A244/S(意)、MU90“冲击”(法-意)、45-36、APR-2E(A-2)(俄)等。
火箭助飞鱼雷是由水面舰艇或潜艇发射,经火箭空中助飞到达预定点后入水,自动搜索、跟踪和攻击潜艇。其航程远、航速高,兼有鱼雷和导弹的优点。主要产品有“阿斯洛克”、(美)、SS-N-14、SS-N-15、SS-N-16(俄)等。
此外,现在还出现了中型鱼雷,如瑞典的TP42、TP43和TP427,直径400毫米;美国的NT37和日本的CRX-1型,直径为482毫米。这种鱼雷速度快、航程远、装药量大,既可当轻型鱼雷,也可当重型鱼雷使用,发展颇为引人注目。
至于超小型鱼雷,如意大利的A200,直径只有123毫米,长度不到1米,重量不到1.5千克。由于装药量太少,多数已淘汰,仅有极少数在特殊情况下使用。
21世纪,反潜、反舰形势更加严峻。潜艇将以水下20~40节速度,在水深400~1000米处采用隐身及先进的水下对抗技术进行作战,航空母舰等大型水面舰艇不仅具有25~35节的航速,还将装备十分完善的反导手段,并具有强大的对海、对空及反潜作战能力。鱼雷的发展也必须产生针对性的变化。
更快、更远
当前世界各国海军服役的舰艇性能有了明显的提高。为了有效攻击目标,要求鱼雷航速至少是目标舰艇速度的1.5倍。当前常规潜艇水下速度为25节左右,核潜艇一般在35节左右,水面舰艇一般在25~35节之间,这就要求鱼雷航速应大于50节。
“消灭敌人,保存自己”是任何作战行动的基本原则,高技术条件下海战更强调“先敌发现,先机制敌”,以夺取战场上的主动权和战术上的优势。在舰艇侦察探测能力不断提高的情况下,鱼雷的航程应与发射舰艇探测距离相适应,努力实现在尽量远的距离上发射鱼雷,最少也要能在目标的声呐有效探测距离之外发射,一方面保证发射平台的安全,另一方面可率先发射鱼雷,达到先机制敌、保存自己的目的。这就要求鱼雷航程要大于敌舰艇声呐作用距离和近程警戒线。航程越大,越有利于发射平台的隐蔽和安全。根据当前舰载声呐的性能,鱼雷以50节速度追击18节的目标时,射距应大于40千米。
要发展高航速、远航程的鱼雷,最关键的就是动力技术,比如研究新型热动力鱼雷燃料和高效发动机,采用新型高能电池和永磁材料电机技术。此外,还需要进一步改善鱼雷流体线型,减小运动阻力。
美国MK48ACDAP是在MK48-4型鱼雷的基础上改进的,增大了燃料舱容积和燃料泵流量,航速最大可达55节,以40节航行时,航程可达46千米。英国“旗鱼”更是一举打破鱼雷航速在50节徘徊半个世纪的局面,浅水速度达到了令人惊讶的70.5节,在900米最大深度也可达到55节。意大利MU90最大航速53节,航程最大15000米。
近年来颇受关注的超空泡鱼雷,是运用了空泡产生技术,使鱼雷周围完全被空泡包围,使其类似于在空气中运动,从而大大减少阻力,提高鱼雷速度和航程。俄罗斯BA-III“暴风”超高速鱼雷就采用了这种技术,速度达200节以上,航程约10000~15000米。
更深、更浅
鱼雷航行深度主要取决于目标艇下潜深度。目前常规潜艇可潜到400米,核潜艇600米,最大航行深度甚至可达900米。为有效打击目标,鱼雷航行深度一般应大于600米,并根据作战需求增大下潜深度。
要使鱼雷增大航行深度,一是鱼雷壳体必须采用高强度的新型材料,如合金钢、玻璃钢等;二是鱼雷动力系统必须采用不受水深限制的闭式循环系统。这是目前热动力鱼雷中最先进的动力技术,其燃料和蒸汽两个回路均为封闭系统,故其特性与水深无关,可大大提高鱼雷的航行深度。其原理虽然很简单,但要达到鱼雷发动机的指标要求却是非常困难的。美国MK50采用的就是闭环系统,航深可达750~500米。
此外,随着西方国家作战思想的转变,针对局部战争中浅水反潜的需要,要求鱼雷在具有足够大作战深度的同时,也应当具有浅水海域作战的功能。
浅水海区是海军基地、港口、码头、锚地及航线集中的地方,也是封锁与反封锁的重要战场,多数国家沿海均为浅海海区。近海航行的小型安静常规潜艇,辐射噪声比较低,而且浅水海域的水声环境比较恶劣,常规潜艇较小的噪声会被海洋噪声环境所掩盖,为此鱼雷必须能快速滤去背景噪声。目前美国的MK48ACDAP、MK50、意大利MU90“冲击”、瑞典2000型、法国的NTL90型“海鳝”等鱼雷都具有较好的浅水作战能力。
更准、更静
为提高海战中舰艇的生存能力,世界各国海军普遍采用了隐身和水下电子对抗等新技术,如目前潜艇大多采用低噪声线型和结构,低噪声桨,动力系统采用浮阀降噪技术,外部粘贴消声瓦,使潜艇辐射噪声大大降低。舰艇性能的不断提高、隐身技术的应用,配备反鱼雷设备,及舰艇本身的防护措施和战术规避,增大了鱼雷发现目标和攻击目标的难度。
命中目标是鱼雷的最终目的,准确导引是提高命中概率的基本保证。在鱼雷制导技术方面,传统的直航式鱼雷己被逐步淘汰,目前较为先进的均为“遥控+自导”。自导装置目前多为声自导,有主动式、被动式和主被动联合式,新型鱼雷多采用联合式。由于声自导鱼雷对付水面舰艇的效果不如对付潜艇,因此出现了尾流自导技术。各种舰船都具有很强且独特的尾流特性,并与舰艇的宽度和吃水有关,很难用一个小的航行体模拟尾流来诱骗鱼雷,因此现有的反鱼雷手段对尾流自导鱼雷几乎是无能为力。目前,尾流声自导、尾流电阻抗自导技术已在鱼雷上获得实际应用,但尾流自导鱼雷还不能用来对付潜艇。将来可以发展磁尾流自导,光、热尾流自导,放射性尾流自导来对付潜艇。
遥控技术目前主要采用线导方式。线导鱼雷中所使用的导线大都是铜线,其缺点是导线重、体积大、抗拉力小、传输频带窄、信号衰减量大,而且线导鱼雷中信号的衰减量和导线的长度成正比,导线越长信号衰减量越大,因此限制了鱼雷的航程。随着光纤传输信息技术在通信领域内的成功应用,以光纤代替普通铜导线用于线导鱼雷便成为新的发展方向。美、法等国分别成功地进行了光纤线导的海上试验,试验距离达到了20~30千米。只有光纤制导才能进一步完善潜艇和鱼雷之间的有线通信,增加鱼雷的制导作用距离。另外,由于光纤制导频带宽度大,可使发射艇和鱼雷之间传输更多的数据。
目前还有一种被称为“智能化制导”的技术在鱼雷上得到了应用,主要是制导系统应用高速数字微处理机,采用自适应技术、最优控制技术来实现的智能化精确制导。由于水下电子对抗技术的日益发展,鱼雷制导系统必须能够对来自于自然和人工的干扰目标进行识别,根据其不同的特征提取出有用的目标参量,然后由自适应控制系统选择和调整其工作状态和参数,进行最优控制,从而实现精确制导,并以90°命中角击中目标的要害部位。采用智能化制导的鱼雷能够在复杂的海洋水声环境中识别真假目标。
鱼雷在水下航行进行搜索和跟踪目标过程中,要不被对方过早发现而破坏鱼雷的攻击,就需要提高自己的隐蔽性。
当今水下对抗实际上就是水声对抗,鱼雷辐射噪声直接影响鱼雷的隐蔽攻击。性能先进的鱼雷针对构成自己主要噪声源的流体动力噪声、机械传动结构噪声、推进器噪声等,在鱼雷雷体线型、结构设计、动力装置减振、降噪设计、推进器噪声等方面采取了多种有效措施。主要有:采用新能源、动力系统和推进装置;采用新材料和鱼雷结构设计;开展鱼雷智能弹道的研究;采用综合制导系统。
更有威力
现代舰艇为了自身的安全,在结构设计及材料选择方面作了大量的研究工作,大型水面舰艇在要害部位都采用了高强度装甲材料,水下部位设有2~5层不等的保护间隔。一些先进国家的潜艇,外壳采用了高强度材料,结构上采用双壳体和抗爆结构,双层壳体间距达2~6米,设置有淡水缓冲舱或填充其它物品,大大提高了潜艇的抗爆能力。上述措施的采用使300千克左右的一般炸药都难以有所作为。为有效打击大中型水面舰艇和潜艇,必须提高鱼雷的爆破威力。
战斗部的威力大小以及对目标的毁伤程度与装药的数量、质量、爆炸方式等有关,也同鱼雷命中目标的位置、舰艇结构有关。由于受到空间和重量的限制,轻型鱼雷通常装药量40~80千克,重型鱼雷为200~400千克。在装药有限的情况下,要增加鱼雷的破坏威力,必须从提高炸药性能和定向爆炸技术入手。
各种新型的高能炸药纷纷用于鱼雷,如聚能炸药、塑胶炸药,目前还正在研制一种新型燃料气体炸药——环氧乙烷气体炸药,其破坏威力可达2.7~5倍TNT当量。
爆炸方式通常为两种,碰炸和近炸。比起碰炸,由于近炸可以借助不可压缩的海水的压力,因此对目标造成的毁伤更为严重。目前最先进的鱼雷采用的是定向聚能爆炸技术。定向聚能爆炸技术能使有限的炸药爆炸能量定向释放,向目标方向集中,从而有效摧毁外壳坚固的新型舰艇。采用聚能爆炸的鱼雷只能采用触发引信。如美国的MK50、英国的“旗鱼”、欧洲的MU90“冲击”等都采用的是这种技术。
此外,通用性是武器的发展趋势,鱼雷也不例外,特别要发展系统及组件可互换的多用途、多载体、通用性鱼雷。鱼雷采用模块化的功能置换件和组件,使鱼雷换上备品后无需重新检查与测试,并且可以使鱼雷内部结构更紧凑,可靠性更好,维修更方便,通用性增强使用寿命更长。
三种典型的近海轻型反潜鱼雷
20纪80年代中期,轻型鱼雷的设计二和技术开发主要都是围绕如何对付冷战时期高航速、大潜深的核动力潜艇而展开。如今时过境迁,海上主战场已经从过去的深海大洋转移至近海浅水海域,轻型鱼雷要对付的新目标是那些在近海浅水中静止或缓慢移动的常规潜艇。浅水中的声学环境更加复杂。为了应对回声更小的潜艇和更先进的水声对抗设备以及更加复杂的声学环境,海军强国对轻型鱼雷进行了升级、改进,推出了新一代轻型反潜鱼雷。
国际合作的典范:MU90
MU90是由法国和意大利两国联合组建的欧洲鱼雷公司研制的,该雷实质上是把法国的“海鳝”鱼雷和意大利的A290鱼雷方案合并起来,取各家之长,充分利用了各自的技术优势,是国际合作的一个成功范例。
该雷可供水面舰艇、反潜直升机、固定翼飞机使用,用于对付能快速机动、有隐身能力、使用主/被动对抗器材的各种核动力潜艇和常规潜艇。MU90鱼雷于1999年大批量服役,号称是世界上最先进的轻型鱼雷,性能优于美国MK50,是北约各成员国的标准配置,目前有舰载型和机载型两种。舰载型安装了入水稳定器,以改进浅水水域的作战性能。机载型安装了带条、分锁、鳍保护装置和稳定器。
MU90长3米,直径324毫米,重量304千克,航速29~50节(可连续变化),航程12000米/50节或25000米/29节,航深25~1000米。
战斗部为50千克定向聚能装药,能一举击穿双层壳体结构的潜艇,包括双层壳体间有缓冲水舱的大型潜艇。战雷头(鱼雷的雷头分战雷头和操雷头,战雷头装有炸药,操雷头不装炸药,而装有用于接收、测量、记录的电子装置和仪表)采用触发引信引爆,并装有独立的安全保险机构。
制导方式为主被动声自导,主动自导探测距离2500米。在计算机的控制下,声自导有6个工作频带,工作带宽远大于10kHz,有47个发射和32个接收波束。水声覆盖范围120°×70°。在计算机强大计算能力的支持下,能对接收信号进行处理,分辨真假目标,最多能同时跟踪10个目标。在各种作战和战术软件的配合支持下,能对慢速目标、快速机动目标、采用吸声材料覆盖的潜艇或处于强干扰环境中的目标进行攻击。
鱼雷控制系统主要由捷联式惯导装置加上微处理机构成,采用了性能先进的速率陀螺和加速度计,能在3个自由平面上同时控制鱼雷的航行姿态,使鱼雷可以任何姿态入水,大大增加了作战灵活性。当鱼雷大深度攻击时,可实现90°垂直下潜,这对于大深度鱼雷而言,是一个非常重要的功能。在攻击目标的末段,惯导系统与声自导相结合,大大提高了弹道精度,可实现对目标的垂直命中,这也是采用定向聚能装药对自导和控制系统的新要求。
MU90鱼雷的动力系统为电动推进系统,电源采用法国SAFT公司研制的铝/氧化银一次性高能电池。该电池的比能量为140~180瓦时/千克,其电解液为氢氧化钠,电解质以氧化钠粉末的形式储存在雷体内。鱼雷入水后海水进入雷体,经循环泵加压,进入电解质柜内,溶解电解质,形成电解液,并以恒定速度在一个闭式循环系统中流动。当电解液进入电池组内,发生电化学反应,产生电功率。由于该系统从启动到全功率需要一定时间,为此MU90鱼雷安装了2个辅助电池。当鱼雷刚入水未达到全功率时,一个电池向自导系统供电,另一个向电解液泵和控制舵机供电,使鱼雷入水后能很快工作,以利于浅水作战。
MU90鱼雷的推进电机是德国STN公司研制的永磁电机,采用了钻钐合金永磁体,具有非常高的比功率,能在很高的温度下不失磁,电机功率大于100千瓦。该电机的最大特点是通过脉冲转换可自行连续调节电机速度.实现鱼雷的无级变速,以适应不同的作战和战术要求。该电机采用海水冷却方式。
该雷的推进器为泵喷射推进装置,其转子由7叶侧斜式叶片组成。
MU90还有较大的发展空间,例如将该鱼雷改用锂/亚硫酰氯电池后,其航速可达60节。此外北约正在将该雷改装成反鱼雷鱼雷和用于潜艇发射的潜射型鱼雷,或用大陆架水雷发射的鱼雷。
扬长避短的组合产物:MK54
20世纪90年代后,美国海军除继续保持其深水大洋作战优势外,还要应付发生在中、小国家的局部冲突,因此不得不在水声条件极其恶劣的浅海环境进行反潜作战。美国MK46鱼雷的浅水性能不理想,经改进的MK50也不尽人意,因此急需开发出一型能在沿海有效攻击安静型潜艇的小型鱼雷,这就是MK54。
MK54鱼雷直径为324毫米,有三种型号,舰载型、直升机载型和固定翼机载型。舰载型长2710毫米,重275千克。直升机载型长2790毫米,重285千克。固定翼机载型长2880毫米,重292千克。航速36/45节,航程大于15000米。
MK54的制导方式为主被动声自导,主动自导探测距离2500米。其声自导头是从MK50鱼雷声自导头成熟技术演化来的,采用流体力学性能良好的雷顶线型,具有较低的基阵自噪声。水声基阵和数字式波束形成装置在浅水区具有良好的性能。其52个换能器单元按垂直和水平各8条排列,能提供窄波束,提高鱼雷的自导性能。该雷还具有连续变速能力,使鱼雷末段速度与环境噪声条件相匹配,从而使MK54鱼雷声自导头有着最佳的搜索和跟踪效能。
自导与控制系统是指声自导的数据处理部分和鱼雷控制装置,一般这两部分是合在一起的。MK54鱼雷的自导与控制系统有两个主要部件:处理器组件和执行控制功能(自动驾驶和导航)的控制组件。处理器组件中的数据记录器能记录700兆字节的数据,控制组件采用了MK48ADCAP鱼雷的数字式自动驾驶仪技术。为了满足动力控制的要求,MK54鱼雷采用了MK50鱼雷姿态测量装置和现代化的深度传感器组件。MK54的处理能力为每秒浮点运算1200兆次,这种处理能力与它们在浅水和深水两种环境条件下的最佳探测、编辑和跟踪算法相适应,远远超过了MK46鱼雷。
MK54鱼雷发射前,由自动测试设备装入鱼雷的战术软件。在航程终了时,战术软件被存贮电路擦掉,以免失密。鱼雷入水后,雷上的自导与控制系统跟踪、探测、分辨和计算各种目标数据,然后通过多次收听其音程来分析这些目标,不断删除假目标,追击真目标。
MK54鱼雷的推进系统基本上是采用MK46的,主要改进包括:加强了推进系统快速启动与武器控制回收能力,使其能在很浅的水中进行发射和操雷的回收;附加舱内装有MK48ADCAP鱼雷的变速控制阀,以适应鱼雷的变速要求;装有MK50鱼雷双绕组电源电机、热电机和安全互锁压力开关。由于融合了MK48ADCAP和MK50鱼雷推进系统的先进技术,因此鱼雷在整个航行深度范围和速度范围内都具有了很高的可靠性和变速能力。
战斗部采用MK46鱼雷的战斗部,铝制壳体,内装44.6千克的PBXN-103炸药、引爆装置、电缆、感应线圈、磁组件和液压部件。其破坏威力足以对付潜艇目标,战斗部可靠性大于99%。
由此可见,MK54实际上是一种混合设计方案,集美国海军三大主战鱼雷优点于一身。这种不同寻常的设计理念不仅节省了大量资金,而且大大缩短了新武器投入战场的时间。据估算,该雷的研制、试验和鉴定费用大约为1亿美元,是研制一型全新鱼雷的十分之一。MK54鱼雷于1995年立项,最初打算2001年装备,但由于资金短缺而推迟,2004年第一批鱼雷装备部队。美国海军计划采购1500枚MK54,2011年获得完全作战能力。该雷的研制只花费了8~9年,比MK50鱼雷研制时间的一半还少。
与时俱进的先锋:“鯆鱼”
英国研制“鯆鱼”(Sting Ray)鱼雷的目的,是为了对付苏联新型潜艇,同时填补英国没有324毫米小型鱼雷的空白。1971年马可尼空间与防御系统公司开始了“鯆鱼”鱼雷整体方案的研究,1979年11月签订了第一批订购合同,1983年9月正式交付英国皇家空军和海军。“鯆鱼”鱼雷的整个研制费用超过4亿美元,早期的“鯆鱼”鱼雷为Mod 0型,英国对该雷总的订购量为2400枚,已装备了英国的水面舰艇、“山猫”和“海王”反潜直升机、“猎迷”反潜巡逻机。该雷已出口到泰国、马来西亚、埃及、挪威、巴西等国。进入新世纪以后,为了适应浅水作战,同时也为了延长使用寿命,英国国防部决定将所有库存的“鯆鱼”Mod0型升级到Mod1型。
“鯆鱼”Mod0型鱼雷直径324毫米,长2597毫米,重265千克,战斗部为45千克定向聚能高爆炸药,航速45节,航程11000米,动力装置为电动机+镁/氯化银海水电池+泵喷射推进器,制导方式为主/被动声自导,自导探测距离1500米。
“鯆鱼”鱼雷是小型鱼雷中最早实现全部计算机控制的,不仅在声学装置和自导系统中,而且在控制及鱼雷战术使用上都实现了计算机处理及软件管理,能使鱼雷选择最佳战术去攻击目标,一旦丢失目标,可进行再搜索。
该雷还最早实现了战斗部的聚能装药,实雷打靶试验中,它能一举击穿双壳潜艇。
其推进装置也是泵喷射装置,但一般的泵喷射装置都是由导管、1个转子加上1个定子(位于尾部)所组成,如美国的MK50、法国的“海鳝”那样,而“鯆鱼”是由导管及前后双转子(正反转转子)组成的。
“鯆鱼”最大的特点在于它的空投系统,与其它空投反潜鱼雷相比,有许多明显的优点。第一,在空中阶段,鱼雷上既有降落伞又装有雷顶罩。雷顶罩在发射前及空投过程中用来防止雷顶结冰和受损。雷顶罩用易碎材料制成,入水冲击使其碎裂而离开雷顶,使换能器表面很干净。第二,鱼雷入水后,挂在鱼雷上的降落伞继续起减速作用,并使鱼雷保持稳定。当电机轴解脱锁定、泵喷射推进器转子转动后,降落伞才脱开。该雷的这一特点就给控制系统的3个速率陀螺和3个加速度计以足够的启动时间来实现最优拉平弹道,防止鱼雷跳水或扎入海底。随着空中附件在水中的解脱,鱼雷进入正确的初始搜索深度并保持水平姿态。
2003年英国开始“鯆鱼”鱼雷延寿计划,要求提高鱼雷在浅水对付安静型潜艇的效能,并将鱼雷的服役期至少延长到2025年。改进主要包括自导系统的升级(采用更先进的数字信号处理器和功能更强的信号处理软件),改进雷头换能器阵列,新的“软启动”电机控制器,提高战斗部定向效能,采用新的由诺思罗普·格鲁曼导航系统公司生产的LN-200惯性测量单元,新的安全保险机构以及新的镁/氯化银海水电池等。鱼雷的战斗部装药也改用了新型钝感炸药。
第一批100枚“鯆鱼”Mod1鱼雷于2006年7月交付,第二批120枚鱼雷于2007年初交付,第三批正在生产当中,将于2008年交付,整个生产工作预计于2010完成。
最悠久的鱼类制造商——白头阿莱尼亚水下系统公司
众所周知,意大利在世界鱼雷市场占有极其重要地位,其最大鱼雷生产厂家就是大名鼎鼎的白头阿莱尼亚水下系统公司(WASS)。它位于意大利西北海岸的里窝那,下辖3个鱼雷制造厂,是全球鱼雷制造先驱,生产从轻型到重型鱼雷,水面舰艇、潜艇反鱼雷装置,主动或被动舰载、直升机载声呐和水下监视装备,“白头”一度成为鱼雷的代名词。为了加强国际间的合作,该公司还通过控欧洲鱼雷公司(法国舰艇建造局和泰利斯公司联合组建的公司)股份高达50%,使其成为法意联合研制先进鱼雷最主要的平台。作为芬梅卡尼卡公司的全资子公司,白头阿莱尼亚水下系统公司风靡世界鱼雷市场130余年。
开启鱼雷时代
提及白头阿莱尼亚水下系统公司,便不能不提及罗伯特·怀特黑德(1823年l月3日~1905年11月14日)。
1823年,怀特黑德出生于英国波尔顿一个普通的工程师家庭,1840年从英国曼彻斯特机械学院工程系毕业后,前往法国土伦船厂工作,随后在意大利米兰担任工程顾问。欧洲战乱,他不得不放弃大量专利权迁至意大利东北部亚得里亚海沿海的里肖雅斯特的阜姆。在这里,他建立了一个钢铁厂,取名逢德里亚钢铁厂,这就是白头阿莱尼亚水下系统公司前身。1856年,他担任经理,将工厂更名为阜姆士他俾劳勉图厂,为奥匈帝国海军服务,隶属于奥地利,主要生产舰船蒸汽机和发动机,是当时最先进的产品。
1866年,怀特黑德与刚从奥匈帝国海军退休的工程师卢皮斯研制出首款鱼雷,在海面以下的设定深度上航行,炸药和雷管装在头部,可破坏军舰的水下部分。它的直径为356毫米,长3.53米,重136千克,装药15~18千克,航速6节,航程200米,采用压缩空气发动机(历史上称为冷动力发动机)带动螺旋桨推进鱼雷。采用静水压阀门和惯性摆锤共同操纵横舵,即利用静水压设定鱼雷的航行深度,用惯性摆锤减少鱼雷在定深线附近的波动。
1567~1565年,怀特黑德的海上试验获得了意想不到的成功,炸药在水下的爆炸威力比在水面要大得多。这是人类史上的第一条真正鱼雷。由于怀特黑德英文whitedhead意为“白头”,故得名“白头”鱼雷。尽管鱼雷有着良好的市场前景,但阜姆士他俾劳勉图厂由于1868年没能从奥匈帝国海军处拿到足够的鱼雷订单,1873年正式宣告破产。
1875年,心有不甘的怀特黑德索性在阜姆士他俾劳勉图厂基础上重建了一个私人公司,正式取名白头鱼雷制造厂。后该厂转成股份制公司,更名为白头鱼雷股份有限公司。由于早在1868年,怀特黑德就曾携带2枚鱼雷前往英国推销,并在1871年与英国签订在英国制造“白头”鱼雷的协议(英国鱼雷以此为原型开始发展),因此白头公司在成立后不久就被英国威格士有限公司和阿姆斯特朗-怀特沃斯公司收购。
1895年怀特黑德对“白头”鱼雷进行首次重要改进,采用奥地利人路德维格·奥布赖发明的方位角控制鱼雷陀螺仪技术:鱼雷轴的平衡环内置一个直径3英寸、重1.75磅的轮子(鱼雷发射前转速2400转/分,确保鱼雷发射后在一条直线上,但不影响鱼雷速度),减少鱼雷对平衡环的二次依赖.增加了鱼雷射程,达到7000码.比先前的1000码增加了6倍。但该型鱼雷最大缺陷是发射初期轨迹倾斜。1898年怀特黑德又引进当时的最新技术增强了“白头”鱼雷攻击方向的稳定性。
后来白头公司将鱼雷发明专利权出售给其它国家海军,“白头”鱼雷遂成为各国鱼雷发展公认的母型。不久,德国施沃尔茨-考普夫公司又研制出一种用磷青铜制作的“黑头”鱼雷(blackhead torpedo),其原理与“白头”鱼雷基本相同,但各项指标有所改进,如直径缩小为304毫米,长度增至4.57米,重量增至275千克,装药量增至20千克,航速达22节,只是射程最初仅有400米。
早期鱼雷主要由水面舰体携载发射,入水后按预先设定的航深和航向作直线航行,在有效射程内攻击水面舰船及其它水中目标,命中率取决于测定目标运动参数的准确度、鱼雷深度和航向控制的精确度。当时,海军战舰和特制的鱼雷艇普遍都装备一至数个鱼雷发射管,但两者的发射方式略有不同。战舰上的发射装置可以调整发射方向,鱼雷艇则因体积小,只能靠艇身的机动来调整发射方向。由于鱼雷只能自航数百米,作战时需冒险抵近攻击,故防护能力较弱的鱼雷艇一般是在大舰的掩护下发动突袭,或乘夜雾时单独进行偷袭。尽管当时鱼雷的航程有限,但威力极大,所以一问世便很快成为欧美各国海军的新宠。
一战时,白头鱼雷股份有限公司被奥匈帝国强占。一战后意大利获得了白头鱼雷股份有限公司,正式成为该公司主人。到二战结束时,白头鱼雷股份有限公司已经生产了7个型号(MK I、II、III、lV、V、VI和VII型鱼雷)、2万余枚“白头”鱼雷,出口10多个国家。
二战结束前,“白头”鱼雷(含各种改进型)大多是重型冷动力鱼雷(压缩空气鱼雷,亦称冷机鱼雷,后为热动力鱼雷替代),长7米,装药量250~300千克。鱼雷问世改变了世界海军作战样式,作战重心由水面转移到水下。
“白头”鱼雷在其诞生后的历次战争中均有出色的表现。1891年智利内战时,智利海军“林其海军上将”号鱼雷艇发射360毫米口径“白头”鱼雷,击中100码处的叛军“布兰克·英卡拉达”号军舰左舷,致其沉没,为智利海军平叛做出了杰出的贡献。1940年4月9日德国海军“布吕歇尔”号重型巡洋舰(1939年4月服役)被挪威海军2枚性能老化的“白头”鱼雷击沉,成为德挪海军交战中德海军的最大损失。
A244再战江湖
由于二战后阜姆划归南斯拉夫,1945年白头鱼雷股份有限公司从阜姆迁至意大利里窝那,更名为白头阿莱尼亚水下系统公司,开始研制以电力驱动的轻型鱼雷和冲压喷水发动机鱼雷,但由于战后严重的经济危机席卷整个资本主义世界,自研不堪其负。此时通过仿制“白头”起步的美国鱼雷工业后来居上,白头公司沉寂起来。
20世纪50年代初,白头公司向美国购买MK44型鱼雷,并获许可证生产。1960年,白头公司以MK44为原型研制出“白头”21鱼雷,1966年开始生产,航速27节,航程7000米,重1130千克,制导方式采用线导加音响制导。潜艇发射时,启用线导模式向目标靠近,随后用音响制导攻击目标。
70年代,白头公司和法国泰利斯水下系统公司在MK44鱼雷的基础上,联合研制出A244轻型鱼雷,白头公司再次引人注目。该鱼雷长2.75米,直径324毫米,巡航速度30节,最大航速39节,最大作战深度600米,最大航程13.5千米,最大重量238千克,具有抗干扰能力、延长报警时间、射程远、发射后不管等特点,适应濒海地区的作战需求,可装备核潜艇、常规潜艇、水面舰艇、直升机和固定翼飞机。最新改型为A244/S-3。
白头阿莱尼亚水下系统公司总共生产了1000枚A244鱼雷,装备该型鱼雷的国家包括意大利、韩国(“蓝些”鱼雷就是A244韩国版)、印度、孟加拉国、印尼、马来西亚、新加坡、阿根廷、哥伦比亚、尼日利亚、瑞典、阿联酋和委内瑞拉等。当意大利ATR72反潜巡逻机、马拉西亚“超山猫”MK100直升机、新加坡海军“威武”级隐身护卫舰和“无畏”级巡逻艇等携带该型鱼雷,执行近海反潜任务时,才可真正体会到什么是誉满全球。
此外.白头公司80年代末生产了A200超轻型鱼雷、90年代初生产了A290轻型鱼雷,还制造出C-310型鱼雷对抗系统(专门装备水面舰艇)和C-303型鱼雷对抗系统(专门装备潜艇)。
法意联手,新品层出
1993年白头阿莱尼亚水下系统公司大部分老厂房不能再使用,1997年全部卖给房地产开发商,正式加盟意大利芬梅卡尼卡公司。随着21世纪到来,欧洲防务公司进一步整合,提升整体防务产品的研发能力,冠以欧洲之名的公司如雨后春笋般出现,如欧洲战斗机公司、欧洲直升机公司、欧洲运输机公司和欧洲鱼雷公司等。其中欧洲鱼雷公司就是法意水下防务系统合作平台,白头阿莱尼亚水下系统公司利用其控股的欧洲鱼雷公司与法国舰艇建造局和法国泰利斯公司联合研制新型鱼雷,包括著名的MU90“冲击”轻型反潜鱼雷和“黑鲨”重型鱼雷。
2007年11月30日,法国舰艇建造局和泰利斯公司、意大利芬梅卡尼卡公司(白头阿莱尼亚水下系统公司母公司)在尼斯宣布将整合两国水下武器系统公司,组建三个合资企业,其中鱼雷合资企业负责鱼雷系统(重型、轻型鱼雷和鱼雷对杭系统)设计研制、市场开拓和项目管理;鱼雷制造合资企业负责鱼雷测试和制造;声呐合资企业负责声呐设计、制造。法意两国将在欧洲鱼雷公司基础上进一步组建战略联盟,打造一个全球水下系统公司,2008年底之前组建完毕.将大大强化法意防务工业合作和提升鱼雷竞争力。白头阿莱尼亚水下系统公司将在新的体制下再放异彩。
鱼雷是怎样攻向目标的?
如果说到“地雷”,大家一定会想起电影“地雷战”中炸得日本鬼子魂飞胆丧的“大圆球”。如果提起“水雷”,不难想像,一定是水中的“大圆球”。而说到“鱼雷”,自然便成了可以像鱼一样游动的“大圆球”。从外形上看,此时的鱼雷已经不是“大圆球”了,它要像鱼一样在水中运动,就需要加上“鱼头”、“鱼尾”、“鱼鳍”等,于似乎,“大圆球”被拉长,就更像鱼了。
翻开《辞海》,鱼雷的释义是“能自行推进、自行控制方向和深度的水中兵器,似圆椎形,头部装有引信和炸药,中部和尾部装有燃料和动力装置等。……有的鱼雷还有能自动捕捉目标的自导装置等。”
我国军标对鱼雷的表述是:“鱼雷是一种水中自动推进、引导,用以攻击水面或水下目标的水中兵器。”
以上对鱼雷的释义概括了它的三个基本属性,即:在水中自动推进或自航性,导引性,破坏性。
鱼雷的破坏性不难讲解也不难实现,只要有引信和炸药即可解决。如何让鱼雷动起来,而且能自动地游向目标,这才是人们最关注的,也是鱼雷技术的关键。
如何让鱼雷动起来?
要让鱼雷动起来,关键就是它的动力系统,这也是决定鱼雷速度和航程的重要性能指标。一般来讲,鱼雷的动力系统主要分为两大类:热动力和电动力。在鱼雷航速、体积、重量一定的前提下,航程取决于动力系统的比功率和能源的比能而这两项指标,热动力都比电动力具有较大的优势。
热动力系统 热动力系统一般包括能源(燃料)、发动机和推进器三部分。
发动机的种类繁多,有多缸往复或凸轮活塞发动机、斜盘发动机、涡轮发动机、燃气轮机及固体火箭发动机等。它们的位置一般设在鱼雷的后段。
热动力系统采用的燃料有普通燃料(气、水、油)、单组元燃料(如奥托燃料)、多组元燃料(如奥托-II+过氧化氢+海水三组元燃料)和固体燃料。应用广泛的奥托-II燃料是一种硝酸酯类燃料。
燃料在常温下一般是气态或液态的,只有固体火箭发动机用的火药是固态的。由于鱼雷在水下航行,不可能像飞机和汽车一样从周围大气中取得氧气,因此它携带的燃料不但有燃烧剂还有氧化剂,空气、过氧化氢和纯氧就成了不可缺少的携带物。另外,鱼雷的冷却水需要喷入燃烧室内,用以冷却燃气,其生成的水蒸汽与燃气混合后一起进入主机做功,因此水与燃烧剂、氧化剂共同组成燃料组元。
鱼雷推进器传统上是指将发动机(或电动机)的机械功转变为鱼雷前进推力的装置。通常火箭发动机的推力室和喷管也是一种推进器。
最常见的鱼雷推进器是螺旋桨,分单桨和双桨两种。所谓双桨,是在同一轴上反向旋转的螺旋桨,也称对转螺旋桨。对转桨不仅比单转桨效率高,而且可以清除单方向旋转引起的扭矩。美国早期的MK24鱼雷和瑞典的TP43X0鱼雷采用单桨,以后生产的鱼雷多为对转螺旋桨。螺旋桨高速转动时产生的空泡现象将鱼雷的速度限制在51~52节以下。
新发展的推进器采用先进的泵喷射螺旋桨和导管对转螺旋桨,可以突破普通螺旋桨的空泡对鱼雷速度的限制。泵喷射螺旋桨是在单轴螺旋桨部位设置一个减速型导管,这样既可改善螺旋桨产生的空泡,又可屏蔽部分螺旋桨噪声向雷头自导装置的辐射。为了解决单螺旋桨扭矩不平衡和效率低的缺陷,又出现了双桨的泵喷射推进器,即导管对转螺旋桨。它已被法国“海鳝”、英国“鯆鱼”等采纳。推进器一般设在雷尾。
俄罗斯的“暴风”、德国的“梭鱼”等超空泡高速鱼雷,都是利用超空泡技术,采用铝、镁、锉等固体燃料和固体火箭发动机推动的热动力鱼雷。
热动力鱼雷的最大特点就是功率大、航程远、速度快,其缺点是受海水背压影响,航深浅、噪声大,而且航行中排出的废气等可形成航迹,易被敌方发现并规避。为此又开发出闭环系统,其最大特点就是整个循环均在系统内部完成,没有任何废气物排入大海,因此它既无排气噪声,又无排气航迹,大大提高了鱼雷的安静性和隐蔽性,更重要的是采用这种系统的鱼雷不受背压的影响,可以大大提高鱼雷的航行深度。美国MK50采用的就是这种系统,航深达到750~800米。
电动力系统 鱼雷的电动力系统由推进电机、电池组和推进器三大部分组成。
电机的性能是决定电动力系统的重要指标之一。目前普遍使用的基本上是单转或双转的串激直流电机。如俄罗斯SETT-65鱼雷就是采用双转串激直流电动机,电枢和磁系统都能转动,直接带动对转螺旋桨。其转速低,无需减速,结构简单,但电机的比功率不大。而单转串激直流电机电枢转速高,通过减速器减速和换向,带动对转的两个螺旋桨,电机比功率大,但由于需要齿轮减速器,因此结构比较复杂,噪声也有所增大。
当今世界性能较优的是法意联合研制的永磁电机,以永磁稀土材料钕硼或钐钻作磁极,取代笨重的铜导线激磁绕组,使电机结构紧凑,体积小、重量轻、损耗小、升温低、效率高,比功率达到2.7~5.5马力/千克。该型电机已被法国的“海鳝”、德国的DM2A4、欧洲的MU90等鱼雷采用。
另外,电池的能量也是决定电动力系统性能的又一重要指标。目前鱼雷用电池类型繁多,而且发展很快,常用的有铅酸电池、镍镉电池、银锌电池、镁-氯化银海水电池等。
铅酸电池是以铅作负极,二氧化铅为正极,稀硫酸作电解液的普通电池,比能量为11~17瓦时/千克,比较低,所以除老式鱼雷外,已被现代鱼雷弃用。
镍镉电池以镍镉作负极,氧化镍作正极,氢氧化钾溶液作电解液,比能量为22~26瓦时/千克。
银锌电池以锌作负极,氧化银作正极,氢氧化钾溶液作电解液,分一次电池(指无法进行充电,仅能放电的电池,但一次电池容量一般大于同等规格充电电池)和二次电池(指可反复充电再循环的电池)两种。二次电池的能量达55~60瓦时/千克,可反复充放电4~15次,但一次充电需要24~48小时,故一般为操雷(操练用,可打捞回收的鱼雷)使用。一次电池充电时间一般为4~6小时,且先进的一次电池比能量可达80~100瓦时/千克,故为战雷使用。
镁/氯化银海水电池以镁合金为负极,氯化银作正极,海水作电解液,最多比能量可达130瓦时/千克,现役的英国“鯆鱼”就是采用该种电池。
此外法国的“海鳝”、欧洲的MU90采用的是铝/氧化银电池。
法国10年前开始研制锂亚硫酰氯电池,其比能量高达550瓦时/千克,已装配到324毫米的轻型鱼雷上,目前的研制目标是用于重型鱼雷。此外国外正在研制更为先进的塑料电池,重量仅为铅酸电池的1/10,而容量却比它大10倍,且可反复使用。全固态电池也在发展之中,有望使用在新型鱼雷上。
采用电动力系统的鱼雷,在航行中无废气排出、无气泡、无航迹、噪音小,所以隐蔽性好;不受海水背压影响,适于深水航行,且对自导装置干扰小;结构简单、便于维修。其缺点是因雷体容积有限,电池的电容量小,故功率不如热动力鱼雷大,影响鱼雷的航速和航程,所以电动力系统更适合短航程的轻型鱼雷。
如何让鱼雷游向目标?
鱼雷问世后不久,就有自动控制鱼雷航行方向和深度的系统,并且作为鱼雷区别于其它水中兵器的特征而存在,如何将鱼雷稳定地导向目标?这需要解决导引和控制两方面问题。
鱼雷上有控制方向和深度的两组舵,即直舵和横舵。控制直舵的是方向仪,也称陀螺仪,控制深度的是定深器。陀螺仪是利用高速旋转时的指向性,使鱼雷保持其初始运动方向不变的原理攻击目标。定深器则是采用水压盘等敏感元件来感应鱼雷航行深度,并使鱼雷始终保持在初始的设定深度上。这种鱼雷只能直航,无法在未命中目标后再次改变方向追踪目标,亦称直航鱼雷,如俄罗斯的53-39鱼雷。
由于直航鱼雷机动性差,故命中概率低,现代鱼雷多采用能够自动跟踪目标的装置,即制导系统。目前广泛采用以下几种制导方式。
声自导 声自导鱼雷是在雷头安装一套能形成和发射多个波束的自导装置,整个波束可形成大角度的扇面,当这些波束接收到目标的噪声信号时既可操舵跟踪目标。如果导引过程失去了目标信号,可在目标附近采用最能捕获目标的运动方式,操纵鱼雷进行再搜索,以便重新发现目标。
声自导系统按声场的利用方式可分为被动自导、主动自导和主被动联合自导三种。被动式是接收目标的信号来完成对目标的跟踪,其作用距离最大可达2500米,适合在浅水攻击高速目标。主动式是利用鱼雷发射的声波,经目标反射回来的信号,发现并跟踪目标,其作用距离较小,一般不超过1700米,而且隐蔽性较差,适合深水攻击中低速目标。主被动联合式是前两种方式的结合,并能按预先设定的程序工作。新型鱼雷多采用主被动联合式。
线导 线导是利用鱼雷和发射平台之间的一条专用导线来传递信号和操舵指令,将鱼雷导向目标的制导方式。在鱼雷发射管内装一个导线团,线团绕有直径小于1.2毫米、芯线小于0.4毫米、长约5000米左右的导线,另在鱼雷上装一个导线长约20000米左右的线团。鱼雷入水后,两个线团同时放线,并随时通过发射平台上的火控系统和鱼雷上的线导系统相互传递信息,引导鱼雷攻向目标。导线一般为铜线,先进的则用传输快、损耗小、强度大的光纤导线。
线导又分单芯和双芯两种。单芯线导一般只能向鱼雷发布指令,也有的鱼雷采用一半时间向鱼雷发布指令,一半时间回收鱼雷的运动信息(称半双工)。现代鱼雷多采用双芯导线,这样就可以同时完成舰雷之间的信息传递。
由于线导系统的精度不高,故现代一鱼雷多采用线导+末端声自导的方式,即由线导将鱼雷引导到目标附近,当声自导发现目标后,改由声自导系统追踪目标。
尾流自导 舰船在水中航行时,由于螺旋桨的搅动、船体和水的相互作用,以及排出物质等,会在船体后方水平面约2°的张角和2倍于舰船吃水深度的范围内形成一条近千米长的具有热效应、声效应的尾流,尾流自导鱼雷就是利用不同的尾流传感器对尾流的温度、声效应进行检测,并导向目标。
除俄罗斯的53-65K、TESF-95、USET-80等鱼雷外,意大利的A184Mod3和法国F17Mod2等都采用了尾流自导。尾流自导鱼雷在发射前就设定了鱼雷穿越舰船尾流后的转向方向、航深和航向,发射入水后按设定的航向航行。当穿过尾流并接收到尾流信号时,即按设定的方向操舵,传鱼雷转向目标方向。当鱼雷再次穿越尾流时,鱼雷就向相反方面运动,如此反复,以蛇形弹道跟随目标尾流逼进目标,直至命中。
由于水面舰艇的尾流难以模拟,所以尾流自导鱼雷的最大特点是抗干扰性强,其缺点是蛇形弹道使鱼雷的航程损失过大。为克服这一缺陷,大都采用尾流加末端声自导或线导加尾流自导加末端声自导的制导方式。
另外由于潜艇的尾流强度弱、长度短、保留时间短,故尾流自导鱼雷难以用于攻击潜艇。
会飞的鱼雷
随着科学技术的发展,潜艇性能也有了大幅度的提高,特别是航速的提高,使得普通鱼雷的反潜效果大打折扣。另一方面,探测器材的发展,使潜艇的探测距离越来越远,为此要在远距离实施鱼雷反潜,就需要发展高速、大航程鱼雷。但鱼雷的航速和航程呈反比关系,不可能同时增加。另外,鱼雷的自导作用距离又受航速的制约,航速越高,作用距离越短,同时,航程越远,制导控制误差越大。为了解决这些矛盾,于是出现了一种新的鱼雷发射方式,由火箭来运载,能在空中飞行后再入水,这种鱼雷称作“火箭助飞鱼雷”。它是将火箭和鱼雷捆绑在一起,由水面舰艇或潜艇发射,按巡航式或弹道式弹道飞行到目标上空,然后鱼雷分离,鱼雷由降落伞控制入水后完成发现和攻击目标的任务。它主要用于反潜作战。
火箭助飞鱼雷利用火箭在空中的飞行速度可接近1马赫,只需2分钟左右就可将鱼雷送到目标附近。射程也大大超过普通鱼雷的射程,弥补了鱼雷航程短、速度低的缺点。目前主要型号有美国“阿斯洛克”、俄罗斯的“蝼蛄”、法国的“玛拉丰”以及澳大利亚的“依卡拉”等。这些火箭助飞鱼雷的飞行速度比普通鱼雷高出10倍以上,射程可达20~65千米。