zt 艦載導彈垂直發射係統ABC

 
艦船如果裝備的是僅能跟蹤或探測一個目標的單通道防空導彈係統,即使命中率是100%,也不可能對抗成批次導彈的攻擊。而多通道防空導彈係統由於采用相控陣雷達,因而可以同時探測和跟蹤數個空中目標。但是,如果多通道防空係統采用的發射裝置每次發射後要重新裝填導彈和重新瞄準目標,也同樣不能對抗飽和攻擊。因此,多通道相控陣雷達係統隻有與反應速度快、貯彈量大的垂直發射裝置相結合,才能最大限度地發揮武器係統的作戰效能。

目前,世界上已經裝備和正在研製的垂直發射係統有十多種,美國的MK41和MK48、俄羅斯的SA-N-6和SA-N-9、以色列的“巴拉克”-1、英國的“海狼”、法國的“席爾瓦”(Sylver)等多型艦載導彈垂直發射係統已經裝艦服役,許多國家還在改進現有垂直發射係統或者研製新型垂直發射係統。林林總總的艦載導彈垂直發射係統可謂各具特色,從中可以看出它們有許多相同之處,也有許多獨到的技術特點,可謂“千姿百態”,各有所長。

發射裝置結構

目前國外裝艦的戰術導彈垂直發射係統主要有三種結構形式,即集中配置的模塊式結構、獨立布置的分離式結構和旋轉式結構,還有一種大傾角準垂直發射裝置。

集中配置的模塊式結構美國的MK41垂直發射係統采用典型的集中模塊式結構,每個標準模塊可裝8個導彈發射箱,是一個獨立的發射單元,共用一個燃氣流排導係統。這種結構需要防止導彈發射時產生的燃氣進入鄰近發射箱,因而MK41每個發射箱的後蓋均設計成隻能單向開啟的花瓣狀結構的自動開閉門,每個發射箱的燃氣隻可向下排導,其它隔艙導彈發射時產生的燃氣不能進入。

可裝載各種作戰用途導彈的集中配置的模塊式發射裝置雖然在設計、製造、裝配上比較複雜,而且結構龐大、維護不便、造價昂貴,但是能夠滿足多種作戰任務需求,貯彈量大,發射率高,從性能和滿足任務需求來講最為先進。

獨立布置的分離式結構分離式結構多以1～2個貯運發射箱構成彈庫的最小結構單元,燃氣排導通常設計有兩種形式,一種是像發射“海麻雀”導彈的MK48垂直發射裝置那樣單獨設置排導通道,一種是像“海狼”導彈發射裝置那樣,發射箱與燃氣通道采用同心排導原理的一體化設計。

分離式結構發射裝置通常用於尺寸較小的點防禦艦空導彈,英國的“海狼”和北約的“海麻雀”均采用這種結構形式。分離式結構的優點是結構簡單、設計相對容易、便於維護保養、造價低、發射裝置尺寸較小、安裝靈活,適合布置在噸位較小的艦船上。組成一個戰術單元的發射箱可以獨立處於艦舷旁、機庫旁,或者安裝在甲板下麵。這種發射裝置的缺點是貯彈密度低,不適用於大型導彈,通用性受到限製。
旋轉式結構蘇聯研製的SA-N-6、SA-N-9艦空導彈垂直發射裝置采用模塊式旋轉結構。這種結構的驅動機構較複雜,使發射裝置的可靠性有所降低。另外,旋轉式結構每發射一枚導彈需轉動一個彈位,影響發射率。SA-N-6、SA-N-9係統間隔3秒發射一枚導彈,而MK41可每秒發射一枚導彈。為提高發射率,縮短反應時間,俄羅斯在裝備了一艘巡洋艦後將這種發射裝置改進為每個發射筒都有一個發射筒蓋,不用旋轉就可直接發射。 

大傾角準垂直發射裝置俄羅斯的SS-N-19反艦導彈是目前唯一采用甲板下大傾角準垂直發射裝置發射的導彈。這種發射裝置與90°垂直發射裝置相比具有以下優點:導彈以一定角度發射,相比90°垂直發射,同等條件下所需推力較小,有利於導彈的發射;因發射裝置傾斜布置,有利於解決大型反艦導彈艙下布置的難題;因導彈以一定角度發射離艦,因而降低了導彈因啞彈或意外點火可能回落砸艦而對發射平台構成的威脅。

專用與通用發射裝置

發射裝置通用化的好處是在一艘艦船上不用為發射反艦、反潛、防空等多種武器而安裝多種發射裝置,從而能夠大大提高武器係統的快速反應能力,節省大量的研製費用並縮短研製周期。通用化可以更容易獲取零件和服務,以及簡化操作手培訓並降低生產成本,因此,越來越多的國家都在擴大其垂直發射裝置通用化的潛力。

但迄今為止,除了MK41以外,多數國家的垂直發射係統隻停留在海軍的應用領域,主要用於區域和點防禦防空,隻能對抗反艦導彈和飛機等空中目標。多數國家的艦載垂直發射係統隻能發射單一作戰用途的導彈,如俄羅斯的SA-N-6、英國的“海狼”、以色列的“巴拉克”-1垂直發射裝置。俄羅斯已經裝備了不同類型多種型號的垂直發射裝置,但發射的導彈單一,甚至一種導彈有兩種發射裝置,反映出在發射裝置通用化設計方麵著力不夠。但俄羅斯新研製的水麵艦模塊式發射裝置既可發射遠程對陸攻擊導彈,也能發射反艦導彈,通用性有所提高。

就通用性而言,美國的MK41可以說是“一枝獨秀”。該發射裝置不僅可以發射多型“標準”導彈、“海麻雀”導彈、“阿斯洛克”反潛導彈、“戰斧”導彈,而且還將進一步擴展通用能力。據洛馬公司稱,MK41還將兼容“紫菀”導彈、“巴拉克”導彈、“愛國者”導彈、“飛魚”導彈和電子幹擾彈等。法國目前也正在研究用“紫菀”導彈采用的“席爾瓦”垂直發射裝置發射現有的其它導彈和未來研製的導彈,如“標準”導彈、“阿斯洛克”反潛導彈、“戰斧”導彈和“改進型海麻雀”(ESSM)導彈。發射裝置通用化是艦載垂直發射裝置最重要的發展方向之一。 

發射方式

垂直發射方式按發射動力分類,可分為自推力發射和外動力彈射兩大類。自推力發射又稱為“熱”發射,是依靠導彈尾部安裝的助推發動機推動導彈發射起飛,其發射裝置的基本功能是將導彈助推器產生的高溫、高速燃氣流通暢地排出艦艇外,並賦予導彈一定的出箱/筒口姿態。外動力彈射又稱為“冷”發射,發射時依靠發射裝置提供的動力(燃氣或壓縮空氣等)將導彈彈射到預定高度,之後彈上主發動機點火為導彈飛行提供動力。美國與西歐國家絕大多數采用“熱”發射方式,蘇聯/俄羅斯則主要采用“冷”發射方式。

采用“熱”發射方式時,由於是發射箱內的導彈助推發動機點火推動導彈起飛,因此,需要研製能承受高溫、高壓、高速燃氣流衝擊與燒蝕的燃氣排導係統,這使發射裝置的結構比較複雜。“冷”發射則相反,通常不需要燃氣排導係統,因而發射裝置的設計相對簡單,但發射箱內安裝的彈射裝置使發射箱的結構設計相對複雜。

“冷”發射裝置因其結構單元所占艦上空間和重量要比“熱”發射裝置少得多,維護工作量和難度也較小,因此適合裝備水翼艇和氣墊船。此外,“熱”發射方式的發射箱、排導裝置因反複經受高溫燃氣流的燒蝕,因此使用壽命有限,而“冷”發射方式中彈射器產生的氣體溫度可以控製得較低,因而發射筒的使用壽命較長。

怎樣實現垂直發射?

模塊結構和貯運發射箱要達到垂直發射的目的,首先要設計輕型導彈貯運發射箱。貯運發射箱不僅是導彈貯存、運輸的保護容器,而且是導彈的發射導軌,還是燃氣排導係統的一部分。其前/後端蓋是保證導彈成功飛離發射箱的兩個重要部件,前蓋采用“穿通蓋”,後蓋一般采用三種開啟方式:采用“吹破蓋”;發射箱底部完全密封;以及機械開啟方式。除了前/後端蓋以外,發射箱內還裝有發射導軌、電氣連接件、發動機點火線路解除保險機構、固彈機構等,以保證導彈成功飛離發射箱。
 
燃氣排導技術如何排放導彈發射時產生的高溫高速燃氣流,以及防止燃氣流對其它隔艙導彈產生影響是發射係統設計中的關鍵問題。燃氣排導係統一般由壓力通風室和垂直排氣道組成。導彈發射時,壓力通風室使燃氣流膨脹減速,然後經垂直排氣道排入大氣中。


燃氣排導係統設計時要解決以下關鍵問題。

——任何一枚點火導彈所產生的燃氣流不能進入其它未點火導彈的隔艙,隻能排至艦外安全區。
 
——結構設計時盡量降低燃氣流排放過程中的壓力及對未點火導彈貯存環境(溫度、振動等)的影響,以免損壞發射裝置或未點火導彈。

——燃氣流經過的排導通道的表麵必須采用絕熱防燒蝕材料加以防護。
 
——可自動啟動冷卻水噴淋係統,向意外點火導彈進行噴水冷卻。

火控通道高發射率需要相應數量的火控通道,因為每枚導彈射前要由火控係統輸入目標方位、速度等數據,發射後由火控係統提供修正指令,特別是目前的防空導彈大多是發射後跟蹤型,離不開火控雷達的導引。采用相控陣雷達可以解決多枚導彈的跟蹤、製導問題。美國的AN/SPY-1型相控陣雷達能同時探測、跟蹤上百個目標,它與數部Mk99型X波段照射雷達連用可同時導引十幾枚導彈飛向不同目標。

導彈垂直發射的轉彎采用垂直發射方式必須使導彈垂直起飛後能夠迅速轉向目標方向,並盡量減小最小有效射程。所以,垂直發射導彈的最佳轉彎高度是發射平台最高建築物的高度(一般不超過50米)。當導彈到達這個高度時,應能轉向目標飛行。但是,由於導彈垂直發射時傳統的氣動力麵難以實現這種控製,因此,一般是采用推力矢量控製係統來提供轉彎所需要的控製力。

可供戰術導彈使用的推力矢量控製係統有:單個或多個可偏轉噴管控製係統,尾控製麵與可轉噴管相結合的係統,液體噴射係統,電子液壓操縱的燃氣舵係統,燃氣舵與尾控製麵相結合的係統等。目前,多數垂直發射的導彈都采用燃氣舵推力矢量控製係統。

燃氣舵通常置於火箭發動機噴管處,它由微處理機、驅動器和電池等部件組成,舵片位於導彈噴流的出口平麵。發射前,將射擊諸元和有關參數輸入微機;發射後,微機按預編程序控製舵的轉動,改變燃氣噴流的方向,利用燃氣流在舵麵產生的側向力,實現導彈向目標方向的轉彎。“戰斧”導彈采用的就是這種轉彎技術。

裝艦形式

艦載導彈垂直發射裝置的裝艦位置呈現出分散和多樣化的特點。從最初美國MK41典型的中心主甲板集中安裝形式,發展到艙壁、機庫的側麵、艦艇的兩舷外圍、上層建築內以及點狀分散布置等多種安裝形式。

美國艦船一般裝備兩個MK41垂直發射裝置,一個布置在主炮與艦橋之間的甲板下,另一個布置在艉部直升機平台之前或之後,發射裝置上端與甲板平齊。不少國家采用這種傳統而典型的裝艦形式。

加拿大“哈利法克斯”級護衛艦上輕型“海麻雀”導彈的發射箱豎立在艦舯部兩舷的甲板上。荷蘭“卡雷爾·多爾曼”級護衛艦在直升機庫一側緊貼庫壁安裝了16個輕型“海麻雀”發射單元。英國“海狼”導彈發射裝置采取了布置在機庫兩側和上層建築的方案。

蘇聯/俄羅斯的艦船一般將導彈垂直發射裝置安裝在艏部寬闊的主甲板下,如“基洛夫”級核動力導彈巡洋艦,將SS-N-19、SA-N-6、SA-N-9等三型導彈垂直發射裝置全布置在艏部。而“光榮”級巡洋艦將SA-N-6導彈垂直發射裝置布置在艦艉中後部煙囪後麵的甲板下,8個圓形發射井沿縱線兩側對稱排列,每個發射井容納8枚導彈。

由此可見,一方麵,由於一般重型艦載導彈垂直發射裝置裝彈量比較多,要求裝在艦體容積比較大,即船體型線比較豐滿的區域;另一方麵,為不使桅杆、天線、上層建築等影響導彈發射,一般其位置在距艦艏或距艦艉1/4船長處射界比較開闊的前甲板或尾甲板下。由於導彈垂直發射裝置的彈庫儲彈量較大,如果安裝在甲板下,則要求甲板開口的尺寸比較大,另一方麵,因為導彈長度一般在3～7米,所以開口的深度也比較大。較大的結構尺寸會破壞3～4層甲板,給船體強度帶來較大的影響。如何解決這個問題呢?從國外艦艇的布置來看,有以下幾種方法。

如果是發射尺寸不大的近程防禦型導彈,可考慮將垂直發射裝置安裝在甲板以上上層建築的間隙處或上層建築的頂端,這樣既可節省空間,也不會破壞船體結構。對於噸位較小的導彈艇,船舯部空間不夠,可安裝在艇艉。在英國23型護衛艦上,“海狼”導彈發射裝置的上端露在甲板以上,這樣既可以保證載彈量,又可以減少對船體結構的破壞,保證船體強度。

美國新研製的MK41單隔艙發射裝置采用MK25發射箱,可裝4枚“改進型海麻雀”導彈。該發射裝置可以安裝在甲板突出部和小型艦艇上,也可在甲板周圍靈活地安裝許多點狀分布的發射裝置,從而為無人機和直升機等裝備讓出充足的甲板空間。

據稱,美國正在研製的MK57垂直發射裝置能夠以4隔艙為一組沿艦船兩舷布置。這種配置據說可為艦船提供一個防護殼體,阻止或減少外部爆炸的損壞,改進發射裝置的裝艦靈活性和艦船的生存能力。


增 光　《兵器知識》 2005年第11期