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台湾海军的“杀手锏”水下兵器大揭秘(组图)

http://jczs.sina.com.cn 2004年03月04日 12:15 星辰在线

台军WSM210锥形水雷

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台军WSM110柱形水雷

  20世纪60年代后期,台湾“中科院”电子研究所(现改称资讯通信研究所,又简称为“三所”)为研发水中兵器并进行测试,在台海军左营军港桃子园基地海边,筹建一座实验厂房,定名为“万象馆”。1976年“中科院”电子所成立水下科技组,即所谓“三所十六组”负责水下兵器研发,其研发重要基地就是“万象馆”,也是“中科院”唯一的水下科技研究专业流水准。

  台“中科院”的“万象馆”首项研发的水下武器系统就是磁感应水雷,也就是“万象系列水雷(WSM)”。为了有效测试研发效果,“中科院”兴建了台湾第一座磁模拟室,以校正磁感应器。万象水雷从1984年开始生产并部署以来,共有三代,型号包括可空投和在水面布放的柱型雷,水面舰艇布放的锥型雷,用于反登陆作战滩头浅水海域布放的浅水雷,适用于飞机、潜艇与水面舰船布放的沉底雷。

  万象1型舰布放椎型雷(WSM210),形状为锥型,总重1400磅,装药重650磅高爆炸药,引爆方式为磁性引爆,并具延时备炸及自毁功能。万象1型空投用柱型雷(WSM110),形状为柱型,总重1400磅,装药重650磅高爆炸药,引爆方式为磁性引爆,并具延时备炸及自毁功能。万象2型水雷则是较先进的复合感应水雷,也有浅水雷、沉底雷等型。

  2001年“中科院”曾主动对外表示,万象3型火箭推动上升机动水雷已完成研发测评工作。这是“中科院”罕见地主动公布水下武器系统的研发情形,也显示“中科院”在水雷武器系统研发上已获一定的进展。台海军将领当时吹嘘说,由“万象”一、二代的磁感应、声磁压多重感应水雷,发展到第三代的火箭推送上升式机动水雷,这象征台军水下武器的研发技术,已取得极大突破,这将对未来台海海战优劣态势,产生重要影响。

  尽管台军神吹万象3型水雷,但一个问题并没有解决,就是这种水雷无法识别“敌我”。水雷一般使封锁航道、海港出入口以及保护锚地等,但是这种水雷并无敌我识别能力。为使水雷能具备选择性攻击能力,只攻击敌方舰艇,并保证台湾舰艇的通航安全,因此可由岸上控制使水雷进入待发状态制新一代智能型水雷,如遥控或线控式水雷阵,但一直未取得实质性进展。

  “龙睛计划说,就是在苏澳附近海底布设水下系统。水下系统具备作业能力和低作战成本,可以长时期执行远距离、深海域的监侦,对海军而言,可谓是“水下的强网系统”。

  加强对大陆侦测

  台海军想要部署水下系统,主要是因台湾周边海域辽阔,海军现有反潜舰艇、反潜机受限于海象、任务区、任务类型、妥善率、装备能力及自然环境因素影响,而使得侦获率不理想,同时因缺乏远程水下监控系统,使海军难以建立整体性、全面性、即时性的反潜预警能力。除了舰载的点侦测装备外,找不出可24小时、大面积、全作战海域侦测潜艇的系统。建立水下系统将可使上述问题得到解决,除可有效节约反潜兵力,还有利于海军兵力部署与运用。

  台海军分析台湾海峡周边海域部署水下系统的优点有:可获得周标的音响特性资料、越境路线资料和早期侦获及预警,用于从事敌情研究、分析及台方兵力部署、整建。另外,还可获得周边海域海洋生物的音响特性资料,和周边海域海底火山及地震等地质音响特性资料。

  优先在苏澳部署水下系统的考虑为,台湾东岸的太平洋为深水海域,极适合潜艇作战,且东部水域离岸80海里至100海里处均为东南亚至东北亚及通往日本与北美洲的主要国际航线区,作战时不仅为敌潜艇必至之要地与所欲封锁的海域,平时也是美、日、韩、朝、印度以及中国大陆等潜艇越境所必经之地。

  “龙睛计划”两步走

  “龙睛计划”共分两阶段进行,第一阶段进行时间从1988年起到1991年止,包括:水文调查、水下系统布放、舰船加改装、电缆制造、岸基设施工程、环境噪音及音传实验等;第二阶段自1995年起至2001年,在经过前述各项测试评估后,接着进行系统最佳布放位置的择定,以验证水下系统功能。

  由于“龙睛计划”为台湾初次建立水下系统,计划执行前无论在相关理论与技术经验上均属陌生,因此当初决策时希望向美国“取经”,以补充这方面经验和技术之不足,遂与美方签订合约,由海军总部督导“中科院”“配合”美国方面执行“龙睛计划”,即由美方转移技术给“中科院”,做实验性质的铺设,由苏澳沿海床向外铺设10公里左右,但后来发现美军国防战略主要采取“攻势”作为,美方使用的水下系统的侦测对象、布放区域等,与台湾所研建的属防御性质口水下系统差异甚大,美方根本没有建立此类系统的经验。

  “龙睛计划”于1985年建案,在此之前,台海军总部、“中科院”并未对美国或其他国家执行水下系统的方式与成效加以深入研究,审慎评估风险、成本效益等因素,使得“龙睛计划”第一阶段在美方主导下,根本不符合台湾战略需求,也因此埋下“国防部”、“海总”和“中科院”日后遭“监察院”纠正的伏笔。

  “龙睛计划”第一阶段的系统验证及参与演习实证工作于1994年6月前均已完成,测试后发现美方提供的系统参数并未修正、美方提供的串集式器水下位置计算方法不正确、系统频宽与美军教学磁带资料显示不符等缺失,但“中科院”在《“龙睛计划”第一阶段全案结案报告》中,对上述缺失却只字未提,因此后来被监察院认为有重大缺失。

  另外,台湾“审计部”1997年在查核“‘国军’重大列管计划与预算执行情形”时,发现“海总”以“国防”预算紧缩为由,暂缓“龙睛计划”第二阶段,但却未列入专案列管,使得第一阶段获得的专业技术及人才因此流失外,第一阶段采购的设备也因长久闲置而必须重新“检整”,资。

  “中科院”对于“龙睛计划”第二阶段规划的建议为“实在无法满足未来台海防卫作战需求及反潜作战效益”,使“龙睛计划”正式告一段落。不过也因“海总”、“国防部”和“中科院”在建案前未妥善规划,导致计划成效不彰,以费钱财,因而在2001年遭监察院纠正。

  由于海军执行“龙睛计划”因是实验性质,失败的可能性本来就存在,后来海军也决定不再和美军合作,并暂缓执行龙睛计划第二阶段。事后检讨失败原因,除了系统与美军所用者不同外,“龙睛计划”的实验区域为渔船作业海域,加上海域深度仅40米左右,电缆经常遭渔船作业扯断,维修经费庞大,且附近作业船只的噪音也效果,使整个系统功能受到影响。

  “龙睛计划”的电脑都已经过于老旧,而当初布放的水中器后来也由“中科院”收回进行研究。虽然“龙睛计划”没有成功,不过当时所搜集到的相关水下资料还是弥足珍贵,对海军水下作战还是有很大助益。而且“中科院”也从与美方合作的过程获得水下系统的相关技术,其中值得注意的是水中电声换能器设计制造,其功能在将电能转换成声波在水中传播出去,或将声波转换成电讯号而加以分析应用,也就是水下系统的主要侦测器“水中器”。

  水下监听系统的研究不遗余力

  虽然“龙睛计划”已告一段落,不过最近又有重新启动的传闻。首先2002年度台湾《国防报告书》中提到,“电子侦测网标:整合强网、大成等电讯情资,并结合无人遥控载具与水下监侦系统,藉联合监侦、识别、频谱管理机制,掌握敌我电磁频谱,支持作战行动。这是台湾官方文件中首度提到“水下监侦系统”,一般认为就是指水下系统。

  其实在2000年年底,美方来台进行战力评估的海军评估小组就曾建议,台湾应在东北角朝钓鱼岛列屿方向及在南部鹅銮鼻向巴士海峡方向,建构两套水下监系统,分别针对解放军东海舰队与南海舰队的活动做严密的监控。这是仿照冷战时期,美国为了监控原苏联北方舰队及太平洋舰队进出大西洋和太平洋,分别在冰岛和日本北海道各布设一套水下系统的做法。

  不过美评估小组建议设置的水下系统并非原来“龙睛计划”拟布设的港口防御型水下系统,而是战略层次的大洋水下系统,这种水下系统复杂度远较“龙睛计划”为高,布放、维修都需庞大经费,而且截收到的情报资料还要设立“水下音响分析中心”进行分析研判,相关人员设备都是相当大的投资,不是台湾海军可以独立承担未把布设水下系统列为优先计划,但考虑到这两条水下系统是由美台合作布设,且情报资料共享,可使台美军事合作更密切,且更名副其实,因此从政治方面考虑,台湾政府高层颇有意愿。虽然“龙睛计划”未能成功,而台美合作布设水下系统仍未定,不过“中科院”万象馆近几年来对水下系统的研究仍不遗余力,对水中器、声学侦测信号处理等相关技术多有掌握,尤其是攸关水下系统成效的水中器海缆布放工程技术,更因“龙睛计划”经验而奠基。

  胎死腹中的“亢龙计划”

  台湾海军在1980年购得荷兰制“剑龙级”潜艇后,曾于1984年至1987年间透过印尼购入一批德制SUT重型鱼雷(即2003年9月初在台湾三军联合攻击演练和10月补测都出状况的猎鲸战雷),但因数量有限,加上性能在对抗中国大陆新购入的俄制“基洛级”潜艇已显不足,因此台海军持续向美方要新式的MK-48重型鱼雷,不过因美方迟迟未应允,1995年时台军方决定自行研发重型鱼雷,于是“中科院”万象馆成立“亢龙计划室”负责研发先进鱼亢龙计划室”研发的先进鱼雷实体已完成,并已完成数次海中实体测试。

  台湾海洋大学大力协助

  由于鱼雷是远较飞弹更为精密的武器系统,世界上能制造鱼雷的国家远较飞弹少,因此研发鱼雷对“亢龙计划室”而言是一大挑战。研发鱼雷的几个关键问题第一是鱼雷的外形设计必须使雷头流场很顺畅,而不致产生噪音干扰雷头的声纳。而雷体外形必须使其流场产生较低的阻力,以便以较小的马力达到较高航速。

  第二是雷头声纳是否受到自身流场或螺旋桨噪音干扰而无法分辨侦测讯号。第三是推进马达所产生扭力经过轴系的损耗是否能克服螺旋桨所需的扭力,使螺旋桨能达额定转速,而产生足够推力。第四为控制翼功能是否能使鱼雷运动自如,其造成干扰的流场是否对螺旋桨会产生严重影响。最后是螺旋桨与鱼雷及控制翼交互作用之后,其产生的推力是否足以克服雷体阻力,而其产生的噪音量是否影响自身声纳功能,或容易被敌舰所侦测。

  以上五个问题相互影响,构成一个复杂系统。让这五个问题环环相扣并同时满足设计要求,即是鱼雷研发系统工程所要克服的课题。其中如何抑制鱼雷本身噪音则是关键。因为无论何种水下武器,主要是以声音来进行主动与被动侦测,因此要提高侦测能力,武器的讯号背景噪音比必须要降低。对于鱼雷而言,侦测讯号主要是自己主动声纳发出的声波而反射回来的;而背景噪音来多,若鱼雷动力很大航速很高,背景噪音主要还是来自本身。

  为了减低鱼雷螺旋桨产生的噪音,“亢龙计划室”在1999年时,在鱼雷的对转螺旋桨上采用新翼形设计,无论螺旋桨升力线与升力面模式都考虑自由涡面变形的影响,并利用台湾海洋大学中型空蚀水槽建立对转螺旋桨独性能测试能力,藉此观测叶尖涡空泡的起始发生状况。

  由于研发鱼雷所需人力物力庞大,远非万象馆能独立负担,因此研发过程中往往必须借助学术界的协助。台湾海洋大学“水下噪音及流体动力研究中心”,在“中科院”研发鱼雷过程中扮演着重要角色,尤其是在测试设备的提供上,像水下噪音及流体动力研究中心的大型和中型空蚀水槽就是鱼雷测试上不可或缺的设备;如潜体流场及相关噪音量测试仅能于低背景噪音的大型空蚀水槽中进行,之前全世界仅有美德两国有此设备。海洋大学于2002年完成的全世界第三个低背景噪音的大型空蚀水槽,是性能极佳并且符合军事用途的世界级实验室。

  这座大型空蚀水槽主要功能包括可进行全尺寸鱼雷实体测试,并包含鱼雷水下噪音的控制及侦初步完成全尺寸鱼雷的流体动力性能、螺旋桨空化观测与噪音量测,并成功协助“中科院”完成第一阶段的实体鱼雷相关测试。这些测试因可弥补海下实测无法克服之不足,所以海大的大型空蚀水槽已是台湾水下兵器研发的重要设备。而海大的中型空蚀水槽因配有平轴动力计,使该水槽可以量测复杂的多推进器推进系统,如鱼雷常用的对转螺旋桨,以及导流翼与螺旋桨的组合。

  2002年,台“中科院”已进行鱼雷水下噪音在大型空蚀水槽的量测研究,2003年则进行全尺寸鱼雷在大型空蚀水槽的水动力与减噪试验的研究。不过因美国于2001年同意出售8艘柴油动力潜艇和MK-48鱼雷,台“参谋总长”李杰于是下令暂停“中科院”先进鱼雷研发计划,整个计划在2003年底全部结束。“亢龙计划室”的研发能量,将转至研发其他的水下兵器。

  台海军嫌弃“中科院”的研发成果

  不过“中科院”的“亢龙计划”喊停,据了解除了美国要出售MK-48鱼雷外,根据台海军的说法,另一个主要原因是“中科院”研发的鱼雷速度一直无法突破海军要求的40节的技术瓶颈。曾有媒体报道,无法突破技术瓶颈的原因是因为鱼雷部电池电力出,因涉及电池蓄电量与电力出能量,而无法持续加强,导致鱼雷无法加速到40节以上。

  至于鱼雷速度无法达到海军要求,真正原因并非如媒体所说,而在于鱼雷永磁马达推力不够。因为当初“亢龙计划室”开始研发鱼雷时,国外商用永磁马达还达不到要求,只好由台湾知名电动马达厂商自行研发,但受技术能力限制,虽然鱼雷螺旋桨设计可达40节,但经水下实测,鱼雷仍无法达到海军40节的速度要求。其实近几年来,国外商用永磁马达技术发展迅速,已可外购到可满足海军需求的永磁马达,只不过因计划即将结束,“中科院”已没有进一步研制鱼雷永磁马达的经费。

  虽然“亢龙计划室”研发的鱼雷速度,达不到海军40节的要求,但已比德制SUT重型鱼雷要快。当初台海军提出鱼雷速度必须达40节的理由是,解放军现代级驱逐舰速度已可达30余节,由于鱼雷只要速度超过水面舰5节,就绝对可命中。理论上虽然没错,但实战时并非如此,因为现代级舰不可能一出海就全速前进直到回航,而且全速航行时,推进器产生的噪音相当大,也会使舰上声纳无法操作,而影响反潜作战效能。因此“亢龙计划室”人员私下认为,台海军是找理由嫌弃“中科院”的研发成果,作为不愿继续投资研发的说词。

  由于“亢龙计划室”曾将所研发的鱼雷对转螺旋桨装到德制SUT鱼雷上进行实验室测试和水中实测,发现可大幅降低SUT鱼雷噪音。尤其在SUT鱼雷在二次演习中连出状况,其性能是否因弹龄老旧而受影响也引起台海军疑虑,因此“中科院”也有意争取将以自力研发新式的鱼雷对转螺旋桨,换装德制SUT鱼雷的旧式螺旋桨,以发挥研发投资效益。

  水下武器系统研究仍在继续

  虽然“中科院”的“亢龙计划室”先进鱼雷研发计划结束,不过相关水下武器系统的研究并未中止,对一些先进水下兵器科技也已陆续展开基础研究。“中科院”最近就与海大“水下噪音及流体动力研究中心”合作完成“超空化潜体之阻力试验”,成功模拟研发超高速鱼雷的关键技术“超空化现象”,可以说是台湾水下兵器研发的重大突破,也就是说台湾已具有发展这种超级水下兵器的潜力。

  这次试验是台湾首次进行的“超空化现象”实验,所使用的测试潜体、圆盘超空泡激化器都是台湾海大自行设计,试验是在海大的中型空蚀水槽高速测试段中进行。试验时,潜体阻力随着水流速度变快而增加,不过喷气后激发“超空化现象”便产生一稳定的气泡覆盖整个潜体,这个气泡长度约为潜体的1.67倍,此时潜体阻力急剧下降,只有原来的28%,剩下的阻力多是位于潜体前端超空泡激化器造成的。试验也发现,若潜体越长所降低的阻力越多。另外,将超空泡激化器换成锥型头也可再降低阻力。试验模拟的环境若转化成现实环境,潜体速度在10米水深可达时速115公里,20米水深时速更高达约160多公里。

  “超空化潜体之阻力试验”虽然只是研究“超空化现象”的第一步,不过已搜集到很多宝贵数据,接下来“中科院”还将与海大合作针对潜体在“超空化现象”的浮力等方面进行试验,还将测试圆锥状的空泡激化器,这些试验结果将来都可应用于超高速鱼雷的研发。

  目前,“中科院”已从研发过程中获取有关鱼雷导控、主动声纳研发等经验,所以只要能投入足够经费,并配合学界的经验和设备,台湾产的超高速鱼雷“指日可待”。

  由于台湾2002年《“国防”报告书》中,兵力整标首度提到,筹(整)建潜舰、潜射武器,充实空中反潜与扫布雷兵力,增强三度空间反潜与扫布雷作战能力。因“中科院”“亢龙计划室”重型鱼雷研发结束,所以国防报告书中提到的“潜射武器”被外界认为是指“潜射导弹”,由于海军并未向美方要潜射鱼叉飞弹,所以即使海军提出购买潜射鱼叉导弹请求,美方也不见得同意。因此台军方所谓筹(整)建潜射武器,是否意味着“中科院”在重型鱼雷研发结束后,欲将研发能量转至研发以雄风2型反舰导弹为基础的潜射导弹,值得密切注意。

  (稿源:国防知识报)

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