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观点)舰为何越造越大?

类别:亚特兰大天气 日期:2018-2-13 10:59:33 人气: 来源:

  2017年6月28日,中国海军首艘新型万吨级导弹舰在上海江南造船厂成功下水,随即引发国内外的高度关注。作为中国海军建造的第三款神盾舰,该型导弹舰最大的亮点就集中于万吨上。当代水面舰艇特别是防空舰艇,吨位大小一直是舰艇设计定位的关键要素。而中国建造的舰不断刷新吨位数,自然也对当代大型防空舰吨位的进阶做出了颇具中国特色的贡献。

  长期以来,舰艇的体量一直随着其搭载的武器设备演进而变化,这在防空舰艇上体现得尤为明显。在二战前的火炮战舰时代,所谓的防空武器,主要是各类127毫米及以下的高平两用火炮,以及相应的防空火控系统。由于这类火炮口径较小,对舰艇平台并不挑剔,理论上排水量千吨以上的舰艇都能搭载。

  二战以及战后初期,随着飞机性能提升,各种先进防空火控系统出现。当时的海军大国,开始建造专业的防空舰艇。这些舰艇在保持高航速的前提下,大多以四至六座乃至更多大口径双联高炮作为主要火力,辅助以大量中小口径高炮,并配备较为完备的对空搜索甚至火控雷达系统,从而成为舰队防空的核心。这些舰艇,包括英美法的防空巡洋舰、英国的防空舰和日本海军的乙型舰。根据其火炮数量的不同,防空巡洋舰通常吨位在7000吨左右,舰则在2000吨左右。二战末期,随着口径达152毫米的超大型防空高炮的实用化,美军更是建造出了排水量超过1.4万吨的伍斯特级防空巡洋舰。

  冷战时期,舰空导弹作为一款全新的防空武器异军突起,它的出现大幅延伸了防空作战距离,也使得防空导弹舰迅速成为舰队防空核心。理论上,以无后坐力火箭发动机推动的防空导弹,大大降低了舰艇平台的适装要求,但早期防空导弹一方面为了追求射程普遍体积巨大,另一方面由于当时电子元器件可靠性较低,不少防空导弹在发射前需要在专门的场所进行组装和检测,合格后才能送上发射架,因此,当时的黄铜骑士沃尔霍夫(未大规模装备) 等远程舰空导弹的整套双联发射架及其配套弹库、检测设备所占体积,甚至要大于一座巡洋舰的三联装主炮塔,如果考虑到早期电子设备庞大的体积及搜索雷达、照射雷达等附属设施的体积,这一时期的防空导弹舰所需要的吨位不仅没有减小,反而大大增加了,以至于只有美苏两个超级大国才能考虑研制这一类型的舰艇。美军这一时期著名的奥尔巴尼级和长滩级导弹巡洋舰吨位都在1.5万吨左右,甚至已超过二战时期多数重巡洋舰的排水量。同时期的苏联海军,出于相似原因,也在考虑建造排水量超过1.5万吨的大型导弹巡洋舰。

  由于早期远程舰空导弹系统的技术难度高,体积大,成本高,且作战效率一般,因此,美苏两国很快就终止了这类导弹的研发,而射程适中、技术难度相对不高,且适装性相对较好的中远程舰空导弹得以继续研制,并取得一系列。小猎犬海蛇马舒卡风暴等一系列舰空导弹,体积虽然不算小,但适装性已到了可接受的程度。这一时期,搭载此类导弹的舰艇排水量一般在6000至8000吨,既有用二战火炮轻巡洋舰改装的,也有采用战后标准设计的。

  与此同时,为增加舰队中防空导弹舰的数量,美苏还研制了类似鞑靼人和波浪这样的中程舰空导弹。由于中程舰空导弹更加轻巧,可用于装备排水量较小的舰。美苏海军的类似系统,都能在排水量3500吨级的舰上使用,同时代建造的亚当斯级、56A型、57bis型、61型等舰艇都应用了这类系统。随着技术的演进,远程三坐标预警雷达、舰空导弹等武器的体积都大幅度缩小,类似美国标准-1舰空导弹和MK13单臂导弹发射架的组合,由于性能优良且系统轻便,在上世纪十年代一度成为北约国家4000吨级区域防空舰的标准配置;英国的42型排水量仅4000多吨,却配备了中远程的海标枪舰空导弹系统,但这是以其电子系统和其他武器系统的高度简化为代价的(此前配备完整海标枪系统的82型舰的排水量同样接近8000吨)。

  不过,冷战后期出现的宙斯盾系统,改变了这种防空舰越造越小的趋势。宙斯盾系统最早可上溯到上世纪50年代后期,当时研制的台风舰载防空导弹系统和SPG-59雷达系统。这套系统不仅价格昂贵,巨大的尺寸使其需要至少一万吨级的舰体才能搭载,如果要配备核动力系统,则排水量将突破1.6万吨。高成本、大吨位使得装备台风系统的巡洋舰建造计划取消,直到这一系统发展为宙斯盾系统后,美军新一代区域防空舰的建造才提上日程。尽管宙斯盾比台风系统轻巧许多,但其核心设备SPY-1相控阵雷达仍是一个庞然大物。该雷达四面固定式阵面,每面重达近六吨,而其后端处理设备同样有六吨的重量,沉重的雷达设备加上复杂的综合作战系统、以及对抗饱和所需要的大量备弹,使得搭载宙斯盾系统的提康德罗加级巡洋舰排水量突破了9500吨,即使后来对系统进行简化的伯克级舰,也突破了8000吨。这一吨位级别,一度成为当代舰队防空舰的标准。

  8000吨的伯克级舰,在很多国家算得上一个近乎完美的舰艇平台。无论是致力于保障远海交通线的日本海上自卫队,还是有雄心打造远洋舰队的韩国海军,基于伯克级研制的大型舰,都是舰队的绝对核心。然而,对于许多经济水平一般或面临的不甚严峻的国家而言,一艘装备四台大功率燃气轮机、配备一整套宙斯盾系统、90个以上垂直发射单元,排水量8000吨以上的导弹舰,虽然完全能胜任舰队防空重任,但单舰造价15亿美元以上(美国海军可通过大批量采购压低单价,但一般国家自主造舰时显然没有这等好事),编制舰员300人以上的大型舰艇不是谁都能消费得起的。因此,不少国家在研制防空舰艇时,都选择了缩水版宙斯盾系统,并大幅减少垂直发射装置数量,以控制舰艇体量、降低建造成本,西班牙的F-100、挪威的南森级便是其中的代表之作,它们的排水量要比伯克级减少三分之一以上。欧洲的英、法、意等国,虽然没有采用缩水版宙斯盾系统,但其装备的地平线型舰等防空舰艇,在配置(性能较弱的相控阵雷达和48单元垂直发射系统)和排水量等方面与上述舰艇大体相仿,可谓殊途同归。

  不过,有一个例外,那就是中国海军的052C/D型导弹舰。这两型舰虽然吨位只有伯克级的三分之二左右,但其总体配置却是以宙斯盾系统为目标进行追赶的。尽管吨位受限,且防空导弹数量较伯克级差距较大,但该舰却搭载有与SPY-1性能类似的346系列有源相控阵雷达。特别是后来研制的052D型导弹舰,为满足相应的防空需求,采用了具有国际先进水平的346A型有源相控阵雷达和新一代通用垂直发射装置。这两种设备里,有源相控阵雷达对舰上的供电能力和散热系统水平提出了更高的要求,而大直径的新一代通用垂直发射装置,又对舰艇装备武器的空间和重量余度要求很高。对源于052B型导弹舰的6000吨级舰体而言,在设计052C之时,舰上的空间和电力供应已进行过一轮挖潜,再容纳052D这些先进设备,设计上的难度显然更大。这种先进设备低配6000吨舰舰体的结果,就是舰上的空间极端紧张,电力系统等设备的供给也明显不足。因此,我军新一代水面作战舰艇,必然会对空间和吨位提出更高的要求。

  从外观上看,此次下水的新型万吨级导弹舰最明显的特征,就是全舰电子设备天线的相控阵化。相控阵雷达在探测距离、扫描速度和精度、抗干扰能力等方面,都要优于普通体制的雷达,因此将各种雷达系统的天线相控阵化,不仅有利于电子设备性能的提升,也有助于简化舰艇外形,便于全舰隐身设计。在新型导弹舰上,包括米波远程警戒雷达、中近距低空补盲雷达、超视距雷达等一系列电子系统的天线都实现了相控阵化,这也使得这些雷达的性能较以往提高不少。不过,相控阵化,也对舰艇吨位和空间提出了更高要求。相控阵雷达天线重量要大于此前的各类天线,加上固定式相控阵雷达为了覆盖各个方向,必然采用多阵面设计,这使得其舰线阵面数量大幅超出过往,自然导致重量和空间的增加,同时也对舰上的供电能力和冷却散热系统提出了更高的要求。

  中国海军的舰载垂直发射系统,至今已更新到第三种型号。作为我军第二代通用垂直发射系统,该系统为了兼顾各类型导弹,尤其是下一代的远程反舰导弹和对陆巡航导弹这类大尺寸导弹,特地使用了边长850毫米的大尺寸垂直发射单元,比边长635毫米的美国MK41垂直发射系统大了不少。此举既有利于下一代先进导弹装舰,也直接增大了导弹系统占据的空间。新型万吨级导弹舰若是要在备弹量方面达到甚至超过8000吨级的伯克级舰,其所需的舰面面积至少要是后者的1.7倍。

  除这两种主要装备体积增大外,另外一些配套设施也随之增大,比如满足全舰相控阵雷达的大型发电机组和电站、支撑大型舰体的动力系统和更多舰员的生活设施、空间更大的舰队防空指挥场所……所有这一切,都需要更大的体量来承载。

  对已下水的万吨级导弹舰而言,增大吨位的理由已十分充分。如果放眼国际上在建的新型水面舰艇,除中国防空舰外,其他舰艇要么是排水量6000吨左右的经济适用舰,要么仍然是在伯克级基础上进行现代化改进的型号。这其中性能最先进的莫过于美军刚刚决定提前建造的伯克FlightⅢ型导弹舰。作为美军未来一段时间内唯一批量建造的防空舰,伯克Ⅲ的吨位虽已增至9800吨(标准排水量),但始终没有大幅突破万吨的。

  这种看似冷静的背后,实际上却是美军点错科技树的无奈。在美军中,以提康德罗加级为代表的防空导弹巡洋舰和以伯克级为代表的防空通用舰,共同组成了海军的防空舰序列。而在伯克级从FlightⅠ经过FlightⅡ、FlightⅡA三个批次的设计改进,其作战能力得到相当的提升,数量业已突破60艘,成为海军的绝对主力。按照美军最初的规划,在21世纪初期,随着提康德罗加级的老化,美军自然要研制一款新型防空巡洋舰。这一计划在上世纪末初曾以CG-21、CG(X)等不同名称出现。根据2007年制订的计划,美军将建造两种不同用途的防空巡洋舰:五艘核心的弹道导弹防御舰排水量高达2.3万吨,而14艘较小且较廉价的护航巡洋舰的排水量,要达到与朱姆沃尔特级舰差不多的1.5万吨。

  不难看出,在吨位上,美军理想的防空巡洋舰吨位要比现在的伯克Ⅲ大得多。当然,这几型大型防空巡洋舰的许多关键性技术,与中国的导弹舰几乎是不谋而合:大孔径的双波段有源相控阵雷达,直径比MK41更大、能容纳新一代导弹的MK57垂直发射系统……然而,这样的导弹巡洋舰,最终也没有获得建造批准。毕竟,当时独步天下的美国海军没有高强度的防空需求,而且伊拉克战争的泥潭消耗了美军大量军费,美军在多个项目上勤俭节约。2010年,CG(X)巡洋舰计划宣布彻底取消,取代CG(X)的是比较省钱的伯克级方案。

  既然是省钱,那么基于现有的伯克级小修小改无疑是最经济的。作为一型自上世纪80年代开始设计的舰艇平台,伯克级舰的装备填充率本来就已很高,虽然伯克Ⅲ型导弹舰通过小幅度修改舰艉设计等手段额外获得了几百吨的空余,但全舰设备的增加使其核心的相控阵雷达系统不断缩水,最初设想的四套X波段雷达阵面最后变成了一台AN/SPQ-9B型X波段火控雷达,至于垂发系统,在朱姆沃尔特级舰上列装的MK57,自然也是无缘上舰,美军不得不继续使用MK41这样缺乏扩展性的垂发装备下一代舰空导弹。

  

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