校場:艦艇的近防炮是否將要退出歷史舞臺?

2020-12-23 新浪軍事

在現代水面艦艇的防空系統中,近防炮如同戰鬥機的機炮一般,都是平時用處不大、關鍵時刻十分順手的武器。現代水面艦艇近防炮發揮作用的場景,除了平時打打一些小目標之外,就是在面對強敵發動的飛彈打擊時,在多重攔截網被突破後,為保證自身安全進行最後嘗試。但另一方面,美軍的FFG-62型護衛艦和伯克級的後續艦卻都選擇了拆掉「祖傳」的近防炮,只保留海拉姆近防飛彈;歐洲的FREMM、地平線級等也都放棄了近防火炮。這是否又代表了水面艦艇的未來發展趨勢呢?

二戰結束之後,隨著噴氣式轟炸機和反艦飛彈的出現,二戰期間靠大量高射炮擔負對空防禦的做法的效率已經大大降低。1967年,以色列「埃拉特」號驅逐艦被埃及的「冥河」反艦飛彈擊沉,引起了西方對水面艦艇末端防空能力的重視,因為大多數情況下採用開環校射(只根據目標速度、航向計算提前量,不考慮彈丸射擊偏差)的人操高炮即使使用了雷達火控,在面對速度相比二戰飛機更快的反艦飛彈時仍然幾乎無能為力,因此第一種專用於反導的近防系統——「密集陣」系統也在這一時期開始研製。

「密集陣」系統的主要火力輸出來源是一門20毫米M61「火神」機炮,由火炮上方白色護罩內的Ku波段火控雷達進行搜索和控制。相比於傳統高炮所採用的開環火控,「密集陣」採用了能夠極大提升命中精度的的大閉環火控系統,雷達不僅跟蹤來襲目標的航向、航速和高度,同時還跟蹤所發射的彈丸,實現高精度的火控修正。就好比投籃的過程中不斷根據籃球與籃筐的相對位置修正下一次投籃,最終成功將籃球投入籃筐,而不是一直朝著籃筐亂投,從而成功提高了命中率。

這種控制技術的雛形可以追溯到海軍炮手根據炮彈的濺落水柱修正射擊諸元,以及防空炮手根據曳光彈對防空炮的射擊角度進行微調。而將其引入自動控制領域,則是美國二戰時期的快速戰列艦和英國的前衛號戰列艦。不過修正水柱要比跟蹤炮彈的技術難度低得多,因此自動化的閉環校射早期僅應用於反艦火炮,而沒有機會應用在防空武器上。而所謂的大閉環火控,除了對彈丸的射擊誤差進行修正外,武器系統也會將本身受環境幹擾所造成的指向偏差作為一個變量輸入火控計算機,由火控計算機綜合環境幹擾、彈丸射擊誤差進行射擊修正。可以理解為在一個閉環的基礎上又加上了一個閉環。

第一次在防空武器上使用大閉環校射技術的,就是「密集陣」。實際測試表明,「密集陣」在對長度5.21米,直徑0.35米,以高亞音速飛行的飛彈進行一輪射擊時,目標受彈數在9-14發之間,按照美國海軍水面兵器中心設定的命中4發即可確保90%摧毀的前提,「密集陣」對高亞音速反艦飛彈有著相當不錯的殺傷概率。耗時最長的環節為雷達對目標進行搜索與跟蹤,通常為0.4-2秒,從發現目標到開火需時4秒左右。

當然,由於機炮極高的射速(3000-4500發),「密集陣」的閉環火控在控制火炮命中目標前,由於炮彈接近目標需要一定時間,在此之前無法利用閉環火控修正射擊誤差,直到炮彈接近目標才能實現閉環射擊,越打越準,此時通常已經浪費了100發左右的炮彈。不過相對於傳統火控的開環校射方式,閉環校射的優點毋庸置疑,不至於全程浪費炮彈,能夠在「密集陣」有限的彈鼓容量內就擊落目標,相比二戰期間的5275發炮彈擊落一架螺旋槳飛機有了巨大進步。

有了性能足夠先進的火控系統以及機炮,接下來就要在彈藥上下功夫了。「密集陣」在設計時的主要任務就是攔截高速來襲的反艦飛彈,因此早期型的「密集陣」就使用了著重強化穿甲能力的MK-149型脫殼穿甲彈,MK-149彈重約100克,採用貧鈾彈芯,炮口初速約1113米/秒,致力於將反艦飛彈在儘可能遠的距離外直接擊毀。在各國反艦飛彈主要以「冥河」、「魚叉」、「飛魚」之類亞音速反艦飛彈為主力的年代,「密集陣」系統的防禦能力已經基本夠用了,但隨著蘇聯致力於發展重型超音速反艦飛彈,以「密集陣」系統的殺傷能力和反應速度,顯然並不足以進行有效的攔截。

為此,「密集陣」在隨後的改進中主要增強了火控電腦的計算能力,提高對進行突防機動的反艦飛彈進行跟蹤的能力,同時,為了提高火炮威力,「密集陣」Block1B採用的M61火炮也進行了重型化改造,炮管長度由原先的1524mm增至2007mm,提高了初速,同時換用了MK-244炮彈,總重增加到150克,在命中目標時的動能大大提高。目前,最新的「密集陣」Block1B相比早期的「密集陣」雖然外觀變化不大,但實際作戰效能已經有了不小進步,同時在雷達旁邊加裝了光電探測裝置提高抗電磁幹擾能力,所以美國海軍以及日本海上自衛隊仍然繼續沿用這款近防炮,維持保障上的延續性。

不過,按照美國海軍水面兵器中心的實驗結論,要以90%的概率摧毀一枚中小型飛彈至少需要命中4枚20毫米炮彈,而當飛彈速度達到 2馬赫時,「密集陣」已經無法保證對其實施有效的攔截,由於現代近防系統攔截目標的理想距離是在1500米左右,對目標實施攔截後,最好能保證在500米外將其擊毀,這樣才不至於被擊毀後仍有相當高動能的飛彈殘骸對本艦造成損害,以「密集陣」20毫米彈丸的殺傷力,面對現代的重型超音速反艦飛彈,仍然存在不能有效保護載艦安全的問題。

相對威力不足的「密集陣」,採用7管30毫米GAU-8「復仇者」機炮的荷蘭「守門員」近防炮顯然是個更加不錯的選擇。對於「密集陣」來說,搜索雷達與火炮集成為一體的設計,便於實現在甲板上的插件化安裝,提高武器系統的自主作戰能力,但這種設計另一方面就是讓「密集陣」單打獨鬥,即使艦上雷達已經精確跟蹤目標,「密集陣」的雷達仍然要浪費時間重新搜索,雖然這一缺陷在Block1B上已經得到改進,但依然存在搜索雷達隨動於機炮導致多目標交戰能力不足的問題。

「守門員」採用的搜索雷達和光電火控系統可以獨立於炮座旋轉並搜索目標,還一開始就做到了與艦載作戰指揮系統交聯,實現威脅排序,優先打擊高威脅目標,30毫米炮的毀傷威力也保證了對反艦飛彈的殺傷概率。有計算表明,現有的30毫米近防炮在攔截高度20米,速度2.3馬赫、戰鬥部直徑0.32米,長 1.14米的「雄風-3」這類超音速反艦飛彈時,毀傷概率達到82%-91%。如果提高火炮射速或者採用多門近防炮抗擊一個目標的方式,殺傷概率還有望進一步提高。

而作為最早投入使用的主要艦載多管速射炮系統,俄制AK-630/630M2儘管在技術上有獨到的特色,同時AK-630M2採用並聯兩門AO-18機炮的方式達到了1萬發的射速,但撇開AO-18機炮本身的精度問題以及彈藥穿甲能力不足的缺陷,大多數型號沒有採用大閉環火控系統使得AK-630在本質上仍然是以二戰式的密集彈幕射擊以及榴彈威力來攔截目標,在電光石火般的末端反導作戰中,效能明顯不如「密集陣」、「守門員」等近防系統,相比反導,AK-630更適用於攔截飛機這項本職工作。

反艦飛彈與防空系統之間的對決,如同坦克與反坦克武器的進化一樣,是一場延續幾十年的矛與盾之爭。雖然反艦飛彈與近防炮的對決的結果更多程度上取決於交戰雙方的戰場態勢,戰場態勢不利的一方即使擁有再先進的近防炮,仍不免百密必有一疏,而以高超音速飛彈為代表的新一代反艦手段,更是讓近防炮無可奈何,因此美國等海上強國也開始探索在軍艦上安裝功率超過100兆瓦,足以毀傷空中目標的雷射武器,並在DDG-105「杜威」號艦橋前方的「密集陣」基座上試驗性地安裝了一門雷射炮。而不需要面對高強度對抗的法國和義大利等國更是直接放棄治療,在「地平線」級驅逐艦以及FREMM護衛艦上都沒有安裝任何近防炮,英國海軍也已經退役並出售了自己的15套「守門員」系統。未來近防炮面對國際態勢和新概念武器的發展,漸漸退出歷史舞臺應該只是時間問題。

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