淺談魚雷制導技術——聲自導是標配,複合制導成未來主流趨勢

2021-01-07 滄海天下

魚雷是一種自身提供動力,具備自主導航能力,可以自己控制航向在水下按照預定航路航行,並且能夠自主進行目標判斷、識別、跟蹤、攻擊的水下武器。除去提供動力的驅動裝置之外,對於魚雷而言,最重要的莫過於其制導系統,沒有制導,那就看不到目標,無異於黑夜行路卻沒有手電筒。

早期的魚雷都屬於定向魚雷,只能和子彈一樣,按照預定瞄準方向進行預定航路攻擊,一旦被目標規避或者錯失目標就只能燃料耗盡而自沉。而在二戰中德國的T25魚雷首先運用了聲自導方式進行制導攻擊,使魚雷完成了從水下子彈到水下飛彈的華麗轉身。二戰後,由於冷戰軍事對抗的需求和電子工業的高速發展,魚雷自導已經從最初的聲自導發展出線自導、尾流自導、聲吶自導、捷聯式慣性制導、複合自導等多種水下制導方式。

聲自導利用目標所發出的獨有聲音特徵進行目標識別並跟蹤,可以分為主動聲自導和被動聲自導。由於每一艘軍艦所發出的聲音都不可能完全相同,只要積累到足夠的聲紋資料,通過聲自導進行攻擊的可靠性和準確性都是其他方式所完全不能抗衡的,因此所有魚雷幾乎在末端制導都是使用主動聲自導,即利用自身魚雷自身小型聲吶釋放聲音,然後接收回波來確定目標的航速、方位等信息並進行校準攻擊。

而被動聲自導在制導裝置中則往往擔當一個備胎的角色,因為被動聲自導只能監聽目標發出的聲音,因此它的準確度低,無法判斷目標真實大小和速度,很容易被魚雷誘餌帶偏,只有在主動聲自導發生故障後才會啟用,一旦主動聲自導重新開始工作,被動聲自導又將繼續回歸沉默狀態。但是主動聲自導有一個先天性缺陷,那就是發出的聲波容易被攻擊目標監聽,從而暴露魚雷的攻擊目的並進行攔截,因此即使採用聲自導的魚雷也是運用主被動聲自導交替工作的方法,最大限度的隱藏自己。

線導顧名思義就是通過魚雷與發射平臺之間的導線傳輸信息,由發射平臺探測目標並進行魚雷的航向、航深、姿態調整,從而讓魚雷向發射平臺所要求的目標進行攻擊。線導是由德國人在二戰中首先發明的,世界上第一款魚雷為德國「雲雀」魚雷,美蘇皆是在此基礎上發展出了自己的線導魚雷家族。早期線導魚雷使用的是包裹了絕緣層的直徑在1.5MM以下的銅質導線,但是這種導線重量太大,100公裡的導線重量超過了50千克,有些甚至高達100千克。80年代之後誕生了輕質的光纖導線,8毫米直徑的光纖線重量還不到7千克,大大減少了魚雷的負荷,提高了機動靈活性,也正是因為如此,線自導已經從大口徑魚雷的專屬下沉到中小魚雷中廣泛使用。

線導通過作戰平臺自身的雷達、聲吶等進行目標探測,作用距離長,準確度高、並且可以隨時改變攻擊目標或者同時進行多個目標的攻擊。由於不需要進行無線傳輸信息,抗幹擾能力和保密性也非常不錯,只要導線不斷,就不會被對方的電磁幹擾、聲吶幹擾、魚雷誘餌幹擾所影響,是一種高效安全的制導方式。目前世界上最先進的義大利黑鯊電動魚雷、MK48重型魚雷都採用的是線導加末端聲自導的制導方式。

無論是水面艦艇還是水下艦艇,在航行時由於螺旋槳旋轉打水,艦體摩擦等等都會形成微小水氣泡,而且發動機冷卻和生活排汙等等還會向外界不斷排放熱水,這些氣泡和熱水都會在艦艇尾部形成一個尾跡帶,這就是我們通常所說的尾流。尾流由於大量空泡的存在,密度比水小,通常會上浮在海面之上,特徵非常明顯。尾流長度通常能達到艦艇長度的20到30倍,有些甚至會延伸數十千米之遠,尾流在低海況環境下會長時間存在好幾天,由於其與艦艇連接在一起的,因此追蹤尾流就能追蹤到艦艇。

尾流有許多不同於普通海水的性質可以被利用,例如其溫度高、內部渾濁透光性差,對於聲波的反射更強、磁效應突出等等,目前的魚雷多利用的是氣泡和聲波兩種最為明顯的尾流特徵進行追蹤。美軍的MK45型魚雷使用的是聲波尾流歸向技術,魚雷向外發射聲波,內部導航設置為魚雷向聲波反射信號強的信號前進,由於尾流帶寬度有限,魚雷從信號弱的普通海水中進入信號強的尾流之後會迅速衝出,而後接收到尾流帶強信號再轉舵進入尾流,以這種蛇形機動方式不斷接近目標。

而俄羅斯主流的65型魚雷則是利用尾流磁場效應,由於大型水面艦艇在尾流帶上會保留部分磁場信號,利用這種方式也可以用於追蹤。由於艦艇的尾流不容易被誘餌所模擬,因此其抗幹擾能力相對較強,但是尾流制導缺陷也很明顯,因為它只能用於跟蹤尾流信號較強的大型水面艦艇,無法用於攻擊潛艇,並且在5級海況以上,尾流消散速度快且存在假尾流現象,尾流自導魚雷也不適合在惡劣天氣下使用。

慣性導航是通過角度計和陀螺儀獲得載體的加速度和角速度,再通過微型計算機通過積分坐標系計算出自身所處位置,不依賴外界的任何裝置輔助,抗幹擾能力強。慣性導航最早是運用在彈道飛彈之上,但是早期的慣性制導都是平臺式慣導,各種數據傳感器都必須安裝在獨立的平臺,體積過大,不適合安裝在魚雷這種體格較小的武器上。七十年代後微電子技術的高速發展,催生出更加先進的捷聯式慣導系統,各種微型的陀螺儀等配套裝置直接固定在運載體上,體積和重量大幅減少,因此逐步運用於魚雷自導。

線制導的航向調整需要準確判定魚雷與攻擊目標之間的方位差,因此魚雷的瞬時位置必須實時得知,但是線導魚雷的聲吶容易對發射平臺的聲吶造成幹擾,因此只有在末制導階段才會開啟,所以發射平臺只能通過魚雷速度和線導長度來估算魚雷位置,但是這種方式由於魚雷的不斷轉向會產生不斷擴大的累計誤差,從而使射程較遠的線導魚雷失去命中率高的優勢。而魚雷使用捷聯式慣導則可以避免這種失誤,較為準確的推算並通過光纖回傳魚雷實時位置,從而減少魚雷的無效航程,提高命中概率。魚雷捷聯式慣導屬於新型技術,只有義大利的A290小型魚雷和英國MK24-2熱動力魚雷等少數幾種魚雷應用,但是捷聯式慣導加線導具備無可比擬的優勢,在未來幾十年很可能會迎來高速發展。

這是目前最先進的魚雷自導技術,通過在魚雷兩側各安裝一部中低頻寬空徑聲吶陣,實現對目標的探測。陣列式聲吶不同於傳統的被動式聲吶,它集成了多個水聽器,具備較強的聲音指向性,能夠準確的判定目標位置和航行速度,並且探測距離遠,探測頻率範圍廣,能夠針對不同的水上水下目標,且不易暴露自身存在。這種聲吶的缺點則是由於拖拽聲吶展開後阻力增加,減少了魚雷的航行速度,並且兩側聲吶存在盲區,容易被聲波壓制,在進入目標範圍兩千米之內,仍舊需要開啟前段的主動聲吶進行幹擾規避和最後的末制導,因此只有在中段配合線自導才能取得不錯的效果,現在實用化的基陣聲吶魚雷還非常少。

魚雷發展至今,制導方式可以說是多重多樣,令人眼花繚亂,很難評定到底孰優孰劣!但是理性客觀的分析之後我們也能發現,每一種魚雷自導方式都有自身的優勢和缺陷,只有將多種自導技術合為一體,組合成複合自導,才能最大限度地發揮魚雷戰鬥力,而這興許才是未來新一輪軍事技術革新的發展趨勢!

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