标新立异的俄式舰载垂发系统,中国052C师承于此

2020-09-06

对于了解中国海军装备发展的军迷来说,170“兰州”舰是一艘值得大书特书的战舰,作为052C型导弹驱逐舰的首舰,由于搭载了有源相控阵雷达和舰载垂发系统,“兰州”舰被冠以“中华神盾”的美名。该级舰一问世,人们就带着审视的目光仔细打量着战舰上的武器装备,其中,垂直发射系统带有明显的苏俄式特征,外型和“基洛夫”、“无畏”级上的垂发装置高度相似。从舰载垂直发射系统的设计来看,欧美和苏/俄各成一派:欧美采用标准箱式设计,是热发射模式;苏/俄采用转膛式设计,是冷发射模式,那么苏/俄的垂发系统有何特别之处,本文解释一二

标新立异的俄式舰载垂发系统,中国052C师承于此,但青出于蓝

170“兰州”舰

优势明显的舰载垂发

二战结束后,导弹技术飞速发展,逐渐替代舰炮成为海战的主战武器,大型的战列舰、巡洋舰逐渐退出历史舞台,而导弹驱逐舰成为各国海军水面舰艇的绝对主力。导弹上舰之初,无论是反舰导弹还是防空导弹,都采用的是倾斜式发射方式。直至今日,仍有大量的驱护舰采用这类发射方式。然而在作战中,倾斜式发射装置的缺陷也暴露出来。

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单臂式倾斜发射架

首先是反应速度慢。舰艇发现目标后,如果想要发射导弹,就需要将导弹发射架对准目标方向,在分秒必争的作战中,这无疑大大增加了舰艇被摧毁的风险。

其次,倾斜式发射方式在贮弹量方面也无法满足舰艇防空的火力要求。倾斜式发射装置安装在舰艇的甲板上,由于驱护舰艇的甲板面积相对较小,只能安装若干具导弹发射架,而发射架上贮存导弹的数量又非常有限,一旦发射架上的导弹打光,就需要重新装填,难以捕捉稍纵即逝的战机。

所以,倾斜式发射方式明显不适应高强度的海上作战。为提高舰载导弹的反应速度,美国和苏联在上世纪七八十年代开始研制并装备了舰载垂发系统。其实,舰载垂发系统的历史比这要久远,可以一直追溯到40年代末期。舰载垂发系统研发的初衷是用来发射战略导弹潜艇上的潜射弹道导的。

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双悬臂设计的MK26发射器

上世纪七八十年代研制的舰载垂发系统,首先被用于防空作战,而防空作战对反应时间最为重视。舰载垂发系统在作战时,无须先将导弹发射架对准目标,每枚导弹都在发射导轨上,随时处于发射状态,一旦遇到故障弹,垂发系统可以立即选择下一枚导弹。做个对比更能直观地反映垂发系统在发射速度上的优势!以美军的倾斜式发射装置MK11为例,其最大发射速度为10秒1枚,目前发射速度最快的倾斜式发射装置MK26,最大发射速度为5秒1枚。而MK41垂发系统发射舰空导弹的速度为1秒1枚。垂发系统不仅发射速度快,在贮弹量、装填速度、占用甲板空间等方面都要大大优于倾斜式发射装置。甚至可以说,没有垂直发射系统的驱护舰,已经无法在现代海战中为舰队提供区域防空任务了!

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MK41垂直发射系统

苏俄战舰的“左轮手枪”

俄罗斯现役舰载垂发系统有3种,分别为3S41/B203、3S41/B204和3S95,这三型均为法克尔工程设计局研制(此为设计局代号,因为代号太多,有北约代号,有苏/军代号,还有中文译称,搞的人头晕,所以,统一用设计局代号)。其中,基洛夫级导弹巡洋舰使用3S41/B203,光荣级导弹巡洋使用3S41/B204,无畏级大型反潜舰使用3S95,他们可以发射SA-N-6、SA-N-9、SA-N-4等多型舰空导弹。

3S41/B203垂直发射系统,是苏联最早研发的,也是世界上第一种舰载垂发系统,每座3S41/B203发射装置贮有8枚导弹,基洛夫级共有12座3S41/B203,因此其全舰可携带各型防空导弹96枚。B203的发射舱盖呈方形,是固定的,每座B203发射装置的8枚导弹都要从这一个舱口实施发射,当一枚导弹射出后,下一枚导弹通过旋转机构送到发射舱口下方,完成发射准备。

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基洛夫级巡洋舰上的垂发系统外观

3S41/B204垂直发射系统,是S-300的舰载型,从外形看与3S41/B203差异明显。每座3S41/B204由8个圆形舱盖呈环状排列组成,每个圆形舱盖下方贮有1枚导弹。8个圆形舱盖中央,有1个方形的舱盖开关装置,通过两根支撑臂与1个圆形舱盖相连接。通过特写照片可以看出,这个与舱盖开关装置相连接的圆形舱盖,与另外7个相比,突起的更多。这种特殊的造型一经问世,便引起西方军事专家对其工作方式的各种猜测,大体有三种:

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3S41/B204垂直发射系统特写

第一种,位于中央的舱盖开关装置是可旋转的结构,作战时,这个置一边旋转,一边依次打开8个圆形舱盖,进而发射导弹。这种推测的实质就推断,贮存导弹的弹舱固定,通过舱盖开关装置旋转打开弹仓盖实施发射。

第二种,与舱盖开关装置连接的较厚的圆形舱盖,是唯一可以打开发射导弹的专用舱盖。作战时,甲板上的舱盖机构不转通过旋转甲板下的贮弹机构完成导弹发射。

第三种,第三种推测与第二种推测大体相同,只是更进一步确认,3S41/B204的贮弹并非是直接将导弹“裸贮”于旋转弹舱内,而是将贮有导弹的贮弹筒安置在旋转弹舱内。

直到苏联解体,3S41/B204的运作方式才为世人所知晓,其正如第三种猜测那样,每一枚导弹均置于贮弹筒内,再将贮弹筒安装到3S41/B204的旋转机构上。该旋转机构的中心是一根旋转柱,8枚装有导弹的贮弹筒位于柱身四周。旋转机构运作时,8个贮弹筒随着旋转柱底部的环形轨道旋转,依次进入发射舱盖下方,通电并输入发射参数后,即可实施导弹发射,简单来说,就像左轮手枪的弹仓一样。

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3S41/B204垂发系统的发射舱盖被打开,一个发射单元只有这一个舱盖是可以打开的,8枚导弹都是通过此舱盖发射

贮弹筒与陆基版的S300P基本相同,兼具贮存、运输与发射的功能,密封的贮弹筒可以保证导弹保存10年,其间无须进行检测。该贮弹筒长米,直径1米,重678公斤,弹简顶部采取易碎设计,使其在3×105Pa压力下即可破碎。贮弹筒底部有导弹固定机构、弹射器和2个燃气发生装置,其中一个用于解除弹体与贮弹筒之间的锁定并击破顶盖,另一个负责将弹体弹射至距离甲板25米的空中,并赋予其每秒钟30米至40米的初速。每个贮弹筒完成发射后,经过修复可以再次使用,使用寿命为3至4次。

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冷发射,导弹被弹出后空中点火

3S95型垂发系统,其结构与上文3S41/B204基本相同,区别在于3S95在作战时,甲板下的贮弹筒固定不动,舱盖打开装置以每秒钟50°至55的速度旋转,依次转至待发导弹上方打开舱盖,然后完成发射。每座3S95发射装置贮存有8枚导弹。

冷发射的弊与利

按照工作原理不同,舰载垂发系统可分为热发射、冷发射两类,欧美海军多采用热发射,如美国MK41,而俄罗斯更偏爱冷发射,上述三种俄式垂发系统都是采用的冷发射。

所谓冷发射,也称外动力发射,即导弹发射的动力来自弹体之外,通过贮弹筒底部的高压燃气将弹体弹出发射筒。作战时,当弹射装置接到导弹发射的指令后,首先接通点火线路,点燃燃气发生装置中的主装药,随着气压的升高,位于燃气发生装置喷口的挡片破裂,气体进入活塞。当气体达到一定的推力后,导弹与贮弹筒之间的固定装置脱离,燃气推动活塞筒及与之联动的拉杆,将导弹抛出贮弹筒。当导弹抛到一定高度后,导弹发动机点火。

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导弹从贮弹筒内“破筒而出”

与西方热发射方式相比,俄冷发射具有一些优点。比如,导弹是抛到空中后才点火,因此舰上的发射装置不必承受导弹尾焰的喷射,这大大降低了对发射装置材质的要求,也不需要像西方垂发系统那样设置通风和增压装置来处理导弹尾焰及废气排放。因此,俄式垂发系统结构简单、体积相对较小且重量较轻。

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弹体在一定高度后,发动机点火

当然,有利也就有弊,冷发射垂发系统也有其弊端。

首先,导弹通过外力弹到空中,一旦导弹发动机点火失败,导弹很可能坠落到甲板上。

再者,如果导弹在贮弹筒内发生误点火,由于俄式垂发系统不具备西方的排气通风装置,因此可能对垂发系统甚至对舰艇造成严重危害。

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热发射会产生高温高压燃气,所以需要排气装置

第三,冷发射方式对于导弹结构强度也有特别要求。如同飞机必须加强结构强度才能经受航母的弹射一样,垂发系统的弹射对于导弹的结构强度也是一个十分严峻的考验。

最后,由于弹射的动能有限,体积和重量较大的反舰导弹、巡航导弹无法进行发射,因此冷发射垂发系统的通用化不及热发射垂发系统

针对冷发射的这些弊端,俄研究人员进行了补救设计,采用了最简单有效的方法——垂发系统并不与甲板水平安置的,而是有5°的夹角。这样导弹被弹出后很快就会脱离甲板上方,即使点火不成功也不会砸到甲板上。

利多弊少的转膛式机构

俄式舰载垂发系统的特色,一个是冷发射,另一个就是独一无二的转膛式机构(也叫“左轮式”)。相比西方标准箱式结构,转膛式可谓弊多利少。

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俄式转膛结构内部图片

一方面,尽管每座俄式发射器均携有8枚导弹,但这8枚导弹只能从1个舱盖发射,一方面机构旋转需要时间,因而降低了垂发系统的发射速度,这就导致3S41/B204的发射速度仅比美制举臂式MK26发射架快1秒多,比MK41慢3秒,这是转膛式设计带来的不足。

另一方面,转膛式设计增加了垂发系统的复杂性,亦即增加了整个系统的故障概率,一旦旋转机构出现故障,整个系统就将失去作战能力。

第三,转膛式设计会占用大量舰体空间,对于舰艇的贮弹量也十分不利。转膛式机构本身需要空间,而给其让出空间的只能是原本应用于储弹的位置。西方垂发系统是每个标准箱安装一个贮弹箱,整齐排列,不存在空间浪费,因而其同等情况下的携弹量显著高于采取转膛式设计的垂发系统。

最后,转膛式结构对贮弹筒的尺寸和重量都有所限制,因此俄式舰载垂发系统只能发射专门的弹种,并且都仅限于防空导弹,这与舰载垂发系统通用化的潮流不相符合

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俄式垂发内部图片

既然转膛式设计存在这么多弊端,那么苏俄设计人员为什么还要选择它呢?退一步来讲,既然采取了独立的贮弹筒,每个贮弹筒又拥有独立的燃气弹射装置,为什么不在每个贮弹筒上方都设立一个可开启的舱盖呢?那样做的话,既减少了旋转机构,又增加了发射速度,何乐而不为?苏/俄人是怎么想的呢?

外界对此有多种猜测。共用弹射动力是一种说法,即每座发射器8枚导弹所需要的弹射动力,只有一个源头,因此必须通过旋转机构将弹射动力接通,才能实施导弹发射。但后来人们知道每个贮弹筒都有自身的燃气弹射装置,因此共用弹射动力说并不靠谱。

另一种解释是顾忌到甲板强度。依据这种说法,甲板上开的发射孔越多,对甲板强度的破坏也就越大,因此减少发射孔可以维持甲板强度。但这种说法也比较牵强,毕竟欧美的箱式结构开口更多,而且,这些发射孔也不是后来在甲板上硬挖的,而是在战舰设计之初就包含在内的,甲板强度问题应该早就解决了。

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“鲁道特”垂发系统

进入新世纪之后,针对转膛式结构的缺点,俄罗斯又研发了新的舰载垂发系统,例如基于S-400陆基防空系统所衍生出的“鲁道特”垂发系统,该系统摒弃了转膛式结构,将短、中、长程导弹全部整合在一套系统内,每个发射管可填装一枚48N6系列远程防空导弹、或者4枚9M96E系列中程防空导弹、或者4枚9M100短程防空导弹,通用性大大提高。目前主要装备在22350型护卫舰上。

结语

我国的052C导弹驱逐舰装备的舰载垂直发射系统与3S41/B204极为相似,从表面看,除了每座发射器携带6枚而不是8枚导弹外,似乎两者并没有差别。其实,052C的垂发系统要远比3S41/B204先进,它抛弃了转膛式设计,每一枚导弹都有独立的可开启的舱盖,每个发射筒都可以分别供电和信号传输,不需要复杂耗时的转膛式旋转结构。因此,我国052C舰载垂发系统的作战性能要高于3S41/B204,而052D、055驱逐舰上的垂发系统采用了标准箱式结构,通用化更强,性能已达到世界先进水平。

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