水面艦艇革命

章明

2013年10月28日，美國海軍最新型隱身驅(qū)逐艦DDG-1000型朱姆沃爾特級(jí)首艦在推遲了近10天后，在巴斯鋼鐵公司船廠正式下水。船廠未舉行豪華的下水儀式，現(xiàn)場僅有十名目擊者觀看了全過程。該艦采用了全隱身設(shè)計(jì)的外形等先進(jìn)技術(shù)，代表了世界水面艦艇當(dāng)前的最高發(fā)展水平，被美國官員譽(yù)為“不亞于戰(zhàn)列艦對(duì)一戰(zhàn)、航空母艦對(duì)二戰(zhàn)的重要性”。

DDG-1000始于1994年開始的DD-21項(xiàng)目，其目的是研制、建造適應(yīng)21世紀(jì)作戰(zhàn)需要的新型多功能驅(qū)逐艦，主要任務(wù)是為岸基部隊(duì)提供精確打擊與持續(xù)飽和火力支援，并對(duì)陸地目標(biāo)實(shí)施獨(dú)立攻擊。DDG-1000驅(qū)逐艦被認(rèn)為是美國海軍在新世紀(jì)保持全球技術(shù)領(lǐng)先地位的關(guān)鍵項(xiàng)目。美國還打算通過它開發(fā)新一代水面艦艇的關(guān)鍵技術(shù)。美國海軍現(xiàn)役艦艇使用的技術(shù)，如“宙斯盾”系統(tǒng)、垂直發(fā)射系統(tǒng)、“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈等都是上世紀(jì)80年代研發(fā)的，少部分研發(fā)自70年代。進(jìn)入新世紀(jì)后，隨著瑞典維斯比級(jí)隱身護(hù)衛(wèi)艦等先進(jìn)艦艇的出現(xiàn)，美國海軍逐漸感到其曾經(jīng)擁有的強(qiáng)大技術(shù)優(yōu)勢受到挑戰(zhàn)。而隨著訂單的不斷減少，美國國防工業(yè)力量也受到很大沖擊。因此，美國海軍希望通過研發(fā)新一代水面艦艇，開發(fā)海軍新一代裝備技術(shù)，重新占領(lǐng)世界裝備技術(shù)的制高點(diǎn)。

四大關(guān)鍵先進(jìn)技術(shù)

DDG-1000采取的先進(jìn)技術(shù)可以分為四大類。

@全面隱身

DDG-1000的滿載排水量14564噸，全長182.8米，全寬24.6米，吃水8.4米。如果按照以往的艦艇設(shè)計(jì)，如此巨大的戰(zhàn)艦在雷達(dá)屏幕上將會(huì)是一個(gè)巨大的目標(biāo)。美國海軍考慮到未來強(qiáng)大對(duì)手的艦載、機(jī)載、岸基等對(duì)海打擊武器可能造成的威脅，不得不要求將電磁信號(hào)削減能力、也就是俗稱的隱身能力提到一個(gè)前所未有的高度。在1994年DD-21項(xiàng)目的《任務(wù)需求書》、《作戰(zhàn)使用需求書》等原始檔案中，美國海軍就要求新型驅(qū)逐艦必須采用新型船型、材料、共形天線等設(shè)計(jì)，以使該艦具有極小的雷達(dá)反射面，以及較低的磁、聲與紅外信號(hào)特征，降低被探測的可能性，并提高其生存性。

為了達(dá)到這個(gè)目的，DDG-1000采用了隱身性能極佳的仿古穿浪內(nèi)傾單體船型。其實(shí)早在論證階段，美國海軍就曾評(píng)估過4種船型。傳統(tǒng)單體船盡管設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)低，但在隱身能力方面有不可克服的巨大缺陷，即使船體采取隱身設(shè)計(jì)，仍然會(huì)在海浪中搖擺產(chǎn)生趨近垂直的雷達(dá)反射面，從而大大降低艦船的隱身效果。相關(guān)船廠對(duì)雙體船和三體船經(jīng)驗(yàn)不足，承建的風(fēng)險(xiǎn)過大。研究人員發(fā)現(xiàn)，穿浪內(nèi)傾單體船型采取干舷和上層建筑內(nèi)傾設(shè)計(jì)，從上到下的截面均是逐漸向內(nèi)收縮的倒“V”字型，可將敵方水面艦艇或掠海飛行導(dǎo)彈的照射雷達(dá)波反射到空中，偏離原來的發(fā)射源。此外，這種船型的航行阻力遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)單體船，不容易因艦身搖擺而破壞整體隱身性能。

DDG-1000采用集成復(fù)合上層建筑和孔徑結(jié)構(gòu)。這是當(dāng)前各國海軍都在抓緊研究和驗(yàn)證的一種上層建筑構(gòu)建模式，即將雷達(dá)天線、通信天線等多個(gè)天線集成在由復(fù)合材料、復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)成的一體化上層建筑中。DDG-1000的整個(gè)集成復(fù)合上層建筑與其容納的天線都由雷聲公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，共分為7層，基底長約60.96米，寬約24.38米，是世界上最大的艦船復(fù)合結(jié)構(gòu)。整體造型由下往上向內(nèi)收縮以降低雷達(dá)反射截面積，除了容納傳統(tǒng)的艦橋以及所有的電子設(shè)備天線之外，還容納了主機(jī)煙囪的排煙道，尾部則是直升機(jī)庫。建筑上半部外壁面開有70個(gè)內(nèi)置的天線孔，用來安裝艦上所有電子裝備的射頻天線，均以平面陣列天線的形式安裝于表面，只在頂端一個(gè)六面體角錐形結(jié)構(gòu)內(nèi)放置傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式雷達(dá)天線（如導(dǎo)航/直升機(jī)管制雷達(dá)）。該角錐結(jié)構(gòu)的材料采用“頻率選擇材料”，只有符合該孔徑天線波段的電磁波能夠進(jìn)入上層建筑，敵方雷達(dá)的電磁波都會(huì)被吸收，可大幅降低雷達(dá)反射截面積。采用集成復(fù)合上層建筑后，不僅內(nèi)部的電子設(shè)備不再暴露于外界，免受風(fēng)、水、煙、霧等環(huán)境侵蝕，電子系統(tǒng)的故障率與維修成本將大幅降低；而且由于沒有傳統(tǒng)的外部旋轉(zhuǎn)設(shè)備，減小了被敵方偵測的概率。

此外，美國海軍對(duì)紅外、音響信號(hào)等也進(jìn)行了抑制處理。動(dòng)力系統(tǒng)的廢氣先通過海水冷卻和空氣冷卻兩次降溫，再由頂部的排氣口排出，只有從頂部才能有效探測到。采用減震浮筏、低噪設(shè)備、機(jī)械裝置隔音罩等降噪措施，使得水面航行時(shí)的噪音降至110分貝，相當(dāng)于后期型的洛杉磯級(jí)攻擊核潛艇，改變過去水面艦艇比潛艇嘈雜、導(dǎo)致潛艇總能在遠(yuǎn)距離先探測到水面艦艇的現(xiàn)象。

@綜合動(dòng)力技術(shù)和全電推進(jìn)

目前世界大多現(xiàn)役軍艦的動(dòng)力系統(tǒng)和其它系統(tǒng)都是分離的，主發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的能量主要用于推進(jìn)系統(tǒng)，而艦用傳感器、武器系統(tǒng)等均靠專用發(fā)電機(jī)組提供能量。DDG-1000采用綜合動(dòng)力系統(tǒng)和全電推進(jìn)方式，主要由渦輪發(fā)電機(jī)組、配電系統(tǒng)和推進(jìn)電機(jī)三部分組成。渦輪發(fā)電機(jī)組包括主渦輪發(fā)電機(jī)和輔助渦輪發(fā)電機(jī)，分別由2臺(tái)MT-30燃?xì)廨啓C(jī)和2臺(tái)4500型燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)。其中MT-30燃?xì)廨啓C(jī)由波音-777客機(jī)用的“瑞達(dá)800”航空發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)而來，在氣溫26℃時(shí)的單機(jī)功率為36兆瓦，15℃時(shí)可達(dá)40兆瓦。它采用全權(quán)數(shù)字發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)，熱效率達(dá)到40%，主要部件的大修間隔為24000小時(shí)，艦上可維護(hù)的平均故障間隔約為2000小時(shí)。正是因?yàn)樵撊細(xì)廨啓C(jī)具有較高的單機(jī)功率，優(yōu)異的可靠性和可維護(hù)性，讓美國海軍最終放棄WR-21和LM-2500+G4這樣強(qiáng)大的動(dòng)力系統(tǒng)而選擇了MT-30。

DDG-1000的綜合動(dòng)力系統(tǒng)中，主機(jī)的動(dòng)力將全部用于發(fā)電，然后由電力驅(qū)動(dòng)船上所有分系統(tǒng)，既可提供交流電，也可提供直流電，以便用于推進(jìn)、生活設(shè)施和作戰(zhàn)系統(tǒng)。全艦動(dòng)力來源一致，因此可由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，效率與便利性大增。在全功率情況下，航速將超過30節(jié)。如果一臺(tái)主燃?xì)廨啓C(jī)故障，則該發(fā)電機(jī)組可以被隔離，航速還可以達(dá)到27節(jié)。

另一方面，綜合動(dòng)力系統(tǒng)和全電推進(jìn)方式不需要減速齒輪箱及大量復(fù)雜機(jī)械裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)組直接與推進(jìn)電機(jī)相連接，機(jī)械噪聲和振動(dòng)大幅下降，同時(shí)整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的維修成本、故障率、系統(tǒng)復(fù)雜度等皆可大幅降低。endprint

@雙波段雷達(dá)系統(tǒng)

這套系統(tǒng)包括X波段的SPY-3多功能雷達(dá)和S波段的SPY-4體搜索雷達(dá)，由洛克希德馬丁公司和雷聲公司共同研制。

SPY-3是一種固體有源相控陣?yán)走_(dá)，天線尺寸2.72×2.08米，重約2.5噸。最大特點(diǎn)是低空搜索性能優(yōu)異，特別是對(duì)高超音速、掠海飛行的隱身反艦導(dǎo)彈具備很強(qiáng)的早期探測能力，可為各種艦載導(dǎo)彈提供目標(biāo)指示，包括“改進(jìn)型海麻雀”導(dǎo)彈、“標(biāo)準(zhǔn)”-2/3導(dǎo)彈以及未來的反巡航導(dǎo)彈導(dǎo)彈。

SPY-4則是一種S波段有源相控陣警戒雷達(dá)，天線尺寸4.06×3.86米，重約10噸。最大特點(diǎn)是具備三維搜索能力，范圍從低空到高空，作用距離超過500千米，主要任務(wù)是進(jìn)行廣域搜索、跟蹤，并負(fù)責(zé)海上的氣象觀測。

兩部雷達(dá)的天線孔徑以共坐標(biāo)的形式工作，最大限度地利用了雷達(dá)資源。兩個(gè)波段均能與艦載導(dǎo)彈系統(tǒng)進(jìn)行無縫連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上行傳輸和下行傳輸，尤其是在進(jìn)行多通道引導(dǎo)作戰(zhàn)時(shí)，當(dāng)一個(gè)波段工作量過大，另一個(gè)波段能夠分擔(dān)其任務(wù)。兩種波段雷達(dá)搭配使用可實(shí)現(xiàn)在廣闊海域從海面到天頂半球內(nèi)的精確探測，早期捕捉來襲的威脅目標(biāo)，采取恰當(dāng)?shù)淖鲬?zhàn)行動(dòng)。該系統(tǒng)標(biāo)志著美海軍首次實(shí)現(xiàn)由1部資源管理器對(duì)2個(gè)雷達(dá)波段進(jìn)行控制的能力，代表了當(dāng)前雷達(dá)體制發(fā)展的方向。這種雷達(dá)系統(tǒng)將是美國海軍新一代艦艇的標(biāo)準(zhǔn)配置，新一代航母上也將裝備。

此外，與目前各國海軍相控陣?yán)走_(dá)普遍使用的四陣面結(jié)構(gòu)不同，DDG-1000雙波段雷達(dá)采用三陣面相控陣天線構(gòu)型，單面天線的波束覆蓋范圍幾乎達(dá)到電子掃瞄天線的極限，這意味著美國在信號(hào)控制與處理技術(shù)上獲得了飛躍的進(jìn)步，可以提升到理論上限。減少一面天線就意味著減少25%的體積重量，系統(tǒng)成本亦可降低。該雙波段雷達(dá)系統(tǒng)能夠同時(shí)支持防空作戰(zhàn)、態(tài)勢感知、對(duì)岸攻擊、海上火力支援、海上搜索、艦艇導(dǎo)航、空中交通管制等多項(xiàng)任務(wù)，可減少艦艇上雷達(dá)的數(shù)量。但由于研制費(fèi)用一漲再漲，五角大樓不得不于2010年5月決定DDG-1000只裝備SPY-3。目前有消息稱，美國正在努力研制一種更先進(jìn)的空中導(dǎo)彈防御雷達(dá)（AMDR），用來應(yīng)對(duì)彈道導(dǎo)彈防御，用以取代SPY-4雷達(dá)的空缺。

@先進(jìn)垂直發(fā)射系統(tǒng)

DDG-1000采用了80具聯(lián)合防衛(wèi)公司與雷聲公司聯(lián)合研制的MK-57“先進(jìn)垂直發(fā)射系統(tǒng)”。這是美國海軍首部采用開放式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)，采用了通用的軟件和硬件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了與“全艦計(jì)算環(huán)境”的互連，降低了新式導(dǎo)彈上艦的費(fèi)用。當(dāng)需裝備一種新型導(dǎo)彈時(shí)，MK-57無須修改發(fā)射系統(tǒng)本身的控制軟件和硬件，只需要更換新的導(dǎo)彈控制與軟件接口即可。這是目前的MK-41、48發(fā)射系統(tǒng)所不具備的。此外，MK-57的發(fā)射筒內(nèi)徑比MK-41大很多，能裝填MK-41容納不下的武器。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，MK-57能在不對(duì)發(fā)射裝置做重大改進(jìn)的前提下發(fā)射現(xiàn)有的垂直發(fā)射導(dǎo)彈外，還能夠發(fā)射體積、重量更大的未來新型導(dǎo)彈，必要時(shí)還能夠發(fā)射彈道導(dǎo)彈。為了避免敵人導(dǎo)彈命中戰(zhàn)艦造成彈藥庫爆炸，DDG-1000將MK-57系統(tǒng)設(shè)于船體兩側(cè)的內(nèi)外層艦體之間，遠(yuǎn)離船體重要區(qū)域。即使中彈發(fā)生爆炸，爆炸力量也會(huì)被導(dǎo)向船外，從而有效提高戰(zhàn)艦的生存能力。

海戰(zhàn)的革命

與目前世界上最強(qiáng)大的阿利·伯克級(jí)導(dǎo)彈驅(qū)逐艦相比，DDG-1000的水面火力、反導(dǎo)能力提高了3倍，雷達(dá)輻射面減少到1/50，防空能力提高了10倍，近海作戰(zhàn)能力提高了10倍。雖然長度和重量都超過了現(xiàn)有驅(qū)逐艦，但人員卻只是伯克級(jí)的一半。

軍事專家普遍認(rèn)為，戰(zhàn)艦靠火力保護(hù)自己的時(shí)代已經(jīng)過去，必須先發(fā)制人，甚至要在沒被敵發(fā)現(xiàn)之前就采取行動(dòng)。DDG-1000就秉承這樣的設(shè)計(jì)思想。各種試驗(yàn)表明，經(jīng)過全隱身設(shè)計(jì)后，這種1.5萬噸戰(zhàn)艦的雷達(dá)反射截面僅與一艘小漁船相似，為現(xiàn)役驅(qū)逐艦的1/64?，F(xiàn)有工作體制的對(duì)海搜索雷達(dá)對(duì)其探測距離將會(huì)相應(yīng)縮短近80%-90%?，F(xiàn)役的反艦導(dǎo)彈，如“魚叉”、“飛魚”，大多采用主動(dòng)雷達(dá)末制導(dǎo)方式。為了避免捕捉一些太小的低價(jià)值目標(biāo)，在其制導(dǎo)系統(tǒng)中設(shè)定了所要求目標(biāo)的最小RCS門限值。從目前美國海軍的宣傳報(bào)道數(shù)據(jù)推測，DDG-1000的RCS值會(huì)低于大多數(shù)導(dǎo)彈的門限值，可根據(jù)需要將其航行特征偽裝成小型漁船或商船，或混雜在漁、商船中，使對(duì)方不能通過雷達(dá)識(shí)別出目標(biāo)的性質(zhì)。這就導(dǎo)致即使對(duì)手難以發(fā)現(xiàn)DDG-1000，即使發(fā)現(xiàn)并對(duì)其發(fā)射了反艦導(dǎo)彈，也會(huì)因?qū)椀哪┲茖?dǎo)受限而無法發(fā)現(xiàn)和鎖定目標(biāo)。

目前海上作戰(zhàn)，作戰(zhàn)雙方往往為了尋求較強(qiáng)的海上打擊力與防護(hù)力，通常以編隊(duì)的形式活動(dòng)，有時(shí)為了提高作戰(zhàn)能力，編隊(duì)比較龐大。而DDG-1000全隱身艦艇的出現(xiàn)將改變這種狀況，海上編隊(duì)將趨向小型化甚至單艦發(fā)展，一方面為了使自身的隱身優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，隱身艦艇組成編隊(duì)不宜龐大；另一方面隱身艦艇的生存能力已得到提高，因此編隊(duì)的戰(zhàn)艦組成數(shù)量不需要過多。

DDG-1000綜合動(dòng)力技術(shù)和全電推進(jìn)方式的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人吉姆·唐尼上校說：“DDG-1000驅(qū)逐艦先進(jìn)的綜合動(dòng)力系統(tǒng)能夠產(chǎn)生78兆瓦的電力，在經(jīng)濟(jì)航速下僅有25%的能量用于戰(zhàn)艦航行，其余約75%可用于其它各系統(tǒng)。與現(xiàn)今的戰(zhàn)斗艦艇相比，該艦有3-6倍的富裕能量?！庇腥绱藦?qiáng)大的電力系統(tǒng)，諸如電磁軌道炮、高能激光器等先進(jìn)武器才能得以裝備和使用。如果裝備電磁軌道炮，每分鐘可發(fā)射12發(fā)炮彈，其初速為2.5千米/秒，打擊目標(biāo)時(shí)速度為1.5千米/秒，1枚9.1千克重的彈丸就能擊穿數(shù)十英尺厚的加厚混凝土防御工事。而激光武器更是在防御對(duì)抗反艦巡航導(dǎo)彈方面獨(dú)具優(yōu)勢。作為未來至少10年中唯一可用的定向能武器平臺(tái)，DDG-1000將幫助海軍把這些新裝備逐一投向海洋，最終作用于海上作戰(zhàn)樣式、戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)略等各個(gè)層面，從而產(chǎn)生革命性的質(zhì)變。

雙波段雷達(dá)集成了當(dāng)前海軍戰(zhàn)艦上5部以上獨(dú)立雷達(dá)所提供的功能，使得雷達(dá)操作人員大大減少。世界其他海軍也大力發(fā)展雙波段雷達(dá)，并且不斷探索雷達(dá)電子設(shè)備和上層建筑的融合設(shè)計(jì)，如英國的45型、法國的地平線級(jí)等，都局部進(jìn)行了融合。絕大多數(shù)在研戰(zhàn)艦均在一定程度上效仿DDG-1000，但是均沒有達(dá)到它的技術(shù)水平。

有人認(rèn)為DDG-1000采用了許多過分先進(jìn)的技術(shù)，建造成本太高。因此在美國海軍預(yù)算不斷吃緊的情況下，DDG-1000建造數(shù)量只有區(qū)區(qū)3艘，而且沒有合適的作戰(zhàn)區(qū)域，最后只能作為新型武器系統(tǒng)的試驗(yàn)平臺(tái)，重現(xiàn)海狼級(jí)核潛艇的一幕。但筆者認(rèn)為，DDG-1000是美國海軍30年來首次推出的新型驅(qū)逐艦，是其21世紀(jì)多任務(wù)水面戰(zhàn)艦的首級(jí)，雖然初始建造的數(shù)量并不多，但是根據(jù)美國海軍30年發(fā)展規(guī)劃和戰(zhàn)略調(diào)整計(jì)劃，未來亞太地區(qū)將是關(guān)注的重點(diǎn)，隨著東亞強(qiáng)國海上力量的不斷增強(qiáng)，先進(jìn)的戰(zhàn)艦不斷服役，特別是宙斯盾戰(zhàn)艦增多、區(qū)域拒止能力初步形成，美國海軍將不得不遠(yuǎn)離亞洲大陸海岸線，原有的瀕海作戰(zhàn)艦艇和理念肯定會(huì)隨著形勢的變化而改變。而DDG-1000將依靠自身強(qiáng)大的隱身能力和彈藥攜帶能力，憑借先進(jìn)的雷達(dá)電子設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)平臺(tái)，伴隨航空母艦成為海軍作戰(zhàn)或海上聯(lián)合作戰(zhàn)的主要力量，提供強(qiáng)大的對(duì)陸、對(duì)海、對(duì)空攻擊能力，確保取得戰(zhàn)場絕對(duì)優(yōu)勢，從而成為像F-22戰(zhàn)斗機(jī)那樣的劃時(shí)代武器。endprint