德國(guó)戰(zhàn)后第2 代重型魚(yú)雷技術(shù)發(fā)展研究

李 偉，劉海光，王華榮

(1.海軍潛艇學(xué)院，山東 青島 266199；2.中國(guó)船舶集團(tuán)公司 第七一四研究所，北京 100101)

0 引 言

作為二戰(zhàn)的戰(zhàn)敗國(guó)，戰(zhàn)后德國(guó)進(jìn)攻型武器的發(fā)展受到極大限制[1]。直到1958 年，隨著冷戰(zhàn)的開(kāi)始和北約的成立，德國(guó)（聯(lián)邦德國(guó)）才重新開(kāi)始研制533 mm重型魚(yú)雷。

經(jīng)過(guò)之后近10 年的努力，通過(guò)對(duì)二戰(zhàn)已有技術(shù)的繼承和對(duì)美國(guó)相關(guān)技術(shù)的借鑒，德國(guó)戰(zhàn)后第1 條重型魚(yú)雷“海蛇”于1967 年列裝服役，從此開(kāi)啟了魚(yú)雷研發(fā)的新篇章，并使德國(guó)魚(yú)雷工業(yè)的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)得以延續(xù)。從20 世紀(jì)50 年代后期到80 年代，德國(guó)先后研制了DM1“海蛇”、“水精”、“海豹”DM2 及改良型DM2A1，SST 3，ST-4 和SUT 等7 款魚(yú)雷[2]。這一系列魚(yú)雷由于結(jié)構(gòu)和性能均較為接近，技術(shù)水平未有質(zhì)的提升，基本可歸為德國(guó)戰(zhàn)后第1 代重型魚(yú)雷。

基于自身海軍現(xiàn)代化建設(shè)需求和國(guó)際軍火市場(chǎng)高性能武器競(jìng)爭(zhēng)的日益劇烈，從20 世紀(jì)80 年代開(kāi)始，德國(guó)啟動(dòng)了第2 代重型魚(yú)雷的研制發(fā)展。圖1 為德國(guó)重型魚(yú)雷主要型號(hào)及發(fā)展脈絡(luò)。

圖1 德國(guó)重型魚(yú)雷型號(hào)發(fā)展脈絡(luò)圖Fig.1 German heavy torpedo model development venation diagram

1 第2 代重型魚(yú)雷技術(shù)發(fā)展規(guī)劃

由于魚(yú)雷的作戰(zhàn)使用區(qū)域擴(kuò)大，所以一方面軍方需要速度更快、發(fā)射深度更大、定位性能更加良好的重型魚(yú)雷；另一方面，也希望潛艇使用靈敏度更高的傳感器，以便在被動(dòng)定位時(shí)能有更好的目標(biāo)跟蹤和分辨能力。此外，潛艇發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后魚(yú)雷攻擊的反應(yīng)時(shí)間應(yīng)該縮短，當(dāng)出現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)時(shí)，希望潛艇能夠齊射或連射多條魚(yú)雷進(jìn)行作戰(zhàn)，以提高攻擊成功率。以上需求對(duì)德國(guó)第2 代魚(yú)雷發(fā)展提供了牽引，決策層認(rèn)為下一步研發(fā)的重點(diǎn)是制造多用途高性能的反艦/反潛魚(yú)雷，就像AEG-德律風(fēng)根（AEG－TelefunkGS）公司生產(chǎn)的SUT 電動(dòng)線(xiàn)導(dǎo)魚(yú)雷一樣[2]。

1982 年1 月，德國(guó)潛用魚(yú)雷研發(fā)項(xiàng)目得到批準(zhǔn)，分2 個(gè)技術(shù)階段實(shí)施。

第1 階段，以DM2A1 為技術(shù)基礎(chǔ)，通過(guò)改進(jìn)定位、電子及制導(dǎo)系統(tǒng)，研制DM2A3 反艦/反潛兩用魚(yú)雷。早在1977 年，AEG 公司就曾首次提出上述建議。1982 年后戴姆勒-奔馳公司接管AEG，從而引發(fā)了阿特拉斯電子有限公司名下德國(guó)魚(yú)雷制造基地的更名。1983 年2 月德國(guó)軍方的“魚(yú)雷服役通知”上就已經(jīng)作出了明確表示：第2 代魚(yú)雷DM2A3 的試驗(yàn)工作將于1988 年結(jié)束，1991 年實(shí)現(xiàn)批量交付。挪威向德國(guó)定購(gòu)的210 級(jí)潛艇也應(yīng)支持DM2A3 魚(yú)雷的發(fā)射。

第2 個(gè)研發(fā)階段旨在提高動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)的功率，具體目標(biāo)如下：航速20～50 kn，最大航程50 km，最大發(fā)射深度約達(dá)到500 m。這種新型魚(yú)雷開(kāi)始計(jì)劃列裝211 級(jí)潛艇，后來(lái)主要用于性能更加先進(jìn)的212 級(jí)AIP 燃料電池潛艇，并得名DM2A4。當(dāng)時(shí)預(yù)計(jì)1998 年可以達(dá)到目標(biāo)。

2 DM2A3 魚(yú)雷的技術(shù)研發(fā)分析

1980 年初開(kāi)始了DM2A3 魚(yú)雷的初樣設(shè)計(jì)，1 年后進(jìn)入定型設(shè)計(jì)階段，1983 年開(kāi)始進(jìn)入試產(chǎn)階段，此時(shí)新魚(yú)雷的樣機(jī)已經(jīng)誕生。

有了SUT 兩用魚(yú)雷的制造經(jīng)驗(yàn)，再依靠計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)的快速發(fā)展，改進(jìn)魚(yú)雷自導(dǎo)、數(shù)據(jù)傳輸和軟件的工作如期完成，DM2A3 魚(yú)雷的研制及試驗(yàn)工作也于1990 年結(jié)束，DM2A3 得名Seehecht（“無(wú)須鱈”），而用于出口的該種魚(yú)雷被稱(chēng)為Seahake（“海鱈”）[3]。

DM2A3 魚(yú)雷的檢測(cè)技術(shù)和方法較原來(lái)的魚(yú)雷型號(hào)也有較大進(jìn)步。在工房進(jìn)行一次全計(jì)算機(jī)控制的外部激勵(lì)測(cè)試大約需要1 h。在潛艇上則可以使用1 套全自動(dòng)的自檢程序BITE（Built in Test Equipment），測(cè)試及檢驗(yàn)可在10 s 內(nèi)完成，這對(duì)提高潛艇水下作戰(zhàn)的快速反應(yīng)能力很有幫助。圖2 中2 條DM2A3 魚(yú)雷拆卸后正在進(jìn)行測(cè)試。

圖2 阿特拉斯公司的魚(yú)雷總調(diào)工房Fig.2 Atlas's torpedo general shift

DM2A3 魚(yú)雷長(zhǎng)6150 mm，重1451kg，與DM2A1 魚(yú)雷相比，其電子設(shè)備更加先進(jìn)，電子電路從74 條/64 路減少到24 條/12 路。DM2A1 魚(yú)雷共有1000 余個(gè)晶體管、500 個(gè)半導(dǎo)體，而DM2A3 魚(yú)雷依托微電子技術(shù)的進(jìn)步，電路集成水平達(dá)到只有3 個(gè)CPU 單元和198 個(gè)模數(shù)混合模塊。

圖3 DM2A3 教學(xué)解剖雷Fig.3 DM2A3 teaching anatomy torpedo

DM2A3 魚(yú)雷頭部的聲自導(dǎo)系統(tǒng)是全新開(kāi)發(fā)的，自導(dǎo)聲學(xué)裝置位于外部帶4×36 水聲換能器的固定條形基陣上（見(jiàn)圖4 左），而并不如以前型號(hào)那樣位于內(nèi)部可旋轉(zhuǎn)基陣，該聲學(xué)布局受到德國(guó)海軍的青睞。雷頭之后的戰(zhàn)斗部與DM2A1 相似，可裝藥250 kg 左右。引信系統(tǒng)裝在戰(zhàn)斗部?jī)?nèi)，包括觸發(fā)引信和電磁引信。電磁起爆時(shí)，雷尾的2 個(gè)極向線(xiàn)圈產(chǎn)生低頻交流磁場(chǎng)，接近目標(biāo)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)。魚(yú)雷頭部的電磁傳感器能夠感應(yīng)2 個(gè)磁場(chǎng)疊加產(chǎn)生的垂直分量，從而為起爆提供動(dòng)作信號(hào)。觸發(fā)引信可以通過(guò)加速系統(tǒng)（以彈簧—撞針原理為基礎(chǔ)的質(zhì)量慣性系統(tǒng)）觸發(fā)。

圖4 DM2A3（左）與DM2A1 魚(yú)雷頭部比較Fig.4 The head of DM2A3 torpedo (left) compared with that of DM2A1 torpedo

DM2A3 魚(yú)雷動(dòng)力電池也是與DM2A1 相似的鋅/氧化銀電池，電池能量約為20 kW 時(shí)，功率約為80 kW。

全新開(kāi)發(fā)的全雷核心控制組件是中央電子設(shè)備，魚(yú)雷航行所需的所有數(shù)據(jù)均由該設(shè)備提供，該設(shè)備還能實(shí)現(xiàn)線(xiàn)導(dǎo)導(dǎo)引過(guò)程中的數(shù)據(jù)傳輸。其制導(dǎo)能力可適用于對(duì)抗條件下的反艦和反潛攻擊。

核心控制組件還能根據(jù)電磁磁場(chǎng)的垂直分量，計(jì)算出引信所受的電磁脈沖。

魚(yú)雷戰(zhàn)斗部之后布置的是傳感器部分：航向、深度、橫傾的實(shí)際值可通過(guò)航向-位置關(guān)聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，該系統(tǒng)為航向和深度陀螺儀集成系統(tǒng)，數(shù)控減搖，深水控制性能良好。通過(guò)2 個(gè)分別用于淺水和深水的深度傳感器進(jìn)行深度測(cè)量。

和DM2A1 魚(yú)雷一樣，DM2A3 魚(yú)雷也由1 臺(tái)轉(zhuǎn)速較慢、雙向旋轉(zhuǎn)的直流串激電動(dòng)機(jī)推進(jìn)[4]，電動(dòng)機(jī)重130 kg，魚(yú)雷實(shí)際航行速度由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。

圖5 DM2A3 魚(yú)雷推進(jìn)電機(jī)Fig.5 The propulsion motorof the DM2A3 torpedo

70 年代前半期DM2A1 魚(yú)雷使用的是鋁制6/5 翼型雙螺旋槳，80 年代魚(yú)雷研發(fā)中轉(zhuǎn)而使用6/5 側(cè)斜螺旋槳，工作噪聲進(jìn)一步降低。

雷尾后面是一個(gè)線(xiàn)導(dǎo)放線(xiàn)裝置（尾箱）。魚(yú)雷發(fā)射時(shí)，該裝置留在潛艇發(fā)射管內(nèi)，箱內(nèi)裝有8000 多米線(xiàn)導(dǎo)導(dǎo)線(xiàn)和導(dǎo)線(xiàn)防護(hù)裝置。

按照原計(jì)劃，DM2A3 魚(yú)雷的武器系統(tǒng)是1979 年德國(guó)-挪威政府協(xié)議所確定的指揮及作戰(zhàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由挪威著名的軍工集團(tuán)康斯博格公司（A/S Kongsberg Vaapenfabrik）負(fù)責(zé)完成。但是由于潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的研發(fā)工作要到1987 年才能結(jié)束，而80 年代中期206 級(jí)潛艇升級(jí)為206A 的工作已經(jīng)完成，為了能將新型DM2A3 魚(yú)雷投入使用，引進(jìn)了阿特拉斯電子公司生產(chǎn)的主/被動(dòng)中頻聲吶以及魚(yú)雷射擊火控系統(tǒng)[5]。

1989 年7 月至1992 年2 月間，改造后的12 艘206A 級(jí)潛艇開(kāi)始服役（第1 階段）。剛開(kāi)始這些潛艇并沒(méi)有裝載DM2A3 魚(yú)雷，直到1994 年秋開(kāi)始配裝DM2A3 魚(yú)雷（第2 階段），圖6 為206A 潛艇從艇首裝載DM2A3 操雷。這款新型魚(yú)雷的發(fā)射流程主要分以下幾個(gè)步驟：

圖6 206A 潛艇裝載DM2A3 操雷Fig.6 The 206A submarine is loaded with a DM2A3 torpedo

1）在潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)支持下進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別和分級(jí)，推定目標(biāo)航行路線(xiàn)及作戰(zhàn)方案。通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接魚(yú)雷和艇上指令裝置。收到魚(yú)雷發(fā)出“準(zhǔn)備發(fā)射”信息后，潛艇火控系統(tǒng)向魚(yú)雷發(fā)出“預(yù)備”指令，魚(yú)雷激活電池，并開(kāi)始數(shù)據(jù)裝定傳輸，直到火控系統(tǒng)收到魚(yú)雷反饋信號(hào)“正常發(fā)射”。

2）啟動(dòng)水下航行程序，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，魚(yú)雷發(fā)射出管，大約10 s 后開(kāi)啟雷上導(dǎo)線(xiàn)和艇上導(dǎo)線(xiàn)之間的通信鏈路。

3）采用安全控制，魚(yú)雷走出安全距離（設(shè)定90 m，150 m 或者300 m）后引信才能解除保險(xiǎn)，從而保證魚(yú)雷爆炸不對(duì)發(fā)射潛艇造成危害。

4）魚(yú)雷航行過(guò)程中，可通過(guò)潛艇傳感器進(jìn)行目標(biāo)跟蹤，不斷更新目標(biāo)方位。潛艇對(duì)魚(yú)雷進(jìn)行導(dǎo)引，使其到達(dá)預(yù)期目標(biāo)位置，或者直接命中目標(biāo)（難度較大）。期間，魚(yú)雷的航向、航深和速度由自身控制系統(tǒng)決定，也可以選擇使用潛艇計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)或人工導(dǎo)控。

5）跟蹤攻擊階段，魚(yú)雷自導(dǎo)系統(tǒng)自行探測(cè)和識(shí)別目標(biāo)。必要時(shí)可啟用魚(yú)雷內(nèi)部制導(dǎo)程序，此時(shí)由線(xiàn)導(dǎo)監(jiān)視魚(yú)雷航行。收到線(xiàn)導(dǎo)優(yōu)先指令后，魚(yú)雷又可重新回到線(xiàn)導(dǎo)控制狀態(tài)。

6）如果魚(yú)雷未能命中目標(biāo)，當(dāng)電池能量耗盡或者航行速度低于3 kn 時(shí)，引信失效。魚(yú)雷由于自身負(fù)浮力而沉入海底。

7）平時(shí)訓(xùn)練時(shí)，使用操雷頭和二次電池代替戰(zhàn)雷頭和原電池。操雷頭內(nèi)裝有測(cè)量記錄設(shè)備，最大存儲(chǔ)容量為80 W。訓(xùn)練魚(yú)雷的雷頭、電池艙段和雷尾部分都會(huì)涂上亮紅色，便于海上尋找。

3 DM2A4 魚(yú)雷的技術(shù)途徑分析

1982 年，在DM2A3 魚(yú)雷研發(fā)的后期，DM2A4 魚(yú)雷研制開(kāi)始啟動(dòng)。這次研發(fā)旨在提高魚(yú)雷航速、航程和發(fā)射深度，如果使用當(dāng)時(shí)的魚(yú)雷推進(jìn)裝置，根本無(wú)法達(dá)到這些目標(biāo)。于是在設(shè)計(jì)階段嘗試了各種驅(qū)動(dòng)方法，熱動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)漸漸引起了研究者的注意，這種推進(jìn)系統(tǒng)的能力密度高于電力推進(jìn)。曾經(jīng)應(yīng)用于DM1 魚(yú)雷并引起爭(zhēng)議的汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)（一種活塞在氣缸內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的新型內(nèi)燃機(jī)）也是其中一個(gè)研究項(xiàng)目，另一種推進(jìn)系統(tǒng)方案是采用鋁/氧化銀電池的電力系統(tǒng)[6]。

由于研發(fā)熱力推進(jìn)系統(tǒng)的時(shí)間更長(zhǎng)，風(fēng)險(xiǎn)更大，而且工作時(shí)產(chǎn)生的噪聲也更大，這些不太符合當(dāng)時(shí)德國(guó)的魚(yú)雷發(fā)展理念，因此以放棄更快速度為代價(jià)，選擇了電力推進(jìn)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)采用1 臺(tái)高速7 相永磁異步電機(jī)，帶電子整流和低噪聲減速器，魚(yú)雷在攻擊時(shí)既能達(dá)到所需速度，又不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的航行噪聲。

魚(yú)雷航行時(shí)，可通過(guò)葉片數(shù)量為前9 后7（見(jiàn)圖7）的傾斜式對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳提供航行動(dòng)力。光纖通信導(dǎo)線(xiàn)代替銅絲導(dǎo)線(xiàn)（見(jiàn)圖8）。有了帶光纖陀螺的數(shù)字捷聯(lián)系統(tǒng)，精確控制魚(yú)雷航向及位置成為可能。

圖7 DM2A4 魚(yú)雷的9/7 螺旋槳Fig.7 The 9/7 propellerof the DM2A4 torpedo

圖8 DM2A4 戰(zhàn)斗魚(yú)雷剖面及部件圖Fig.8 The profile and component drawings of DM2A4 combat torpedo

DM2A4 魚(yú)雷的搜索及跟蹤系統(tǒng)沿用DM2A3 的技術(shù)，雖然211 級(jí)潛艇的性能指標(biāo)有所提升，而且計(jì)劃裝備DM2A4 魚(yú)雷，但這套系統(tǒng)仍然適用。1987 年，德國(guó)海軍放棄211 級(jí)潛艇項(xiàng)目后，開(kāi)始加速研發(fā)212 級(jí)燃料電池潛艇，211 級(jí)潛艇的大部分技術(shù)都能直接用于212 級(jí)潛艇，所以DM2A4 魚(yú)雷也列裝到212 級(jí)平臺(tái)上。

圖9 DM2A4 魚(yú)雷雷頭（后方是操雷段）Fig.9 The head of the DM2A4 torpedo(the rear part is for training)

DM2A4 魚(yú)雷在設(shè)計(jì)定型階段，由于時(shí)間和經(jīng)費(fèi)方面出現(xiàn)了問(wèn)題，鋁/氧化銀電池的研制遇到困難，所以不得不重新采用改進(jìn)后的鋅/氧化銀電池。戰(zhàn)雷電池組由4 組相同的電池結(jié)構(gòu)組成，每組電池結(jié)構(gòu)包括86 塊單體電池。單體電池由7 片薄片連接而成，由水槽冷卻。

1996 年DM2A4 魚(yú)雷設(shè)計(jì)定型，1997 年開(kāi)始加工制造。如果按照原計(jì)劃，批產(chǎn)制造階段應(yīng)從1998 年開(kāi)始，到2001 年結(jié)束。然而2001 年未能完成相關(guān)工作，其試驗(yàn)工作也不得不推遲。但由于212A 級(jí)潛艇的制造也同時(shí)延遲，所以這種高功率新型魚(yú)雷正好被用來(lái)驗(yàn)證世界上第1 艘常規(guī)蓄電池與燃料電池復(fù)合動(dòng)力潛艇—U31 的性能[7]。

4 新世紀(jì)德國(guó)魚(yú)雷的轉(zhuǎn)型發(fā)展

21 世紀(jì)以來(lái)，德國(guó)軍隊(duì)的使命任務(wù)經(jīng)歷了巨大改變，潛艇的主要任務(wù)不再是保衛(wèi)北約成員國(guó)的安全，而是“對(duì)抗種族及意識(shí)形態(tài)侵略者和全球范圍內(nèi)的恐怖分子”[8]。

雖然先進(jìn)魚(yú)雷和導(dǎo)彈具有強(qiáng)大的目標(biāo)獲取及破壞力，但是傳統(tǒng)上的潛在威脅不再占據(jù)主導(dǎo)地位，重要的是，潛用武器能夠在對(duì)方不發(fā)覺(jué)的情況下進(jìn)行偵察和打擊，可以監(jiān)視海岸及航道上的各種活動(dòng)，從而發(fā)現(xiàn)恐怖組織的后勤聯(lián)系，必要時(shí)可以采取破壞措施將其中斷。所以，現(xiàn)在德國(guó)國(guó)防部及其下屬潛艇艦隊(duì)的新理念是：魚(yú)雷發(fā)射管可能更多用于掃雷潛水員和輕裝潛水員的出艇；同樣，使用專(zhuān)門(mén)的AUV（自主無(wú)人潛航器）也比直接發(fā)射戰(zhàn)斗魚(yú)雷更有特定價(jià)值。

德國(guó)潛艇的特征主要是噪聲小、非磁性、易控制等，所以更適于執(zhí)行上述反恐任務(wù)。在極淺水域或者受到重重防護(hù)的地區(qū)，可以使用AUV 前出偵察預(yù)警，大大擴(kuò)展?jié)撏晠茸饔脜^(qū)域，降低潛艇受到的風(fēng)險(xiǎn)，提高自身隱蔽性。所以也就不難理解為什么現(xiàn)在許多魚(yú)雷生產(chǎn)商開(kāi)始研發(fā)制造AUV 和ROV（線(xiàn)控水下航行器）。

表1 德國(guó)重型魚(yú)雷主要參數(shù)對(duì)照表Tab.1 The parameter of Germany heavy torpedo

德國(guó)已經(jīng)發(fā)展了3型平臺(tái)式軍用UUV，分別是“海獺”MKI，MK II 和DeepC 型[9],[11]，還有一型稱(chēng)為Orca 的有人/無(wú)人兩用水下航行器[10]，這些UUV 體積重量較大，無(wú)法由潛艇攜載發(fā)射。因此，利用DM2A4作為載體研發(fā)潛用UUV，仍然有著較強(qiáng)的作戰(zhàn)需求。

按照模塊式理念構(gòu)建的DM2A4 魚(yú)雷家族現(xiàn)在成了發(fā)展?jié)撚肬UV 武器（DM2A4-UUV）的基礎(chǔ)[12]，這種小型水下無(wú)人作戰(zhàn)平臺(tái)相對(duì)魚(yú)雷武器來(lái)說(shuō)比較容易制造，而且很快就能投入使用。它可以不裝戰(zhàn)斗裝藥和引信，也可以適當(dāng)減少部分動(dòng)力電池，這些空間可以被專(zhuān)用偵察聲吶、遙控爆炸裝置等代替，這里所說(shuō)的遙控爆炸裝置可用于裝載沉底水雷或者主動(dòng)對(duì)抗式硬殺傷反制器SEAFOX-UUV（見(jiàn)圖10）。

圖10 SEAFOX-UUV 外形Fig.10 SEAFOX-UUV appearance

德國(guó)DM2A4 魚(yú)雷系列中的增程型代號(hào)為SeaHake mod4 ER（見(jiàn)圖11），最大射程達(dá)到140 km，僅次于俄羅斯的“波塞冬”洲際魚(yú)雷（也稱(chēng)Status-6 型核動(dòng)力UUV[13]）。SeaHake mod4 ER 實(shí)際上屬于攻擊型UUV的范疇，除了用于潛艇發(fā)射，還用于海上平臺(tái)和陸基平臺(tái)部署，實(shí)現(xiàn)以兵器深入代替兵力深入，具備在敵防區(qū)外或低警戒區(qū)域?qū)嵤┻h(yuǎn)程水下打擊的能力。

圖11 DM2A4 ER 增程型魚(yú)雷Fig.11 The extended rangeDM2A4 ER torpedo