一週軍評:長五忙碌的2020

本週,全中國都展開了對抗新型冠狀病毒感染肺炎的“人民戰爭”。作為一場發生在中國人口大規模大範圍流動時期的公共安全事件,新型冠狀病毒感染肺炎未知性與其傳播的廣泛性,使得切斷其傳播途徑和對其進行快速有效治癒難度重重。在此筆者也呼籲大家注意個人衛生,勤洗手並且保持良好的衛生習慣,少去人多的地方活動並保持室內空氣流通,避免接觸野生禽畜,同時積極配合各級政府的防治措施。

本週與軍事相關的大事裡,雖然中國沒有實際進行的航天發射,但卻發生了幾件對於中國航天的發展而言至關重要的事情,他們在一起的組合,將極大地決定中國航天向未來進一步發展的水平。而在大洋的另一邊,美國海軍在開始新一年航母部署的同時,在海軍艦隊的建設上也做出了一個看似普通卻頗為重要的決策,對於在海軍主戰艦艇發展上陷入“技術焦慮”的美國海軍而言,這一步的變化,同樣值得我們進一步思考。

長征五號的2020

2019年,中國航天以全年發射運載火箭34次的成績再次位居全球第一,成為當年全世界航天發射次數最多的國家。而2020年連一月都沒有過完,中國航天就已經在1月7日、15日和16日進行了3次航天發射,將通信技術試驗衛星五號、吉林一號寬幅、阿根廷小衛星、銀河航天5G-01星等多顆衛星送上太空。從數量上說,今年中國航天發射有望突破40次。

一周军评:长五忙碌的2020

1月15日發射的長征二號丁運載火箭

上週日的1月19日,長征五號遙四火箭大推力氫氧發動機在航天科技集團六院,順利完成發動機校準試車,標誌著這臺發動機性能達到預定要求,即將轉入長征五號遙四運載火箭的總裝階段。此次試車圓滿成功,也是繼長征五號遙三火箭發射成功之後,又一臺大推力氫氧發動機通過了發射前的全部考核。

隨後的1月20日,經過大約一週的海陸運輸,空間站核心艙初樣產品和新一代載人飛船試驗船已先後安全運抵文昌航天發射場。其中的空間站核心艙初樣產品預計將於今年2月與長征五號乙型進行合練,新一代載人飛船試驗船則將成為長征五號乙型發射的首個載荷。

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新一代載人飛船試驗船的造型與神舟飛船有很大的區別

對於長征五號系列運載火箭而言,如果說2019年的長五遙三是在長五遙二發射失敗後決定項目命運的關鍵性發射,那麼2020年就是考驗長征五號連續發射的可靠性和新型號新構型可行性的“壓力之年”。按照計劃,今年要發射長五遙四和長五遙五兩枚長征五號運載火箭和一枚長五乙遙一運載火箭,還要進行一次空間站核心艙初樣和長五乙運載火箭的合練任務。無論對於火箭研製和生產部門,還是屆時要前往現場參與火箭組合與調試的發射團隊,都是一次十足的考驗。

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長五遙三火箭的發射是兩年磨一箭的仔細工作,之後的火箭發射顯然沒有那麼充裕的時間

這麼多次發射擠在一年裡,某種程度上也是“不得已為之”,畢竟之前為了確保長五遙三發射萬無一失,其發射日程一再推遲,也讓原定在長五遙三之後使用長五火箭發射的航天器的發射日程隨後推遲;加上今年還存在每隔26個月才會遇到的火星探測時間窗口,使得使用長五發射火星探測器的發射時間也必須定在2020年。

這些航天器在生產出來之後,即使不加使用,保存在專門的倉庫之中妥善保管,時間長了也會增加其故障率,影響其使用情況和使用壽命。之前日本就曾發生過在1991年啟動的“月球-A”探測計劃由於技術難題無法被攻破,導致1996年就製造出的探測器在倉庫中存放了10多年後嚴重老化到無法使用,讓這個項目未經執行就在2007年宣佈廢棄的慘劇。對於已經推遲發射的“嫦娥五號”等航天器來說,在證明了長征五號的技術可行性之後,抓緊時間發射火箭並開展科研活動是一件刻不容緩的工作。

在連續發射的同時,長征五號乙型運載火箭的發射任務某種程度上更加重要。該型火箭相比長五基本型號去掉了芯二級,只使用4個助推器和芯一級,使用更大尺寸的整流罩,以此實現近地球軌道(LEO)25噸的發射能力,並容納包括新一代載人飛船、未來空間站的各個艙段在內的大型近地軌道航天器。從技術的角度上,長五乙其實是對長征五號火箭“做減法”的結果,運載火箭本身的結構相對簡化,但作為一種新的構型,這一構型本身依然需要實際發射加以檢驗。

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長征五號乙更短,但是低軌道運載能力也更大

新一代載人飛船本身也是中國航天項目中至關重要的項目之一。在這一代載人飛船之前,中國曾經研製過兩代載人飛船,即上世紀70年代的“曙光”飛船和本世紀初的“神舟”系列飛船。

“曙光”飛船的構型上一定程度上參考了美國“水星計劃”中的飛船設計,結構相對簡單;“神舟”飛船則相當程度借鑑了蘇聯/俄羅斯的“聯盟”號飛船的整體佈局,採用三艙設計,但在細節設計上更加合理,在實用載人飛船領域(由於美國轉向航天飛機開發,這一領域實際只有中俄兩個國家的產品)也屬於先進產品,但由於其配套的運載火箭長征二號F型的運載能力和箭體直徑所限,“神舟”飛船也很難進一步提升性能。

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神舟飛船的三艙結構作為單獨的飛船很先進,但從運輸角度講效率不高

考慮到我國未來將要建設長期有人照料的空間站,一方面對載人飛船進行空間試驗的技術要求顯著降低,可以減少飛船結構的複雜程度,降低造價的同時提升飛船的可靠性;另一方面,這也對載人飛船的運載能力提出了更高的要求,既要提升飛船的運載量,加大與空間站之間的天地往返運輸的補給效率,同時還要改善其運載質量,提供多樣化的運輸方案。

基於這樣的考慮,新一代的載人飛船採用了與“神舟”號不同的兩艙佈局,取消了方便進行空間試驗任務的軌道艙,但使用了直徑和空間都更大的返回艙,用來運送更多的航天員和物資。根據這次公佈的性能參數看,新一代的載人飛船長8.8米,重達21噸,比“神舟”號8噸左右的重量增加了1.5倍以上,飛船內部的可用空間、載貨量和載人數量自然也都有了可觀的增長。

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空間站完成建造後的總重量將達到100噸以上

依託於以一個核心艙、兩個實驗艙,一個光學艙為主體的“天宮”空間站,中國的載人空間站在2025年前後建成時,應該會成為全世界最新型的有人照料空間站,加上以長征五號乙運載火箭和新一代載人飛船的組合,將成為中國未來在太空科研和試驗領域的核心力量,也將為中國在未來太空技術領域的爭奪上打下堅實的基礎。

除了至關重要的長征五號系列運載火箭之外,2020年的中國航天是否會發射更多類似“長征11”號和“快舟”系列的固體運載火箭也是值得關注的一件事情。相比之前傳統的液體燃料運載火箭,這些固體運載火箭發射準備時間短,便於批量生產和長期儲存,特別適合進行各種應急發射和快速發射任務。對於越來越需要在各類事務中獲得來自太空信息、情報和其他支持的中國而言,這樣快速且低成本的航天響應能力不僅僅是在航天發射次數上的“湊數”之舉,更是在關鍵時刻為中國國家利益做出重要貢獻的戰略支援力量。

升級“伯克”為湊數?

隨著中國海軍以052D為代表的中型水面艦艇的持續入役,和以055為代表的新一代大型水面艦艇的開始列裝,加上美國海軍為了應對所謂“大國爭霸”而提出的“355艘艦海軍”概念,如何在有限預算的情況下,持續保持海軍力量的擴張,同時還能實現裝備的繼續升級,就成了當下美國海軍的一個核心問題。

最近,美國海軍又提出了一項全新的改裝計劃,即為美國海軍現役的“阿利·伯克”Flight IIA型導彈驅逐艦在中期改進時,升級新版的基線10宙斯盾作戰系統,同時為其升級新一代的AN/SPY-6有源相控陣雷達。

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在陸上測試的AN/SPY-6雷達,只有一個陣面

美國海軍升級本國海軍的“宙斯盾”系統本身其實算不上什麼新聞,自1983年服役至今,“宙斯盾”系統已經在美國海軍中服役了37年,如果不是美軍數十年來一直對該系統進行逐步提升的性能升級,這套系統根本不可能持續幾十年佔據國際防空作戰系統的領先位置。

從最早使用的基線-0型開始,美國海軍逐步升級,推出了基線1、2、3、4、5、6、7、9等一系列版本。這些升級版本既有運用於新建的宙斯盾艦的,也有對現役宙斯盾艦進行現代化改進的。特別是2009年以後,隨著美國海軍開始同時強調增強宙斯盾艦的防空和反導作戰能力,全新一代的基線9系統開始應用於新造宙斯盾艦和對現有宙斯盾艦的改造升級。

目前已經有包括6艘“提康德羅加”級導彈信用條件,28艘早期的“阿利·伯克”級和5艘新服役的伯克級已經升級到了這一新系統。從這個角度看,升級“宙斯盾”的系統本身算是美國海軍水面艦艇改進的既定策略,並沒有什麼明顯的特別之處。

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美國海軍的宙斯盾艦一直處於滾動升級中

但是為現役的宙斯盾艦換裝AN/SPY-6有源相控陣雷達,就完全是另外一回事了。

該型雷達是美國海軍新型導彈驅逐艦“阿利·伯克” Flight III使用的新一代雷達,也是美國海軍在這一領域的一次巨大的技術進步,相比現役宙斯盾艦使用的AN/SPY-1系列雷達,這款新雷達具有更高的靈敏度、工作帶寬和彈道導彈識別能力,而且保證了雷達波束的轉換速度、穩定性和波束的靈活指向。

從某種意義上說,“阿利·伯克” Flight III相比之前的“伯克”級驅逐艦最主要也是最關鍵的升級,整個“阿利·伯克” Flight III項目在研製期間的最主要工作,也正是對已經高度成熟的伯克級總體設計進行各種修改,以適應這套全新的大型雷達。雖然經過一系列修改後的“阿利·伯克” Flight III使用的雷達系統仍然只能適度低配,但其依然是美國海軍目前貨架產品中最先進的型號。

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“伯克”3一開始的設計上AN/SPY-6有源相控陣雷達系統更加完備,但因為超出了艦艇負擔能力而作罷

作為全世界最先進的兩款相控陣雷達系統,無論是中國還是美國的軍事媒體都喜歡將AN/SPY-6雷達與中國海軍055型導彈驅逐艦上使用的綜合射頻系統相比較。從一些技戰術指標來看,二者是由頗多相似之處。但從作戰使用的主要任務和突出的重點來看,二者的差異性還是相當明顯的:

AN/SPY-6雷達作為美國宙斯盾艦的主戰裝備,一方面要強調傳統的艦隊防空作戰能力,特別是攔截大量反艦巡航導彈的抗飽和攻擊能力,另一方面則要強化延續自基線9以來的反彈道導彈作戰能力;

而055型作為中國海軍的大型艦隊防空驅逐艦,其艦載雷達系統除了對抗敵方飛機和反艦導彈之外,更加強調對於低可探測性的隱身飛機和導彈目標的有效發現和持續跟蹤,以及對海上目標的遠距離搜索與發現。這種巨大的用途差異,也使得單純比較二者的基本性能參數缺乏意義。

不過對於美國海軍而言,AN/SPY-6雷達確實存在一個問題——它進入美軍現役的時間太晚也太慢了。

由於AN/SPY-6雷達目前只預定裝備在“阿利·伯克” Flight III型驅逐艦上,而後者的首艦DDG-125“盧卡斯”號在2019年11月8日才剛剛鋪下龍骨正式開工,按照伯克級平均3年左右的建造速度,該艦至少要到2022年底才能交付美國海軍;考慮到該艦作為首艦在施工進度上必然會有所放緩,則該艦的服役時間很可能要到2023年,加上首制艦必然相對漫長的試航和形成作戰能力週期,該艦很可能要到2025年左右才能形成初始作戰能力,而“阿利·伯克” Flight III的後續艦裡甚至連2號艦都沒有開工,其服役時間也不大會早於2024-2025年前後……

而在大洋彼岸,解放軍的055型首艦已經歸建,2號線也已經開始試航,3號艦和4號艦已經下水,後續艦不僅要繼續建造,很可能還要實施現代化升級改進,這樣的差距自然會讓習慣了“領跑全球”的美國海軍如坐針氈。

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你說美國海軍羨慕,那可能是假的,你說美國海軍不在乎,那肯定是假的

從這個角度上說,升級現有的“阿利·伯克” Flight IIA型驅逐艦相對耗時較短,成本較低,也不失為增強美國海軍水面艦艇戰鬥力的一種捷徑,畢竟如果將“阿利·伯克” Flight IIA換上AN/SPY-6有源相控陣雷達和基線10宙斯盾,理論上就能使這些艦的作戰能力接近Flight III型,從而加速美國海軍的驅逐艦升級速度,而且美軍現在光現役的“阿利·伯克” Flight IIA就多達39艘,其中2000年左右建造的也服役了20年左右,本來也到了中期升級的時候。

此外,從資金上看,每艘“伯克”級升級宙斯盾系統本來就要花上接近1億美元的預算,而根據美國在2017年採購的第一批3套AN/SPY-6雷達的價格來看,單套雷達的成本也只有不到1.1億美元,對於分批升級而言也不會對年度預算造成太大的影響。至於改裝週期則一般也不會超過2年,對美國海軍的艦隊規模雖然會產生一定的短期影響,但總體上的問題都相對可控。

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相比航母的建造,驅逐艦的改造相對簡單,改裝經費總體也比較容易控制

唯一剩下的麻煩,就是進行這一規模升級可行性。理論上說,AN/SPY-6雷達作為美軍新一代的型號,採用了模塊化設計思想,其安裝工作相對簡單,尺寸上也和前一代雷達差距不大(這是美軍為了讓“伯克”級使用該雷達作出的專門改進)。然而由於AN/SPY-6雷達是新一代的有源相控陣雷達,無論其重量與複雜程度都比之前的AN/SPY-1系列雷達要高得多,這也是“阿利·伯克” Flight III型驅逐艦噸位顯著增加,滿載排水量甚至突破萬噸的主要原因之一。

由於“伯克”級驅逐艦的填充率很高,為了滿足噸位的增加,新的“伯克”級在艦尾線型上也進行了“加寬”。相比之下,早期的“伯克”級無法進行這類修改,為了容納AN/SPY-6雷達,很有可能要麼對雷達進行進一步的“削減”,以降低雷達性能為代價減小安裝重量,要麼就是“拆東牆補西牆”,減少艦上原有的其他設備,為雷達上艦創造條件。而新型相控陣雷達的耗電量更大,老艦的電力系統能否支持其妥善運用,自然也是美國艦船設計部門需要認真考慮的問題。

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對於伯克級的尺寸來說,AN/SPY-6雷達系統其實已經需要“瘦身”才能勉強裝入了

對於美國海軍而言,儘管其規模和水平依然是世界第一,但其內心中的不安和焦慮在近年來卻與日俱增。“355艦海軍”這一目標在當下彷彿已經成為了美軍尋求內心安定的“標杆”之一。增加新艦,改進老艦甚至將無人艦艇計入海軍艦隊的數目之中……但是在單純追求數字的同時,當代先進艦艇技術的制高點還能不能守住,將會成為貫穿21世紀上半葉海軍技術競爭的主線之一。


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