现代潜射鱼雷是怎么工作的?电影里潜艇和鱼雷追逐场面在现实中会发生吗?

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大多数现代潜射鱼雷都是两用的,既可以攻击水面舰只或潜艇。但是这两个目标具有不同的特征,击沉它们的方法也不尽相同。稀星天外今天就介绍一下两种潜射鱼雷的功能以及它们的实际工作原理,这与大家在电影中看到的可能完全不同。

基于动力系统类型,现代潜射鱼雷有两种变体:热(化学)能和电能。热能鱼雷使用的燃料,例如奥托燃料II,发动机来驱动鱼雷的推进系统。这些特殊燃料可以在不使用外部氧气的情况下燃烧,推动燃气涡轮发动机或星型活塞发动机的转动,进一步驱动两个旋转方向相反的螺旋桨,从而将鱼雷推至超过60节(约111公里/小时)的速度。如果在燃料燃烧过程中注入像高氯酸羟铵(HydroxylAmmonium Perchlorate,HAP)这样的添加剂,甚至可以实现更高的速度。HAP的使用让热能鱼雷比电动鱼雷在目前具有速度优势。

图一 美国海军的“马克48(Mark48)”重型鱼雷是一种使用奥托II性燃料的热能鱼雷,已经发展了七代。最新型Mod 7在2008年服役。

热能鱼雷可以在更高的速度下实现比电动鱼雷更长的射程。液体燃料能够存储更多的能量,并且可以在现代燃气涡轮发动机中更有效地燃烧,从而使这些致命武器具有在敌方探测或攻击范围之外攻击任何目标的能力和速度。

在某些现代鱼雷中,已经用燃气涡轮发动机取代了老式的外部燃烧星型活塞发动机。燃气涡轮发动机较高的转速加上对鱼雷外壳和废气排放系统的静音改进,使现代热能鱼雷可以像发射它们的潜艇一样安静。如果现代鱼雷使用被动声纳进行导引,目标可能直到被击中都不会知道它受到了攻击。

电动鱼雷更为常见,因为它们易于制造和维护,使用时的安全性也更高。同时,它们具有一些热能鱼雷没有的能力。例如,因为不需要在启动过程中克服机械滞后和惯性,使用高转矩永磁电机的现代电动鱼雷可以在不到一秒的时间内达到最大速度。这使它们还没有离开鱼雷发射管就可以达到50节(约93公里/小时)的速度。

电动鱼雷的另一大优点是它们可以采用模块化设计,例如德国的DM2A4“海鳕(Sea Hake)”Mod 4鱼雷。它采用串联电池,每条鱼雷可以选择安装2、3或4个电池。更多的电池可以使鱼雷具有更大的射程。较少的电池则可以使它更轻、更灵活,但要牺牲射程。不管什么配置都可以使它保持50节的速度,并且像现代热能鱼雷一样安静。

图二 德国“海鳕”Mod4鱼雷是一种电动鱼雷,根据不同的任务,它可以配置2、3或4个电池(见本图左上角)

今天,潜射鱼雷使用高能锌-氧电池或某些其他类型的能量电池。与标准电池相比,它们提供的电力要持久得多。但高能电池的性能可以说是各国保守最为严密的数据。

在诸如《红潮风暴(英文名Crimson Tide)》和《冰海陷落(英文名Hunter Killer)》之类以现代潜艇为题材的电影中,鱼雷追逐潜艇的场景往往是最具戏剧性的效果。现实情况是,在现代潜艇攻击中,鱼雷大范围机动和目标潜艇疯狂逃避摆脱,是最不可能发生的情况。如前所述,在21世纪的水下战斗中,目标很可能还没有发现鱼雷就被摧毁了。现代潜射鱼雷的设计中内置了静音的被动模式,除非使用主动声纳模式,否则可能要等到引爆前才能探测到。

图三 《红潮风暴》电影海报

图四 好莱坞电影《冰海陷落》的剧照

在现代海军演习中经常发生的是两艘潜艇彼此之间相距数百米,同时发现对方,一起攻击最后同归于尽。另一种交战方式是当一艘潜艇抢先发现对方,通常在另一方的探测距离之外,首先发射鱼雷,一击必中,全身而退。因此,像潜战电影中那种让人肾上腺素分泌加速的长时间水下缠斗是不现实的。实际的水下战斗悄然无息地发生,几乎没有反应时间来抵御即将来临的攻击。

此外,许多现代鱼雷都有一条指挥线或光纤电缆,可以从鱼雷后面卷起,并与潜艇的火控系统建立数据链接。在发射鱼雷之前,它必须知道三件事:

  1. 鱼雷发射后的航向和深度是什么?

  2. 在什么距离上它可以开始搜索目标?

  3. 保险解除的边界在哪里?

图五 很多现代鱼雷都是所谓的“线导”鱼雷
借助线缆,在火控操作员控制下,鱼雷可以改变其攻击参数甚至放弃攻击。使用潜艇的声纳数据代替鱼雷自身的声纳数据,可以更改目标,重新设置攻击深度和安全距离,并可以忽略敌方使用的诱饵和干扰等对抗措施。如果数据链路丢失,则鱼雷将遵循其接到的最后指令,并在必要时执行预先设置的反反鱼雷对抗对策。

发射后,鱼雷将向潜艇下方进行一个短暂的俯冲,以避免让潜艇本身碰到指令导线,从而缠绕在潜艇的指挥围壳和螺旋桨上。电缆或光缆由安装在鱼雷发射管或鱼雷雷体中的绕线分配器随着鱼雷在水中的行进而释放。在某些情况下,会同时从发射管和鱼雷雷体释放导线,以减少导线因过度拉伸而断裂的机会。

潜艇的火控系统向鱼雷提供了一个数字边界,又称为“杀伤盒”。这些边界旨在防止鱼雷攻击母舰或指定区域之外的任何其他目标。你可以把这些边界想象成水中的一个三维立方体,其大小由潜艇的武器官在射击前设定。

鱼雷将以预定的路线和深度航行到目标区域。在航行过程中,除非另有指示,否则鱼雷将测量环境背景噪声并达到其搜索深度。同时,它还要为自身的高频有源声纳计算合适的发射功率,以确保没有混响和失真,也不会被背景回声所掩盖。在搜索模式下,鱼雷将减速和提高声纳发射的功率水平,以最大化探测能力。这在复杂、浅水、嘈杂和冰冷的环境中尤其重要。

武器到达设定的杀伤区域后,它会激活自己的传感器并开始寻找目标。如果潜艇和鱼雷之间的数据链接还没有中断,火控操作员可以随时更改“杀伤盒”的大小尺寸。他们还可以根据需要手动操纵或关闭鱼雷。如果鱼雷离开了“杀伤盒”,它的弹头会上上保险,发动机自动关闭并沉入海底。鱼雷不能像在电影《猎杀“红色十月”(英文名Hunt for Red October》中那样被“引爆”。

图七 电影《猎杀“红色十月”》剧照,该片段应该是美国洛杉矶级攻击核潜艇采用紧急上浮摆脱鱼雷袭击。这在现实生活中永远不会发生。

如果发射鱼雷的潜艇在鱼雷攻击期间进入杀戮箱且鱼雷没有被关闭,它会被鱼雷识别为有效目标。应对和防止这种情况的关键是在鱼雷攻击期间保持完全的态势感知。特别是当潜艇自己需要躲避敌方反击时,态势感知的缺乏很容易导致其误入自己鱼雷的“杀伤盒”。

鱼雷具有三种基本的目标检测方法:被动声纳,主动声纳和尾流追踪:

  • 被动声纳仅侦听由预期敌人产生的特定目标噪声,或者设定为锁定检测到的最大声源上。尽管启动被动导引要求声响的强度超过一定的阈值,但是被动模式是最能实现攻击突然性的导引模式,因为除非很近,否则根本无法发现采用这种导引方式的鱼雷。旧式的被动导引鱼雷会采用蛇形机动来增加鱼雷的搜索区域,但这会牺牲速度和射程。现代鱼雷可以通过数字化声纳波形在更宽广的搜索扇区内进行搜索。这样不仅可以避免鱼雷因为反复转向而损失速度和射程,还可以提高搜索的效率。

图八 鱼雷被动引导的简单工作原理
  • 主动声纳只是简单地以高频发射声纳能量脉冲。发射功率大小由鱼雷发射后它所测量到的背景噪声来确定。它将以最有效的方式搜索整个“杀伤盒”。在主动攻击期间,目标潜艇很可能会使用声纳掩蔽器和干扰器加以对抗。鱼雷所采取的对策是通过绝密的滤波技术来消除这些干扰源。

  • 如今,“尾流导引”技术在双用途鱼雷上越来越普遍。直径533毫米和650毫米的鱼雷都可以具有尾流导引能力。但是像俄罗斯的65-76A这样的650毫米鱼雷是专门设计采用“尾流导引”技术的大型远程鱼雷,旨在搜寻船尾的尾流并加以跟踪。这种650毫米鱼雷的燃料足以以50节的速度行驶超过100公里,持续一个多小时。这使得躲避这种鱼雷成为一件非常耗时的事情,从而使发射该鱼雷的攻击潜艇有时间逃脱反潜兵力的围剿,然后重新发生攻击。有多种方法可以有效地对付“尾流导引”的鱼雷,但是这种武器的齐射是一种有效的杀伤手段。

图九 俄罗斯的53-65K型鱼雷是苏联开发的一种直径533毫米“尾流”制导鱼雷
末端导引是鱼雷攻击的最后阶段。鱼雷一旦探测到有效目标,它就会通过线缆把目标的位置、速度、深度和航向传回潜艇的火控系统。该数据将与火控解决方案进行比较。除非另有指示,否则鱼雷将进入末端导引状态。末端导引采取主动声纳探测,在受到前一个声纳脉冲的回波后,立即朝着回波源头发射下一个脉冲。

由于鱼雷和目标的距离迅速拉近,目标可以听到音调越来越高、间隔越来越短的“乒乒”声,类似于世界末日倒计时。此时,目标已经知道自己正遭到攻击,但为时已晚。鱼雷距离实在太近且移动实在太快,任何反制措施都无力回天了。

现代鱼雷通常使用复合引信。它这结合了利用声信号和磁信号测量距离的近炸引信和由物理撞击引爆的触发引信。尽管对于鱼雷来说,最好是在船体的一米范围内近距离引爆,但触发引爆也能对哪怕是最大的军舰造成毁灭性影响。

图十 实战演习中的BAE系统“矛鱼”鱼雷攻击水面舰只场景

现代的潜射鱼雷是功能强大且致命的武器。21世纪的技术和工程使冷战时期形成的科学和经验得到了进一步的改善。BAE系统的“矛鱼(Spearfish)”,阿特拉斯电子的“海鲟”Mod 4,法国海军集团公司的F21和俄罗斯的UGST-M等鱼雷都代表了该技术领域的最新发展。

高速、杀伤力、远射程和低探测性的强大结合使现代鱼雷拥有了比其他海军武器更大的优势。

图十二 某国鱼雷的尾部细节,可以看到两个想向旋转的螺旋桨和位于中轴的导引线缆


稀星天外


鱼雷自从1860年代问世以来,就一直是重要的海战武器。鱼雷在现代海战中依旧占据着重要的地位,主要承担着反舰和反潜作战的任务。目前世界各国都非常重视先进鱼雷的研发和改进,这也使得现代鱼雷更加智能、轻便,具有高航速、高捕捉能力和高命中率的特点。在很多好莱坞大片里都有与潜艇或鱼雷作战有关的桥段,这些桥段往往令人血脉喷张。

(鱼雷自诞生之日一直是重要的海战武器)

鱼雷的结构并不复杂。鱼雷的整体形状是一个圆柱形,头部多为半圆形结构,该结构可以降低鱼雷在水下的航行阻力。鱼雷的前部装有引信和炸药,中间的部分通常装有导航控制系统,鱼雷的尾部主要是动力系统和推进系统等。鱼雷在进行攻击时,先通过自身的探测系统或潜艇军舰等传递的信息来探测定位目标,经过对探测信号的放大和计算后得与目标的相对位置关系和速度关系,再根据三角定位原理计算得出攻击航线。再将得到的攻击航线传递到控制系统,由此来控制鱼雷的航向,对目标发动攻击。

(鱼雷具有速度快、隐蔽性好、威力大的特点)

目前鱼雷按直径分可分为大型、中型和轻型鱼雷。其中大型鱼雷直径在533毫米以上,中型鱼雷直径在400-482毫米左右,而小型鱼雷直径则通常小于324毫米。俄罗斯在重型鱼雷方面技术水平比较先进,而在轻型鱼雷方面美俄势均力敌。早期的鱼雷多为无制导的直航式鱼雷,而随着声纳技术信息技术的发展,现阶段的鱼雷多为自控自导鱼雷、线导鱼雷和复合制导鱼雷。具备很强的精确打击和制导能力。鱼雷在针对不同目标时,使用的发动机也不同。反舰鱼雷多使用内燃机,其优点是航速快射程远,可以高速攻击军舰,威力巨大。而反潜鱼雷多使用电推动,它的好处是不产生排气,可以很好的适用于攻击航行深度大、水压大的潜艇。此外还有火箭助推鱼雷利用火箭载具把鱼雷送到目标附近的攻击方式。

(线导鱼雷)

(火箭助推鱼雷)

现代鱼雷的攻击速度快,威力巨大,一发重型鱼雷足以击沉一艘大型军舰。而在很多电影中也对潜艇与鱼雷的战斗方式做了很多惊心动魄的刻画,不管是《猎杀红色十月》里美苏潜艇的较量,还是《冰海陷落》里惊心动魄的水下战斗,特别是那些鱼雷与潜艇的互相追逐,潜艇如何运用高超的技术规避鱼雷的攻击,这些画面都令人感到血脉喷张大呼过瘾。

不过,现实生活中并不想电影一样。潜艇和鱼雷互相追逐往往是非常小概率的事件,鱼雷的航速通常为几十节,像火箭助推鱼雷的速度可达1-2马赫,而潜艇的航速多为20-30节。潜艇在速度上并没有优势,再加上现代鱼雷的探测能力、制导能力和打击威力都很强。这使得潜艇使用鱼雷作战时,敌方发现来袭鱼雷时,反应的时间是非常短的,绝大多数情况下是比较难作出反应的,导致潜艇很难躲避来袭鱼雷的攻击。同时鱼雷的威力巨大,一发重型鱼雷足以击沉一艘大型军舰。因此,像电影里那样激烈的水下颤抖是很难在实际中出现的。

(经典电影《猎杀红色十月号》)

(电影《冰海陷落》剧照)

综合来看,鱼雷依旧是当今海战的主要武器。而随着鱼雷技术的不断发展,现代鱼雷也在朝着具备更强探测能力、制导能力和打击威力的方向发展。鱼雷作为一款一击必杀的强力武器,并不会像电影里那样惊心动魄,更多的时候则是于无声处听惊雷,潜伏于大洋之中随时准备着致命一击。


战情解码


呃呃,首先,鱼雷比潜艇跑得快,鱼雷在40节左右有的在50节以上。潜艇最快的35节,各别俄罗斯潜艇跑的更快些。但是,潜艇个头太大,基本上没法正常跑的过鱼雷。

潜射鱼雷分两种,一种是轻型主动声呐制导鱼雷,发射前是靠声呐提供的方位以及其他参数设置发射参数,末端采取主动声呐寻找目标并攻击。鱼雷一般都是近炸引信。靠冲击波伤害潜艇另一种是主流的线导重型鱼雷,发射出去后,屁股上拖着一条钢丝绳和光纤数据线。由潜艇内的武器操作手操控鱼雷。可以选择自行爆炸或者手动爆炸。断线后会采取S型搜索航行,有点燃料耗尽会炸,有的不会。末端才用主动声呐搜索并攻击目标。

一般潜艇规避声呐探测只有一个办法,往深水区躲,利用盐跃层或者温跃层反射声呐波。另外就是发射更大的噪音混淆鱼雷声呐,诱爆鱼雷。这对重型线导鱼雷是没用的。

常规潜艇水下最大航速最多20节。

核潜艇在30节左右。但是最大航速在水下相当于敲锣打鼓,放鞭炮一样。所以很容易吸引其他驱逐舰过来。一般舰长不会使用最大航速。而是经济航速和静默航速之间切换。

鱼雷发着距离很近。所以躲避只有几秒或者几分钟时间。


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