現代潛射魚雷是怎麼工作的?電影裡潛艇和魚雷追逐場面在現實中會發生嗎?

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大多數現代潛射魚雷都是兩用的,既可以攻擊水面艦只或潛艇。但是這兩個目標具有不同的特徵,擊沉它們的方法也不盡相同。稀星天外今天就介紹一下兩種潛射魚雷的功能以及它們的實際工作原理,這與大家在電影中看到的可能完全不同。

基於動力系統類型,現代潛射魚雷有兩種變體:熱(化學)能和電能。熱能魚雷使用的燃料,例如奧托燃料II,發動機來驅動魚雷的推進系統。這些特殊燃料可以在不使用外部氧氣的情況下燃燒,推動燃氣渦輪發動機或星型活塞發動機的轉動,進一步驅動兩個旋轉方向相反的螺旋槳,從而將魚雷推至超過60節(約111公里/小時)的速度。如果在燃料燃燒過程中注入像高氯酸羥銨(HydroxylAmmonium Perchlorate,HAP)這樣的添加劑,甚至可以實現更高的速度。HAP的使用讓熱能魚雷比電動魚雷在目前具有速度優勢。

圖一 美國海軍的“馬克48(Mark48)”重型魚雷是一種使用奧托II性燃料的熱能魚雷,已經發展了七代。最新型Mod 7在2008年服役。

熱能魚雷可以在更高的速度下實現比電動魚雷更長的射程。液體燃料能夠存儲更多的能量,並且可以在現代燃氣渦輪發動機中更有效地燃燒,從而使這些致命武器具有在敵方探測或攻擊範圍之外攻擊任何目標的能力和速度。

在某些現代魚雷中,已經用燃氣渦輪發動機取代了老式的外部燃燒星型活塞發動機。燃氣渦輪發動機較高的轉速加上對魚雷外殼和廢氣排放系統的靜音改進,使現代熱能魚雷可以像發射它們的潛艇一樣安靜。如果現代魚雷使用被動聲納進行導引,目標可能直到被擊中都不會知道它受到了攻擊。

電動魚雷更為常見,因為它們易於製造和維護,使用時的安全性也更高。同時,它們具有一些熱能魚雷沒有的能力。例如,因為不需要在啟動過程中克服機械滯後和慣性,使用高轉矩永磁電機的現代電動魚雷可以在不到一秒的時間內達到最大速度。這使它們還沒有離開魚雷發射管就可以達到50節(約93公里/小時)的速度。

電動魚雷的另一大優點是它們可以採用模塊化設計,例如德國的DM2A4“海鱈(Sea Hake)”Mod 4魚雷。它採用串聯電池,每條魚雷可以選擇安裝2、3或4個電池。更多的電池可以使魚雷具有更大的射程。較少的電池則可以使它更輕、更靈活,但要犧牲射程。不管什麼配置都可以使它保持50節的速度,並且像現代熱能魚雷一樣安靜。

圖二 德國“海鱈”Mod4魚雷是一種電動魚雷,根據不同的任務,它可以配置2、3或4個電池(見本圖左上角)

今天,潛射魚雷使用高能鋅-氧電池或某些其他類型的能量電池。與標準電池相比,它們提供的電力要持久得多。但高能電池的性能可以說是各國保守最為嚴密的數據。

在諸如《紅潮風暴(英文名Crimson Tide)》和《冰海陷落(英文名Hunter Killer)》之類以現代潛艇為題材的電影中,魚雷追逐潛艇的場景往往是最具戲劇性的效果。現實情況是,在現代潛艇攻擊中,魚雷大範圍機動和目標潛艇瘋狂逃避擺脫,是最不可能發生的情況。如前所述,在21世紀的水下戰鬥中,目標很可能還沒有發現魚雷就被摧毀了。現代潛射魚雷的設計中內置了靜音的被動模式,除非使用主動聲納模式,否則可能要等到引爆前才能探測到。

圖三 《紅潮風暴》電影海報

圖四 好萊塢電影《冰海陷落》的劇照

在現代海軍演習中經常發生的是兩艘潛艇彼此之間相距數百米,同時發現對方,一起攻擊最後同歸於盡。另一種交戰方式是當一艘潛艇搶先發現對方,通常在另一方的探測距離之外,首先發射魚雷,一擊必中,全身而退。因此,像潛戰電影中那種讓人腎上腺素分泌加速的長時間水下纏鬥是不現實的。實際的水下戰鬥悄然無息地發生,幾乎沒有反應時間來抵禦即將來臨的攻擊。

此外,許多現代魚雷都有一條指揮線或光纖電纜,可以從魚雷後面捲起,並與潛艇的火控系統建立數據鏈接。在發射魚雷之前,它必須知道三件事:

  1. 魚雷發射後的航向和深度是什麼?

  2. 在什麼距離上它可以開始搜索目標?

  3. 保險解除的邊界在哪裡?

圖五 很多現代魚雷都是所謂的“線導”魚雷
藉助線纜,在火控操作員控制下,魚雷可以改變其攻擊參數甚至放棄攻擊。使用潛艇的聲納數據代替魚雷自身的聲納數據,可以更改目標,重新設置攻擊深度和安全距離,並可以忽略敵方使用的誘餌和干擾等對抗措施。如果數據鏈路丟失,則魚雷將遵循其接到的最後指令,並在必要時執行預先設置的反反魚雷對抗對策。

發射後,魚雷將向潛艇下方進行一個短暫的俯衝,以避免讓潛艇本身碰到指令導線,從而纏繞在潛艇的指揮圍殼和螺旋槳上。電纜或光纜由安裝在魚雷發射管或魚雷雷體中的繞線分配器隨著魚雷在水中的行進而釋放。在某些情況下,會同時從發射管和魚雷雷體釋放導線,以減少導線因過度拉伸而斷裂的機會。

潛艇的火控系統向魚雷提供了一個數字邊界,又稱為“殺傷盒”。這些邊界旨在防止魚雷攻擊母艦或指定區域之外的任何其他目標。你可以把這些邊界想象成水中的一個三維立方體,其大小由潛艇的武器官在射擊前設定。

魚雷將以預定的路線和深度航行到目標區域。在航行過程中,除非另有指示,否則魚雷將測量環境背景噪聲並達到其搜索深度。同時,它還要為自身的高頻有源聲納計算合適的發射功率,以確保沒有混響和失真,也不會被背景回聲所掩蓋。在搜索模式下,魚雷將減速和提高聲納發射的功率水平,以最大化探測能力。這在複雜、淺水、嘈雜和冰冷的環境中尤其重要。

武器到達設定的殺傷區域後,它會激活自己的傳感器並開始尋找目標。如果潛艇和魚雷之間的數據鏈接還沒有中斷,火控操作員可以隨時更改“殺傷盒”的大小尺寸。他們還可以根據需要手動操縱或關閉魚雷。如果魚雷離開了“殺傷盒”,它的彈頭會上上保險,發動機自動關閉並沉入海底。魚雷不能像在電影《獵殺“紅色十月”(英文名Hunt for Red October》中那樣被“引爆”。

圖七 電影《獵殺“紅色十月”》劇照,該片段應該是美國洛杉磯級攻擊核潛艇採用緊急上浮擺脫魚雷襲擊。這在現實生活中永遠不會發生。

如果發射魚雷的潛艇在魚雷攻擊期間進入殺戮箱且魚雷沒有被關閉,它會被魚雷識別為有效目標。應對和防止這種情況的關鍵是在魚雷攻擊期間保持完全的態勢感知。特別是當潛艇自己需要躲避敵方反擊時,態勢感知的缺乏很容易導致其誤入自己魚雷的“殺傷盒”。

魚雷具有三種基本的目標檢測方法:被動聲納,主動聲納和尾流追蹤:

  • 被動聲納僅偵聽由預期敵人產生的特定目標噪聲,或者設定為鎖定檢測到的最大聲源上。儘管啟動被動導引要求聲響的強度超過一定的閾值,但是被動模式是最能實現攻擊突然性的導引模式,因為除非很近,否則根本無法發現採用這種導引方式的魚雷。舊式的被動導引魚雷會採用蛇形機動來增加魚雷的搜索區域,但這會犧牲速度和射程。現代魚雷可以通過數字化聲納波形在更寬廣的搜索扇區內進行搜索。這樣不僅可以避免魚雷因為反覆轉向而損失速度和射程,還可以提高搜索的效率。

圖八 魚雷被動引導的簡單工作原理
  • 主動聲納只是簡單地以高頻發射聲納能量脈衝。發射功率大小由魚雷發射後它所測量到的背景噪聲來確定。它將以最有效的方式搜索整個“殺傷盒”。在主動攻擊期間,目標潛艇很可能會使用聲納掩蔽器和干擾器加以對抗。魚雷所採取的對策是通過絕密的濾波技術來消除這些干擾源。

  • 如今,“尾流導引”技術在雙用途魚雷上越來越普遍。直徑533毫米和650毫米的魚雷都可以具有尾流導引能力。但是像俄羅斯的65-76A這樣的650毫米魚雷是專門設計採用“尾流導引”技術的大型遠程魚雷,旨在搜尋船尾的尾流並加以跟蹤。這種650毫米魚雷的燃料足以以50節的速度行駛超過100公里,持續一個多小時。這使得躲避這種魚雷成為一件非常耗時的事情,從而使發射該魚雷的攻擊潛艇有時間逃脫反潛兵力的圍剿,然後重新發生攻擊。有多種方法可以有效地對付“尾流導引”的魚雷,但是這種武器的齊射是一種有效的殺傷手段。

圖九 俄羅斯的53-65K型魚雷是蘇聯開發的一種直徑533毫米“尾流”制導魚雷
末端導引是魚雷攻擊的最後階段。魚雷一旦探測到有效目標,它就會通過線纜把目標的位置、速度、深度和航向傳回潛艇的火控系統。該數據將與火控解決方案進行比較。除非另有指示,否則魚雷將進入末端導引狀態。末端導引採取主動聲納探測,在受到前一個聲納脈衝的回波後,立即朝著回波源頭髮射下一個脈衝。

由於魚雷和目標的距離迅速拉近,目標可以聽到音調越來越高、間隔越來越短的“乒乒”聲,類似於世界末日倒計時。此時,目標已經知道自己正遭到攻擊,但為時已晚。魚雷距離實在太近且移動實在太快,任何反制措施都無力迴天了。

現代魚雷通常使用複合引信。它這結合了利用聲信號和磁信號測量距離的近炸引信和由物理撞擊引爆的觸發引信。儘管對於魚雷來說,最好是在船體的一米範圍內近距離引爆,但觸發引爆也能對哪怕是最大的軍艦造成毀滅性影響。

圖十 實戰演習中的BAE系統“矛魚”魚雷攻擊水面艦只場景

現代的潛射魚雷是功能強大且致命的武器。21世紀的技術和工程使冷戰時期形成的科學和經驗得到了進一步的改善。BAE系統的“矛魚(Spearfish)”,阿特拉斯電子的“海鱘”Mod 4,法國海軍集團公司的F21和俄羅斯的UGST-M等魚雷都代表了該技術領域的最新發展。

高速、殺傷力、遠射程和低探測性的強大結合使現代魚雷擁有了比其他海軍武器更大的優勢。

圖十二 某國魚雷的尾部細節,可以看到兩個想向旋轉的螺旋槳和位於中軸的導引線纜


稀星天外


魚雷自從1860年代問世以來,就一直是重要的海戰武器。魚雷在現代海戰中依舊佔據著重要的地位,主要承擔著反艦和反潛作戰的任務。目前世界各國都非常重視先進魚雷的研發和改進,這也使得現代魚雷更加智能、輕便,具有高航速、高捕捉能力和高命中率的特點。在很多好萊塢大片裡都有與潛艇或魚雷作戰有關的橋段,這些橋段往往令人血脈噴張。

(魚雷自誕生之日一直是重要的海戰武器)

魚雷的結構並不複雜。魚雷的整體形狀是一個圓柱形,頭部多為半圓形結構,該結構可以降低魚雷在水下的航行阻力。魚雷的前部裝有引信和炸藥,中間的部分通常裝有導航控制系統,魚雷的尾部主要是動力系統和推進系統等。魚雷在進行攻擊時,先通過自身的探測系統或潛艇軍艦等傳遞的信息來探測定位目標,經過對探測信號的放大和計算後得與目標的相對位置關係和速度關係,再根據三角定位原理計算得出攻擊航線。再將得到的攻擊航線傳遞到控制系統,由此來控制魚雷的航向,對目標發動攻擊。

(魚雷具有速度快、隱蔽性好、威力大的特點)

目前魚雷按直徑分可分為大型、中型和輕型魚雷。其中大型魚雷直徑在533毫米以上,中型魚雷直徑在400-482毫米左右,而小型魚雷直徑則通常小於324毫米。俄羅斯在重型魚雷方面技術水平比較先進,而在輕型魚雷方面美俄勢均力敵。早期的魚雷多為無制導的直航式魚雷,而隨著聲納技術信息技術的發展,現階段的魚雷多為自控自導魚雷、線導魚雷和複合制導魚雷。具備很強的精確打擊和制導能力。魚雷在針對不同目標時,使用的發動機也不同。反艦魚雷多使用內燃機,其優點是航速快射程遠,可以高速攻擊軍艦,威力巨大。而反潛魚雷多使用電推動,它的好處是不產生排氣,可以很好的適用於攻擊航行深度大、水壓大的潛艇。此外還有火箭助推魚雷利用火箭載具把魚雷送到目標附近的攻擊方式。

(線導魚雷)

(火箭助推魚雷)

現代魚雷的攻擊速度快,威力巨大,一發重型魚雷足以擊沉一艘大型軍艦。而在很多電影中也對潛艇與魚雷的戰鬥方式做了很多驚心動魄的刻畫,不管是《獵殺紅色十月》里美蘇潛艇的較量,還是《冰海陷落》裡驚心動魄的水下戰鬥,特別是那些魚雷與潛艇的互相追逐,潛艇如何運用高超的技術規避魚雷的攻擊,這些畫面都令人感到血脈噴張大呼過癮。

不過,現實生活中並不想電影一樣。潛艇和魚雷互相追逐往往是非常小概率的事件,魚雷的航速通常為幾十節,像火箭助推魚雷的速度可達1-2馬赫,而潛艇的航速多為20-30節。潛艇在速度上並沒有優勢,再加上現代魚雷的探測能力、制導能力和打擊威力都很強。這使得潛艇使用魚雷作戰時,敵方發現來襲魚雷時,反應的時間是非常短的,絕大多數情況下是比較難作出反應的,導致潛艇很難躲避來襲魚雷的攻擊。同時魚雷的威力巨大,一發重型魚雷足以擊沉一艘大型軍艦。因此,像電影裡那樣激烈的水下顫抖是很難在實際中出現的。

(經典電影《獵殺紅色十月號》)

(電影《冰海陷落》劇照)

綜合來看,魚雷依舊是當今海戰的主要武器。而隨著魚雷技術的不斷髮展,現代魚雷也在朝著具備更強探測能力、制導能力和打擊威力的方向發展。魚雷作為一款一擊必殺的強力武器,並不會像電影裡那樣驚心動魄,更多的時候則是於無聲處聽驚雷,潛伏於大洋之中隨時準備著致命一擊。


戰情解碼


呃呃,首先,魚雷比潛艇跑得快,魚雷在40節左右有的在50節以上。潛艇最快的35節,各別俄羅斯潛艇跑的更快些。但是,潛艇個頭太大,基本上沒法正常跑的過魚雷。

潛射魚雷分兩種,一種是輕型主動聲吶制導魚雷,發射前是靠聲吶提供的方位以及其他參數設置發射參數,末端採取主動聲吶尋找目標並攻擊。魚雷一般都是近炸引信。靠衝擊波傷害潛艇另一種是主流的線導重型魚雷,發射出去後,屁股上拖著一條鋼絲繩和光纖數據線。由潛艇內的武器操作手操控魚雷。可以選擇自行爆炸或者手動爆炸。斷線後會採取S型搜索航行,有點燃料耗盡會炸,有的不會。末端才用主動聲吶搜索並攻擊目標。

一般潛艇規避聲吶探測只有一個辦法,往深水區躲,利用鹽躍層或者溫躍層反射聲吶波。另外就是發射更大的噪音混淆魚雷聲吶,誘爆魚雷。這對重型線導魚雷是沒用的。

常規潛艇水下最大航速最多20節。

核潛艇在30節左右。但是最大航速在水下相當於敲鑼打鼓,放鞭炮一樣。所以很容易吸引其他驅逐艦過來。一般艦長不會使用最大航速。而是經濟航速和靜默航速之間切換。

魚雷發著距離很近。所以躲避只有幾秒或者幾分鐘時間。


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