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方陣近迫武器系統

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美国海军两栖攻击舰卡尔萨基号(USS Kearsarge LHD-3)上所配備的密集阵系统

密集阵近迫武器系統Phalanx Close-In Weapon System),又譯為方阵近迫武器系统(台湾)),通稱密集阵近防系统,泛用於美國海軍及二十個以上盟國海軍的各級水面作戰艦艇上,是一種以反制飛彈為目的而開發的近迫武器系統,最早由通用動力公司波莫納廠製造,目前則由雷神公司製造。

開發[编辑]

方陣系統於1967年開始構想規劃,1977年在美國海軍武器測試艦比吉洛號(USS Bigelow)上測試。1978年開始量產,1980年正式服役。設計上可進行全自動防禦,即給定目標的資料後,就可以完全靠內建的雷達搜索、追蹤、目標威脅評估、鎖定、開火。這種設計的優點是安裝容易,載台只需提供電力,不需與船艦上的作戰偵測系統進行整合也能運作,安裝的甲板位置也只要確保足夠的結構強度,而不必在甲板上挖洞。

但相對的,方陣系統「單打獨鬥」的特性也是個缺點,只倚賴自身的雷達火控系統進行接戰,與艦上其他系統沒有協同互助。即使艦載雷達已經精確捕捉並鎖定目標,方陣系統解除保險後仍然必需重新以自身的雷達進行空域搜索,不僅多浪費時間,也增加了漏失目標的可能性。此外,受限於載台的限制,方陣系統的雷達只能與機砲共用同一個迴旋/俯仰角,無法獨立執行廣域搜索,因此系統開機後只能一次攻擊一個目標。這個缺點在近年來已經藉由和神盾戰鬥系統進行整合而獲得不小的改善。

頂端標誌性的白色護罩內為雷達裝置,其白色圓桶狀的外形也常被暱稱為R2-D2,源自電影星際大戰》裡一個知名的機器人。近年來因為新型超音速掠海反艦飛彈普及,來襲飛彈通過軍艦防空武器有效攔截區域的時間大幅縮短,射程有限的機砲式系統作用日小,再加上砲彈口徑過小容易造成攔截無效這個致命的缺陷,已不少艦艇改採用海公羊等短程飛彈系統取代,但由於飛彈系統攜彈量過少會無法應付飽和攻擊,因此還是有很多新艦艇仍繼續採用機砲式系統。

操作[编辑]

方陣系統的遙控操作台設置於艦橋內,每個控制台最多可控制四組方陣系統,可進行目標分配與監控等工作。另外,每套方陣系統都有一個各自獨立的本機控制台,一般設置於方陣系統附近的抗震艙室內,負責控制該套方陣系統的運作,可作為遙控操縱台失效時的備援。兩種操控台也能一起使用。一般配置三名操作人員,一名射手,兩名裝填手。

演進[编辑]

MK-15 Block 0[编辑]

採用格林公司生產的,擁有6支76倍徑、9條右旋膛線砲管的M61A1旋轉機砲,使用20MM口徑彈藥(視任務內容可以替換),有效射程約450~1800公尺(最大射程紀錄5486公尺)。射速約為3000~4500發/分(視彈藥種類而定)。此機砲原始射速為6600發/分,但在此系統上使用時被調慢,以免彈藥快速耗盡。砲座為GD的MK-72(最初稱為EX-83)。作用原理是在開火的短時間內傾瀉出大量彈藥,在雷達計算出的飛彈可能經過路徑上形成極為密集的彈幕,以達到攔截擊落的目的。
砲座底部的彈藥箱約可容納一千發砲彈,設計上方陣對每個目標使用約200發砲彈就可攔截,所以理論上一座裝滿彈藥的方陣系統能連續接戰五個目標。不過前提是這五個目標必需在相近的方位先後出現,如果多目標從不同方為同時來襲,方陣系統接戰完第一個之後需要重新進行搜索,大幅浪費寶貴反應時間。
使用的砲彈是MK-149型脫殼穿甲彈,重約一百公克,砲口初速約1113公尺/秒,採用直接命中體制,著重於強化穿甲能力,故非常強調外彈道性能以及縮短飛行時間,最初列裝時還用上了硬度特高的衰變鈾彈蕊來強化穿甲能力。雷達使用洛克希德公司研發的AN/VPS-2 Ku頻搜索/高回復率脈衝都卜勒追蹤雷達。內有一對搜索與追蹤天線、天線隨動系統和穩定平台。VPS-2雷達的搜索天線作用距離約5.12公里,波束扇面涵蓋整個垂直區域,採用高精確度的電子波束,能有效偵測從水平到天頂來襲的敵方武器,並採用高、中、低三個重復頻率探測目標,有效解決近距離偵測的模糊和遮擋的問題,準確地探測到真實目標。追蹤天線的最大使用距離為1.892公里。
第一代的方陣系統缺陷頗多,最常見的有保養不易、易受海水侵蝕、反射式雷達天線難以追蹤偵測以接近垂直角度來襲目標、再裝填作業緩慢(兩名人員需花10~30分鐘才能完成)等等問題,因此很快就被下一代系統取代。

MK-15 Block 1[编辑]

又稱方陣Block 1,是第一種較大幅度的改良型,原型於1981年推出,1981年底至1982年5月在中國湖試驗場進行各種測試,1986年正式投入生產,1988年首先安裝於愛荷華級戰艦威斯康辛號上。相較於前一代最顯著的差別是以新的四片式背接平面雷達天線取代原有的2D反射式掃瞄天線,其中一組負責偵測大角度(包括90度垂直方向)目標,另一組則偵測低角度目標,使其搜索能力與目標更新速率都比早期方陣高出一倍。
砲座側面增加了一個額外的裝彈箱,使裝載量達到1550發,並在砲座周圍裝上一層擋板以避免海水侵蝕。此外,也以新的砲身氣體伺服裝置取代原本的液壓伺服裝置,射速提高至4500發/分,並換裝新的抗海水腐蝕砲管,加上原先位於砲座四周的保護體,能有效抵抗海水侵蝕。彈藥方面,由於原先MK-149-2的衰變鈾彈蕊很可能會污染環境,所以改採傳統鎢合金彈蕊的MK-149-4,其穿甲能力亦相當足夠。為了解決人工裝填緩慢的問題,Block1換裝西屋公司研發的「方陣甲板裝填系統(Phalanx Deckloader System,PDS)」,將彈鏈預先置於彈艙內,使得再裝填作業時間縮短至4分鐘,大幅強化方陣在高密度攻擊環境時的接戰能力。PDS已被英國、日本、以色列等國的海軍採用為現役裝備。

MK-15 Block 1A/B[编辑]

主要的改良項目除了加強對付超音速掠海反艦飛彈,並強調小型水面目標與空中慢速目標的應付能力。
起先方陣的主要任務是攔截反艦飛彈,為了避免過高的虛警率,方陣的目標指示系統會自動將低速目標過濾掉。而為了應付小型水面目標,最初第一代的方陣系統擁有人工操作模式,但由於冷戰期間美國艦隊注重大洋作戰型態,近距離遭遇小型艦艇的機率實在不高,故將手動接戰模式取消。
到了1980年代,美軍開始涉入波灣事務時,面臨伊朗小型快艇的威脅,海軍才感覺到這方面的需求。為了應付波灣水域可能出現的敵方小型艦艇,最初美國海軍在艦艇上加裝MK-25機砲與半吋機槍,但由於艦體在水面上會搖晃,這兩種依賴人力操作且無穩定裝置的武器命中率極差,半吋機槍也顯得威力不足。
為此,美國海軍在1980年代打算開發「先進小口徑機砲系統(AMCGS)」來滿足此一需求。就在此時,美國海軍發現近岸環境中另一種潛在的威脅-敵方的慢速輕型飛機與直昇機,它們同樣是艦載作戰統與雷達容易忽略的目標,前者可發動自殺攻擊,後者則能攜帶火箭、反戰車飛彈等武器進行偷襲。為此海軍又打算開發「穩定武器平台系統(SWPS)」來因應此一威脅。這兩個計畫的任務看來十分類似,所以美國海軍在1991年開始評估將兩者合併為同一計畫。幾經評估,海軍德格潤水面作戰研究中心(NSWCDD)做出以下結論:『現有的方陣近迫武器系統經過改良就能滿足AMCGS與SWPS的需求,不必另外發展新系統。』在一次測試中,方陣系統於1550m的距離射擊一艘快艇並命中十發,研究命中部位時發現方陣的20mm機砲只需少數命中彈,就可重創並癱瘓一艘小型快艇以及艇上人員,如此就不用浪費太多彈藥,畢竟方陣的主要任務還是防空。改良後的方陣系統在接戰水面、慢速空中目標期間如果發現高速來襲之空中目標時,將優先轉換為防空模式,將其擊落後才回頭進行原本的接戰任務。
此外,美國海軍還為方陣研發了適合攻擊慢速目標的新彈藥。原本的彈藥力求穿透性以引爆反艦飛彈的半穿甲弹頭,因此彈蕊極為堅硬。但在對付飛機或其他慢速目標時,這種彈藥很可能會完全貫穿目標而不破碎,因此砲彈的動能都被砲彈帶走而不是用於破壞目標上。因此海軍設計了另一種彈頭,利用壓縮方式將鎢合金粉末壓製成穿甲彈彈蕊,在穿透目標後很容易碎裂,這樣就能將砲彈的動能有效施加於目標之上而造成較大的破壞。MK-15 Block1A/B的測試記錄極為輝煌,兩者都曾成功攔截模擬SS-N-22日炙以超音速掠海飛行並進行高G閃避的的汪達爾EER靶機(雷神公司公開宣稱這是全世界唯一以機砲式武器系統擊落此類目標的紀錄),而1B由於新型OGB砲管與ELC彈藥,進行反飛彈射擊測試時第一發命中彈的距離足足是1A的兩倍。在柏克級飛彈驅逐艦豪伍德號成軍前的測試中,艦載的兩具方陣1B表現優異,成功追蹤並擊落超音速與次音速的掠海飛行目標,也與姊妹艦拉森號同時模擬以方陣系統射擊多艘快艇。在此測試中,與豪伍德號的神盾戰鬥系統連結的方陣1B表現得相當有智慧,射控電腦在指揮方陣射擊多快艇目標時突然發現反艦飛彈來襲,便迅速切換至對空反飛彈接戰模式,將來襲飛彈擊落。方陣1B已經開始配備於12艘擁有MK-92 Mod6射控系統的派里級飛彈巡防艦以及新完工的柏克級飛彈驅逐艦上,未來將陸續換裝於美國海軍其他的艦艇。美國海軍預計將艦隊中所有的方陣系統都提升為1B,盟國也會陸續進行類似的升級。
MK-15 Block 1A
針對超音速掠海反艦飛彈的威脅進行升級,1A以新的CDCAMP射控電腦(處理器為MIPS科技公司的RISCR 3000)取代CDC。
此系統由GD開發,合約在1990年3月簽署。CDCAMP的程式以美國軍規Ada高階電腦語言(High Order Language,HOL)撰寫,故又被稱為HOL射控電腦。原先方陣使用的CDC射控電腦運算能力有限,會被法國飛魚反艦飛彈或俄製SS-N-22日炙等飛彈的終端不規則3D運動所擾亂,無法指揮機砲進行射擊修正。而CDCAMP的處理能力則為CDC的一百倍,不僅可操作卡爾曼濾波等程式來有效追蹤俄羅斯SS-N-22日炙之類以超音速進行3D不規則閃避的掠海飛行目標,也能操作追蹤水面與慢速空中目標的程式。
此外,CDCAMP也經由美國制式SAFENET資料匯流排連接艦上作戰系統,如此方陣就不再是特立獨行的系統,能與艦上其他系統分享偵測資料並協調作戰,大幅增加了整體艦載防空系統的運作效率。除了射控電腦的改良外,方陣1A另一改良要項是火砲本身射擊的穩定度與彈著密集度。原始方陣使用的機砲原始設計希望增加彈著散佈以增加殺傷率,但是分佈太廣導致只有少量砲彈命中超音速反艦飛彈,威力不足以有效攔截。而日後隨著方陣射控計算與雷達的改良,瞄準精確度日益提升,使其不再需要靠較大的彈著散佈來增加命中率。因此,1A增設砲管支架與附帶的砲箍來固定砲管,以降低砲管在高速射擊時產生的晃動,使其彈著更加密集,顯著降低了瞄準誤差並強化機砲射擊時的穩定性。在1994年的測試中,1A成功擊落超音速掠海飛行並且進行高G閃避運動的靶機,使其成為全球第一種成功攔截此類目標的機砲式武器系統;此外,1990年代初的測試中也輕易擊落終端掠海、命中前突然拉高(Pop-Up)的魚叉反艦飛彈
MK-15 Block 1B
改進目標是有效應付水面目標以及低空慢速目標,並進一步強化攔截超音速反艦飛彈的能力。對付這類慢速目標時,如何避免誤擊友軍或傷及無辜便顯得相當重要,為此方陣1B在雷達罩左側加裝一具英國皮爾肯頓(Pilkington)公司的HDTI-5-2F超長波長高解析度紅外線熱影像系統,並在戰情室內增設一個手動操控台。
在研究階段時曾針對超長波紅外線(波長8-12mm)與中波長紅外線(波長3-5mm)系統進行評估,結果發現超長波長紅外線系統不僅擁有勝過中波長系統的最大偵測與追蹤距離,而且較不易被反射自水面的太陽光、方陣本身發射時的煙霧與火光所干擾。有了這套紅外線熱影像儀後,方陣1B便能透過射手的操作,有效地識別並攻擊水面小型快艇、低空慢速直昇機,甚至射擊漂浮於航道上的水雷,並利用熱影像系統對目標進行損壞狀況的評估,決定是否繼續攻擊。而在面對反艦飛彈等高速來襲的目標時,則無須進行識別,先打下來再說。
除了用於識別低速目標之外,這套熱影像系統在接戰反艦飛彈時也能輔助射控雷達,大幅提昇方陣追瞄小型高速目標的精確度。在測試中發現HDTI-5-2F追蹤掠海目標的誤差(0.1~0.5mrad)要比方陣的雷達(2~3mrad)低很多。
方陣1B在火砲上也進行了改良,換裝新型MK-244Mod0脫殼穿甲弹,又稱殺傷力強化彈藥(ELC)。ELC的尺寸與M61A1原先使用的MK-149彈藥相同,但是換用更強的裝藥與塢合金彈頭,因此彈蕊重量由MK-149的七十公克增加至一百零五公克,總重則由一百公克增加至一百五十公克,推進能量與膛壓都大幅增加,命中目標時的動能相當於30mm砲彈。為了配合ELC更高的裝藥量與發射初速,1B換裝更堅固且更長的OGB砲管,長度由原先的1524釐米增至2007釐米,每根OGB砲管的重量比原來的砲管增加一倍,達到17.2kg,厚度與強度均增加不少。砲管支架與砲箍也改用新型設計,讓兩者各自獨立(1A的砲管支架與砲箍是連為一體的),新的砲箍更長且更穩固,新砲管支架的結構也比1A更為複雜與強化。與早期型方陣相較,1B以OGB砲管發射50發ELC砲彈時,誤差從原來的1.2明顯降至0.8,可在較遠距離達到第一發命中或相同距離內命中目標更多發彈藥。方陣1B的第一套原型於1999年安裝在派里級巡防艦的昂德伍德號上進行測試,而第一套正式量產型則於2000年9月安裝於派里級巡防艦的泰勒號上。

未完成的方陣[编辑]

為了滿足21世紀的海上作戰需求,通用動力在1987年提出MK-15 Block2與CIWS-2000的研究意向。依照海軍的要求,此種新系統需提高砲口初速、砲彈質量、射速與命中率。而為了強化對海上目標的攻擊能力,CIWS-2000還打算在雷達之外,另外加裝前視紅外傳感器、攝影機和視頻自動跟蹤等設備。各國廠商曾提出多種口徑較大的機砲曾參與CIWS-2000,通用動力曾與瑞士Oerlikon-Contraves公司簽約,將該公司「Super-25」七管式25mm旋轉機砲整合在方陣系統上進行測試(此砲先前已經用於Myraid近迫武器系統上)。此機砲使用25x184釐米的KBB砲彈,無論是發射初速、射程與威力都勝過原本的機砲。根據一份先期概念合約,通用在方陣的砲座上安裝兩門Super-25機砲,並於1990年5月在澳克森布登試驗場進行了測試。另外,通用動力公司本身也以原有的M-61為基礎,開發出雙聯裝6管25釐米機砲,單砲發射速率便達6000發/分,雙砲射速合計高達12000發/分,其零件數量只有M-61的67%。此砲的砲彈採用獨特的套筒式結構(CasedTelescoped),體積比同口徑的常規砲彈小,整個砲彈封裝在鋼殼內;此砲歷經6000發套筒式砲彈的發射試驗,期間未發生停射故障。此外,此計畫也曾考慮美國特魯德國際有限公司(Tround Internationnal)提出的25mm開膛砲(open breech machinegun)、德國毛瑟(Mauser)的4管27mm砲等等。
1980年代末期,美國海軍積極準備提出近迫武器系統CIWS-2000計畫,尋覓方陣的後繼型號。在1990年美國海軍展覽會上,通用展出配備雙聯裝25釐米旋轉機砲的MK-15 BLOCK2。在該屆展覽會上,通用另外還展出一種採用一門8管Gatling 35釐米機砲的方陣系統方案,採用無鏈供彈,整體機械結構十分簡單,貯彈量為1200發,發射速率可達8000發/分,並配備光電偵測器。美國海軍原本打算在1991年底或1992年初進行CIWS-2000的招標作業,準備開發替代,並在1992年正式選商簽署開發合約。然而由於適逢東西方全面和解,導致國防經費大受影響,使得MK-15 Block2被迫在1991年宣告終止。

其他發展[编辑]

雷射武器
2000年,美軍利用方陣近迫武器系統的基座來開發雷射型近迫武器系統,直接以雷射光束摧毀來襲的空中或水面目標。2011年4月8日,美國海軍利用保羅‧佛斯特號防衛系統測試艦(SDTS)在外海成功進行了海用高能雷射武器(Maritime Laser Demonstrator,MLD)的測試,這套整合於方陣系統砲座的雷射武器成功擊毀一艘距離1英里外的摩托快艇。此外,雷神公司本身也自費研發雷神雷射區域防衛系統(Raytheon Laser Area Defense System,LADS),同樣採用方陣系統的砲座,可以部署在地面單位。
海公羊飛彈
採用原本的方陣載台與雷達系統,將機砲更換成飛彈發射器,相比直接換裝海麻雀等短程飛彈系統,大幅降低了換裝成本。海公羊與普通公羊飛彈不同,因為使用原本的方陣雷達射控系統而具有同時瞄準多個目標進行攔截的能力,特別善於對付飛行路線詭譎難料的低空掠海型反艦飛彈。
海公羊飛彈的發射器上可放置11枚飛彈本體,與方陣雷達結合成為一套完全自主的系統,遭遇威脅來襲時也不需要向其他系統需索更多資料,因此適合使用在各種非戰鬥系船艦上。舉例來說,補給艦不具備戰鬥系統,無法提供武器系統所需的敵襲資料,且在雷達鎖定等感測系統方面的能力也十分有限,因此適合裝配具高度自主性的海公羊系統。

用戶[编辑]

參考文獻[编辑]

相關條目[编辑]

外部連結[编辑]