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密集阵近程防御武器系统

MK-15‘’密集阵‘’近程防御武器系统(Phalanx Close-In Weapon System),又译为方阵近迫武器系统(台湾)),通称密集阵近防系统,泛用于美国海军及二十个以上盟国海军的各级水面作战舰艇上,是一种以反制导弹为目的而开发的近程防御武器系统,最早由通用动力公司波莫纳厂制造,目前则由雷神公司制造。目前装备在了美国的阿利伯克级驱逐舰尼米兹级航母和各种登陆舰上。日本的金刚、爱宕级驱逐舰、秋月级护卫舰、大隅级直升机驱逐舰等。以色列的''萨尔-5‘’级护卫舰上。

1967年,密集阵系统于开始构想规划。

1977年在美国海军武器测试舰比吉洛号(USS Bigelow)上测试。

1978年开始量产,1980年正式服役。

设计上可进行全自动防御,即给定目标的资料后,就可以完全靠内建的雷达搜索、追踪、目标威胁评估、锁定、开火。这种设计的优点是安装容易,载台只需提供电力,不需与船舰上的作战侦测系统进行整合也能运作,安装的甲板位置也只要确保足够的结构强度,而不必在甲板上挖洞。

受限于载台的限制,密集阵系统的雷达只能与机炮共用同一个回旋/俯仰角,无法独立执行广域搜索,因此系统开机后只能一次攻击一个目标。这个缺点在近年来已经借由和神盾战斗系统进行整合而获得不小的改善。

顶端标志性的白色护罩内为雷达装置,其白色圆桶状的外形也常被昵称为R2-D2,源自电影《星际大战》里一个知名的机器人。近年来因为新型超音速掠海反舰导弹普及,来袭导弹通过军舰防空武器有效拦截区域的时间大幅缩短,射程有限的机炮式系统作用日小,再加上炮弹口径过小容易造成拦截无效这个致命的缺陷,已逐渐被海公羊等短程导弹系统取代。

密集阵系统的遥控操作台设置于舰桥内,每个控制台最多可控制四组密集阵系统,可进行目标分配与监控等工作。另外,每套密集阵系统都有一个各自独立的本机控制台,一般设置于密集阵系统附近的抗震舱室内,负责控制该套密集阵系统的运作,可作为遥控操纵台失效时的备援。两种操控台也能一起使用。一般配置三名操作人员,一名射手,两名装填手。

采用格林公司生产的,拥有6支76倍径、9条右旋膛线炮管的M61A1旋转机炮,使用20MM口径弹药(视任务内容可以替换),有效射程约450~1800米(最大射程纪录5486米)。射速约为3000~4500发/分(视弹药种类而定)。此机炮原始射速为6600发/分,但在此系统上使用时被调慢,以免弹药快速耗尽。炮座为GD的MK-72(最初称为EX-83)。作用原理是在开火的短时间内倾泻出大量弹药,在雷达计算出的导弹可能经过路径上形成极为密集的弹幕,以达到拦截击落的目的。炮座底部的弹药箱约可容纳一千发炮弹,设计上密集阵对每个目标使用约200发炮弹就可拦截,所以理论上一座装满弹药的密集阵系统能连续接战五个目标。不过前提是这五个目标必需在相近的方位先后出现,如果多目标从不同方为同时来袭,密集阵系统接战完第一个之后需要重新进行搜索,大幅浪费宝贵反应时间。使用的炮弹是MK149 MOD2型贫铀脱壳穿甲弹,重约一百公克,炮口初速约1113米/秒,采用直接命中体制,着重于强化穿甲能力,故非常强调外弹道性能以及缩短飞行时间,最初列装时还用上了硬度特高的衰变铀弹蕊来强化穿甲能力。雷达使用洛克希德公司研发的 AN/VPS-2 Ku频搜索/高回复率脉冲多普勒追踪雷达。内有一对搜索与追踪天线、天线随动系统和稳定平台。VPS-2雷达的搜索天线作用距离约5.12公里,波束扇面涵盖整个垂直区域,采用高精确度的电子波束,能有效侦测从水平到天顶来袭的敌方武器,并采用高、中、低三个重复频率探测目标,有效解决近距离侦测的模糊和遮挡的问题,准确地探测到真实目标。追踪天线的最大使用距离为1.892公里。第一代的密集阵系统缺陷颇多,最常见的有保养不易、易受海水侵蚀、反射式雷达天线难以追踪侦测以接近垂直角度来袭目标、再装填作业缓慢(两名人员需花10~30分钟才能完成)等等问题,因此很快就被下一代系统取代。

又称密集阵Block 1,是第一种较大幅度的改良型,原型于1981年推出,1981年底至1982年5月在中国湖试验场进行各种测试,1986年正式投入生产,1988年首先安装于艾奥瓦级战舰威斯康星号上。相较于前一代最显著的差别是以新的四片式背接平面雷达天线取代原有的2D反射式扫描天线,其中一组负责侦测大角度(包括90度垂直方向)目标,另一组则侦测低角度目标,使其搜索能力与目标更新速率都比早期密集阵高出一倍。炮座侧面增加了一个额外的装弹箱,使装载量达到1550发,并在炮座周围装上一层挡板以避免海水侵蚀。此外,也以新的炮身气体伺服装置取代原本的液压伺服装置,射速提高至4500发/分,并换装新的抗海水腐蚀炮管,加上原先位于炮座四周的保护体,能有效抵抗海水侵蚀。弹药方面,由于原先MK149 MOD2的衰变铀弹蕊很可能会污染环境,所以改采传统钨合金弹蕊的MK149 MOD4,其穿甲能力亦相当足够。为了解决人工装填缓慢的问题,Block1换装西屋公司研发的“密集阵甲板装填系统(Phalanx Deckloader System,PDS)”,将弹链预先置于弹舱内,使得再装填作业时间缩短至4分钟,大幅强化密集阵在高密度攻击环境时的接战能力。PDS已被英国、日本、以色列等国的海军采用为现役装备。

主要的改良项目除了加强对付超音速掠海反舰导弹,并强调小型水面目标与空中慢速目标的应付能力。起先密集阵的主要任务是拦截反舰导弹,为了避免过高的虚警率,密集阵的目标指示系统会自动将低速目标过滤掉。而为了应付小型水面目标,最初第一代的密集阵系统拥有人工操作模式,但由于冷战期间美国舰队注重大洋作战型态,近距离遭遇小型舰艇的机率实在不高,故将手动接战模式取消。到了1980年代,美军开始涉入波湾事务时,面临伊朗小型快艇的威胁,海军才感觉到这方面的需求。为了应付波湾水域可能出现的敌方小型舰艇,最初美国海军在舰艇上加装MK-25机炮与半机枪,但由于舰体在水面上会摇晃,这两种依赖人力操作且无稳定装置的武器命中率极差,半机枪也显得威力不足。为此,美国海军在1980年代打算开发“先进小口径机炮系统(AMCGS)”来满足此一需求。就在此时,美国海军发现近岸环境中另一种潜在的威胁-敌方的慢速轻型飞机与直升机,它们同样是舰载作战统与雷达容易忽略的目标,前者可发动自杀攻击,后者则能携带火箭、反战车导弹等武器进行偷袭。为此海军又打算开发“稳定武器平台系统(SWPS)”来因应此一威胁。这两个计划的任务看来十分类似,所以美国海军在1991年开始评估将两者合并为同一计划。几经评估,海军德格润水面作战研究中心(NSWCDD)做出以下结论:‘现有的密集阵近程防御武器系统经过改良就能满足AMCGS与SWPS的需求,不必另外发展新系统。’在一次测试中,密集阵系统于1550m的距离射击一艘快艇并命中十发,研究命中部位时发现密集阵的20mm机炮只需少数命中弹,就可重创并瘫痪一艘小型快艇以及艇上人员,如此就不用浪费太多弹药,毕竟密集阵的主要任务还是防空。改良后的密集阵系统在接战水面、慢速空中目标期间如果发现高速来袭之空中目标时,将优先转换为防空模式,将其击落后才回头进行原本的接战任务。此外,美国海军还为密集阵研发了适合攻击慢速目标的新弹药。原本的弹药力求穿透性以引爆反舰导弹的半穿甲弹头,因此弹蕊极为坚硬。但在对付飞机或其他慢速目标时,这种弹药很可能会完全贯穿目标而不破碎,因此炮弹的动能都被炮弹带走而不是用于破坏目标上。因此海军设计了另一种弹头,利用压缩方式将钨合金粉末压制成穿甲弹弹蕊,在穿透目标后很容易碎裂,这样就能将炮弹的动能有效施加于目标之上而造成较大的破坏。MK-15 Block1A/B的测试记录极为辉煌,两者都曾成功拦截模拟P-270蚊子/SS-N-22日炙以超音速掠海飞行并进行高G闪避的的汪达尔EER靶机(雷神公司公开宣称这是全世界唯一以机炮式武器系统击落此类目标的纪录),而1B由于新型OGB炮管与ELC弹药,进行反导弹射击测试时第一发命中弹的距离足足是1A的两倍。在阿利.伯克级导弹驱逐舰豪伍德号成军前的测试中,舰载的两具密集阵1B表现优异,成功追踪并击落超音速与次音速的掠海飞行目标,也与姊妹舰拉森号同时模拟以密集阵系统射击多艘快艇。在此测试中,与豪伍德号的神盾战斗系统连结的密集阵1B表现得相当有智慧,射控电脑在指挥密集阵射击多快艇目标时突然发现反舰导弹来袭,便迅速切换至对空反导弹接战模式,将来袭导弹击落。密集阵1B已经开始配备于12艘拥有MK-92 Mod6射控系统的派里级导弹巡防舰以及新完工的柏克级导弹驱逐舰上,未来将陆续换装于美国海军其他的舰艇。美国海军预计将舰队中所有的密集阵系统都提升为1B,盟国也会陆续进行类似的升级。MK-15 Block 1A针对超音速掠海反舰导弹的威胁进行升级,1A以新的CDCAMP射控电脑(处理器为MIPS科技公司的RISCR 3000)取代CDC。此系统由GD开发,合约在1990年3月签署。CDCAMP的程式以美国军规Ada高阶电脑语言(High Order Language,HOL)撰写,故又被称为HOL射控电脑。原先密集阵使用的CDC射控电脑运算能力有限,会被法国飞鱼反舰导弹或俄制P-270蚊子/SS-N-22日炙等导弹的终端不规则3D运动所扰乱,无法指挥机炮进行射击修正。而CDCAMP的处理能力则为CDC的一百倍,不仅可操作卡尔曼滤波等程式来有效追踪俄罗斯P-270蚊子/SS-N-22日炙之类以超音速进行3D不规则闪避的掠海飞行目标,也能操作追踪水面与慢速空中目标的程式。此外,CDCAMP也经由美国制式SAFENET资料总线连接舰上作战系统,如此密集阵就不再是特立独行的系统,能与舰上其他系统分享侦测资料并协调作战,大幅增加了整体舰载防空系统的运作效率。除了射控电脑的改良外,密集阵1A另一改良要项是火炮本身射击的稳定度与弹著密集度。原始密集阵使用的机炮原始设计希望增加弹著散布以增加杀伤率,但是分布太广导致只有少量炮弹命中超音速反舰导弹,威力不足以有效拦截。而日后随着密集阵射控计算与雷达的改良,瞄准精确度日益提升,使其不再需要靠较大的弹著散布来增加命中率。因此,1A增设炮管支架与附带的炮箍来固定炮管,以降低炮管在高速射击时产生的晃动,使其弹著更加密集,显著降低了瞄准误差并强化机炮射击时的稳定性。在1994年的测试中,1A成功击落超音速掠海飞行并且进行高G闪避运动的靶机,使其成为全球第一种成功拦截此类目标的机炮式武器系统;此外,1990年代初的测试中也轻易击落终端掠海、命中前突然拉高(Pop-Up)的鱼叉反舰导弹。MK-15 Block 1B改进目标是有效应付水面目标以及低空慢速目标,并进一步强化拦截超音速反舰导弹的能力。对付这类慢速目标时,如何避免误击友军或伤及无辜便显得相当重要,为此密集阵1B在雷达罩左侧加装一具英国皮尔肯顿(Pilkington)公司的HDTI-5-2F超长波长高分辨率红外线热影像系统,并在战情室内增设一个手动操控台。在研究阶段时曾针对超长波红外线(波长8-12mm)与中波长红外线(波长3-5mm)系统进行评估,结果发现超长波长红外线系统不仅拥有胜过中波长系统的最大侦测与追踪距离,而且较不易被反射自水面的太阳光、密集阵本身发射时的烟雾与火光所干扰。有了这套红外线热影像仪后,密集阵1B便能透过射手的操作,有效地识别并攻击水面小型快艇、低空慢速直升机,甚至射击漂浮于航道上的水雷,并利用热影像系统对目标进行损坏状况的评估,决定是否继续攻击。而在面对反舰导弹等高速来袭的目标时,则无须进行识别,先打下来再说。除了用于识别低速目标之外,这套热影像系统在接战反舰导弹时也能辅助射控雷达,大幅提升密集阵追瞄小型高速目标的精确度。在测试中发现HDTI-5-2F追踪掠海目标的误差(0.1~0.5mrad)要比密集阵的雷达(2~3mrad)低很多。密集阵1B在火炮上也进行了改良,换装新型MK-244Mod0脱壳穿甲弹,又称杀伤力强化弹药(ELC)。ELC的尺寸与M61A1原先使用的MK-149弹药相同,但是换用更强的装药与坞合金弹头,因此弹蕊重量由MK-149的七十公克增加至一百零五公克,总重则由一百公克增加至一百五十公克,推进能量与膛压都大幅增加,命中目标时的动能相当于30mm炮弹。为了配合ELC更高的装药量与发射初速,1B换装更坚固且更长的OGB炮管,长度由原先的1524厘米增至2007厘米,每根OGB炮管的重量比原来的炮管增加一倍,达到17.2kg,厚度与强度均增加不少。炮管支架与炮箍也改用新型设计,让两者各自独立(1A的炮管支架与炮箍是连为一体的),新的炮箍更长且更稳固,新炮管支架的结构也比1A更为复杂与强化。与早期型密集阵相较,1B以OGB炮管发射50发ELC炮弹时,误差从原来的1.2明显降至0.8,可在较远距离达到第一发命中或相同距离内命中目标更多发弹药。密集阵1B的第一套原型于1999年安装在派里级巡防舰的昂德伍德号上进行测试,而第一套正式量产型则于2000年9月安装于派里级巡防舰的泰勒号上。

未完成的密集阵

为了满足21世纪的海上作战需求,通用动力在1987年提出MK-15 Block2与CIWS-2000的研究意向。依照海军的要求,此种新系统需提高炮口初速、炮弹质量、射速与命中率。而为了强化对海上目标的攻击能力,CIWS-2000还打算在雷达之外,另外加装前视红外传感器、摄影机和视频自动跟踪等设备。各国厂商曾提出多种口径较大的机炮曾参与CIWS-2000,通用动力曾与瑞士Oerlikon-Contraves公司签约,将该公司“KBD-Super-25”七管式25mm旋转机炮整合在密集阵系统上进行测试(此炮先前已经用于巨数(Myriad)近程防御武器系统上)。此机炮使用25x184毫米的KBB炮弹,无论是发射初速、射程与威力都胜过原本的机炮。根据一份先期概念合约,通用在密集阵的炮座上安装两门Super-25机炮,并于1990年5月在澳克森布登试验场进行了测试。另外,通用动力公司本身也以原有的M-61为基础,开发出双联装6管25厘米机炮,单炮发射速率便达6000发/分,双炮射速合计高达12000发/分,其零件数量只有M-61的67-。此炮的炮弹采用独特的套筒式结构 (CasedTelescoped),体积比同口径的常规炮弹小,整个炮弹封装在钢壳内;此炮历经6000发套筒式炮弹的发射试验,期间未发生停射故障。此外,此计划也曾考虑美国特鲁德国际有限公司(Tround Internationnal)提出的25mm开膛炮(open breech machinegun)、德国毛瑟(Mauser)的4管27mm炮等等。1980年代末期,美国海军积极准备提出近程防御武器系统CIWS-2000计划,寻觅密集阵的后继型号。在1990年美国海军展览会上,通用展出配备双联装25厘米旋转机炮的MK-15 BLOCK2。在该届展览会上,通用另外还展出一种采用一门8管Gatling 25毫米机炮的密集阵系统方案,采用无链供弹,整体机械结构十分简单,贮弹量为1200发,发射速率可达8000发/分,并配备光电侦测器。美国海军原本打算在1991年底或1992年初进行CIWS-2000的招标作业,准备开发替代,并在1992年正式选商签署开发合约。然而由于适逢东西方全面和解,导致国防经费大受影响,使得MK-15 Block2被迫在1991年宣告终止。

镭射武器

2000年, 美军利用密集阵近程防御武器系统的基座来开发雷射型近程防御武器系统,直接以雷射光束摧毁来袭的空中或水面目标。

2011年4月8日,美国海军利用保罗佛斯特号防卫系统测试舰(SDTS)在外海成功进行了海用高能雷射武器(Maritime Laser Demonstrator,MLD)的测试,这套整合于密集阵系统炮座的雷射武器成功击毁一艘距离1英里外的摩托快艇。此外,雷松公司本身也自费研发雷松雷射区域防卫系统(Raytheon Laser Area Defense System,LADS),同样采用密集阵系统的炮座,可以部署在地面单位。海公羊导弹采用原本的密集阵载台与雷达系统,将机炮更换成导弹发射器,相比直接换装海麻雀等短程导弹系统,大幅降低了换装成本。海公羊与普通公羊导弹不同,因为使用原本的密集阵雷达射控系统而具有同时瞄准多个目标进行拦截的能力,特别善于对付飞行路线诡谲难料的低空掠海型反舰导弹。海公羊导弹的发射器上可放置11枚导弹本体,与密集阵雷达结合成为一套完全自主的系统,遭遇威胁来袭时也不需要向其他系统需索更多资料,因此适合使用在各种非战斗系船舰上。举例来说,补给舰不具备战斗系统,无法提供武器系统所需的敌袭资料,且在雷达锁定等传感系统方面的能力也十分有限,因此适合装配具高度自主性的海公羊系统。

失望的表现:寸功未建误伤连连

虽然密集阵近防系统被美国吹嘘得如此神奇,但在实际表现中却让人大失所望。服役近30年来,密集阵系统并非没有时机施展自己的绝活,但在几次实战中它要么是没准备好要么就是有故障,从来无所斩获,令“最后的防线”名不符实。

例如1987年5月17日,两伊战争中伊拉克战机发射两枚飞鱼导弹误击美国佩里级护卫舰“斯塔克”号。此战正好“斯塔克”号上的密集阵系统处于“故障”中。担任该舰主要反导任务的密集阵系统雷达甚至未能发现来袭导弹,结果是导弹飞鱼导弹毫无阻碍的一头扎进“斯塔克”号舷侧将其击成重伤。

2000年10月12日,美国最精锐的阿里伯克级驱逐舰“科尔”号停靠在也门亚丁港加油时遭到一艘满载炸药的小型橡皮艇的自杀式袭击。由于距离过近,主炮和反舰导弹均无法发挥作用,唯一的希望就在能“快速反应”的密集阵系统进行拦截。可惜因为过于麻痹大意,两座密集阵系统均未做好准备,只能眼睁睁的看着小艇将“科尔”号左舷撕开了一个大洞,舰上17名水兵死亡、33人受伤。为此美国海军下令将大口径机枪搬上了甲板以防止类似事件的发生,从侧面表明了对密集阵系统“快反”能力的不信任。

而就在前不久的以色列萨尔-5级护卫舰遭真主党导弹袭击事件中,“哈尼特”号上的密集阵系统继续发扬了其“战场无作为”的传统。根据以色列海军的解释,该舰当时是出于避免影响附近空域的己方战机而关闭了防护系统。专家和军事爱好者对此说法均表示怀疑,但密集阵系统作为战舰最值得信赖的“近卫”,不管是人为的原因还是本身设计缺陷,其屡屡出现的失误让各国海军都难免对其实际性能产生怀疑。

密集阵近防系统在实战中寸功未建,但这并不表明它没有“战果”虽然这些被击落的“战果”都是友军……1996年日本海上自卫队“夕雾”号护卫舰在实弹演练防空战时,“密集阵”没打着拖靶,反倒击中用5.5公里长缆绳拖曳着拖靶的A-6战斗机,两名驾驶员侥幸跳伞落海获救。而后果更严重的是在1994年的台湾汉光演习中,台海军“成功”号护卫舰上的密集阵系统也同样是误将拖靶机击落,但机上4人未能逃脱,全部遇难。

威力

虽然密集阵在炮弹方面做出了许多改进,使射程达到3000米,但20*102毫米炮弹的威力仍然比不上30毫米炮弹的威力,以目前的技术来看,20*102毫米炮弹总体性能要达到或超过30*173毫米炮弹那是不可能的。

“单打独斗”

密集阵系统“单打独斗”的特性也是个缺点,只倚赖自身的雷达火控系统进行接战,与舰上其他系统没有协同互助。即使舰载雷达已经精确捕捉并锁定目标,密集阵系统解除保险后仍然必需重新以自身的雷达进行空域搜索,不仅多浪费时间,也增加了漏失目标的可能性。

密集阵是一款性能优秀的近防系统。虽然有误伤连连、威力不足、单打独斗等缺点,但它开启了转管高射速近防系统的先河;许多国家以此推出类似的产品,如荷兰的“守门员”、中国的730和1130、俄罗斯的AK630和“卡什坦”、意大利的“巨数"等。

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