透视舰载导弹垂直发射
时间：2020-04-04 05:20:10 来源：千叶帆 本文已影响人
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舰载导弹垂发的优势
相对于发射筒或发射架，舰载导弹采用垂直发射（简称垂发）有以下优点。
系统反应时间短，火力容量大
采用垂发的舰载导弹的贮存状态就是发射状态。导弹垂直竖立在发射井内，经常处于待发状态，接到命令后可立即发射，不像倾斜发射方式要转向目标来袭方向。这使其反应时间缩短到2秒，发射速率可达1发/秒，而曾是世界上最先进弹库装填式发射装置的Mk26的发射率是10秒2发。与倾斜发射系统相比，垂发反应时间缩短95%，发射速率提高6倍，火力密度增大1倍以上。
有效利用空间，增大储弹量采用倾斜发射方式的早期舰载导弹发射装置占用舰上面积较大，这使其载弹量受到极大限制，大舰最多装2～3套发射装置，小型舰艇只有1套，每套发射装置上导弹数量，少的1枚，最多的8枚，发射完了之后，重新装弹更费时间，这极大地影响了舰艇的火力。而舰载垂发系统一般采用模块化结构，节省体积，还可根据舰艇的具体情况灵活配置，导弹数量可在12-122枚之间。腾出来的宝贵甲板面积可以装载其它武器和电子系统，从而提高舰艇综合能力。
实现全方位发射倾斜发射的导弹因部分发射区受舰艇上层建筑等舰面环境影响，会形成发射盲区，也由于导流系统影响（导弹发射会在发射系统尾部形成尾焰，大部分舰上设备和建筑需要回避）形成发射死区，因此倾斜发射的导弹通常会在舰艇两侧或前后各设计一套发射装置，以相互弥补射向不足。即使最近改装的台湾“雄风”2反舰导弹系统上舰部署后，由于没有完全掌握垂发技术，也只能采用同一部位的相反方向部署方式。而采用垂发方式后，导弹发射后升到一定高度，靠指令控制转向目标方向，可有效地消除上层建筑的盲区，实现360°全方位发射。
易于导弹通用化现代舰载武器种类超过十几种，垂发系统很容易实现标准化结构，在一个火力单元内配置外型尺寸大致相同的反舰、反潜、防空导弹，以分别对付不同目标。如美国Mk41垂发装置既能发射多种用途导弹，也适应安装在大、小不同的舰艇上。美国在研制同心筒式垂发装置时强调通用性，能发射“战斧”、“标准”、“改进型海麻雀”和陆军战术导弹等。俄“宝石”超音速舰舰导弹也采用了类似Mk41的6格模块式设计。这样高兼容性的设计使载弹量增加40%以上，作战效能大大提高。
结构简单，可靠性高垂发系统采用模块化结构，省去了回转式和弹库装填式发射装置中特有的复杂运动和控制部件，使发射装置的结构简单，可靠性大大提高，而维护工作量大大减少。同时整个系统安放在甲板下，不容易受到海水侵蚀和作战中敌火力破坏，可进一步保证系统的可靠性。此外，还可降低成本、提高效费比。据美国报道，在相同的装弹数量条件下，垂发系统较倾斜随动发射系统的全寿命周期费用降低70%，而且垂发系统模块使发射井布置紧凑，增大了弹药基数，也便于实现机械化补给。此外，垂发系统通常采用高密封性的发射简，改善了导弹储存环境，使导弹免受周围环境条件和环境应力影响，延长了导弹寿命，提高了导弹的可靠性。
甲板下部署，提高隐身性导弹倾斜发射装置通常只能暴露在甲板上，作战中很容易被敌火力破坏，而垂发装置安装在甲板下面.可减少雷达反射面积。如俄罗斯两万吨级的“基洛夫”级核动力巡洋舰.由于其垂发装置安装在甲板下面，甲板上没有发射架，其雷达反射面积只相当于一艘护卫舰。导弹模块的甲板下设计使上层建筑布置更加灵活、简单，同时可降低舰艇的重心，使舰艇受弹面积和航行稳定性都得到了大幅改善。此外，因垂发装置除发射控制部件外，发射装置无需操作人员，增强了舰员的安全性。
技术难点
虽然舰载垂发技术发展数十年，并得到广泛应用，但目前完全掌握这一技术的国家屈指可数，这主要是由于舰载垂发要解决多种技术难题。
导弹发射箱模块结构设计现代舰载导弹垂发要满足多型导弹共用发射装置的要求，就必须采用模块结构。垂发装置成积木式模块结构，一般是8个贮运发射箱构成一个模块，该结构要达到一定机械强度。在每组积木式结构中可以有一个模块用三格空间配备装填附件，每个贮运箱内装一枚导弹。箱内装有发射导弹所需要的导轨、电气连接件、保险解脱装置、约束机构和喷水冷却系统。例如，Mk41垂发系统可以储运的发射箱有多个型号，如Mk13、Mk14、Mk15和Mk25。它们的外形和截面尺寸相同，仅长度和内部结构相异。Mk13和Mk15的箱体长度都是5.79米，分别装“标准”2和“阿斯洛克”导弹。这两种箱体装入隔舱模块时，需配一个高0.95米的适配器。Mk14的箱体长6.7米，用来装带有套筒的“战斧”导弹。不同型号的适配器、控制电缆接插件、安全和解除保险装置等根据不同导弹配置。这种模块化结构缩小了系统体积，减轻了系统质量。导弹发射箱结构设计的难点在于它还是燃气排导系统的一部分。其前/后端羔是保证导弹成功飞离发射箱的两个重要部件。前盖采用“穿通盖”，后羔一般采用三种开启方式：采用“吹破盖”，发射箱底部完全密封，以及机械开启方式。除了前/后端盖以外，为保证导弹成功飞离发射箱，发射箱内还设计有发射导轨、电气连接件、发动机点火线路解除保险机构、固弹机构等。这些机构组合成为设计技术难点。
热发射燃气排导技术导弹正常发射或意外点火时，将产生大量的高温、高速燃气流，并含有腐蚀性强的氧化铝、化合能力极强的氢氧化物、大量的二氧化碳、未燃尽的氢及其它可燃物。如果燃气流进入空发射箱或不能顺利排导出去，将同发射箱中的空气混合，使未烧尽的氢气及其它可燃物发生化学反应，进入相邻的发射箱，可能烧坏导弹结构，引燃助推器，或引爆弹头，导致危及全舰的连锁反应。可见，设计一套能确保进入系统的燃气不流向任何空发射箱中，同时将发动机燃气安全而畅通地排导到舰外安全区域，保证导弹发射的安全，燃气排导系统就成为首要技术关键。
目前，排气通道有独立式排气通道和公共排气通道两种。前者指的是每枚导弹都有自己单独的排气通道，如“海狼”导弹发射装置；后者指的是2枚或2枚以上导弹共用1个垂直排气通道，如Mk41发射装置。目前正在研制同心筒发射装置，燃气从火箭发动机喷出后经发射筒基板上的出口排出，在一个半球形的端盖作用下流转进入环形空间排出。同心筒发射装置的关键技术是独特的燃气排导系统和分布式电子控制设备，既可以应用电子自动控制，也可采用机械控制。其主要优点是降低了寿命周期成本，减少了人员配备，成为体积更小、重量更轻、造价更低的导弹发射系统。美国海军水面作战中心介绍，同心筒可以发射“标准”2、“战斧”、鱼雷、改进型“海麻雀”以及各种干扰弹和一次性使用的诱饵弹等，其性能和功能最终可以取代舰载Mk41垂发装置。
火控通道技术垂发的突出优点之一是具有高发射率。高发射率需要一定量的火控通道，因为每枚导弹发射前要由火控系统输入目标方位、速度等数据，发射后由火控系统提供修正指令。特别是目前的防空导弹和远射程的反舰导弹，大多是发射后跟踪型，离不开火控雷达的导引。因此，如果没有足够多的火控通道，垂发系统就不能实现高发射率。美国AN/SPY-1型相控阵雷达能同时探测、跟踪上百个目标，它与数部Mk99型X波段照射雷达连用，可同时导引十几枚导弹飞向不同目标。
共架发射技术20世纪70～90年代期间各国装备的垂发系统，如俄罗斯的“利夫”（SA-N-6）和“克里诺克”（SA-N-9）导弹发射装置、英国的“海狼”导弹发射装置和以色列的“巴拉克”导弹发射装置等都是专弹专用的，只有美国Mk41系统能发射“战斧”、“标准”和“阿斯洛克”。其通过发射架、标准弹舱、发射箱与导弹之间的配合实现了多种类型导弹的共架发射。新一代垂发系统普遍接受了共架发射理念。法国的“席尔瓦”A70型系统能发射“紫菀”15和“紫菀”30防空导弹、“风暴阴影”海军型对陆攻击巡航导弹。美国Mk57系统能发射“战斧”、“标准”、“阿斯洛克”、“鱼叉”、“改进型海麻雀”等。
共架发射要求 发射装置的几何尺寸、电气接口以及发射电路具有很强的通用性，涉及的关键技术有：共架发射总体技术、兼容性设计技术、适配器技术、贮运发射箱设计、燃气排导技术、通用发控系统技术等。此外，发射控制系统的硬件接口、数据总线和通信协议要具有通用性。随着总线技术的发展，电气接口进一步集成简化，为通用化设计提供了便利。采用开放的分布式冗余控制系统可提高系统的软件兼容性和可扩展性，易于支持新型导弹。
发射系统安全技术 舰载导弹垂发系统的安全技术主要包括导弹限动点火和哑弹处理技术。限动点火就是在舰艇摇摆姿态超出一定范围时限制导弹点火以保安全。美国“密苏里”号战列舰在波斯湾活动时，“战斧”导弹在其装甲箱式发射装置中就出现过一次限动点火问题。美国在“沙漠风暴”行动中，发射的228枚“战斧”中的一枚在其点火时助推器爆炸，“海麻雀”导弹也发生过在舰艇附近爆炸。如果这些导弹是在垂发系统中，便是一起重大事故。为应付限动点火，保证导弹的储存和发射安全，系统设计了自动喷淋系统、注水系统、通风系统、灭火系统和防冰系统等。例如，美国Mk41系统的每8格模块都装有一套喷淋系统，当发射箱温度过高时，可进行喷水冷却。即使燃气排导系统和喷淋系统工作正常，在限动点火过程中也会有几百分之一的概率发生这种灾难性后果。
虽然垂发系统应用冷发射技术可避免上述情况出现，但也可能发生别的情况，例如俄罗斯采用冷发射技术的垂发装置以大倾角发射来解决哑弹砸舰问题。俄SS-N-26“宝石”反舰导弹垂发装置是真正的垂发，也采用冷发射，但哑弹砸舰仍是一个问题。即便热发射，遇到哑弹对舰艇安全也是个威胁。实际上，不管是冷发射还是热发射，导弹升空后，其助推器回落都有掉回本舰的可能，但考虑到舰艇的航速、航向、风速和风向等因素，碰撞本舰的概率是极小的。
导弹补给装填技术舰载垂发系统的导弹补给有两种方式。一种是海上补给，由补给船将导弹发射箱送到舰上，再由舰上装填系统将发射箱吊装到每个隔舱中。另一种是码头补给，又分两种方式。一种是码头起重机将导弹发射箱吊到舰上的弹舱中，另一种是先由码头起重机将导弹发射箱吊到舰上，再由舰上装填系统将导弹发射箱吊装到每个弹舱中。导弹装填系统不但要满足在码头向每个导弹隔舱装填导弹发射箱，还要在一定的海情下进行海上装填，另外要求整体体积较小。舰上装填系统通常由台折叠式液压起重机和一台液压升降机组成。平时折叠收起，占用几个弹舱位置。例如，美国Mk41系统的导弹装填设备占用3个贮运发射箱，能在海上航行中对整个发射系统8个模块、61个弹舱进行导弹补给作业。它安装在甲板下面，其上有装甲舱盖。展开工作时，首先由液压泵将升降机升到甲板水平面以上，并将锁定装置锁定，然后吊装导弹发射箱。在航行中，系统能从舰左舷或右舷进行导弹的装填。在舰艇横摇一5°～+5°，纵摇-2°～+2°的条件下，补给速率为每小时10枚导弹发射箱，维持正常肮行作业的极限横摇角为15°。
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