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【軍事博評】William:德國護衛艦導彈發射事故與艦載垂直發射系統

薩克森號緊急於挪威靠岸時的照片,艦橋有大片被燒炙過的痕跡。公羊發射器兩個洞顯示演習時同樣試射過公羊飛彈。(網絡照片)

 

 

德國隊早前在今次世界盃中慘敗出局,著實令人意外;同樣地,德國海軍今年也撞上霉運似的,繼年初新型F-125型護衛艦因海試出現嚴重問題而被軍方拒收,以及潛艇部隊因各種原因而全部停航外,6月底傳出F-124型防空護衛艦薩克森號(F-219 Sachsen)在6月21日試射美製SM-2 BLK IIIA型防空導彈時,亦發生嚴重事故,依照友艦拍得片段,飛彈點火後突然發生爆炸。事後檢查,發現其中一組(八發)垂直發射裝置已經嚴重損毀,其也三組也受波及,連帶艦橋前端及部分裝備亦被烈火燒炙燒焦,幸而事故只造成兩名士兵不適,隨後亦已回復執勤,無需送院。

與上圖同地之照片,最靠近的MK-41發射模組,損壞似很嚴重。(網絡照片)

 

不幸中的大幸是,德艦所發射的SM-2 BLK-3是防空導彈,彈頭具62公斤高爆炸葯的連續桿 / 破片彈頭,彈頭所採用的炸葯是典型的鈍感炸葯,配方為60% RDX加 40% TNT,引信主要以電火擊發,抗撞之餘,高溫下亦不容易自燃,這亦減低彈頭殉爆的可能。畫面所見,殉爆的應該只是主推進火箭的部分固體燃料葯柱而已。

片段顯示爆炸波及範圍並不小,但火勢在40秒內已受到控制。

另一方面,MK-41 VLS的防火及鎮火系統亦相當完善,例如每個發射模組(8單元)都有獨立的損管系統(如後備電源),可獨立操控單元所在位置的注水或注入消防泡沬;同時每模組都有獨立隔層(共用排煙道),加上發射筒本身的隔離,可較有效的阻止破片橫飛及火勢漫延,故該系統服役超過30年,還未有嚴重的彈艙爆炸事故。

2015年蘇利文兄弟號亦發生過類似事故,同樣是SM-2剛點火便發生爆炸。(網絡圖片)

雖然德方仍未發佈事故原因,但網上不同群組已經對事故議論紛紛,而且進一步聯想到2015年一次同類型事故:當時美國海軍神盾驅逐艦蘇利文兄弟號準備發射SM-2 BLK IIIA導彈(和德國薩克森號上所裝備的屬同一型號)時,井內的導彈突然爆炸,彈出大量碎片,有碎片甚至擊中船尾,引燃小火。有消息指出這批次的導彈使用較舊式的Mk 104 Mod 2雙推力固體燃料火箭引擎(註1)。不知是否葯柱在製造或翻修工藝上出現問題,美軍在2015年7月後已明令部分SM-2 BLK IIIA導彈只能於戰時使用

艦用垂直發系統概況

圖為1950年代後期的加里波底號導彈巡洋艦。中圖就是位於船尾的北極星導彈發射井,右圖是其冷射方法:儲存筒底部的燃氣發生器點火,推出彈底的托板,連帶把導彈推上半空再點火。(網絡圖片)

 

說回艦隻用的垂直發射系統,最初實際配備到軍艦上的不是英、美、俄,而是……意大利。話說1950年代美國已研發潛射北極星彈道導彈,除部署潛艇外,當時亦想部署於軍艦,尤其是北約成員的軍艦上,以從更多方向對蘇聯發動核打擊。1955年,意大利赴其輕巡洋艦加里波底號進行近代化改裝時,與美國合作將北極星導彈裝到巡洋艦的Y砲位上。這發射管基本上和潛射型一樣,以燃氣推動飛彈升空才點火。意大利原計劃在三艘艦艇上部署北極星,但美國自古巴飛彈危機及核動力導彈潛艇大量服役後,美方取消合作計劃而作罷。

美軍自己只在EAG-154號試驗多用途輔助艦上試射過,之後一堆裝備計劃,例如在長灘號核巡洋艦及戰列艦上加裝北極星都被取消…….(網絡圖片)

 

現代意義上的垂直發射系統始於美國的MK-41發射系統及蘇聯的S-300F防空系統,這同時也是兩個種類的垂直發射系統的始組。垂直發射系統的出現,源於早年的導彈發射架,不但需要轉向對敵,而且發射架的裝彈速度亦不夠快,以史上最快的MK-26為例,兩枚導彈裝彈還是需要10秒時間,即使一艘巡洋艦配兩個發射架,要達到同時以八枚導彈接戰四個目標的時間也需要20秒,在面對蘇聯海空軍飽和攻擊戰術時,還是力不從心;

美軍DDG-996錢德拉號導彈驅逐艦(即今日國軍海軍的馬公號),右圖為其MK-26發射器的內構。(網絡圖片)

 

然而,垂直發射系統基本上所有導彈都在備射待發狀態(俄國早年冷射系統則是8枚一組,每組一枚飛彈在備射狀態,現時也出產全備射的型號),反應速度就可以快得多,可以做到一秒一發,這樣才能發揮處理速度愈來愈快、多目標接戰能力愈來愈強的艦載防空系統,以裝備例如神盾系統的提康德列加級巡洋艦為例,在分時導引機制下,同時可以32枚防空彈接戰16個目標。

左圖為MK-41 VLS的發射箱,自衛版並沒有標示出來;右圖為Sylver四種發射筒的長度。由於MK-41還有一種ESSM用的四合一發射箱MK-25可塞在發射筒內,故嚴格來說MK-41也有四種發射箱。(網絡圖片)

 

垂直發射系統的第二個優點,是能靈活配搭多種不同的導彈。過去的導彈發射架,通常只能配搭一至三種導彈,如果有尺寸相差太遠的導彈武器,就需要在艦上部署兩種甚至以上的導彈發射架 / 發射箱,對於後勤維修及武器靈活配置是個麻煩。垂直發射裝置即只需為不同武器提供不同長度的發射箱,即能配置不同的武器,例如MK-41及Sylver分別配備三種及四種不同長度的發射箱;UKSK垂發甚至可容納不同尺寸的發射箱(2)

垂直發射還有另一個較次要的優點:過往使用飛彈發射架時,由於射界問題,發射架要先指向對敵方位,連帶軍艦的航向也需調整;然而若使用垂直發射系統,船艇可在任何航向發射飛彈,飛彈出井後可以自身的姿勢制禦火箭或燃氣舵迅速轉向。其他的優點還有獨立儲存,發射箱注入惰性氣體,保持箱內環境減少受化學反應影響,且亦具防火作用。

普通軍迷一般都以為老式俄國垂發很笨重。事實上甲板下一片是個空彈艙,發射筒是給掛在各發射單元的中央圓柱周圍,機械結構較複雜,但結構重量未必比具排氣道的熱射垂發重,圖是在光榮級上拍攝的。(網絡圖片)

 

現時的垂直發射裝置有分熱射、冷射及俄國人獨有的「變種冷射」。熱射是指飛彈在發射管內直接點火,推出發射管外,熱燃氣經由發射單元的共用排氣通道排出;冷射是指彈體不會在發射管內點火,而是以氣缸內的壓縮氣體(或燃氣)帶動提拉活塞,把飛彈彈出發射管外,再行點火;至於俄國人近年才研發的「變種冷射」,詳細情況還有待進一步確認,有人認為這是以慢燒火葯產生大量熱力及能量較高的燃氣,把重型彈體推出,並在剛剛離開發射管後便立即點火起飛(註3)

西方海軍之前研發的冷射垂發,沒有一個服役,英國的CAMM海受體(Sea Captor)應該是第一種正式服役的西方冷垂發,將裝備於26型護衛艦上。圖為皇家海軍23型護衛艦薩瑟蘭號上的CAMM導彈發射截圖。該艦是CAMM系統的試驗艦,同時也是6月底進行南海自由行動的英國軍艦。

 

以下是三種發射系統的優劣之處:

代表型號
熱射MK-41、MK-48、MK-57(均為美國)、Sylver VLS(法國)、H/AJK-16(中國)
  • 不用複雜而有潛在危險性的燃氣推彈裝置
  • 輕易推出更大型彈體
  • 點火成功率高
  • 共用排氣管道重量大
  • 防火要求要更高
冷射S-300F(俄國)、3K95(俄國)、Redut VLS(俄國)、海紅旗9型發射器(中國)、CAMM(英國)
  • 氣體彈射(壓縮空氣或能量較低的汽油與空氣混合的燃氣),不用在艦內點火,有較高安全性
  • 彈桶重複使用能力較高
  • 彈桶結構較輕,對軍艦重心影響較低。

 

  • 點火成功率稍低(但和熱射差距其實很小)
  • 早期系統佔用空間很大
  • 較難推出重型彈體,故難以裝備重型反艦 / 巡航導彈
  • 雖然通常有傾斜的發射角,但若點火不成,而軍艦又剛作激烈運動,那飛彈有可能跌回甲板上,造成嚴重損害。
「變種冷射」UKSK VLS(俄國)
  • 更高能量的氣體彈射,有助推出更重型彈體
  • 發射較輕型的彈體時,可推得更高,點火時更安全,而且高度足夠讓彈體本身先轉向才點火,更節省燃料
  • 燃氣可能以黑火葯提供,危險性可能較冷射高。
  • 對發射管的燒蝕較一般冷射高

小結:

雖然無論是MK-41 垂直發射系統還是飛彈本身,都不是德國的產品,這次事故可能需要半年時間及過千萬美元的修理費與採購費(一個八單元裝MK-41的現價約450萬美元),可真是無妄之災;然而,意外亦反映發射系統具備非常高的可靠度。事實上,各種垂直發射裝置連裝船測試階段已服役超過40年,至現時仍未發生嚴重事故,可見其可靠度甚佳。

 

 


註1:雙推力固燃火箭引擎是指火箭內有兩段燃燒速度不同的固體燃料葯柱,近噴嘴那段是初燃加速用,燃燒速度較高,令火箭有更快的加速度;第二段是燃燒較慢但時間較長的葯柱,以保證飛彈有更長的動力飛行及無動力滑翔時間,以增加射程及中段飛行以後的機動性。

冷熱共架垂發裝置中,熱垂發單元是連排氣道都整合進發射管內的,左及中圖為論文中所顯示的結構圖,右圖為實驗艦試射時的截圖。(網絡圖片)

註2:052D及055上的垂直發射裝置,反而是另一種系統,即所謂「冷熱共架」。基本上所有的發射裝置都集成在發射筒內(而無論冷射還是熱射,主要機構都在管內,熱射型的排氣管道,也是集成在管內),艦上的只是一個有消防系統、電插座/控制系統及活門發射口的框架。由於它只是個框架結構,故不歸入以上三種分法內。

 

註3:由片段可見,UKSK發射時會先噴出黑煙,而普通壓縮空氣或燃氣只會噴出少量白煙或淺棕色煙霧。由於燃燒初段的高速黑色廢氣是黑火葯燃燒的重要特徵,加上飛彈出艙速度較高,不少愛好者認為這冷射是以黑火葯推動的。

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William Lam
現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

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