海軍知識(shí)——什么叫做“尾流自導(dǎo)魚雷”
快過年了,先給大家拜個(gè)早年。由于現(xiàn)在調(diào)整投稿規(guī)定,本人將轉(zhuǎn)向給大家介紹介紹外軍武器(其實(shí)這一直是我的主流)。
無論是老潛艇迷也好,還是最近通過《冰冷水域》認(rèn)識(shí)到冷戰(zhàn)潛艇的朋友也好,都知道美蘇冷戰(zhàn)中期(1960-1980)期間蘇聯(lián)曾經(jīng)裝備過一種特殊的魚雷——尾流自導(dǎo)魚雷。很長(zhǎng)一段時(shí)間里,尾流自導(dǎo)魚雷比起它的前輩——聲導(dǎo)魚雷要神秘很多,甚至被傳出“尾流自導(dǎo)魚雷可以抗衡一切干擾”。那么,到底什么是尾流自導(dǎo)魚雷呢?為什么當(dāng)年要開發(fā)這種魚雷呢?而為何如今使用量卻大幅減少了呢?今天就讓我給大家介紹一下。

準(zhǔn)備知識(shí):什么是船的“尾流”?它有什么特點(diǎn)?

我們知道,任何在有阻力介質(zhì)中行進(jìn)的物體都會(huì)在介質(zhì)中激發(fā)出“波”,物體將介質(zhì)推開,將一部分的動(dòng)能克服阻力,然后能量便以“波”的形態(tài)耗散,這就是為何一顆石頭丟入水中會(huì)產(chǎn)生一圈圈的漣漪,它的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)移到了水面,并以波的形態(tài)傳輸。同樣,船在水面“劈波斬浪”時(shí)也必然克服阻力,一部分能量以波的形式耗散掉了,所以就會(huì)看到船頭產(chǎn)生一片片兩側(cè)分開的水波,這就叫做“首波”;而船尾開過水面后,由于兩側(cè)排開的水會(huì)填補(bǔ)船經(jīng)過的尾部,因此會(huì)產(chǎn)生低壓區(qū),形成氣泡,這就是尾波。船首波和尾波可以相互疊加,當(dāng)正好在船首船尾疊加峰谷時(shí),就會(huì)產(chǎn)生非常明顯的“波的共振”,進(jìn)而讓阻力變得更大,這種阻力就叫做“興波阻力”。所以當(dāng)代當(dāng)代很多大船都是采用球型艦艏,可以降低一些興波阻力,據(jù)當(dāng)年建造大和號(hào)時(shí)估算結(jié)果,采用球型艦艏后可以讓大和號(hào)降低3%的阻力,如果以大和號(hào)27節(jié)15萬匹馬力的勻速前進(jìn)計(jì)算,光這一點(diǎn)就可以節(jié)約4500匹馬力——堪比一個(gè)東風(fēng)4內(nèi)燃機(jī)車的功率了。所以船要克服如此之多的興波阻力,必然會(huì)產(chǎn)生很大的首波和尾波,進(jìn)而產(chǎn)生明顯的尾流。
同時(shí),當(dāng)代船舶基本上都是靠著螺旋槳或者噴水引擎前進(jìn)的,它們的原理都是和“泵”相關(guān),通過高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳在船后形成低壓區(qū),將前方的水吸入并向后噴出,通過牛頓第三定律讓船向前前進(jìn)。這樣一來,螺旋槳和噴水推進(jìn)器就會(huì)形成明顯的噴射水流和大量的氣泡,這些能量也會(huì)以波的形式散失,因此和尾流疊加后會(huì)形成更加明顯的尾流。

無論是船體克服興波阻力產(chǎn)生的尾流,還是螺旋槳打擊水面形成的低壓區(qū)尾流,基本上都是和速度正相關(guān),換句話說,速度越快,船的尾流也越明顯。但是現(xiàn)實(shí)中巨大的船加速需要時(shí)間,因此我們會(huì)在碼頭看到剛剛發(fā)動(dòng)的大船尾部螺旋槳水花很大,但船頭的浪花卻很小。所以,一般我們提到的“越大速度,越大尾流”通常是發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)勻速前進(jìn)的工況。
另一個(gè)影響因素就是船的大小。毋庸置疑,越大的船興波阻力越大,螺旋槳功率也越大,因此自然需要克服更多阻力,因此產(chǎn)生的尾流也越大。
那么,既然我們知道了尾流的是船克服阻力產(chǎn)生的,根據(jù)能量守恒定居,尾流也必然帶有一定能量。這種在介質(zhì)傳輸?shù)牟▽儆跈C(jī)械波,而我們也知道,聲波同樣也是機(jī)械波,那么既然我們能夠做出收聽聲波的聲納技術(shù),為何不能設(shè)計(jì)感知尾流波的傳感器呢?因而,尾流自導(dǎo)魚雷就誕生了。

尾流自導(dǎo)魚雷的優(yōu)勢(shì)

1、探測(cè)距離遠(yuǎn)
既然我們知道尾流波的能量來自于船,那么自然我們也就可以用它反向找到船的存在。根據(jù)上面的理論,我們知道船克服的阻力越大,產(chǎn)生的尾流也越加明顯,因此現(xiàn)實(shí)中高速船舶和大型船舶往往會(huì)產(chǎn)生很長(zhǎng)的一條尾跡(如上圖)。而且尾跡的波浪是非常有力量的,在著名的“威廉·D·波特”號(hào)誤擊羅斯福總統(tǒng)所在的衣阿華戰(zhàn)列艦事故中,一發(fā)魚雷錯(cuò)誤的從魚雷管射向總統(tǒng)的戰(zhàn)列艦,戰(zhàn)列艦只好緊急轉(zhuǎn)彎,魚雷最終撞在戰(zhàn)列艦的尾流中自爆,可見尾流能量是非常強(qiáng)的,很容易就被特定的壓力傳感器測(cè)定出來。所以,尾流自導(dǎo)魚雷第一個(gè)優(yōu)勢(shì)是探測(cè)距離遠(yuǎn),尤其是適合探測(cè)高速大船(如現(xiàn)代編隊(duì)航行的航母戰(zhàn)斗群)。
2、探測(cè)精度高
我們知道,波遇上障礙物會(huì)發(fā)生繞射和反射,在傳輸介質(zhì)改變(如海底因熱量不均勻產(chǎn)生的垂直分層)時(shí)也會(huì)發(fā)生折射,因此傳統(tǒng)的聲導(dǎo)魚雷在垂直分層較多的海域,或者是礁石林立的水域活動(dòng)時(shí),很容易因?yàn)楦浇系K物(或者垂直分層)反射或折射聲波,導(dǎo)致魚雷無法識(shí)別目標(biāo)。相反的,由于尾流波長(zhǎng)很大,而且源頭非常明確,很難因其他障礙物影響而形成干擾,所以尾流自導(dǎo)魚雷非常適合打擊水面戰(zhàn)艦。
3、難以干擾
根據(jù)第一和第二點(diǎn)我們知道,尾流來源明確,能量很大,而且不易被障礙物反射,因此設(shè)計(jì)出模擬大船尾流的干擾彈幾乎不可能。而且,現(xiàn)實(shí)中由于尾流對(duì)于其他船舶(尤其是小型船舶)有很大危害,小船很容易被尾流低壓區(qū)卷入而失去控制,因此編隊(duì)航行中船需要仔細(xì)注意前船的尾流,防止自己的船陷入尾流導(dǎo)致控制異常。所以,目前為止還沒有能夠完全模擬目標(biāo)艦船的尾流干擾器出現(xiàn),只能用“反魚雷魚雷”將其摧毀。
尾流自導(dǎo)魚雷的搜索模式也和一般的聲導(dǎo)魚雷有很大差別。由于它是利用尾流感知軍艦的,因此它瞄準(zhǔn)點(diǎn)就不像一般的魚雷瞄準(zhǔn)船的行進(jìn)方向前方,而是瞄準(zhǔn)船的后方尾流。發(fā)射后,魚雷進(jìn)入目標(biāo)尾流開始感受水壓信號(hào),在遇上尾流時(shí)首先是感知到“高壓”水墻,然后行駛到另外一側(cè)尾流,感受到第二堵“水墻”,便進(jìn)行Z型轉(zhuǎn)彎,直到遇上另外一側(cè)的水墻再轉(zhuǎn)回,于是魚雷便在尾流中“反彈前進(jìn)”,由于尾流收斂于目標(biāo)船的尾部,因此這樣不斷Z型前進(jìn)的魚雷必然會(huì)最終撞上船尾爆炸。

由于上述優(yōu)點(diǎn),尾流自導(dǎo)魚雷一度是蘇聯(lián)開發(fā)的熱門魚雷。那么,就讓我們介紹幾款比較知名的尾流自導(dǎo)魚雷吧。

蘇聯(lián)53-65 /M/K/KE系列反艦魚雷

蘇聯(lián)于1969年開始服役的53-65系列魚雷是主要的尾流自導(dǎo)魚雷,分為53-65,53-65M,53-65K,53-65KE等幾個(gè)子型號(hào)。其中,53指代的是它的口徑是533mm,65是定型編號(hào)。這幾款魚雷導(dǎo)引頭都是尾流自導(dǎo),射程18-22公里,速度44節(jié)左右,但是動(dòng)力系統(tǒng)不太一樣。俄羅斯自用的53-65M是煤油+過氧化氫組合,而出口的53-65KE是煤油+壓縮氧氣組合,有些類似日本二戰(zhàn)95式潛用魚雷。當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)采用這種氧氣/過氧化氫魚雷主要是因?yàn)樗划a(chǎn)生氣泡,而且能量密度高于傳統(tǒng)壓縮空氣助燃魚雷。同時(shí),53-65魚雷雖然是533mm口徑,但是它重量卻達(dá)到了2.3噸,比美國(guó)MK48整整多了50%??紤]到彈頭二者接近(307對(duì)290),而最大航速(44對(duì)55)和最大航程(44節(jié)/22公里對(duì)55節(jié)/38公里),因此可見蘇聯(lián)的燃油和氧氣占用了大量的空間,且能量密度遠(yuǎn)低于MK48的OTTO II燃料。
蘇聯(lián)除了53-65系列尾流自導(dǎo)魚雷外,還有一款魚雷也采用尾流自導(dǎo)。這就是蘇聯(lián)獨(dú)有的650mm魚雷中65-76魚雷。

前文提過,蘇聯(lián)53-65系列魚雷雖然重量達(dá)到了2.3噸,但因?yàn)槿剂虾脱趸瘎┹^為落后,射程僅有24公里,而且只有307千克戰(zhàn)斗部,威力甚至不如二戰(zhàn)英國(guó)MK VIII魚雷(曾經(jīng)擊沉過沙恩霍斯特號(hào)和貝爾格拉諾將軍號(hào),配備380千克戰(zhàn)斗部),加上蘇聯(lián)老對(duì)手美國(guó)擁有巨大的航母,因此蘇聯(lián)決定開發(fā)威力更大的魚雷對(duì)付航母。那么,除去核魚雷的選項(xiàng),想要增大威力,就得進(jìn)一步增大口徑,于是他們將53-65升級(jí)到了650mm口徑。其中,最早出現(xiàn)的63-73魚雷采用2萬噸核戰(zhàn)斗部,后來的65-76系列改為450千克常規(guī)彈頭,最新的DST92型號(hào)升級(jí)為557千克常規(guī)戰(zhàn)斗部,威力已經(jīng)超越了日本93式魚雷。但是它的重量和尺寸也急劇增大,增加到了4.5噸,長(zhǎng)度增加到了11米,尺寸和重量幾乎和同期服役的P700花崗巖一樣巨大。通過巨大的燃料艙,它的射程延長(zhǎng)到了50公里/50節(jié),超過了MK48的最大射程。不過,由于其高度不穩(wěn)定的過氧化氫推進(jìn)劑,在2000年引發(fā)了令世界震驚的“庫(kù)爾斯克號(hào)災(zāi)難”,65-76A魚雷泄漏的過氧化氫溢出到了魚雷管上的鐵銹,鐵銹作為過氧化氫分解的催化劑促使分解出大量氧氣,然后發(fā)生爆炸。一連串的魚雷爆炸最終徹底炸毀了魚雷艙,也連帶波及了整個(gè)潛艇,庫(kù)爾斯克號(hào)這艘才服役6年的新銳949A型潛艇便沉入大海,118人死亡。在那之后,俄羅斯生產(chǎn)的“北風(fēng)之神”級(jí)戰(zhàn)略導(dǎo)彈核潛艇和“亞森”級(jí)核潛艇都未安裝650mm魚雷管,而原先的潛艇也不敢?guī)Р环€(wěn)定的過氧化氫魚雷,于是目前大部分650mm魚雷管如同美國(guó)海狼級(jí)的660mm魚雷管一樣通過轉(zhuǎn)接器使用533魚雷。

但是,相比于蘇聯(lián)熱衷開發(fā)尾流自導(dǎo)魚雷,其他國(guó)家反應(yīng)就冷淡得多,甚至除了蘇聯(lián)以外,沒有任何一個(gè)國(guó)家開發(fā)過尾流自導(dǎo)魚雷!那么,問題又出在哪了呢?那么,就得讓我們認(rèn)識(shí)到尾流自導(dǎo)魚雷的缺陷了。

尾流自導(dǎo)魚雷的缺陷
1、前文說過,尾流產(chǎn)生的主要原因是船體克服興波阻力產(chǎn)生的船頭波和船尾波,以及螺旋槳打擊水面產(chǎn)生的低壓區(qū)共同導(dǎo)致的。雖然任何船只(包括潛艇和魚雷)都會(huì)產(chǎn)生這樣的波,但是并不代表這些波都是容易被探測(cè)到的。因此,尾流自導(dǎo)魚雷通常只適合攻擊大型且有一定航速的船,這就導(dǎo)致它在使用方面被限定了。而潛艇在水下運(yùn)動(dòng)時(shí),在速度較慢的情況下,憑借高效的七葉螺旋槳和泵噴推進(jìn)器,可以幾乎消除掉螺旋槳?dú)馀?,因此就難以產(chǎn)生明顯的水花和尾流。因此尾流自導(dǎo)魚雷通常不具備反潛能力。

因此,以反潛為主的美國(guó)魚雷顯然不可能設(shè)計(jì)采用尾流自導(dǎo),這就能解釋為何他國(guó)不熱衷此類魚雷的根本原因。
2、尾流自導(dǎo)魚雷攻擊效率較低
前文說過,尾流自導(dǎo)魚雷通常需要瞄準(zhǔn)船的尾部發(fā)射,以跟蹤船的尾流。但是,由于它跟蹤尾流時(shí)是沿著Z字型前進(jìn),無形間耗費(fèi)了更多的時(shí)間,而且走行距離也很遠(yuǎn)。這對(duì)于近距離發(fā)射,希望盡快擊沉對(duì)手的潛艇并不算有利,如果遇上瀕海戰(zhàn)斗艦這一類速度較快的船只,完全可以利用自己直線航行的速度來對(duì)抗Z型機(jī)動(dòng)的尾流自導(dǎo)魚雷,將其燃料耗盡。因此,如果是使用射程較低的53-65魚雷射擊10公里左右的速度為30節(jié)的驅(qū)逐艦?zāi)繕?biāo),則很容易被對(duì)方利用走位甩開,這也能解釋為何蘇聯(lián)要開發(fā)650mm尾流自導(dǎo)魚雷——因?yàn)槿剂献銐蚨唷?/p>
3、尾流自導(dǎo)魚雷無法在最有利位置爆炸
由于尾流自導(dǎo)魚雷通常是沿著尾流收斂的三角形頂端前進(jìn),而三角形頂端卻是軍艦的尾部和舵機(jī)。這樣一來,雖然尾流自導(dǎo)魚雷很容易就能炸壞螺旋槳和舵機(jī),但是卻并不容易一下就制敵于死地,不像目前先進(jìn)的聲導(dǎo)魚雷可以掃描出船底后俯沖到龍骨一下炸毀對(duì)手。同時(shí),由于尾流自導(dǎo)魚雷碰撞角度通常較小,很容易導(dǎo)致啞彈出現(xiàn)。


所以,綜上所述,尾流自導(dǎo)魚雷并不是一款“全方位發(fā)展”的武器,蘇聯(lián)解體后,俄羅斯也逐漸對(duì)其失去了信心,目前開發(fā)的多種新式魚雷都回歸到了聲導(dǎo)魚雷,據(jù)說還有俄羅斯新的腦洞——跟蹤核潛艇尾流混合的冷卻水熱量的“紅外制導(dǎo)魚雷”,當(dāng)然這種腦洞其他國(guó)家也沒仿效過。

結(jié)語(yǔ) 復(fù)合制導(dǎo)才是未來
通過近70年來的制導(dǎo)武器的發(fā)展,人們?nèi)找嬗X察到,單一的制導(dǎo)技術(shù)很容易被敵方識(shí)破和抵御,未來隨著計(jì)算機(jī)科技和傳感器小型化發(fā)展,復(fù)合制導(dǎo)也將成為時(shí)代的主旋律。傳統(tǒng)的聲導(dǎo)魚雷,直航魚雷和尾流自導(dǎo)魚雷通常都有這個(gè)和那個(gè)問題,但是在現(xiàn)代技術(shù)下,將聲導(dǎo)導(dǎo)引頭、尾流傳感器、陀螺儀和光纖/導(dǎo)線集合到一款魚雷上已經(jīng)不再是困難。這樣一來,能夠自由選擇制導(dǎo)模式的魚雷,必然是未來可怕的武器。