如何将民船改造成作战军舰,航母需要挑战哪些

  出品:科普中国

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  在5月31日举行的中国国防部例行记者会上,国防部发言人任国强表示,辽宁舰航母编队初步形成体系作战能力。航母本身性能指标是否满足设计要求是作战能力的重要影响因素,那么,航母需要挑战那些极限性能呢?本期《烽火访谈》邀请海军军事专家李杰解读。

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  作者:赵清建

  策划:肖春芳

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  制作:旋钮工作室

  监制:光明网科普事业部

  制作:中新起乐军情观察室

  国产航母进行大角度转弯(来源:央视新闻)

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  近日,北京蓝箭空间科技有限公司(以下简称“蓝箭航天”)宣布其自主研发的中型液氧甲烷运载火箭朱雀二号已经于今年六月完成全系统设计工作,计划于2019年完成全部地面试验,2020年首飞。

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  解说:航母海试是在航母全系统完成系泊试验并达到设计要求之后进行的,由海军专门的作战试验与鉴定部门负责组织实施,按照海上试验大纲安排多个航次,对所有设备及系统进行反复多次的测试。

  和一般人所想的不大一样,用于海上作战的“军舰”原本和民船一般无二,它们之间的差距是在近四百年间拉开的。甚至在大航海时代的初期,英、法等国用民间船只改装的所谓“私掠船”在海面上对抗第一强国西班牙的军舰时,还往往能不落下风,取得胜利。

  朱雀二号是一款怎样的民营火箭?

  自第二次世界大战以来,美国陆军装备发展的侧重点,一方面是发展可以保护士兵免受敌人猛烈火力打击的重型装甲战车,另一方面则发展能够快速进出战斗并使被命中概率降至最低程度的轻型车辆。M1A1艾布拉姆斯坦克就是在这样的背景下发展出来的。

  李杰:在海军海试过程当中,必须按照海军对航母,以及工厂对这艘航母提出的一些作战性能指标(来测试),你必须达到,而且你必须完全满足,不能就说偷工减料,某一项不合格。在这个超深度的这个海域航行的时候,比如说我们大速度,比如说我们的这个持续大速度高速航行的时候,比如说我们这个长航时的时候,所以你必须把这些性能指标你都试出来、检验出来,达到这种要求,这样才能够交付给部队,或者是你满足这艘航母的基本要求,才能适合未来作战行动的需要。

  而直到一、二战时期,还有大量的民船被改造为用于一线交战的军用舰艇,譬如英国的伪装猎潜舰“Q船”,又或是用大型商船、货船加装武器改造成的“伪装巡洋舰”或“辅助巡洋舰”,不过二者加装武器的目的都不是自卫,而是用民船的身份隐藏自身意图,伺机攻击露面的敌潜艇或登船检查的敌海军舰船。

  蓝箭航天宣称,朱雀二号液体运载火箭将是中国民营商业火箭领域第一款中型火箭,对标世界民营火箭公司研发的产品,朱雀二号的运载能力将达到世界第三,全国第一。那么,朱雀二号性能究竟如何?

  M1A1艾布拉姆斯坦克属于战后的第三代主战坦克,是世界首次采用燃气轮机作为主动力的制式坦克。发动机采用的是AGT-1500燃气轮机,输出功率是1500马力。该机保养简单、冷却系统效率高,缺点是燃油消耗率和成本较高。该坦克采用了X-1100-3B全自动传动装置和改进型扭杆悬挂。坦克每侧有7个铝制负重轮、1个诱导轮,1个主动轮和2个无轮缘托带轮,采用T156型双销挂胶履带。

  解说:航母海试的根本任务就是发现问题并且做出调整,最终交付符合要求的航母,因此,在海试中,航母还要测试其在各种极限情况下的性能,如高速度、长航时,甚至是急转、急停等,必要的时候还要在极寒、极热的条件下进行测试,可谓是一场大运动量的“全面体检”。

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  艾布拉姆斯坦克自问世以来,30多年间先后经历了M1、M1A1、M1A2和M1A2SEP等发展阶段。M1艾布拉姆斯坦克无疑是当今世界上最好的坦克之一。对比各国陆军的主战坦克,美国的M1A1艾布拉姆斯主战坦克的坚甲利炮和不断升级的电子系统,使其保持着领先地位,成为同门中的佼佼者,至今仍是世界上最杰出的主战坦克之一。

  李杰:航母不可能做成五六艘航母来试验每项性能指标的极限值,但它要满足它的基本的作战指标要求,当然它有些作战指标要求的比较高,相对比未来作战行动当中可能要高一点,或者是在某项方面可能还高的比较多,但是只要完成这些性能指标,它就能符合未来作战的要求的比较多,但是只要完成这些性能指标,它就能符合未来作战的要求。

图为在邮轮上安装火炮改造的“特设巡洋舰”(上田毅八郎绘制)

  朱雀二号效果图

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  而在今日,由于道义和国际法律的限制,使用民船偷袭军舰不仅会使该行动的策动国处于劣势。其次,民船本身由于探测系统和机动性上的限制,也很难偷袭得手。

  朱雀二号基本型为两级液体运载火箭,直径3.35m,全长48.8m,总重216吨,起飞总推力268吨,500km高度太阳同步轨道运力2吨,200km近地轨道运力4吨,可以将两辆大型SUV轿车同时送入太空。

  【嘉宾】李杰,海军军事学术研究所研究员,长期从事军事战略、安全形势、武器装备、海洋军事等方面的研究,撰写并出版了大量的军事学术论文、报刊文章、以及数十本军事和海洋方面的专著;对各国航母的建造发展、作战使用及部署配置等相关问题曾进行长时间的跟踪与研究,并撰写过大量的有关航母的研究报告与专著;担任多家军事期刊编委及顾问,并作为中央电视台军事频道、国防数字频道、中央人民广播电台等多家媒体的特约嘉宾。

  再加上军用舰艇上安装的,探测能力强劲的对海雷达和光学传感器能够在目视距离外就识别出民船是否具备威胁,所以单纯在“海上交通线破坏”或“偷袭军舰”上应用改造的武装民船,已经是可行性极低的鸡肋了。

  以朱雀二号为基础型,经过简单组合即可形成拓展型,顶部加一级构成三级火箭朱雀二号甲,近地轨道运力6t,可执行中高轨卫星和地球同步轨道有效载荷发射任务;捆绑两个一子级构成朱雀二号乙,运力接近美国SpaceX公司的猎鹰九号,执行载人发射和货运飞船等发射任务;捆绑四个一子级构成朱雀二号丙,运力超过猎鹰9号,可执行空间站、深空探测和登月等发射任务。

  监  制:战 钊

  不过,这并不代表武装民船在现代战争中就毫无用武之地。倘若使用和改装得当,发挥优势的民船效能远胜军舰,这并不是一句空话。

  朱雀二号为何要做成中型火箭?

  制  片:金 赫

  最简单的办法:陆炮上舰

  目前,卫星制造、卫星应用出现了井喷式发展,但真正上天入轨的卫星仍远远跟不上地面的卫星规划及市场需求,核心原因在于运载火箭的总体运力距离卫星发射需求尚有较大距离。在SpaceX以大型火箭成功占得市场先机、Rocket Lab、Vector等小型火箭对市场进行有效补充的同时,适合进行微纳卫星组网、中小卫星组网及补网的中型火箭拥有了明显的市场机会。

  策  划:赵清建

  将民船(通常是有大平甲板的散货船或集装箱船)的甲板清空,用焊接在甲板上的铁链固定住多门牵引式加农炮、加榴炮甚至是自行火炮,这样的民船好像就具备了相当可观的火力?

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  科学顾问:李 杰

  从纸面上看当然是如此。但首先,搭载了“舰载炮兵”的民船完全无法和正规军舰对垒,因为海战早已不是目视炮战的时代,在反舰导弹面前民船可以说毫无还手之力。

  朱雀二号火箭发动机试车试验

  摄  影:肖春芳 张佳兴

  因此,“陆炮上舰”只适合用在对陆支援的场合。但即便如此,“陆炮上舰”的效率还远不如单纯的陆地炮兵,在使用上也有诸多限制。

  截至今年年中,我国现有的各型运载火箭,共发射278次,其中LEO运力在1.5吨到4吨的中型运载火箭发射次数最多,占比51%,国外各型运载火箭,共发射了4200余次,其中中型运载火箭共发射约2500次,占比约60%。世界各国中型运载火箭的需求量是最大的。

  后期剪辑:卢 刚

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  中型液体运载火箭是火箭发射市场的紧缺产品,而一台环保、高性价比、大推力的火箭发动机则更是决定了运载火箭在市场中的竞争力。未来,具备中型火箭研制能力的企业才能在以中低轨卫星发射需求为主流的商业发射市场中占有一席之地。

  图为90年代“陆炮上舰”的实验照片。图中可见榴弹炮、加农炮和轻型坦克、122毫米自行榴弹炮。(图片来自网络)

  朱雀二号发动机推力有何玄机?

  首先,海面上承载的船只并非是“刚性平台”,而是会随着海浪或火炮后座做相应的摇摆。这样一来,民船甲板上简单固定住的陆炮在没有舰炮平衡系统的情况下,实际精度相当“感人”。其次,民船的结构并未对火炮的后坐力做相应优化和加固,也就意味着火炮巨大的后坐力将一定程度上对船体造成不可逆的永久性损伤。

  朱雀二号液氧甲烷运载火箭两级箭体的舱段结构、贮箱前后椭球底、一二级发动机、一二级控制系统均采用同一设计状态,比传统火箭减少50%的产品种类。全箭共3台一体化单机,并集控制、测量、安控、供配电、时序控制于一体,降低全箭电气成本80%。在发射方面,朱雀二号运用的无塔架自动发射系统大幅度提升发射效率,可将发射准备时间缩短到7天,进发射场人数不超过20人。

  因此,“陆炮上舰”在小幅度地出现了几年之后很快就“销声匿迹”,为武装直升机和两栖榴弹炮这种更可靠的水-陆火力平台所取代了。

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  集装箱导弹系统:使民船变身“武库舰”的神器

  朱雀二号火箭发动机效果图

  事实上,如果不考虑火控和观测、通讯等必要的子系统,将导弹集成在民船上的“固有成本”要远低于火炮:前者没有感人的后坐力,空间需求也要小得多,对船体的破坏最多就只是到灼伤的地步。

  目前,俄罗斯的联盟号,美国的德尔塔2,宇宙神2,中国的长征2/3/4系列,欧洲的阿里安4,以及著名的猎鹰9,这些世界范围内发射数量最大,市场占有率最高的火箭其发动机推力,均位于60-100吨这个区间。处于这个推力区间的发动机,向下可以覆盖单发动机的小型火箭,向上可以覆盖中型火箭,大型火箭,极限可以用于类似猎鹰9的27台并联的重型火箭。商业价值最大、研制难度适中,投入产出比高。在发动机推力上,蓝箭选择了“80+10”的最优技术路线。其中80吨发动机通用于火箭一级和二级,10吨级发动机通用于二级游机和三级”。通过两型发动机的并联组合,就可以覆盖从小型、中型到大型,甚至重型的全甲烷火箭家族。

  而对于不需要舰船本身用雷达、光学或红外传感器“寻找目标”的对地巡航导弹、对地弹道导弹而言,平台和内部空间巨大的大型远洋民用船舶就是一个绝妙的平台。事实上,早在上个世纪八十年代末,美国海军就有一个名为“武库舰”的新舰种概念,其核心正是购入数艘十万吨级的超级集装箱船,在舰体中填入数百发“战斧”巡航导弹,成为一艘对全世界各地都极具威慑力的对陆打击平台舰。

  在发动机推进剂方面,朱雀二号没有选择目前世界上液体发动机常用的液氧煤油推进剂,而是直接选择了和SpaceX、蓝色起源正在研究的下一代发动机相同的甲烷燃料。甲烷具有低成本、易获取,纯度高、比冲性能高,发动机试车后无需清洗等优点,可以重复使用20次以上,是商业火箭的理想推进剂。该发动机地面型海平面推力67吨,地面型真空推力76吨;真空型真空推力80吨。

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  目前,该款发动机已完成全部设计工作,推力室、喷管、涡轮泵、阀门等核心部件已全部铺开生产。下半年将陆续进行80吨液氧甲烷火箭发动机燃气发生器试车、推力室挤压试车、燃气发生器与涡轮泵联试等试验,并于今年年底进行全系统试车。

  图为杂志上描述“武库舰”的页面。(来源:大众机械杂志)

  虽然“武库舰”概念在冷战结束后夭折,但通过“俄亥俄”级战略导弹核潜艇改造,加装了数十具“战斧”巡航导弹发射器的巡航导弹核潜艇,实质上继承了“武库舰”的衣钵,也从侧面证明了这样的火力平台的确有存在意义。

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  图为展示其“民船发射”模式的club-k型集装箱-巡航导弹系统。(来源:革新家设计局)

  而近年来,随着电子技术的进步,在单个标准40英尺集装箱内已经能集成4发(或更多)的巡航导弹再附带其控制设施。

  如此一来,只需要在民船上安装这种表面上看不出破绽的集装箱,即可使其拥有不亚于核潜艇的威慑力。不过这一行为有悖于现行的战争伦理和国际法律,不过在今后出现的大规模战争里,“集装箱导弹”一定会露面,因为它的突然性所带来的战略优势实在是太过诱人。

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