「迅聯計畫」戰鬥管理系統/海弓三艦載防空飛彈與垂直發射系統/艦載相位陣列雷達

 

 

中山科學研究院發展的天弓三型防空飛彈在屏東九鵬基地試射的畫面。台灣海軍委由中科院以天弓三型為基礎,

開發垂直發射的海弓三型艦載區域防空飛彈來裝備計畫中的國產新一代作戰艦艇。

 

台灣打算以高雄號(LCC-1)兩棲指揮艦作為測試中科院研製的新型艦載防空作戰系統

(含相位陣列雷達、垂直發射防空飛彈等)的平台。

 

中山科學研究院在2016年展出「迅聯專案」的全分散式艦載作戰系統顯控台,全面使用商規計算機硬體

與作業系統,系統架構可根據艦艇規模與任務不同而擴充/裁減;此系列作戰系統將用於

各項本國造艦計畫,包括新一代飛彈巡防艦。

中科院在2017年8月台北世貿國防展中展出「迅聯專案」的戰情中心布置模型。

(上與下)中科院在1980年代研製的天弓一/二型長程地對空飛彈系統的長白相位陣列雷達,基本設計來自於

美國奇異航太(GE)的高性能防空相位陣列雷達(ADAR-HP)。長白雷達的天線由5000多個輻射單元構成,

比美國神盾作戰系統的AN/SPY-1還多,最大探測距離達到400公里級。長白雷達部署在固定陣地,外部有

可升降的庫門保護。主陣面旁邊還有一個配套的小型陣面,可能是用與敵我識別或電子反反制。

(上與下)中科院在2000年代配合天弓三型防空飛彈發展的「機動式全相列雷達」,整體體積重量比先前長白雷達

低得多,天線陣面由三千多個輻射單元構成。「機動式全相列雷達」的設計與組件比長白雷達顯著進步,

不過仍然是被動相位陣列雷達。

2017年8月台北世貿航太國防展中展出的海軍「新一代飛彈巡防艦」(震海計畫)模型的四面固定相位陣列雷達,

四個固定陣面安裝在上層結構頂部一個八角形塔狀結構內;這個四面相位陣列雷達的塔狀結構與中科院研發展示館

(2017年3月8日啟用)中的展品類似,每組天線由一個主陣面和下方一個長方形陣面構成,與先前「長白雷達」

「機動式全相列雷達」類似,顯示此種艦載相位陣列雷達就是「機動式全相列雷達」的後續發展。

除此之外,中科院研發展示館也展出另一個單片旋轉式艦載相列雷達,構型類似陸地的「機動式全相列雷達」。

 

──by captain Picard

 


 

 

「迅聯專案」艦載作戰系統

海軍規劃用於未來新型艦艇的作戰系統稱為「迅聯專案」,這是由國防部軍備局委中科院研製的新一代艦載戰鬥系統,所需經費由國防部軍備局科學研究預算編列支應。「迅聯專案」目標是研發一種開放式戰鬥管理系統,與船艦防空、水面、反潛、電戰及資料鏈路系統結合;迅聯系統透過海軍現有資料鏈路系統取得聯合作戰資訊,呈現在共同戰術圖像中,並可接受聯合作戰中心的指揮,執行聯合作戰任務。「迅聯專案」包括與其他資訊傳輸分配系統整合,包括先前海軍「大成」資料鏈升級的「聯成」信息分配系統;此外,「迅聯專案」的範疇與設計規範也包含跨軍種的「迅安系統」的信息傳輸介面。「迅安」是台灣與美國合作的「博勝專案」中共同開發的聯合作戰指揮管制系統,將台軍各戰略戰術單位納入節點之中,使這些單位共同傳遞分享共通戰術資訊,並接受指揮管制。在2018年4月下旬,海軍司令部表示,台灣海軍已有六個作戰中心、30個岸基陣地、4個地空中繼站、14艘艦艇及1個測訓中心等,共有55處安裝了迅安系統的節點並擔負戰備。

「迅聯計畫」第一個應用成果是2014年交付海軍的陀江號雙體大型飛彈攻擊艦(迅海專案),艦上裝備迅聯計畫的初步成果;之後,再以此為基礎繼續擴充發展,成為一級主戰艦艇的作戰系統。依照台灣海軍規劃,如果「迅聯計畫」發展順利,就會用來替換現役成功級、康定級、濟陽級、基隆級等主戰艦艇的舊型戰系,此外也用於之後新造的水面作戰艦艇。

迅聯專案於民國106至107年(2017至2018年)進行海上測試,由海軍選擇一艘一級艦安裝迅聯系統,界接艦上各式裝備,測試項目包括與迅安及聯成系統進行整合;同時,海弓三防空飛彈與垂直發射系統也進行整合測試,中科院也一併進行海劍二防空飛彈與垂直發射系統的整合工作。迅聯系統預定於民國108年(2019年)完成初期作戰測試評估。

引進MK-41垂直發射系統/新一代艦載防空飛彈發展(海弓三/海劍二)

依照2014年初海軍司令部公布的未來兵力計畫,海軍打算以中山科學研究院(中科院)開發的艦射版天弓、天劍二防空飛彈作為未來台灣海軍艦艇的防空武器,取代向美國購買的標準SM-1/2防空飛彈。

在2014 年10月左右,媒體「上報」宣稱,經過與美方兩年的談判後,美國同意以商售管道提供MK-41艦載垂直發射系統給台灣,裝填中科院開發的艦射版天 弓、天劍二防空飛彈(消息指出中科院已經比較過天弓與天劍二型的彈體,可以適配於MK-41發射器中),在2014年底前與供應商美國洛馬集團簽署採購意 向書 。「上報」指出,台灣海軍向美國購買MK-41,原因之一是中科院自行研發艦載垂直發射器時,無法提高萬一飛彈點火後停在發射器內的安全性、如何進行消防與排 除飛彈的安全保證。天劍二型可能參照美國ESSM防空飛彈的模式,一管裝四枚來提高攜行量。

在2015年12月中旬,媒體宣稱由於中科院與洛馬集團協商MK-41垂直發射系統的技術轉移案,雙方因價格無法達成共識,無法如預期在2015年11月 簽署採購與技術轉移等相關合約,雙方打算在2016年2月再談。原本此案中,台灣方面打算以商購管道向洛馬集團訂購一套MK-41,並在洛馬技術轉移之 下,由中科院完成後續垂直發射器套件的生產。「上報」宣稱,中科院原訂在2015年11月簽署包含MK-41垂直發射器的採購、技術轉移等相關合約後,才能在2017年如期 進行系統測試,並結合中科院的艦載版天弓、劍二飛彈進行實彈試射;而由於無法如期簽約,中科院確定無法照計畫在2017年進入飛彈試射階段。 在2016年3月底,媒體宣稱,由於對技術轉移時程以及技術轉移後智慧財產權等爭議無法獲得共識(原本技術轉移期程為5年,中科院要求縮短為3年4個月來 彌補談判落後的時程,但洛馬認為原訂時程是雙方就各項技轉、製造、測試等工作所計算的時間,不能因談判時程延宕而片面縮短期程),中科院與洛馬集團的談判 再次破局 ,無法如原訂在3月結束前簽署合作同意書。

 經過一個月後,在2016年4月底,有消息傳出台灣方面與美方終於對引進MK-41的合作方式達成共識,雙方即將簽署合約 。依照中科院2016年度第二季科學技術研究發展購案決標資料,洛馬集團獲得「艦用垂直發射器」,得標金額21億5400萬新台幣,在2016年4月29 日決標,雙方在2016年5月23日簽訂合約。依照後續消息,此項合約包括購買兩套完整的MK-41垂直發射器(一套用於陸地測試,一套則裝艦測試)以及部分核心技術轉移、相關人員的技術培訓工作等,履約期間為60個月(5年)的時間;此案中由美方轉移的核心技術主要是MK-41的防爆、抗高溫與排焰系統等,而發射箱內探測氣體、溫度、自動灑水降溫等項目則由中科院自行整合研製。依照後續消息,中科院在跟洛馬集團進行技術轉移談判的過程中,由於台灣方面缺乏熟知技術移轉相關法規的人員,導致先前談判過程多次受挫;技術移轉的相關法規十分嚴謹,例如轉移的技術的知識產權、運用範圍、輸出管制、利潤分配等都有嚴格規範。

在2016年12月21日,有消息指出中科院天弓三型防空飛彈的艦載版在屏東九鵬基地進行首次垂直發射的飛行測試,結果令人滿意 (據說先前在12月14日進行首次試射,但由於信號連結問題而無法操作,排除問題之後才在21號試射成功)。天弓三型艦載版代號為「海弓三」,是海軍 發展新一代作戰系統「迅聯專案」的子項目,飛彈尾翼可以折疊。依照消息,中科院計畫將「海弓三」整合到本身自行研製的垂直發射系統中;此時中科院已經與美 國方面談妥,以商購(DCS)管道引進兩套MK-41垂直發射器進行測試(包含未來可能的技術轉移),正等候美國官方的輸出許可, 而中科院先前早已為國產海劍二等防空飛彈研製出配套的垂直發射器(可追溯至1990年代末期到2000年代初期),因此也希望自製垂直發射系統能與美國 MK-41進行評比測試,爭取海軍的信任。

在2017年1月初,消息傳出台灣海軍將以高雄號(LCC-1)兩棲指揮艦(原中熙號登陸艦,LST-219,前身是1944年4月服役的杜克號戰車登陸艦,USS Dukes LST-735,曾參與第二次世界大戰以及1958年的金門砲戰)作為測試新型防空飛彈系統的平台,搭載垂直發射器來測試中科院研製的新型防空飛彈 (包括海弓三與海劍二)。 由於此時從美國引進MK-41垂直發射器尚未完全談妥,因此預估首先仍會以中科院自製的垂直發射系統安裝在高雄號上,進行海弓三的海上測試。 依照部分消息,台灣海軍原先選擇曾參與金門古寧頭戰役的中海艦(201)作為測試平台,但遭金門立委反對,要求未來將中海艦作為軍艦博物館,因此台灣海軍只能重新選定其他堪用的的中字號登陸艦。

在2017年6月29日,美國國防安全合作局(Defense Security Cooperation Agency,DSCA)公布 美國總統唐納德.川普(Donald Trump)2017年上任以來對台灣的第一批軍售項目,總價值約433億新台幣;在此同時,也有消息傳出美國政府同時批准了前述台灣與洛馬集團簽署的MK-41垂直發射器採購與技術轉移合約,由於這是透過直接商售(DCS)而非政府間的海外軍售(FMS)管道,因此MK-41沒有出現在DSCA公布的項目之中。

依照2017年1月初媒體披露的消息(未證實),中科院海弓三防空飛彈在2016年12月14日首次在屏東九鵬基地進行與國產垂直發射系統(中科院參考美製MK-41研製而來)的整合測試,當天由於海弓三飛彈與垂直發系統的電子信號無法連結,試射取消。經中科院人員排查故障後,於2016年12月21日再度安排海弓三試射,此次飛彈從垂直發射器升空並抵達預定高度的空域內,意味海弓三與國產垂直發射系統初步連結成功。隨後,中科院在2017年內繼續進行垂直發射系統測試,並在2017年底進行陸上實彈試射,成功後就將垂直發射系統以及後端作戰系統安裝在高雄號登陸艦上,進行海上實彈測試。

依照2018年1月底「上報」的消息,台灣海軍「迅聯專案」會在2018年內,以高雄號戰車登陸艦搭載垂直發射的海弓三型防空飛彈系統(含作戰系統與相位陣列雷達)進行海上全系統實彈測試 。由於美國技術轉移MK-41給中科院的案子還在進行(中科院派往美國的人員此時正陸續返台),而從美國購買的MK-41垂直發射器要在2019年才會抵達台灣,因此 在2018年的海上測試中,會以中科院自行研製的垂直發射器來裝載海弓三飛彈。 不過對於此消息,中科院立即發表聲明駁斥,表示此報導對於中科院派員赴美接受垂直發射系統技術轉移、海弓三系統性能測試及驗證、海軍後續艦列裝等內容,均非屬事實;中科院強調迅聯專案各項執行期程,皆以軍種需求為原則,並依據國防部建案辦理。

在2018年7月內,中山科學研究院陸續公布「旋轉三維相列雷達桅塔等14項製作及安裝」(電子所)、「雷達系統底座結構補強及轉接座加工等8項」(材料暨光電研究所)、「船體加改裝補強設計分析」、「八角塔」(材料暨光電研究所)等商情詢價公告,內容項目都跟在船艦上安裝旋轉三維相位陣列雷達的桅杆塔(即八角塔)、戰鬥管理系統(利用貨櫃來裝設)、發射系統(分為在船舯與船尾)以及相關設施(包含供電、冷卻、消防、空調環控等)、結構加固補強等工程。這顯然就是要將整套迅聯作戰系統含三維相列雷達、垂直發射系統裝上船艦平台進行整合測試的工程。

在2018年12月6日,中科院電子系統研究所在院內採購資訊網上公告「三維相列天線等中心裝備吊運包裝」的資訊,內容包括將一面相位陣列天線從九鵬基地拆卸並運送到海軍高雄左營軍港,向列天線等裝備包裝(包含三面相位陣列天線、高功率切換器、三組接收機、19吋與23吋後端機櫃、空調冷卻等相關設備)並運送到左營軍港,三維相列桅塔中心裝備安裝(包含四面天線、四組接收機、19吋與23吋後端機櫃、高功率切換器等以及相關裝備等)、IFF桅塔內中心裝備安裝(包含環形天線IFF等),從中科院通知日起30日內完成交付。這顯示此時中科院的艦載相位陣列雷達會先安裝在屏東九鵬基地進行測試,然後運至海軍在高雄的左營軍港等待裝艦測試。

 

艦載相位陣列雷達

在2016年公布的海軍「新一代飛彈巡防艦」(即「震海計畫」)中,中科院電子所負責研製此型艦所需的三維多功能追蹤、射控相位陣列雷達。

1980年代中科院研製天弓一型防空飛彈系統時,從美國奇異(GE)航太(原為RCA,破產後由奇異航太購併)引進「高性能防空防空相位陣列戰術雷達」(Air Defense Array Radar-Tactical, ADAR-HP)技術,發展成固定陣地式的長白相位陣列雷達(服役後中科院稱為「固定式全相列雷達」)。RCA就是原本美國海軍神盾作戰系統的AN/SPY-1A相位陣列雷達的承包商,不過受到美國對台軍事輸出的限制,美方廠商不能直接將美軍自用的產品(如AN/SPY-1雷達)輸出給台灣,也不能派遣該廠商美軍相關項目的團隊協助台灣,因此實際上ADAR-HP與AN.SPY-1。當時為了滿足對空探測能力的要求,長白雷達系統十分龐大,雷達陣面的輻射單元數量多達五千多個(美國AN/SPY-1A相位陣列雷達每個陣面輻射單元數是4000多個);長白雷達是一種被動相位陣列雷達,採用S波段操作,電子控制的波束可在兩個軸向瞬間移動,水平向為120度,垂直向為70度,最大探測距離超過400km。

長白相位陣列雷達系統早年的照片,當時將長白相位陣列雷達部署在一個拖車上,

而配套的終端照明雷達(畫面左側)也裝在拖車上。由於天弓一/二型防空飛彈

採用陣地式部署,加上長白雷達拖車重量過大、實用性不高,因此實際部署時,

長白雷達是安裝在固定陣地的結構內。

中科院研發展示館陳列的「機動型中程三維相列射控雷達」。館內展出的「艦用

旋轉相列雷達」構型與此雷達類似,將單一的相位陣列雷達天線安裝在一個可360度

水平旋轉的基座上。

在2000年代,中科院配合天弓三型防空飛彈發展出「機動型中程三維相列射控雷達」(在2008年國慶閱兵首度公開),後來中科院稱為「機動式全相列雷達」,系統體積重量比先前「長白雷達」低得多,陣面上的輻射單元數量降至三千多個,仍採用S波段操作,波束的水平向掃描範圍120度,垂直向為90度,最大探測距離仍達到400公里級。

中科院顯然是以配合天弓三型的「機動式全相列雷達」為基礎,進一步開發固定四陣面式的艦載相位陣列雷達。在2017年3月8日啟用的中科院研發展示館中展出了兩種艦用相位陣列雷達,其中一種採用四面固定式陣面,安裝在一個八角形的塔狀結構裡;另一種則將單片相位陣列天線設置在一個可360度水平旋轉的基座上。在2017年8月台北世貿航太國防展中首度公布的「震海案」新一代飛彈巡防艦模型,艦體上層搭載一個八角型結構,裝置四面固定式相位陣列雷達,這個結構就跟中科院研發展示館中展出的固定式艦載相位陣列雷達大致相同。依照此一模型,每個固定相位陣列天線下方都有一個長條型輔助平板天線(可能是用於對抗電子干擾或者識別),這與先前「長白雷達」以及「機動式全相列雷達」十分類似。

然而從2017年到2018年,媒體不時有消息傳出,中科院研製的艦載相位陣列雷達系統(四面固定陣列)體積、重量較大,沒辦法相容於海軍「新一代飛彈巡防艦」規劃的4500噸艦體,除非船艦能進一步擴大,或者降低相位陣列雷達的 規格以減輕重量。改良自「長白雷達」的「機動式全相列雷達」的技術根源仍然是最初RCA的ADAR-HP,歷年來雖然已經大幅更換新型硬體設備(例如後端信號、資料處理組件),但這種被動相位陣列雷達的整體架構已經落後(例如後端集中式的行波管發射機,透過複雜的導波管將射頻能量傳遞到天線陣面),先天上很難進一步提高性能與縮減尺寸重量。

在2018年7月29日,「上報」新聞披露中科院研製海基相位陣列雷達的「迅達計劃」進度嚴重落後,將系統小型化、降低安裝重心等相關設計遇到瓶頸,導致裝上規劃中的「震海計畫」艦體平台出現困難。依照這篇報導,海軍對於海基型相位陣列雷達的性能規格,要求偵測距離可超過300公里;雖然目前中科院的相位陣列 雷達可以滿足此一指標,然而整個系統體積重量超過目前「新一代飛彈巡防艦」艦體載台容許的餘裕。依照報導,中科院曾嘗試採取減低體積重量以及降低安裝重心的措施,例如將雷達後端部分設備(信號處理端與資料處理端)分裝在不同處,分散全系統的布置,避免所有沈重設備都放在與天線同一層甲板而使重心過高,然而分開布置之後卻發現信號傳輸過程扭曲失真;此外,中科院也嘗試進一步將信號處理器小型化,但目前穩定性還不夠,目前尚未突破關鍵技術。「上報」引述知情人士,如果要安裝中科院現行的 四面固定式相位陣列雷達系統,新巡防艦的體型必須放大(排水量需增加到5800噸以上),然而這牽涉到大量修改以及整個配套計畫,海軍並不同意。而另一種折衷辦法就是不使用固定式四面陣列天線,改成旋轉形式,在水平機械旋轉座上裝備單面或雙面背接相位陣列天線;但這會使戰術性能降低 ,例如減少了雷達更新率,因此海軍也不願意。

由於中科院無法克服這些縮減體積重量的關鍵技術,原本海軍希望在2019年展開「震海計畫」原型艦的建造工作,可能會發生變數。