伊莉莎白級航空母艦

(上與下)皇家海軍21世紀前期主力──兩艘伊莉莎白級(Queen Elizabeth class)航空母艦的想像圖。

兩艦分別是伊莉莎白號(HMS Queen Elizabeth R08)與威爾斯親王號(HMS Prince of Wales R09)。

2008年歐洲海軍展中展出的CVF伊莉莎白級(Queen Elizabeth class)航空母艦的模型,此時為滑跳起飛構型。

英國政府在這一年正式簽署伊莉莎白號的建造合約

(上與下)於2011年底出現的CVF想像圖;由於此時將機種換成傳統起降的F-35C,因此艦首滑跳甲板便遭到取消,

改成了彈射器。 然而到了2012年5月,英國又將艦載機種改回F-35B,恢復滑跳甲板設計。


伊莉莎白級航空母艦的船段區分以及建造分工圖。

由BAE位於蘇格蘭克萊德河畔的高文廠區建造的伊莉莎白號(HMS Queen Elizabeth R08)的艦底三號船段

(Lower Block 03),由拖船拖至位於蘇格蘭的 羅賽斯(Rosyth)的廠區進行總裝。攝影於2011年8月左右。

(上與下)在2013年2月上旬,伊莉莎白號的飛行甲板前部分段與艦體結合。

伊莉莎白號的前艦島(重680噸)於2013年2月初朴次茅茲的BAE船廠設施建成之後,

透過水路運至蘇格蘭羅賽斯的廠區進行總裝。

伊莉莎白號的前艦島在2月12日抵達羅賽斯斯廠區。

在2013年4月,伊莉莎白號的前艦島已經就位,艦體已經大致成形,主要分段就只差後艦島還沒到位。

(上與下)由BAE斯高頓廠區建造的伊莉莎白號的後艦島在2013年6月中旬抵達 羅賽斯斯地區準備裝艦,

上圖是通過當地福斯橋(Forth Bridge)的畫面。

2013年6月28日,伊莉莎白號的後艦島與艦體結合之前,由皇家海軍(中)、皇家空軍(右)

與英國陸軍(左)代表將一塊牌子放入艦島下方。

攝於2014年1月的照片,二號艦威爾斯親王號(HMS Prince of Wales R09)的艦首船段(左)正進入 羅賽斯的船塢進行組裝。

右側為伊莉莎白號。

攝於2014年初的伊莉莎白號。

攝於2014年3月下旬的伊莉莎白號。

攝於2014年中的伊莉莎白號 ,距離下水只剩不到一個月。此時艦面塗裝已經大致完成。

在2014年7月初,皇家海軍光輝號(HMS Illustrious CV-06)航空母艦抵達羅賽斯船塢,準備參加

伊莉莎白號的下水典禮。這是從光輝號甲版上拍攝伊莉莎白號。

(上與下) 在羅賽斯船塢並排的光輝號(左)與伊莉莎白號(右),攝於伊莉莎白號下水之前。

(上與下)下水前夕的伊莉莎白號,滑跳甲板前方放著一架F-35B戰機的模型。

(上與下) 下水典禮前夕的伊莉莎白號,左為參與典禮的光輝號,此照片充分顯示兩型航空母艦的體型差距(約三倍)。

2014年7月4日伊莉莎白號下水典禮時,皇家空軍紅箭(Red Arrow)特技小組編隊飛過上空。

伊莉莎白號下水典禮時,由梅林、海王、超級大山貓直昇機組成的編隊飛越上空。

伊莉莎白號滑跳甲板擺放著一架F-35B戰機的模型

伊莉莎白二世(Queen Elizabeth II,中)到場主持下水典禮,左為伊莉莎白的丈夫愛丁堡公爵.菲利浦親王

(Prince Philip, Duke of Edinburgh),右為第一海務大臣(First Sea Lord)喬治.山比拉斯上將(Admiral George Zambellas)

(上與下)在羅賽斯的乾塢建造中的威爾斯親王號以及艤裝中的伊莉莎白二世號,攝於2015年中旬

在2016年1月中旬,威爾斯親王號的後艦島與艦體結合。

在2017年9月8日,威爾斯親王號在羅賽斯船塢舉行了命名受洗儀式,由查爾斯王子(即威爾斯親王)的夫人

卡蜜拉主持命名。

 

 

艦名/使用國 伊莉莎白級航空母艦/英國

(Queen Elizabeth class)

承造國/承造廠 英國/

Rosyth, Babcock International

Appledore, Babcock International

Scotstoun, BAE

Govan, BAE

Portsmouth, BAE

Birkenhead, Cammell Laird

Hebburn, A&P Group

尺寸(公尺) 長280 水線寬39 最大寬度73 吃水11

飛行甲板長263.5 寬69

排水量(ton) 滿載約70600(69500長噸、77800短噸)
動力系統/軸馬力 IFEP

Rolls Royce Marine Trent MT-30燃氣渦輪*2/96000(36MW*2)

Wartsila 16V38B級柴油主機*2/30000(11MW*2)

Wartsila 12V38B級柴油主機*2/24000(9MW*2)

Converteam先進感應電動機*4/107281(20MW *4,每兩部串聯為一個機組)

雙軸

航速(節) 26.5
續航力(海浬) 10000/15節
偵測/電子戰系統 Type 1046(S-1850M) 3D對空搜索雷達*1

Type 997 (Artisan) E/F頻三維輕型多功能雷達*1

I頻導航/平面搜索雷達

Selex Galileo SPN-720 I頻進場雷達*1

Ultra Series 2500 EOS光電感測系統

Type 2170魚雷反制系統(SSTD)

其餘不詳

射控/作戰系統 CMS戰鬥管理系統

JDITS聯合戰術資料分配系統(Link-16])

其餘不詳

乘員 船員672

航空人員900以上

艦載武裝 MK-15 Block 1B方陣近迫武器系統*3

MSI DS-30B 30mm遙控機砲*4

其餘不詳

艦載機 標準編制:

F-35B戰鬥攻擊機*12(平時)/24(重大演習與作戰任務)(滿載50架)

梅林預警直昇機*4~5

梅林HM1/2反潛直昇機*6~9

 

突擊模式:25架CH-47運輸直昇機

數量 共兩艘──

Queen Elizabeth

Prince of Wales

備註

共二艘

艦名 簽約時間 安放龍骨 下水時間 服役時間
R08 Queen Elizabeth II 2008/7/3 2009/7/7 2014/7/4受洗

2014/7/16下水
2017/12/7
R09 Prince of Wales 2008/7/3 2012/2/16 2017/9/8受洗

2017/12/21下水

原訂2016

──by captain Picard

 


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起源

第 二次世界大戰之後,大英帝國的國力不再強盛,連歷史悠久、傳統優良的皇家海軍也無力維持傳統起降航艦。在1960年代,英國曾進行CVA-01傳統起降航 艦計畫以汰換二次大戰時代建造的傳統起降航艦,但因過於昂貴而 在1966年遭工黨政府封殺。之後皇家海軍退而求其次,在1970年代推出操作STOVL戰機與直昇機的無敵級輕型航空母艦,來滿足反潛與有限度的制海、 制空等任務。在冷戰時代,由於歐洲盟國在大西洋上的主要任務就是防堵蘇聯潛艦的封鎖,北約海上打擊主力落在美國強大的航艦戰鬥群身上,因此以反潛為主要任 務的無敵級航艦還算是適得其所。

然 而在1982年的福克蘭戰爭中, 皇家海軍只有兩艘攜帶STOVL戰機的輕型航空母艦(無敵號與競技神號)為遠征艦隊提供防空掩護,面對阿根廷空軍超過百架岸基飛機的挑戰時已經有點力不從 心 ,經常處於被動迎戰狀態。由於搭載機數量有限,加上海獵鷹STOVL戰鬥機的速度與航程都不足,使得皇家海軍在戰爭中實質上無法維持高強度的戰鬥空中巡邏 (CAP);而欠缺有效的艦載預警機(只擁有搭載雷達的預警直昇機,算是聊勝於無),也讓皇家海軍不得不將幾艘Type 42防空驅逐艦佈置於艦隊前端充當雷達哨戒艦,成為阿根廷機群來襲時首當其衝的犧牲品,付出了兩艘沈沒、一艘受創退出戰場的代價;在聖卡洛斯灣登陸作戰期 間,阿根廷軍機也多次突破英國遠征艦隊防空網,擊沈、擊傷多艘軍艦(若不是阿根廷空軍的炸彈引信不適用於低空轟炸導致許多命中彈未爆,皇家海軍蒙受的損失 將更為慘重)。而如果阿根廷海軍不是因為貝爾格拉諾上將號巡洋艦被擊沈而立刻全面撤出戰鬥,則無敵號與競技神號的機對就要同時擔負防空掩護與對海攻擊任 務,勢將更加力不從心。

為 了能在2010年代即時替換無敵級航艦,英國早在1994年便展開新一代航母的初期評估研究,計畫名稱最初為CVSG(R),稍後演變成CV(R)。經過 檢討之後,英國DOR在1996年公佈初期評估結果,認為 皇家海軍必須建造兩艘三到四萬噸級、能搭載最多40架固定翼機的大型航空母艦來取代現役三艘無敵級 (爾後研究顯示船艦排水量必須放大到五、六萬噸級左右,才能攜帶足夠的艦載機燃料、彈藥與零件物資來支持足夠的出擊架次)。先前福克蘭戰爭等教訓已經證 明,只有較大型的航空母艦才能搭載足夠的艦載機隊來滿足皇家海軍的各種任務需求,並在戰爭爆發時提供足夠的戰鬥力。除了自製新航母之外,英國也曾研究取得 兩艘美國海軍已經除役的佛瑞斯塔級(Forrestal class)傳統動力航空母艦,不過這麼龐大而老舊的航母明顯不符合成本效益。在1997年5月,當選未久的工黨政府展開新一輪戰略防衛評估 (Strategic Defense Review,SDR),並在1998年7月公布,其中正式確立發展新一代航空母艦來取代無敵級,計畫名稱為「未來航空母艦」(Future Aircraft Carrier,CVF)。 這份戰略防衛評估報告認為,在未來英國需要投射武力的場合中,有可能無法獲得海外蒙國配合借用基地,或者是即便盟國同意借用基地,也無法在第一時間內部署 備便,因此英國希望CVF航空母艦能成為英國最快展開投射武力,並具備強大威嚇影響能利得平台;這份報告的結論指出,應建造兩艘排水量三至四萬噸級、搭載至多50架航空機(含直昇機)的航空母艦。

在1999 年1月,英國國防部採購執行局(MODPE)批准CVF的初期規劃工作,為期一年,並開始招標選商。在1999年1月25日時,總共有六家廠商被邀請參與CVF的競爭,包括英國的英國航太(BAE System)與馬可尼電子系統( Marconi Electronic Systems),美國波音(Boeing)、洛克希德.馬丁(Lockheed Martin)與雷松(Raytheon),法國Thomson-CSF(2000年時成為Thales)等。 在1999年11月,英國國防部選擇BAE System與Thales兩家廠商作為第一階段初步概念發展階段的評估對象,在11月23日與雙方簽署合約。兩個都結合海內外廠商,由BAE System領導的團對包括有勞斯萊斯(Rolls Royce)、韋斯伯造船廠(Veosper Thorneycroft)、阿勒尼亞.馬可尼(Alenia Marconi Systems,AMS)、史特根.漢蕭(Strachan & Henshaw)、美國的諾斯洛普格拉曼(Northrop Grumman)與洛克西德.馬丁(Lockheed Martin)等公司,而法國特拉斯(Thales)領導的團隊包括達文浦管理公司(Devonport Management)、奧斯通海洋系統(Alstom Naval Systems)、史文.杭特造船廠(Swan Hunter)、哈蘭伍爾夫(Harland & Wolff)、哈里波頓(Halliburton)、BMT Defence Systems、美國的雷松與洛克西德.馬丁等。在這個階段,估計CVF的研製、建造預算為29億英鎊。

 

初期構型考量

1999年提出的CVF想像圖,上為傳統起降構型,下為STOVL構型。

在1999年11月CVF第一階段初期規劃展開之際,皇家海軍總共提出九種方案構想進行評估,其中有七個為全新設計建造,大致分為短場起飛/垂直降落 (STOVL)型、傳統起降型(CTOL)以及滑跳起 飛/捕捉降落型(STOBAR)三類;其中,CTOL方案有兩個,分別搭載40與36架飛機;STOVL方案有四個,搭載機數量分別為40、26、20、 15架;STOBAR方案有一個,搭載26架。除了前述七個新造案之外,另外兩個方案則由現有船隻改裝,最為廉價保守但性能也最低:一個是購買現成貨櫃輪 再進行改裝的方案(STUFT),可搭載20架飛機,再來就是將現役無敵級進行大規模延壽改裝(SLEP),同樣約搭載20機。評估階段開始後, 皇家海軍自然首先排除由貨櫃輪改裝與無敵級延壽這兩項;而BAE、Thales集團初步設計的範圍,則集中在可搭載30至40架艦載機的區間。以下就分別 介紹: 

1.STOVL構型:

與原先無敵級航母的 艦載機模式相同,也是 皇家海軍在CVF中列為第一優先的選擇。皇家海軍飛行員早已熟悉STOVL操作模式,因此CVF若選擇STOVL構型,可將成本與換裝時的適應問題降至最低。STOVL操作不需要彈射器以及阻攔索,可以節省不少購置成本以及操作所需的人力。

在1982年,皇家海軍曾進行滑跳起飛的擴大研究,這是1971年P.1127(獵鷹式的原型機)以6度、9度、12度仰角滑跳起飛的初期測試的延續,參 與的機種包括獵鷹系列新的GR.5以及傳統起降的海軍F-4K幽靈式、加勒比海盜式(Buccaneer)和空軍美洲虎攻擊機、龍捲風ADV攔截機等,其 中獵鷹GR.5與F-4K都測試12度與15度滑跳起飛(F-4K為了進行15度滑跳台起飛,在進器道兩側增加一對額外的小型側板來增加最大攻角),而較 老舊的加勒比海盜以及起落架未強化的空軍美洲虎、龍捲風ADV則都只使用12度滑跳起飛。其中,F-4K推重比最大、並可將發動機部分氣流引進到襟翼上維 持舵面周邊氣流品質的裝置,在22.7噸最大起飛重量、94%發動機推力、使用15度斜角甲板起飛時,不使用襟翼吹氣裝置需要155~161公尺的滑行距 離,而使用襟翼吹氣裝置則只需119m的滑行距離起飛。在1988年,由英國建造實驗、為了驗證EFA歐洲共同戰鬥機(後來成為EF-2000)技術的 EAP驗證機也進行15個架次的滑跳起飛測試,在12度滑跳甲板測試、使用94%發動機推力時,於推重比0.78、0.87的狀況下分別只需要滑行 123m與101m就能起飛。英國這些測試顯示,多數傳統起降噴射機只要能一定程度地適應低速飛行階段,都能直接改成以滑跳起飛。

STOVL 構型的缺點在於機種選擇彈性較低,只能讓性能較高、推重比較大的飛機起飛,而無法使用推重比低的飛機(如空中預警機);而以滑跳台能產生的升力效應還是不 如彈射器,即便是高性能噴射戰機需要滿載油彈起飛,還是需要較長的滑行距離,對整個飛行甲板起降調度造成困擾(以美國尼米茲級航空母艦的蒸汽彈射器為例, 最大彈射行程為95m,在這個距離內能讓34噸重的飛機加速至185節,可讓E-2這樣的低性能重型飛機順利起飛)。而如果不具備攔截索,就只能讓具備 STOVL能力的飛機以垂直方式降落。換而言之,STOVL構型的主力艦載戰機非JSF的STOVL型不可,如果該機型無法順利完成,CVF就不能採用 STOVL構型。

2.CTOL(CATOBAR)構型:

BAE在2002年提出的CVF傳統起降想像圖,此時的CVF仍是排水量65000ton、搭載50架艦載機的龐然大物。

又稱為彈射起飛/攔阻索降落(CATOBAR),以彈射器讓飛機升空,飛機降落時則以攔阻索使其急遽減速,美國超級航母都採用這種構型。靠著彈射器與攔截裝置的幫忙,CTOL構型 航母 能為起飛的艦載機提供最大的額外動力輔助,效率超過滑跳甲板,這能讓滿載油彈的重型攻擊機或者推重比較低的大型預警機起飛,機種選擇彈性最大,而且艦載機 升空時能擁有較大的籌載(含武器、油料),作戰半徑與武力最高 。而且如採用彈射升空,以CVF的噸位起碼能安裝兩具彈射器,每一波讓兩架飛機連續升空,而如果使用滑跳台就只能在艦首安裝一座,由於每次戰機起飛後,下 一架必須等待前一架留在滑行道的廢氣消散才能再起飛(不同彈射器之間由於間隔足夠,不會有這種問題),因此起飛速率不如彈射升空 。此外,在與盟國聯合作戰時,唯有CTOL構型航母才能在必要時讓美、法等盟國的艦載機著艦。

不 過CTOL構型對飛行甲板的相關配備要求也最多,除了要配備彈射器、攔截裝置之外,還得採用斜角飛行甲板的設計將起飛與降落的動線方線錯開,以免降落的飛 機若沒被攔阻索成功捕捉便一頭衝撞停在前方的飛機 (事實上,蒸汽彈射器與斜角飛行甲板都是英國人的發明,只因為二次大戰之後英國無力繼續維持傳統航母兵力,結果這些成果被美國航母發揚光大,目前美國反倒 成了唯一有現成蒸汽彈射器設計的國家 )。當然,斜角飛行甲板會讓航母的尺寸(成本)增加,彈射器不僅會佔空間、花成本,還會消耗艦上的動力。由於牽涉的硬體設備多(主要是彈射器與阻攔索), 與船艦設計和動力系統高度相關,且降落速度高,傳統起降型航母在操作上的風險大於STOVL模式,也有許多必須長期累積才能獲得的經驗,對於已經30年沒 使用傳統起降艦載機的皇家海軍而言將會遇到許多麻煩。

彈 射器方面,由於CVF最初便打算採用整合電力推進系統,因此如果想使用傳統蒸汽彈射器,就必須增設額外鍋爐來提供蒸汽。另一種前瞻的選擇是使用嶄新的電磁 彈射器,QinetiQ公司與美國海軍研究新一代的電磁彈射器(Electromagnetic Aircraft Launch System,EMALS),目前的研究目標是彈射所需的300呎長(91.4m)、功率90MW的線性馬達;未來此型先進彈射器將用於美國新一代的 CVN-21航空母艦。

 

STOBAR構型:

此種構型首見於俄羅斯庫茲涅左夫海軍上將號(Admiral of Soviet Fleet N.G. Kuznetsov)航空母艦,艦載機藉著滑跳甲板起飛,降落時以攔阻索回收。STOBAR同時融合CTOL與STOVL的部分構型,因此其特性也介於後二者之間,包括艦載機的選擇彈性、成本、起降風險、出擊率等 ;它可以操作一些STOVL航母無法運用的高性能傳統起降定翼戰機,但無法操作重型攻擊機或大型預警機。

英國將STOBAR納入CVF的考量的主因就是擔心JSF慘遭不測;STOBAR的 建造與運作成本仍低於CTOL構型,而且可操作EF-2000、飆風、F-18E/F等傳統起降高性能艦載戰機。萬一JSF無法成行,則英國還有上述幾種傳統艦載戰機可作為替代方案。此外,相較於STOVL構型,STOBAR構型在必要時可收容盟國海軍的傳統起降型艦載機 (當然,不一定能從CVF上再升空)。

 

構型的確定

單就艦載機的使用彈性與操作效率,彈射起飛的CTOL似乎是不做他想的選擇,然而皇家海軍航空隊已經操作STOVL戰機數十年,如要引進複雜得多的 CTOL起降模式,從航空到勤務人員的訓練與作業都要重新訓練;即便是折衷的STOBAR模式, 相較於垂直降落,仍然多了阻攔索攔截飛機的步驟,整個甲板運作模式也和STOVL大不相同。更何況持續以彈射器、阻攔索來進行起降作業,相關消耗成本都比 STOVL大得多。另外,F-35B具備過去海獵鷹所沒有的超音速和中高空攔截能力,幾乎與一般戰鬥機同級,這彌補了過去STOVL航母的缺憾。

在2002 年9月30日,FJCA計畫正式選定了F-35B STOVL戰機,因此CVF就確定為STOVL起降構型。雖然如此,皇家海軍還是決定在CVF的設計上預留改裝為CTOL(CATOBAR)構型餘裕,包 括保留安裝彈射器與攔阻索的空間、足以承受重型定翼艦載機的甲板強度、斜角甲板配置等等 ;此舉除了保留未來的選擇彈性外,也是因為CVF有50年的使用壽命,顯然F-35B會更早除役,為了避免沒有適當的STOVL機可資接替,故CVF必須 因應變更為CTOL構型的可能。不過日後的資料顯示,雖然初期構想時CVF保留加裝彈射器與攔阻索的餘裕,但2002年以後船艦的設計工作就幾乎沒有認真 進行相關考量,所以2010年到2012年間英國國防部一度想要把艦載機種換成傳統起降的F-35C戰機、CVF改成CATOBAR起降構型的時候(見下文),就發現變更設計所需的經費遠超過預期。

艦載機

1.聯合作戰飛機(JCA):F-35B

英 國空軍與海軍獵鷹/海獵鷹系列基本上只有攻擊機的等級,而且為了STOVL而在性能上有所犧牲,其速度、航程、武器籌載量等都不是一般正規超音速戰機的對 手。早在1980年代,英國就開始尋求一種能取代獵鷹的超音速STOVL戰鬥攻擊機,來取代日漸老舊的獵鷹/海獵鷹系列 ;由於在同一時期美國也有類似的計畫,因此兩國便在1990年代初期展開合作,初期計畫是發展一種具備超音速能力的先進STOVL展示機 (ASTOVL),其中英國的投資額佔35%。在1994年,ASTOVL被併入美國的聯合先進打擊技術計畫(Joint Advanced Strike Technology,JAST),而JAST在1996年又演變成聯合戰術打擊機(Joint Strike Frighter,JSF)。而皇家海軍本身則在1996年展開「未來艦載作戰飛機」(Future Carrier Borne Aircraft,FCBA)計畫,尋覓 新一代的艦載多功能戰機。FCBA將是一種不折不扣的正牌超音速多用途戰機,具有全天候作戰能力、高戰場存活率與持續戰力,能擔負空優、艦隊防空、為地面 部隊提供空中掩護、對地與對艦火力投射、戰術偵照等任務。當然,FCBA的速度、武器籌載量、續航力都必須勝過海獵鷹;不過在此階段,FCBA並沒有限定 究竟採用傳統或STOVL構型。由於FCBA的性質與美國進行的JSF頗有雷同(事實上英國也已經投資了這個計畫),因此評估工作便集中在JSF的航母傳 統起降(CV)與STOVL兩種形式上。在同一時間,英國空軍也在進行未來聯合作戰飛機計畫(Future Joint Combat Aircraft,FJCA),以取代陣中現有的龍捲風GR.4戰鬥攻擊機與獵鷹式攻擊機(雖然英國已經與德、義、西合作開發了EF-2000空優戰鬥 機,但僅具備空優與空防攔截能力,至於對地打擊功能則另待高明),由於性質與海軍的FCBA頗有雷同,於是英國國防部在2001年1月將FCBA與 FJCA合併 ,改稱為聯合戰鬥機(Joint Combat Aircraft,JCA)。

皇 家海軍最意屬的當然是美國主導的JSF聯合戰術打擊機的STOVL型,該機不僅有 皇家海軍偏好的STOVL起降性能,而且各項性能都滿足FCBA的需求,此外該機的高度匿蹤性也非常吸引人 。在2001年1月17日,英國與美國國防部簽署一項備忘錄(Memorandum of Understanding,MoU),讓JCA參與JSF計畫。不過JSF一開始就同時規劃了傳統起降空軍型、傳統起降艦載型與 STOVL構型,開發風險相當高,其前途一直充滿不確定性。為了以防萬一,在JSF塵埃落定之前, 皇家海軍還是審慎地評估了其他可能作為CVF艦載戰機的傳統起降機種,包括法製鏢風-M、美國F/A-18E、EF-2000海軍型(需另外研發)等。也 因為機種懸而未定,英國並未立刻決定CVF的構型。隨著2001年10月26日JSF確定由洛馬的F-35勝出,代表該計畫的前景日益明朗,英國終於 在2002年9月30日正式宣布JCA的獲選者為F-35的STOVL型號(F-35B)。

英國利用機號XW 175的雙座海獵鷹戰機作為先進向量推力控制(VAAC)技術實驗機,

這種整體式先進向量推力與飛控技術就被用於F-35B上。

F-35B應用了先前英國與美國長年合作開發的先進垂直/短場起降技術(ASTOVL)。在1980年代中期到1990年代中期,位於貝德福的英國皇家航空研究機構(RAE Bedford,Royal Aircraft Establishment)與美國航空太空總署(NASA)Ames研究中心聯合研究數位化控制的先進垂直/短場起降技術(ASTOVL),以一架屬於貝德福皇家空軍研究機構、專門用於測試STOVL技術的海獵鷹T2雙座機(機號為XW175),作為先進向量推力控制(Vectored-thrust Aircraft Advanced Control,VAAC)的驗證機。先前海獵鷹戰機的一般飛控與向量推力控制(包含油門以及向量推力噴嘴角度)完全都仰賴人工操作,而垂直起降階段(空速為零、純粹以推力控制飛機升降)以及一般飛行控制(飛機擁有速度與升力時,透過舵效應控制航向) 的特性截然不同,所有過程以及之間的轉換過渡都必須由飛行員人工操作,不僅增加工作負荷,犯錯出事的風險也高;而利用XW175進行的VAAC項目則引進數位化線傳飛控(fly-by-wire)系統,飛控電腦同時控制舵面、發動機與噴嘴向量控制系統,實現垂直起降與常規飛行階段的自動化連續控制與無縫隙轉換(飛行員不需要為此進行專門的操作),又稱為「單一控制技術」(Unified control technique ),飛行員再也不需要對兩種飛行模式轉換進行任何專門的操作,這使得STOVL飛機的起降與飛行作業變得更輕鬆與安全;此外,XW175機上還有MODAS紀錄系統以及搖測紀錄裝置。在1998年,擁有「單一控制」的XW175 VAAC實驗機在皇家海軍光輝號光輝號(HMS Illustrious R06)完成首次艦上起降測試。在2002年,美國正式確定,將貝德福皇家航空實驗單位發展「單一控制技術」用於F-35B STOVL戰機。

在最初的計畫中,皇家海軍打算購買60架F-35B來取代海獵鷹FRS.2,編成五個中隊,每中隊12架,其中四個作為前線中隊部署於兩 艘CVF上,另一個作為任務轉換中隊;而 皇家空軍則購買90架F-35B來取代獵鷹GR.7與龍捲風GR.4,並有可能後續追加22架。不過考慮到JSF成本高漲以及預算等因素,英國的實際採購 總數可能會低於138架(刪除一個 艦載機前線中隊)。在2006年12月,英國宣布將購買138架F-35B來裝備皇家海軍與皇家空軍。英國購買的所有F-35B都屬於皇家空軍,並由皇家空軍與皇家海軍航空隊人員聯合操作,其中58%的飛行員來自皇家空軍,42%來自皇家海軍航空隊。

由 於F-35B一直面臨機體超重問題,因此部分英國國防部與海軍人士主張CVF改用F-35C CTOL傳統起降戰機,相較於F-35B不僅結構較簡單、成本較低且空重可能較輕,但是作戰半徑與武器攜帶量卻比較大,同時也有順便讓原先被不斷「閹割」 的CVF(下文將詳述)恢復CTOL操作能力的意味 。不過英國國防部仍舊堅持F-35B是第一選項,而洛馬也在2004年9月宣布解決了F-35B的超重問題,然而F-35B的交付時程也將延後兩年左右。 根據預定計畫,F-35B於2008年進行首次試飛,並於2012年起 進入量產服役階段,而英國採購的F-35B交機時程將不會早於2014至2015年。 原本皇家海軍希望在2014年上半能進行F-35B的首次上艦操作測試,第一個作戰中隊則於2017至2018年上艦;預估第一批進入服役的F-35B機 隊規模有8架,只能在必要時於小規模作戰行動中發揮有限度的作用。為了因應F-35B的延遲交付,英國國防部在2008年初表示,CVF在服役初期將編制 現有的獵鷹GR.9,至少使用到2018年 。不過實際上,獵鷹GR.9在2010年12月就從皇家海軍全數除役,而CVF首艦伊莉莎白號到2017年6月才展開首次試航,而此時已經交付英國的7架 F-35B都還在美國本土進行相關訓練作業。

在2009年10月底,配合英國政府裁減國防預算,英國國防部一度決定將F-35B的採購量從原訂138架大砍為50架左右,以節省約76億英鎊的開支;由於這個數量的F-35B只能裝備一艘伊莉莎白級航母,因此2010年代上半英國一度研究只保留伊莉莎白女王號、將二號艦威爾斯親王號封存或出售的可能性。隨著英國國防預算刪減以及F-35B不斷地超支與滯後,英國 一度在2010年11月宣布CVF的艦載機改用F-35C,CVF也跟著需要修改成傳統起降構型 ;然而由於隨後又發現修改為傳統起降構型需增加彈射器、攔阻索等,相關設計變更所費不貲(見下文),因此在2012年5月又改回F-35B以及滑跳起降的設計。

在2015年11月23日公布的英國國防戰略審查決議 (Strategic Defence Review,SDSR 2015)重申採購138架F-35系列給皇家海/空軍的政策,希望在2023年左右會獲得42架F-35B(是原訂計畫數量的三倍),其中24架編成兩個中隊,分別由皇家海軍與皇家空軍操作(分別是皇家空軍617Sqn與皇家海軍809 NAS),輪流部署在兩艘伊莉莎白級航空母艦上,另外18架則停留在英國本土作為飛行員訓練以及預備機。

依照2016年年初公布的英國F-35B武器系統整合計畫,英國的F-35B服役初期使用Block 3規格軟體,配備三種武裝,包括AIM-120C5中程空對空飛彈、AIM-132先進短程空對空飛彈(ASRAAM)、鋪路IV型(Paveway IV)雷射導引炸彈(LGB)。由於2010到2012年間英國將機種選擇從F-35B改為C型、最後又改回B型,期間浪費了不少時間與成本,英國方面放棄將ASRAAM整合在F-35B內部彈艙的計畫,因此ASRAAM只能以外掛方式攜帶。在2021至2023年間,英國F-35B會升級為Block 4軟體構型,整合MBDA流星(meteor missile)中長程空對空飛彈以及SPEAR Cap 3輕型精導遠攻飛彈。最初英國曾打算在F-35B上整合MBDA的SCALP風暴之影 (Storm Shadow)陸攻巡航飛彈,但為了節省經費與時間而遭到放棄;英國與法國在2014年初正式決定聯合發展新一代長程陸攻/反艦飛彈,未來可能整合到英國的F-35B上,然而此種武器服役應該要等到2030年代,意味著F-35B進入英國服役的前十年以上,都不具備長程的陸攻/反艦飛彈。

在F-35B實際部署到英國之前,皇家海軍航空隊的卡德羅斯航空站先以全尺寸的F-35B模型

供甲板地勤人員進行各項操作訓練。

由於皇家海軍接收的F-35B初期都在美國本土進行訓練,因此皇家海軍本國的地勤單位先以全尺寸的F-35B模型進行各種地面日常操作訓練(包括移動、加 油、掛彈等)。在2017年3月,位於康沃爾郡( Cornwall)的皇家海軍航空隊卡德羅斯航空站(RNAS Culdrose ,名稱為「海鷹號」,HMS Seahawk)接收四架玻璃纖維製造的F-35B全尺寸模型,供未來伊莉莎白號的地勤人員以及地面航空站人員進行日常操作訓練,並據此編寫出訓練程序、 操作手冊等,為2018年F-35B實機上艦預作準備。這些全尺寸F-35B內有水箱,能讓地勤人員模擬為實機加油的作業;水箱注滿之後模型全重達25 噸,與實機大多數的狀態重量相仿,能讓地勤人員逼真地模擬移動、調度飛機。

依照計畫,英國第一支F-35B作戰中隊在2018至2019年形成初始戰力(IOC),在2021年配合伊莉莎白女王號進行第一次作戰部署。

 

2.空中預警機種

左為V-22的預警衍生型,右為EH-101直昇機AEW型,二者為CVF早期考量的艦載預警機。

新 一代預警機方面, 皇家海軍稱此案為海上監視/管制機(Maritime Surveillance and Control aircraft,MASC),競爭者包括美製E-2D以及由1梅林(Marlin)反潛直昇機或美製V-22傾斜旋翼機衍生而來的預警機,這些機種的選 擇當然也跟航母構型息息相關:V-22與EH-101可在上述任何構型的航母上操作,而E-2D則非得是CTOL不可。然而,由於V-22本身就十分昂 貴,進入美國海軍陸戰隊服役後的表現也有若干問題,以英、美兩國從2000年代後期逐漸短缺的國防預算,要再耗資發展V-22預警機型幾乎是不可能。 由於日後CVF確定使用STOVL構型,因此唯一的選項就剩下以梅林直昇機改裝的預警直昇機。

Thales集團英國分公司針對梅林預警直昇機「瞭望台」的方案,以安裝在原本皇家海軍

海王預警直昇機的水偵2000(Searchwater 2000)雷達系統為基礎,在機身下方安裝一個

半球型的雷達天線罩。在2015年5月下旬,英國國防部正式選擇以Thales集團的水偵2000作為

梅林預警直昇機的設備。

洛馬集團英國分部針對梅林預警直昇機「瞭望台」的方案,在機體兩側各加裝一個以色列

IAI Elta的EL/M-2052相位陣列雷達莢艙。此方案體積緊致且重量輕巧,對梅林預警直昇機的

飛行性能影響不大。 此方案最後並未獲得英國國防部的青睞。

基於梅林開發預警直昇機的計畫被稱為瞭望台(CROWSNEST),打算為梅林HM.2發展一套預警套件;透過更換套件,梅林HM.2就能在反潛作戰與預警機模式之間轉換 ,不需要變更機體結構。皇家海軍打算購買10套「瞭望台」預警套件,當時預估耗資5億英鎊(8.06億美元),2016年4月達到主要決定節點(Main Gate investment decision),預期能在2018年起服役,2019年形成初始戰鬥能力(IOC);不過海王Mk.7預警直昇機(Sea King ASaC) 當時預定在2016年起就會開始除役(實際上在2018年9月除役),而且由於預算吃緊,梅林預警直昇機實際上的服役時間可能不早於2022年。 在2010年的英國國防戰略審查報告(2010 SDSR)中,決定由洛馬集團(Lockheed Martin)英國系統整合分部(UK Integrated Systems ,UKIS)和Thales集團英國分公司競標;隨後英國國防部選擇洛馬UKIS負責管理「瞭望台」計畫的評估發展階段。其他設備供應商包括提供Cayman戰術資料鏈的英國BAE Systems以及提供整合光電感測夾艙的Vector Aerospace等。

Thales集團英國分公司的方案以目前安裝在海王預警直昇機的水偵2000(Searchwater 2000) 雷達系統為基礎進行改良,包括升級雷達、軟體 、改良現有的Cerberus任務系統、更新人機介面(含觸控螢幕等),不僅系統成熟,而且能順利銜接皇家海軍現有的海王預警直昇機訓練與後勤維持體系 ,既有的軟硬體資源與訓練、程序等都可獲得最大幅度的沿用。而洛馬集團的方案則是在機體兩側加裝相位陣列雷達套件;一開始洛馬集團打算與諾格集團 (Northrop Grumman)合作,以基於F-35的APG-81主動相位陣列雷達來開發,不過隨後則改與以色列IAI Elta合作,機體兩側各加裝一個IAI Elta的EL/M-2052主動相位陣列雷達莢艙,能對周遭360度的空域進行掃描,雷達陣面由1024個T/R組件構成;洛馬方案的梅林預警直昇機起 飛重量只比梅林反潛直昇機重不到100kg,加上機體兩側的預警雷達莢艙十分緊致,對梅林直昇機的飛行性能表現影響不大。

在2013年下旬,洛馬UKIS與Thales英國分公司都獲得英國國防部的合約,進行「瞭望台」評估階段3(Assessment Phase 3 ,AP3),包括完善系統需求、系統設計、關鍵技術、發展壽期後勤保障能力並進行技術演示等,兩團隊需在2015年1月底提交成果;其中,英國國防部與洛 馬UKIS簽署的AP3合約價值2400萬英鎊(約3630萬美元)。洛馬與Thales兩組團隊。洛馬與Thales兩組團隊的梅林預警直昇機原型機在 2014年下半試飛。洛馬UKIS團隊的EL/M-2052雷達原型(由320個T/R模組構成)在2014年1月在一架波音737進行測試,雷達套件安 裝在波音737的機鼻,相同規模的原型雷達在2014年11月在一架梅林直昇機上進行測試,安裝在機身兩側、預量產構型的莢艙內;在2015年初,由 1024個T/R組件的全尺寸EL/M-2052雷達套件在梅林直昇機上進行測試。在2015年5月22日,英國國防部正式選擇Thales團隊作為梅林 預警直昇機的裝備供應商。

在2017 年1月16日,英國國防部正式與洛馬集團簽署「瞭望台」的產製合約(價值2.69億英鎊,約3.27億美元),代表此計畫正式進入設計與製造階段 ;此合約將為皇家海軍提供10套預警雷達套件以及價值約900萬英鎊的備份料件,此外並修改皇家海軍現役30多架梅林(Merlin)HM.2直昇機,使 之都能適配「瞭望台」預警雷達套件。第一套瞭望台預警雷達套件可在2018年10月交付英國國防部,第一架安裝「瞭望台」預警雷達套件的梅林直昇機會在 2019年開始工作,在2020年達成初始作戰能力(IOC)。而原本皇家海軍操作海王ASaC7 AEW預警直升機則在2018年9月底退役。

3.其他旋翼機

除 了F-35B聯合戰術打擊機以及梅林預警直昇機之外,CVF操作的機種包括皇家海軍的梅林(Merlin)反潛/搜救直昇機、AW-159野貓( Wildcat HM2 ,超級大山貓的後繼機型)反潛直昇機等;在梅林預警直昇機服役之前,艦上也會混合操作舊的海王(Sea King)ASaC.7預警直昇機。而配合兩棲突擊任務時,艦上會搭載CH-47契弩克(Chinook)重型運輸直昇機以及英國陸軍的WAH-64D阿 帕契(Apache)攻擊直昇機等。此外,CVF也必須相容於美國海軍的直昇機(CH-47、CH-53重型直昇機、MH-60中型直昇機等)以及MV- 22傾斜旋翼機等。

 

F-35B的滑跑降落(SRVL)

皇家海軍為F-35B發展出滑跑降落模式(Shipborne Rolling Vertical Landing,SRVL),可以有效提高降落返艦的飛機載重。在滑跑模式下,F-35B的推進系統轉為垂直降落模式( 發動機向量推力噴嘴下轉95度,背部舉升風扇啟動),然而採用類似常規降落般,以一個傾斜角度滑行降落(角度比傳統降落陡峭,進場速率則因向量推力的減速而更慢);著艦之後 完全藉由向量推力、氣動煞車來停住,不需要靠攔阻索 (因此飛機也不需要裝載捕捉鉤)。以往STOVL戰機著艦時,利用向量推力噴轉向嘴緩解水平飛行速度後,垂直降落在甲板上,降落過程中機體重量完全依靠發動機的推力來支持,機械消耗甚大,萬一發動機狀況不佳或因天候炎熱而使推力下降,則危險性大增;而滑跑降落時飛機仍仍保持升力,能允許飛機以更大的重量著艦,攜帶更多沒用掉的油料彈藥,安全餘裕也比較大。 以往STOVL戰機垂直降落時,必須先在船艦上空水平停懸,與船艦保持相同的水平航速與航向,然後才能慢慢地降落在船艦上,整個程序不僅較為緩慢,而且飛機停懸對齊船艦時已經無法再以舵面控制飛機航向(已經沒有前進速度與舵效應);而滑跑降落就不需要在半空停懸以及對齊船艦航速,能更快速地完成降落 。當然,滑跑降落能相對減少發動機與舉升風扇在降落階段的運轉負荷(並不一定要以最大功率運轉),可延長 使用壽命。

在1980年代初期,蘇聯海軍就已經用部署在基輔級(Keiv class)大型反潛航空巡洋艦上的Yak-38鐵匠式(Forger)STOVL攻擊機研究SRVL滑跑降落。然而,滑跑降落程序比垂直降落複雜,而海獵鷹或Yak-38這類第一代實用型STOVL戰機的向量推力完全仰賴飛行員人工控制,很難在廣泛氣候條件下用滑跑方式將飛機滑跑降落在運動中的航母甲板上(船艦因海浪會縱向搖晃、橫向飄移等,飛機本身也會受到氣流影響)。直到1990年代計算機技術進步,英國、美國等開始將向量推力控制整合到電腦飛控系統中(前述的VAAC研究項目),滑跑降落著艦才真正具備實用化的基礎。

在2002年9月英國正式加入美國JSF聯合戰術打擊機計畫之後,就致力於設法提高操作實用性,包括提高著艦降落時的有效載荷。美國海軍陸戰隊對於F-35B的著艦降落指標是攜帶4000磅(1800kg)武器與30分鐘剩餘燃料, 但皇家海軍對F-35B的要求更高,希望能攜帶2300kg的武器著艦,因此美國陸戰隊的指標顯然不能滿足皇家海軍的需求;尤其是在熱帶地區(如波斯灣水域)由於發動機推力降低,F-35B垂直降落的實際負載還會進一步降低。依照皇家海軍與皇家空軍長年操作海獵鷹STOVL戰機的經驗,遂有了SRVL滑跑降落的構想。經過初步評估之後,英國認為F-35B若要以滑跑方式降落在不停運動中的航母甲板上,仍有許多關鍵的技術問題,而且並不是在所有條件下適用;因此,英國國防部在2007年代與QinetiQ簽約,研究SRVL降落技術,透過實際試飛解決相關問題。

在這項研究中,QinetiQ為了讓降落作業更為安全與簡易,發展了一種用來輔助飛機進行SRVL降落的自動化目視指引系統,稱為貝德福陣列(Bedford Array);此一燈光陣列縱向安裝在降落區跑道線上。不同於過去的改進型菲涅爾光學輔助降落系統(Improved Fresnel Lens Optical Landing System,IFLOLS)的燈號是用來提示飛行員是否保持正確下滑角度,貝德福陣列上的燈光會在飛行員視野中標示預定着陸點(Touch-Down point)的參考位置,控制系統會根據艦體搖晃運動的情況,隨時動態調整貝德福陣列上點亮的燈光(例如航母艦尾上揚時,著艦指引點會向後移動;航母艦尾下沈時, 指引點會往前移動;在飛機最終進場時,隨著著艦區在飛行員視野中越來越大,陣列點亮的燈號也會逐漸減少);而機載系統則會根據母艦甲板上貝德福陣列提示的著艦區,自動 在飛行員視野中(F-35B是頭盔顯示器,其他機型為HUD抬頭顯示器)標示出引導降落路徑的重要標示,例如滑翔斜率指引(Glideslope Ref,類似IFLOLS的功能)、船艦垂直向量指引(Ship Referenced Velocity Vector)等。在在貝德福陣列的協助下,飛行員能在廣泛的氣候條件(包括惡劣天候與海象)下,輕鬆而精確地讓飛機滑跑降落在航母甲板上 ,也讓經驗較少的資淺飛行員更容易著艦。QinetiQ利用一架裝備先進向量推力控制技術(Vectored-thrust Aircraft Advanced Control,VAAC,見上文)的海獵鷹T2實驗機(機號為XW175)來測試SRVL滑跑降落以及貝德福陣列的運作,而VAAC技術就是F-35B的重要基礎之一。

皇家海軍飛行員以模擬器模擬F-35B用滑跑降落(SRVL)的頭盔顯示器畫面;紅框標示處就是

貝德福陣列燈光標示的著艦區域指示;上圖中,着陸位置到艦尾的五盞燈全部亮起,隨著飛機逐漸

接近,燈號也逐漸熄滅(下圖)。

貝福德陣列是一連串佈置在降落跑道線上的燈號,用來標示飛機降落點的位置,並且會自動根據

船艦縱搖程度來改變點亮的燈號。

在2007年中旬,QinetiQ的T4 VAAC實驗機在法國戴高樂號(Charles de Gaulle R91)航空母艦上進行第一波SRVL滑跑降落測試;之後,測試工作轉移到皇家海軍無敵級輕型航空母艦光輝號(HMS Illustrious R06)上,該艦因而加裝了貝德福陣列。從2008年11月12至19日,XW175實驗機在光輝號上進行了39次架次飛行來測試貝德福陣列的效能,總共執行230次SRVL滑跑降落以及67次垂直降落。這些關於VAAC以及 貝德福陣列等相關技術,日後都落實在F-35B以及伊莉莎白級航空母艦上。

SRVL滑跑降落模式的示意圖。相較於傳統的艦載機降落,SRVL的降落角度與機身仰角都比較大,

進場速度也低得多。

過去皇家海軍的兩萬噸級無敵級航空母艦飛行甲板長度不夠,海獵鷹戰機只能垂直降落;即便是美國海軍的四萬噸級兩棲攻擊艦(LHA/LHD),飛行甲板長度還是不足以進行滑跑降落。而伊莉莎白級航母的飛行甲板大得多,在留下足夠空間讓F-35B滑跑降落的同時,也不影響甲板其他區域的調度甚至起飛作業;而F-35B的自動化飛控系統結合一般飛控與向量推力控制,再加上貝福德陣列等高度自動化的輔助降落設施,使得滑跑降落作業遠比海獵鷹或Yak-38時代更為安全簡便。在SRVL模式下,F-35B會從艦尾方向進行初步進場(Initial Approach),下降到達200英尺(60m)左右的高度短暫平飛、對準航母跑道並減速,然後以60至65節空速、5至6度的下滑角度 、8至12度攻角進行最終進場(Final Approach)著艦 ;假設著艦位置距離艦尾46m,從滑行到靜止的距離約為91至122m(無須阻攔索),以伊莉莎白級的飛行甲板長度,飛機降落停止後前方大約還有90m的空間,有足夠的安全餘裕。相形之下,傳統起降航母的飛機最終進場速率約130~160節,下滑角度約3度,飛機攻角5度,因此SRVL降落比傳統降落角度更陡,進場速度慢得多,這是因為下滑時飛機同時有向下的舉升推力,不像傳統飛機一樣需要擔心失速,因而能以更大的攻角、更陡峭的角度來減低降落速度。

伊莉莎白級航母不像二戰後多數航空母艦採用斜角甲板,降落跑道就是起飛跑道直線向後延伸到艦尾,這種構型也是針對STOVL戰機滑跑降落的優化措施。斜角甲板是用來讓傳統式降落的跑道,與艦首的起飛跑道錯開,如此就允許斜角甲板前端淨空,降落飛機如果沒有鉤住攔阻索就立刻拉起重飛,斜角甲板前端不會有飛機阻塞通道(停放調度的飛機都會停留在艦首區域)。然而,斜角甲板軸向的降落跑道長度比較短,這對於沒有攔阻索的滑跑降落而言比較危險;降落跑道若通往艦首,跑道長度就可以涵蓋整個飛行甲板的縱向長度,把滑行空間最大化。STOVL戰機滑跑降落不靠阻攔索捕捉,著艦時向量推力已經抵銷掉飛機大半的水平速度,因而不存在落地重飛的情況,斜角甲板因而失去了必要。此外,由於斜角甲板與航空母艦軸向不平行,艦載機對準於斜角甲板時降落,需要使用舵面不斷修正,夾角越大則降落作業越困難;而滑跑降落的STOVL戰機進場速度很低,氣動舵效應減弱,更不利於修正航道。因此,伊莉莎白級航母的降落跑道就是起飛跑道的延伸,與艦體軸線同向,對STOVL戰機是最有利的設計;在一般情況下,F-35B以滑跑降落在伊莉莎白級航母上,飛機停止時,前方仍有90公尺以上的距離,因此不會完全阻斷整個飛行甲板的運轉;而且降落跑道末端就是艦首的滑跳起飛甲板,萬一戰機滑跑進場發生失誤(例如著艦位置過前),前端還有向上傾斜的滑跳甲板做最後一道防線,降低戰機衝出落海的機率。

滑跑降落模式在F-35B試飛階段已經經過了驗證,而伊莉莎白級航母服役後,F-35B機隊可能會依照不同的情況,彈性地使用滑跑降落或者垂直降落;例如當其中一架F-35B以滑跑降落的同時,另一架F-35B能保持懸翔然後隨即垂直降落,加快機隊回收速度。對於美國海軍陸戰隊而言,以往的測試經驗顯示AV-8B STOVL戰機部署在美國海軍航空母艦上,垂直降落的動線與傳統降落飛機差距太大(垂直著地後飛機停在著艦區,而傳統降落後飛機就迅速滑出著艦區),兩種機型無法一起進行降落回收作業;而滑跑降落就十分類似傳統阻攔降落,落地後飛機可以立刻離開著艦區域,不會干擾其他傳統降落飛機。


競標過程

Thales集團競標CVF的航母構型,繪製於2003年,具備兩個艦島是其最大特色 。

上為STOVL方案,下為傳統起降方案。注意STOVL方案中,滑跳甲板佔據

整個艦首,與上方的新版想像圖並不相同。

BAE推出的CVF的構型,同樣繪製於2003年, 採用傳統構型的艦島。

上為傳統起降方案,下為STOVL方案。BAE的設計最後敗給了上面的Thales雙艦島案。

如同前述,1999年11月起,兩組分別由英國BAE System與法國Thales集 團領導的團隊獲得皇家海軍的CVF第一階段發展合約,展開初步設計並進行評比。此一合約包括兩個階段,第一階段包括由兩家競爭團隊進行初步設計,以及一部 份的艦載機種與航空母艦起降構型選擇(由皇家海軍主導),總額5900萬英鎊;第二階段則是根據皇家海軍根據廠商提交而選定的構型草案,進一步進行設計與降低風險(risk reduction)作業 ,主要是降低工程技術風險並增加可負擔性,此階段耗資2.35億英鎊。

由 於兩支參與CVF競爭的團隊都是跨國集團,因此建造工作將在不同的地點(甚至是不同的國家)進行,故艦體與系統安裝採用模組化設計,以利於最後的組裝並確 保 品質;其中,BAE的航母設計由19個結構模組構成,而Thales的航母設計則僅分成五個結構模組。此外,各團隊內部資訊的溝通整合也是相當重要的。兩 個團隊 的領導中,BAE System是英國本地的企業,當時正進行英國新一代的Type-45飛彈驅逐艦的建造工作,而其團隊中的諾格公司也正在為美國海軍設計新一代的CVNX 航空母艦,成 為此團隊的競爭優勢。BAE的航母設計在外觀上相當傳統,採用單艦島設計;相形之下Thales的設計就十分特別,擁有兩座位於右舷的艦島;其中,船艦本 身的操控機能集中於前方 的艦島內,後方艦島(FLYCO)則以飛航控制為主。 雙艦島設計的主要優點 ,就是讓船艦航行艦橋與飛航管制塔分別能擁有各自最佳的位置。以船艦航行而言,航空母艦的航行艦橋宜設置在較前方,避免前部飛行甲板遮檔視野;然而,飛航 管制中心卻必須布置在艦體較後方,使得航行艦橋不得不遷就 。將航行控制與飛行控制分開之後,兩者的設計就不再矛盾,不過這樣的設計也多少影響了布置飛行甲板的便利性。 Thales選擇雙艦島構型的另一重要原因是遷就於艦上主機的配置:為了提高存活性,Thales方案將主機分置於一前一後的兩個獨立機艙中,而兩座煙囪 便直接向上垂 直伸出甲板,盡可能減少進氣與排氣管道佔據的空間,因此艦島構造便一分為二,分別依附兩個煙囪。除此之外,分置於兩座艦島頂端的各型天線由於距離拉開,相 互干擾的情況也減少了。

CVF 第一階段正式簽約後,兩組競爭團隊的第一件事情就是花一年的時間,各自評估 前述英國國防部要求三種基本構型(STOVL、CTOL、STOBAR)的可行性與所需技術,而這個階段在2001年6月完成。在2001年11月,英國 國防部與兩支團隊簽約,進行CVF第二階段研究,也就是設計與風險評估 ,主要是降低工程技術風險並增加可負擔性。在2002年中,BAE與Thales團隊各公布兩種CVF基本構型;在2002年11月20日,CVF第二階 段研究完成。在此同時,英國國防部也進行FJCA的評估,在2002年9月30日正式宣佈將採用F-35B STOVL戰機,也意味CVF將採用STOVL構型。

在2003年1月30日,英國國防部宣布Thales的 構型獲勝,但建造的主承包商為BAE團隊,Thales團隊則為關鍵系統供應商:其中,BAE將獲得2/3的建造比例與總經費,而Thales則佔建造比例與總經費的 1/3。當時預估設計建造兩艘CVF的花費為39億英鎊。為了攜手進行CVF的研發與建造,Thales與BAE必須合組航母聯盟(Aircraft Carrier Alliance,ACA)。英國國防部宣稱這是為了結合兩個集團的力量,但是一般相信這還是政商運作下的結果,顯然 皇家海軍青睞Thales的設計,但又不想得罪英國國防工業龍頭老大BAE。Thales對此項安排相當不滿,堅持自己才應該是主承包商,並認為此舉將導致CVF案走 向風暴與紛爭的道路;因為BAE有權更改Thales的設計,兩集團在日後CVF設計、建造工作中的衝突恐怕無法避免。在2003年9月,CVF進入第三階段設計工作,並於2004年3月完成。

與法國合作 的開始與終結

就 在CVF進行的同時,法國也在研擬該國第二艘航母(PA2,原本為第二艘戴高樂級核子動力航母)的建造。法國早在1999年初便建議英國一同進行合作,雙 方政府對此進行過相當程度的互動;當然,法國政府也有順便幫Thales拉生意的意味,結果該集團的設計果然奪標。法國政府對於新航母事務合作方面表現得非常熱 中,在2003年2月甚至提議英、法的合作範圍不止於航母建造的技術,還包括新航母活動週期(值勤與入塢整修)以及訓練等,使兩國「永遠有一艘新型航母在 海上運作」;不過英方對此的回應始終相當保留,認為兩國間最佳的合作層次僅應侷限於廠商對廠商,也就是技術上的合作。即便將合作範圍侷限於船艦設計,兩國 的互動也不算順利,因為英、法的需求本來就有不小差異──法國PA2肯定是傳統起降構型,但英國卻遲遲未能決定是否要在STOVL構型中預留操作傳統起降 機種的潛能,連帶也會拖累PA2的定案;此外,Thales與BAE在CVF案的互動並不愉快,英國更以法義合作的水平線驅逐艦為例,批評法國的固執堅持與差勁 的管理能力會嚴重影響整個計畫。另外,供應F-35聯合戰術打擊機的美國也在2003年10月警告英國,如果讓法國主導CVF計畫,就得取消對英國的技術 轉移,以免F-35B的技術流入法國人手中,這很可能是提供設計的Thales無法成為CVF主承包商的原因之一。

在2004 年2月,英國BAE總裁便對法國廠商介入CVF表達不滿,認為這個政治味道濃厚的決議只會讓法國人壞事,而且也可能讓BAE集團取得美國F-35B技術轉 移的計畫生變;不過由於BAE就是CVF的主承包商,應該很容易讓Thales沾不到F-35B的機密技術。法國似乎也認清與英國進行過度廣泛的合作只會造成麻 煩,故MOPA2(Thales與DCN在2004年6月合組的公司,專門負責PA2的開發)在2004年9月公佈的最新版PA2想像圖中,其構型比較接近法國 現役的戴高樂號 。在2004年6月,英法兩國的國防部長針對雙方未來一系列合作事宜進行會商,其中包括聯合建造航空母艦的可能性。 在2004年9月,MOPA2將CVF的Delta設計方案提交給法國造艦局進行評估,認為只需稍做修改就能滿足PA2的需求;而在10月,MOPA2也 向法國政府表示,CVF與PA2的合作是完全可行的。在2005年7月,BAE與Thales宣布CVF與PA2將合併為NVF聯合專案 。

由於英國方面不願意為了遷就與法國的合作而拖延業已進行多時的CVF,始終堅持如果法國要與英國合作,就必須以CVF的方案為主,否則拉倒。而在法方還舉棋不定之際,英國方面便 宣布於2005年12月14日正式展開CVF的細部設計工作,意圖造成既成事實逼法國就範。隨後法國終於同意合併CVF與PA2,並放棄原本DCN與Thales規劃的PA2構型。 在2006年1月24日,英、法雙方政府就合作建造航空母艦的經費分攤事宜達成協議。在2006年3月6日 在奧地利因斯布魯克(Innsbruck)召開的歐盟防務會議期間,英法兩國國防部長正式簽署 兩國航母案的合作備忘錄,PA2與CVF終於完成統一。為了取得英國CVF設計的使用權,法國政府歷來已經支付英國CVF當局超過一億歐元 ;在2006年1月,法國支付英國3000萬英鎊,2006年7月支付2500萬英鎊,在2007年3月又支付約5000萬歐元。

不只在設計上,英法兩國的航母合作計畫甚至曾提及建造的範圍,初步協議階段曾探討2/3的建造工作(含艦體)在英國進行,其餘1/3則在法國DCN的聖納 澤爾船廠完成。不過最後這方面的探討無疾而終,因為英國與法國對新航空母艦的技術條件與急迫性南轅北轍,法國因為顧慮財政而將PA2新航空母艦案一延再 延,但 皇家海軍則已經不容耽擱;如果兩國航母計畫的進展不能同步,要談合作建造無異於痴人說夢;而過去水平線驅逐艦計畫的不愉快經驗(包括需求歧見以及法方要求 高得不合理的工作量)等也在在提醒英國造艦產業,絕不能重蹈覆轍。此外,如果讓法國船廠介入,則整個CVF的建造與測試驗收計畫將變得空前複雜,船體在全 部完工之前還得在英吉利海峽兩端奔波,難保建造可以按照進度進行。因此,扣除政治因素之外,對 皇家海軍與造艦界本身而言,可說是完全沒有讓法國介入建造工作的實質誘因可言。最後,英國國防部表示法國仍可以參與英國CVF航空母艦的建造,但最多只能 到零部件的層次,而這自然是遭到法國方面的拒絕。

到了2008年中旬,法國新任總統薩科奇(Nicolas Sarkoy)正式宣布推遲PA2;此時,英國CVF仍依照既定計畫進行,但法國方面許多重要規格爭議都還無法釐清。這使得雙方的合作注定無以為繼。在 2009年,法國政府命令DCN重新提出PA2的設計方案,此後PA2就開始與CVF分道揚鑣。雖然這項英法合作最終未能實現,但仍在CVF的計畫中留下 了若干影響;例如,最初考慮到與法國PA2的合作,英國造艦產業觀摩了法國DCNS的相關造艦設施,並依照法方規範修改了英方船廠的標準與製造方法。此 外,考量到法國的需求,CVF的設計也配合擴大了儲存艦載機彈藥的空間,並設置專門儲存核子武器的空間。

 

基本設計演進

Alpha方案

在2003 年9月CVF進入第三階段評估階段 時,CVF的構型稱為「Alpha」方案,係以Thales集團在前一階段時於2002年11月提出的方案為基礎,經由BAE System大量修改而成。依照Alpha方案,其滿載排水量高達65000ton,光是戰鬥機編制就達到40架 (最多可達50架),機庫可容納26架,每天能起飛150架次,並預留加裝兩座先進電磁彈射器的空間,使其具備操作傳統定翼機的潛力,整體航空作戰能力僅 次於美國超級航母 。Al;pha方案全長288.5m,採用前述的雙艦島結構,艦體分為10層甲板、19個水密艙區,艦體設有兩對可收放的穩定鰭和一個壓載水艙作為平衡之 用,擁有兩部大型側舷升降機,艦體完全符合勞氏海軍艦艇標準。Aphla方案總共擁有三個位於艦體深處的彈藥艙,並配置半自動貨盤輸送系統。艦上預定編制 1593名人員,其中艦載機聯隊佔632人;住艙採用模組化設計,擁有兩個廚房和餐廳。動力系統為整合式全電力推進系統(Integrated Full Electric Propulsion,IFEP),主機為四具單機功率達40MW的MT-30燃氣渦輪發電機組, 總功率160MW,發電機電壓11KV,驅動四個可轉式囊莢推進器,航速可達28節以上,艦首還設有輔助推進器;整體動力系統方案參考了瑪莉皇后II號(RMS Queen Mary 2)豪華郵輪,瑪莉皇后II號係由Thales集團旗下 Chantiers de L'Atlantique船廠位於聖納澤爾(Saint Nazaire)的大西洋船廠建造。據說早期設計單位也曾考慮使用四具與Type-45驅逐艦相同的WR-21中冷迴熱(IRC)燃氣渦輪機,每具輸出功率25MW,不過當設計排水量從不到五萬噸成長到超過六萬噸時,這樣的功率不足以讓航母達到30節左右的航速。

Alpha 方案還預定配備高度整合的先進作戰系統以及偵測、電子戰和自衛武裝,例如英國BAE的Sampson 3D多功能相位陣列雷達、裝填32枚Aster-15短程防空飛彈的四組八聯裝Sylver A-43垂直發射系統等等。艦上的指管通情裝備將由AMS整合,包括Link-10/11/14/16等資料鏈(Link-16即聯合戰術情報交換系統, Joint Tactical Information and Distribution System,JTIDS)。總括而言,Alpha方案將是一艘由劃時代尖端科技構成的精銳巨艦,不過根據英國國防部的評估,Alpha方案每艘整體成本 將高達38億英鎊(75億美元),遠超過英國國防部計畫的28億英鎊。

Bravo方案

於 是當年英國Type-42/45飛彈驅逐艦、新一代核能攻擊潛艦縮斤減兩的歷史再度重演,以Thales與BAE為主的CVF聯合研發團隊只好回歸基本面,在 2003年6月提出降級的「Bravo」方案,滿載排水量減至55000ton,艦體長度縮短為265m,艦體甲板數縮減為九層,放棄操作傳統固定翼機的 保留餘裕,而機隊也予以縮水:在標準的編制下,Bravo方案預計搭載一支由35架艦載機組成的艦載機大隊,包括25架多功能戰鬥機、4架早期預警機與6 架反潛直昇機;必要時,艦載機總數可擴充至40架。動力方面,Bravo保留IFEP整合電力推進架構,但 主機規模也縮減為兩具MT-30主燃氣渦輪與兩具12.6MW柴油發電機(皇家海軍對航速的要求只有25節),並捨棄先進而技術困難的囊莢推進器,代以佈置 限制較多但成熟而便宜的傳統固定距雙軸螺旋槳 ,由主發電機帶動電動機來加以驅動;此外,也省略艦首推進器。Bravo方案採用半自動武器控制系統與傳統的貨盤搬運系統,艦上編制1450名人員(其中 艦載機聯隊為608人),並降低人員起居標準,只設置單一廚房。同樣為了省錢,Bravo方案暫不考慮較為高檔的防空作戰裝備(但仍保留日後安裝的餘 裕)。

定案: 折衷的Delta方案

整合式全電力推進系統(Integrated Full Electric Propulsion,IFEP),

2005年12月發表的Delta版CVF想像圖 ;與 前文2003年繪製的版本(Alpha版)相較,新版CVF的

滑跳甲板只佔艦首的一半,另一半用於停放飛機。

然 而英國國防採購署(Defence Procurement Agency,DPA)的海洋科技小組審查Bravo方案時,發現其無法滿足先前該小組提出的最新版船艦損管作業(DCD)要求,於是CVF研發團隊又提 出三個修正方案:最保守的「Charlie」方案以Bravo案為基礎進行修改,加裝符合最新版船艦損管作業要求的裝備,至於艦體尺寸規模則不予更動,因 此其內部可用空間比已經縮水的Bravo案更少;折衷的「Delta」方案將Bravo的艦體規模略為放大,使其容納符合最新版船艦損管作業要求的裝備 後,仍有與原先Bravo案相當的內部可用空間;至於「Echo」案則是舊事重提地以「Alpha」方案為基礎,增加符合最新版船艦損管作業要求的設施。在2003年12月間,英國國防部選擇了Delta方案,作為CVF後續發展的基礎。在2005年2月,英國政府選 擇由KBR公司(Kellogg, Brown & Root UK)擔任CVF案的實體整合者(Physical Integrator),負責協調此案的各項工作。

 與Alpha方案相較,Delta方案的噸位減少10%以上,發電總功率下降30%以上,艦載機數減少15%-20%,航空打擊能力下降28%,而節約的成本則約10%。Delta方案的主機組合包括兩部功率各36MW的MT-30燃氣渦輪組機與四部總功率40MW的柴油發電機組。早期估計Delta方案的滿載排水量 約65000噸(將近無敵級的三倍),因應未來升級的預留浮力佔排水量約10%(可成長到70000噸左右),然而之後實際建成時,滿載排水量以經成長到70600噸(69500長噸或77800短噸) 。

 

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