虎魚/旗魚潛艦用魚雷

(上與下) 英國第一種潛艦用導向魚雷──MK-24虎魚魚雷。此為樸次茅茲潛艦博物館的展品。

(上與下)皇家海軍核能潛艦裝填旗魚(Spearfish)反潛魚雷的畫面。

──by captain Picard

 


MK-24虎魚魚雷

MK-24虎魚(Tiger Fish)是皇家海軍在二次大戰後第一種實用化導向魚雷,由馬可尼水下系統公司(Marconi Underwater Systems,現為BAE System的一部份)開發。虎魚魚雷的前身是1950年代中期皇家海軍的一個PENTANE潛射導向魚雷研發計畫,當時打算開發一種能有效對付大潛深、高速度新型潛艦(如納粹德國二戰末期的Type-XXI或核能潛艦)的導向魚雷,採用熱力發動機推進,使用高壓空氣當氧化劑 ,最大航速高達55節,導引方式為中途線導(以1952年開發的Mackie線導系統為基礎)加上終端主/被動聲納歸向。由於此種魚雷技術指標極其先進, 當時皇家海軍將計畫命名為Project ONGAR,取名自當時英國倫敦地下鐵系統的最後一站,意味這將成為海戰史上的終極魚雷。最初英國希望這種魚雷能在1969年服役,然而其技術指標畢竟超出當代科技水平太多 (美國海軍1972年起服役的MK-48才達到類似指標),在1950年代末期遇到一連串嚴重問題,不得不擱置這個計畫並進行重整,降低技術要求,使其能在1969年如期服役。

在新的計畫之中,熱力發動機被傳統的銀鋅電池取代,航速因而驟降至24節,進入彈道終端的衝刺速率為35節。導引段方面,一開始PENTANE魚雷希望兼具攻擊水面與水下目標的能力,但由於水面海浪雜波過大,干擾嚴重,因此只好降低指標,先要求攻擊水下目標即可;導引方式依舊為中途線導與終端主/被動聲納尋標,線導系統衍生自稍早的MK-23魚雷。不過在攻擊深度方面, 皇家海軍將要求進一步加大,從一開始的490m到後來成為600m。

這個折衷的計畫最後便產生了MK-24虎魚(Tigerfish)魚雷,在1960年代初期展開測試;即便技術指標降級,也沒有能在原訂的1969年服役。第一代MK-24 Mod0在1970年代初期服役,為了盡快服役而簡化了尋標器設計,不具備攻擊水面目標的能力;雖然如此,MK-24 Mod0服役初期的可靠度仍只有40%。隨後的MK-24 Mod1 DP(即雙用,dual purpose)才兼具對付水面目標的能力,在1979年進行最終測試,結果雖不成功,但仍在1980年交付皇家海軍。虎魚魚雷長6.5m,直徑533mm,全重1550kg,戰鬥部重134~340kg,最大射程39km,以最大速度35節 航行時續航力13km,航速24節時續航力29km。攻擊深度方面,虎魚魚雷從來都沒有滿足過皇家海軍最大攻擊深度600m的要求,MK-24 Mod0的最大攻擊深度只有350m,之後的MK-24 Mod1/2也只增加到440m左右。

在發射初期,虎魚魚雷由線導系統指揮,由潛艦上遠比魚雷尋標器優越的感測器持續偵測目標動態,操作人員將修正指令透過導線傳遞給魚雷,如此即便目標更改航向,仍能進行修正,或者更改原訂的目標。在航行途中,虎魚魚雷以慢速前進,可以節省電力延長射程,並盡量降低噪音以避免被敵方察覺。迫近目標時,魚雷先降至極慢的速度,啟動尋標器進行搜索,鎖定目標後便切斷導線,以高速向目標做最後衝刺。

鑑於虎魚魚雷的航速、潛深都不夠大,為了確保對付高速、大潛深核能潛艦的有效殺傷率能提高到90%,皇家海軍開始評估在虎魚魚雷上加裝核子戰鬥部的可能。在1969年中,英國考慮幾個提案,第一是向向美國購買MK-45星式(ASTOR)核子線導魚雷,第二是考慮美國正研發中的MK-48 Mod1高速魚雷,第三是向美國購買UUM-44潛射反潛火箭(SUBROC,戰鬥部為核子深水炸彈),或者是英國本身的Flag Officer Submarines (FOSM)計畫,在MK-8無導引直航魚雷上加裝WE.177A核子戰鬥部,不過FOSM計畫很快就被剔除,因為MK-8有效射程太短,引爆時可能會連帶波及發射艦本身。最後這個計畫沒有實行 ,而虎魚魚雷搭載核子戰鬥部的型號(MK-24 Mod1N)也停留在紙面階段。

在1982年福島戰爭期間,雖然英國潛艦帶著MK-24 Mod0/1魚雷參戰,但鑑於其性能仍不穩定,因此皇家海軍的潛艦仍寧可使用二戰時代開發、威力強大且性能可靠的MK-8傳統直航魚雷作為主要武器,包括征服者號(HMS Conqueror S-48)核能攻擊潛艦在5月2日傍晚擊沈阿根廷海軍貝爾格拉諾上將號巡洋艦(ARA General Belgrano)的那次攻擊。在6月21日福島戰爭接近尾聲時, 皇家海軍曾企圖以MK-24 Mod 1魚雷擊沈被阿根廷空軍重創的賈拉罕爵士號(RFA Sir Galahad)登陸艦,結果竟然沒有一枚命中;福島戰爭結束後,返航的皇家海軍核能潛艦對MK-24 Mod1魚雷進行測試,總共發射五枚,其中三枚脫靶,兩枚命中後未能引爆,沒有一枚有效殺傷目標。

福島戰爭結束後,皇家海軍針對虎魚魚雷實施強固計畫(Consolidation Programme)來改善性能與可靠度,由商馬可尼作為主承包商,並由佛倫提電腦公司(Ferranti Computer Systems Ltd)與Gresham Lion作為次承包商,成果為MK-24 Mod2,可靠度提高到80%;至此虎魚魚雷以及配套的艦載射控系統(TCSS-10和DCB)才算是發展成熟 。原本虎魚魚雷遭遇的一個明顯問題是導線技術不成熟,容易拉斷,在改良時靠著加裝管內放線之後算是大致解決。在MK-24 Mod2的發展合約中,英國國防部配合實施制度改革,實行主承包商(Prime Contractor)制度,主承包商馬可尼需要確保整個系統都合乎標準,而不是過去每個次承包商個別通過測試就算數,這也是MK-24 Mod2可靠度終於完善的重要原因。在1987年,皇家海軍現有600枚虎魚系列魚雷都已經提升到Mod2的標準。

在1980年代初,英國開始研發新一代旗魚(Spearfish)高速潛射魚雷作為虎魚的後繼者,採用與美國MK-48類似的熱力發動機來取代虎魚的電力推進。由於技術挑戰頗高, 旗魚魚雷雖然在1994年投入 生產,但直到2000年代初期技術才趨於成熟,因此虎魚魚雷在1990年代仍然是皇家海軍最主要的潛艦魚雷。在1990年,智利的Cardoen公司獲得英國授權,生產虎魚魚雷供智利、巴西、委內瑞拉等國的海軍使用。

在2004年2月,最後一枚虎魚魚雷從皇家海軍除役。

旗魚魚雷

英國在1980年代開發的旗魚魚雷,擁有80節的極速。

在1970年代後期,西方國家苦思於對付蘇聯新型核能潛艦,尤其是以鈦合金製造的阿爾發級(Alfa class)核能潛艦, 西方估計其最大航速高達43節,最大潛航深度高達900至1000m,超出當時西方潛射魚雷的攻擊範圍。以英國虎魚魚雷為例,其最大航速僅35節,最大攻擊深度才350m;即便是美國採用熱力發動機的MK-48 Mod3魚雷,最大航速達55節,根據「魚雷航速需比目標高出50%」的理論,欲有效追擊阿爾發級潛艦仍嫌勉強。因此,美國海軍在1970年代末展開MK-48的大幅改良計畫,著重於增強航速與導引系統,此計畫稱為先進戰力魚雷(advanced capability,ADCAP),型號為MK-48 Mod5。

為了滿足相同的需求,皇家海軍也在1976年左右開始規劃接替虎魚魚雷的新一代潛艦用魚雷,為此提出Naval Staff Target 7525計畫,打算發展一種先進高速潛射魚雷。在1977年,皇家海軍與馬可尼水下系統(Marconi Underwater Systems Ltd ) 簽署合約,進行新一代魚雷的先期評估。當時英國考慮兩種方案,第一種是由本國自行研發新一代魚雷,第二種則是參與美國ADCAP魚雷計畫。幾經考慮之後,英國在1981年 決定不與美國共同開發ADCAP,自行開發旗魚(Spearfish)反潛魚雷,主承包商仍為馬可尼水下系統(Marconi Underwater Systems Ltd ),後來成為BAE System。英國選擇自行開發,除了英國本身對新一代魚雷的技術要求比ADCAP還要嚴苛之外,由本國主導研發也有助於維持英國研發生產魚雷的能量,並且能專為皇家海軍的需求而量身訂做。 旗魚魚雷兼具反艦與反潛能力,配備熱力發動機,能滿足高速、大潛深的需求,採用中途線導與終端主/被動聲納尋標。

與1950年代的Project ONGAR計畫相似,旗魚魚雷的技術指標同樣極具野心,打算使用加速性能優異的燃氣渦輪發動機,以燃油燃燒產生的廢氣推動轉輪來帶動導管推進氣的轉子,最大航速指標高達80節 左右(美國ADCAP的最大航速要求約60~65節)。美國MK-48魚雷 一開始也使用燃氣渦輪發動機(Mod 0),但燃氣渦輪排氣量較大,排氣受海水背壓影響顯著(需要提高發動機室工作壓力),操作深度越大則發動機就要花更能量來克服海水背壓排氣,使效率顯著降低;而MK-48 第一種量產實用化的MK-48 Mod1則改用六汽缸斜盤式活塞發動機, 其功率重量比遜於燃氣渦輪,但排氣量比燃氣渦輪小,運轉時受海水背壓影響相對比燃氣渦輪低,在較大的水深也能輸出足夠功率。旗魚魚雷的推進系統就是先前為MK-48 Mod.0提供燃氣渦輪的漢米爾頓.桑德蘭(Hamilton Sundstrand)公司研製,型號為Sundstrand-21 TP01燃氣渦輪(後來逐步改進為TP04),配合靜音性能較佳的噴泵(pump-jet )推進系統,燃料則為OTTO II-HAP,以OTTO II當作燃料,並改用過氯酸羊巠銨(hydroxylammonium perchlorate,HAP)當作氧化劑;美國MK-46與MK-48魚雷都使用OTTO II單基燃料,而OTTO II-HAP燃料的能量密度比單基的OTTO II提高40%。採用OTTO II燃料的MK-48 Mod0魚雷的燃氣渦輪輸出功率為550馬力 ,而旗魚魚雷的Sundstrand-21 TP01燃氣渦輪由於改良設計並改用OTTO II-HAP燃料,出力大幅提高到1000馬力。然而相對地,OTTO II-HAP燃料需要分別儲存OTTO II燃油與HAP,而HAP的腐蝕性、危險性都比OTTO II燃料大得多,平時儲存、運輸以及使用的風險較大且成本較高。導引方面,旗魚魚雷使用新型的微電腦處理器,具備智慧決策能力與反干擾能力。 為求在大潛深操作,旗魚魚雷的雷體還引進鈦合金材料。

旗魚魚雷長7m,全重1850kg,在淺水域具有60至70節的航速,此時射程約12.5海里(約22.8km),航速54節時射程30海里(約55km),最大攻擊深度高達1200m。旗魚魚雷早期在蘇格蘭灣測試時,在較低深度達成70.5節的航速,在1990年代後續改良時,據說達成過81節的最高航速,不過關方資料對旗魚魚雷的最大航速記載是75節;而在深海環境中,雖然燃氣渦輪因海水背壓損失而使推進功率下降,但憑藉發動機的高推力,仍能推進魚雷達55節的航速。旗魚魚雷配備重達300kg的聚能戰鬥部,使用Aluminised PBX爆裂物,具有接觸引信(用來對付颱風級等蘇聯大型核能潛艦的雙層外殼或阿爾發級的鈦合金外殼)或聲噪近發引信(用於在水面船艦龍骨下方引爆)。在中途巡航階段, 旗魚魚雷以20~30節的較低速度前進以降低噪音,接近目標後加至超過60節,使目標無從閃躲。

英國政府在1981年與馬可尼簽署旗魚雷的發展合約,1983年展開初期研發測試工作,在1988年大致完成並投入初期生產。以帳面觀之,旗魚魚雷堪稱同時期的潛射魚雷之王,但超高技術指標帶來的就是極大的技術挑戰與伴隨而來的低可靠度;其中,最為嚴重的就是可提高80節高超航速的燃氣渦輪推進系統, 其HAP氧化劑的火災危險性極高,此外也面臨前述在深海高壓之中如何排氣的問題。因此帳面上,旗魚魚雷雖然在1992年進入皇家海軍服役(此時蘇聯已經解體),1994年投入生產,但早期性能仍不穩定;而冷戰結束後蘇聯潛艦威脅蕩然無存, 旗魚魚雷的研改只獲得了極低的優先度。直到1999年左右,旗魚魚雷才達到原始設計要求的性能指標(包含90%的可靠度),並真正形成戰鬥力。至此,整個 旗魚魚雷的發展計畫共耗費16.64億英鎊。旗魚魚雷的量產作業在2003年結束。

反觀美國MK-48 ADCAP雖然技術指標相對沒這麼華麗,但在1989年便投入量產;到1998年 旗魚還沒完全克服問題時,MK-48 ADCAP已經完成一系列對推進系統與電子系統的升級,成為能在淺水域作戰的MK-48 Mod6  MODSADCAP。英國為旗魚魚雷規劃的第一個壽命週期升級計畫是先進 旗魚(Advanced Spearfish,ASP),由於預算刪減而延宕多年(在2005年左右,英國先投資200萬英磅論證旗魚魚雷的改進計畫),直到進入2010年代才展開;此時,MK-48 ADCAP已經升級到Mod7,整合了通用寬頻先進聲納系統(Common Broadband Advanced Sonar System,CBASS)以及降低推進系統噪音的匿蹤科技計劃(Stealth TEchnology Program,STEP)。原本技術指標超越ADCAP的 旗魚魚雷,此時其整體能力早已輸給歷經多次升級的ADCAP,英國 後來還得透過英美技術合作協定來取得MK-48 Mod7的CBASS尋標器來改良旗魚魚雷。

整體而言,旗魚魚雷是英國國防事業又一個原始技術指標高超、壓過美國同類計畫,但由於產業整體實力不濟而進度拖延,完成時美國同類系統早已服役多年並完成多次換代升級、整體性能後來居上的案例。即便 旗魚魚雷最後終於得以完成,維持整個系統的成本效益卻遠比不上參與美國、澳洲對ADCAP魚雷的合作。

在2014年,英國政府正式授予BAE System價值2.7億英磅(約4.27億美元)的合約來升級旗魚魚雷,升級後稱為旗魚Mod1,主要目的提高魚雷的作戰性能與安全性、替換所有過時的組件來降低壽命週期維護成本等,項目包括 改用單基的OTTO II燃料取代現有的HAP-OTTO II燃料(如此功率密度降低,但使用性提高)、以鈍感彈藥(Insensitive Munitions)戰鬥部取代原本的戰鬥部、魚雷系統所有軟硬體實現數位化、魚雷線導系統以光纖取代現有的銅/鎘線導線等,其中將導引系統全數位化的項目包括採用美國、澳洲合作開發的MK-48 Mod7魚雷的通用寬頻先進聲納系統(CBASS),首批升級後的旗魚Mod1魚雷於2020年交付。此次工作由BAE Systems位於朴次茅茲的大橡樹工廠(Broad Oak,)負責(若干位於蘇格蘭的次承包商也會受益),能直接提供100個工程崗位,並為相關的供應鏈製造數百個工作機會。 這項升級作業使英國的重型魚雷產業能再多支持至少十年,並使旗魚魚雷服役到2050年左右。