MK-48潛艦用魚雷

一枚正在生產線上檢驗的MK-48魚雷。

一枚吊裝中的MK-48 ADCAP魚雷。

(上與下)一艘正進行MK-48魚雷裝填作業的美國海軍洛杉磯級核能攻擊潛艦。作業時,

艦上人員先布置好傳輸路徑上的所有支架等設施,使MK-48魚雷吊運上艦之後,

能從艦首艙口一路送至艦內魚雷庫。

(上與下)一枚MK-48魚雷正被送入一艘洛杉磯級核能攻擊潛艦的前部艙口。

一艘潛艦正在裝填MK-48魚雷。

一艘維吉尼亞級(Virginia class)核能攻擊潛艦正在裝填MK-48 ADCAP魚雷。維吉尼亞級的帆罩位置較為靠近艦首

,因此魚雷裝填艙口設置在帆罩後方,而不像以往美國海軍潛艦是設在帆罩前方。

美國海軍洛杉磯級核能攻擊潛艦路易斯.維爾號(USS Louisville SSN-724)的魚雷艙。

一枚MK-48 ADCAP魚雷擺放在魚雷儲存架上(每個彈位是橫向移動調整)並對準發射管,前方

有人正在進行發射管目視檢查。

──by Captain Picard


參考資料:軍事連線109~114:美國海軍MK48重型魚雷發展史(張明德著)

直徑:533mm  長度:5.79m  全重1557.64kg(早期型)/1676kg(ADCAP) 戰鬥部重295kg

起源

美國潛艦使用的MK-48系列重型魚雷是現在西方國家中 最具代表性的潛艦魚雷之一,由Raytheon公司研製,口徑為美國潛艦魚雷標準的21吋(533mm)。

MK-48可說是美國海軍第一種能真正有效對付高速核能潛艦的重型魚雷。1955年代美國海軍獲得第一艘核能潛艦鸚鵡螺號(USS Nautilus SSN-571)服役之後,美國與北約海軍反潛兵力在一連串與鸚鵡螺號等美國核能潛艦對抗演習中發現,二次大戰時代以來所有的反潛探測技術與武器系統(無導引的刺蝟砲、深水炸彈等),對於在水下持續高速運動的核能攻擊潛艦,可說幾乎失去了效果(詳見鸚鵡螺號核能攻擊潛艦一文)。由於當時導向魚雷尋標器水平有限,在較高航速下難以有效聽音;1950年代美國海軍的幾種潛射或空投導向魚雷,航速都在27節以下, 只適合夠攻擊柴電潛艦。由於蘇聯也勢將在數年內推出自己的核能潛艦,意味著西方國家的反潛能力即將面臨核能潛艦時代的空前考驗。

在1956年,美國海軍軍令部長(CNO)阿利.柏克上將(Admiral Arleigh Burke)命令美國國家科學院(National Academy of Sciences)的水下作戰委員會(Committee on Undersea Warfare,CUW)研究 未來十年蘇聯潛艦威脅以及水下作戰的新技術趨勢;CUW召集美國學術界、核能業界、海軍等相關專家在1956年7月到9月在於麻州麻伍茲霍爾(Woods Hole)附近、位於諾布斯卡( Nobska)的莊園進行研討會,在11月發佈「諾布斯卡報告」,對美國海軍未來水下作戰發展提出建議。

「諾布斯卡報告」的其中一項重點是探討能有效對付高速核能潛艦的水下武器,分為短期以及中長期兩個階段;短期內先發展若干採用核子戰鬥部的反潛武器,使美國海軍盡快得到能有效對付核子潛艦的武器,透過核子武器廣大的殺傷半徑來 抵銷核子潛艦在水下快速移動的距離。因此,美國海軍發展兩種潛艦用核子武器,首先是1957年11月開始發展MK-45 ASTOR星式潛射核子魚雷,在1963年服役;第二則是當時代號「刺針」(Stinger)的潛射反潛火箭(升空飛行並在目標區附近投擲核子深水炸彈),就是UUM-44潛射反潛火箭(SUBROC)。核子反潛武器只是權宜之計,珍貴的核子材料仍應優先用於戰略性武器,而且核武的高威力與敏感性也會對一般戰術應用上造成限制。因此,諾布斯卡報告也建議,需要發展一種能夠有效攻擊核能潛艦的導向魚雷,配備傳統高爆戰鬥部,具有45節以上的高速。

基於這項建議,美國海軍在1956年11月啟動「魚雷構型研究」(REsearch TORpedo Configuration,RETORC)計畫,發展航速45節以上的導引魚雷;RETROC分為兩個階段,第一階段RETROC I是324mm輕型空投魚雷,成果是1963年開始服役的MK-46系列魚雷;而RETROC II則是潛艦用的533mm重型導向魚雷,產物是1972年開始服役的MK-48系列魚雷。

 

MK-48研製過程(Mod0~2)

一枚正裝填於洛杉磯級核能攻擊潛艦的MK-48魚雷。

基於RETORIC II研究,美國海軍年9月啟動新一代重型潛射魚雷的可行性研究,並在1960年11月下達新型重型潛射魚雷的作戰需求(Operation Requirement),並希望能在1967年服役;最初美國海軍稱新的重型魚雷為EX-10,隨後正式命名為MK-48。在RETORC II 之中, 美國海軍對MK-48提出了空前的性能目標,最大航速需達50節以上,大約是MK-37的兩倍;在航速50節的有效射程要求是20000碼(18288m),是MK-37的兩倍以上;最大作業深度達2500英尺(762m),是MK-37(1000英尺)的2.5倍;而尋標器工作距離也從MK-37的700英尺(213m)提高到4000英尺(1219m),戰鬥部配備250磅重的HBX-3高威力炸藥(威力相當於450磅TNT黃色炸藥)。 先前諾布斯卡報告中建議,基於魚雷航速需超過潛艦航速50%以上的原則,新型潛射導向魚雷的航速在45節以上,以對付30節的潛艦,在航速45節情況下射程需達35000碼(32004m),尋標器工作距離為2000英尺(609.6m);因此,美國海軍對EX-10/MK-48的性能要求之中,除了最大射程減低之外,其餘要求(航速、尋標器工作距離)都比諾布斯卡報告的建議更高。

除了部署於潛艦之外,美國海軍一開始也要求MK-48要能部署在水面艦上(直到1960年代,美國海軍許多水面艦艇(含飛彈巡防艦(DLG)、驅逐艦、護航驅逐艦(DE)等)都裝備MK-25型533mm魚雷發射器來發射重型潛艦魚雷,包括533mm的MK-16 Mod.6反艦魚雷與MK-35 Mod3反潛魚雷,或者加裝轉接環來發射口徑483mm的MK-37反潛魚雷)。美國海軍在1960年代初期曾打算在所有水面艦上裝置探測距離可達第一匯聚區的SQS-26大型低頻聲納,完全足以匹配MK-48較長的射程。

在1962年5月,美國海軍武器局(BuWep,在1959年時由海軍航空局(BuAer)與軍械局(BuOrd)合併而成)展開MK-48魚雷的競標作業,最後由西屋 (Westinghouse)擊敗克利維特(Clevite,在1969年與Gould國家電持公司合併,改稱Gould公司)等競爭者獲勝,在1964年獲得合約成為MK-48的主承包商;此外,美國海軍也同時頒給克利維特一紙平行合約,與賓夕法尼亞州州立大學(Penn State University)的軍備研究實驗室(Ordnance Research Laboratory,ORL)一同研發MK-48魚雷 所需的聲納導引系統,而MK-48所需的燃氣渦輪則由桑德斯特蘭(Sunstrand)公司研製。克利維特是美國海軍主要的魚雷聲納尋標器、發動機的研製廠商,是梳式濾波器(Comb Filter)的發展先驅,有助於改善魚雷在淺水或人為干擾環境的作戰性能。

MK-48模型魚雷尾部的噴泵外罩

一枚吊運中的MK-48魚雷尾部,噴泵被罩了起來 

此為凱波特(Keyport )的美國水下博物館(Naval Undersea Museum)的展示,

打開的魚雷管裡裝填了一枚MK-48魚雷;可以觀察魚雷後部噴泵與裡面的轉子。

為了兼顧提高輸出功率以及降低發動機噪音,美國海軍武器局在1961年決定為魚雷開發較安靜的噴射泵(pump jet)推進器;噴泵由兩個同軸反轉的轉子構成,兩個轉子都有數量眾多的葉片(兩個轉子的葉片形狀不同),外部有一個導管外罩。在MK-48競爭中,美國海軍青睞西屋的提案,使用重量輕、加速快的燃氣渦輪作為魚雷推進裝置,而當時落敗的克利維特的提案則是六汽缸斜盤式活塞發動機,是一種開放循環的外燃式軸向發動機(axial engine),結構與克利維特先前為MK-46 Mod.1輕型反艦魚雷開發的五汽缸斜盤式活塞發動機類似;此種活塞式斜盤發動機的燃燒室在發動機以外,汽缸沿著發動機軸向布置,可減少整個發動機的正面截面積,以安裝在直徑有限的魚雷內;燃料在汽缸內點火產生高溫高壓氣體,帶動汽缸並推動連桿機構,連桿進而帶動傳動軸旋轉、驅動推進器。而西屋的提案則使用桑德斯特蘭公司研製的燃氣渦輪,燃料燃燒產生的廢氣推動轉輪帶動葉片轉子(可達每分鐘上萬轉)。燃氣渦輪與活塞斜盤發動機都是開放式循環的外燃機,發動機產生的廢氣直接排入水中,因此發動機運轉排氣需要對抗外在海水的背壓;魚雷航行深度越深、海水水壓越高,發動機就需要提高排氣壓力才能對抗水壓排氣,因此必須提高發動機燃燒室壓力,而這樣運轉會使發動機耗油量增加,減少了射程。相較於斜盤式活塞發動機, 燃氣渦輪的重量較輕、出力更大,但運作時排氣量也更大,排氣受海水背壓影響的程度高於活塞發動機,不僅排氣筏機構較難設計,不同作業深度對發動機運轉的影響也比斜盤發動機更大。此外,燃氣渦輪的原動機運轉聲響頻率高於活塞發動機(噪音頻率越低則傳遞越遠),然而燃氣渦輪的廢氣帶動葉片之後,需要透過減速齒輪降低轉速來連結推進器,而活塞發動機就沒有這部分的噪音。斜盤式活塞發動機的功率重量比不如燃氣渦輪,然而運作時排氣量較低,使得排氣筏門機構得以簡化與強化,因此比燃氣渦輪更能承受較大的海水背壓,在較大的海水深度時仍能維持足夠的輸出功率。此外,斜盤式活塞發動機的價格也遠比燃氣渦輪低廉。

為了滿足長射程,美國海軍軍械局最初打算讓MK-48魚雷使用混合了90%過氧化氫以及柴油的高效能燃料,然而使用易燃易爆的過氧化氫會降低安全性,因此在1964年2月正式決定改用與克利維特活塞發動機相同的奧圖(OTTO II)燃油(詳見MK-46/50魚雷一文)。此外,美國海軍武器局還決定在MK-48使用新穎的變速航行機制,魚雷先以50節的渡航速率快速接近目標,到一定的距離減為25節,利於魚雷聲納尋標器搜索目標;當尋標器捕捉到目標後,魚雷再度加速到50節朝目標衝刺直到命中,避免目標逃脫。與MK-37相同,MK-48使用中途線導、終端主/被動聲納尋標器導引的機制,直到射程末端魚雷尋標器捕捉到目標為止,全程都可由艦上人員透過導線傳輸控制指令給魚雷。

在西屋最早推出的魚雷稱為MK-48 Mod0,使用燃氣渦輪推進。依照某些非官方資料,MK-48 Mod0能以55節的速率航行35000碼(32000m),操作深度達2500英尺(760m),導引系統工作距離約4000碼(3640m,是MK-37的四倍。美國海軍武器局在1965年曾宣稱,測試用的MK-48 Mod0魚雷能以54節航速航行,是MK-37的兩倍,但此時航行噪音維持在MK-37的水平。在最初,美國海軍只要求MK-48可以攻擊潛航的目標。然而由西屋負責研製的MK-48 Mod.0面臨許多技術問題,進度嚴重落後,在1967年時又發現初期製造的少量測試魚雷有新的技術問題。

於是在1967年,美國海軍重新展開MK-48研發的競標;同時,也在1968年初左右將反艦納入需求,成為一種兼具反艦與反潛能力的魚雷。當時美國海軍正在規劃MK-47反艦魚雷來取代二戰時代服役的MK-14/16直航反艦魚雷,如果MK-48能夠兼具反艦與反潛功能,就不需要另外發展專用的反艦魚雷,能增加戰術便利性並簡化潛艦上的武器種類;因此,MK-47的研發計畫就被取消。MK-14/16直航魚雷需要搭配二戰時代的舊式類比機械式射控裝置,由MK-48取代之後,潛艦上就不必保留這些老舊的類比式射控裝置,只需要裝備配合MK-48的數位式射控系統。原本美國海軍武器局針對MK-48設定的戰鬥部規格是250磅HBX-3炸藥,對於反潛任務符合需求,然而對於水面船艦則威力偏低,因此美國海軍武器局也連帶增大MK-48的戰鬥部威力要求。

在MK-48研製的新一輪競爭中,競爭者包括西屋與克利維特;美國海軍在1970年10月分別與這兩家廠商簽署研製與預量產型合約,這包括繼續向西屋訂購少量MK-48 Mod0魚雷(據說約52枚)進行測試。針對新的反潛/反艦雙用魚雷需求,克利維特推出MK-48 Mod1(該公司稱之為Gould 15),使用新設計的聲納尋標器,並沿用該公司早先提案的六汽缸熱力循環式活塞往復發動機,輸出功率約500馬力;而西屋則以 先前MK-48 Mod0為基礎改良成為MK-48 Mod2,繼續沿用MK-48 Mod0的桑德蘭燃氣渦輪推進系統,輸出功率約550馬力(兩者都使用OTTO II燃料)。為了滿足反艦需求,兩家競爭者都提高了戰鬥部威力,其中克利維特的MK-48 Mod1戰鬥部配備重650磅的PBXN-103炸藥(威力相當於1200磅TNT黃色炸藥);而西屋MK-48 Mod.2戰鬥部的裝藥量較低,不過增加引爆時順便引燃殘餘魚雷燃料的機制來增加破壞力。

MK-48第二輪研發競爭展開將近四年後,美國海軍在1974年4月至5月間,由刺尾魚(Tang class)柴電攻擊潛艦的扳機魚號(USS Trigger SS-564)在美國海軍西北部普吉灣(Puget Sound)與加拿大溫哥華島之間的水域,對MK-48 Mod0~2等三型魚雷進行試射。在測試中,扳機魚號先後進行了兩千多次操雷(以紀錄器代替戰鬥部,其餘則與全功能魚雷相同)測試,並先後試射五枚裝有實戰戰鬥部的MK-48Mod0~2全功能魚雷,總攻擊沈三艘靶艦,其中MK-48 Mod.0擊沈兩艘,MK-48 Mod.1擊沈一艘。在測試中,Gould公司(原克利維特)的MK-48 Mod.1整體表現優於西屋的MK-48 Mod.2,例如MK-48 Mod.2的導演系統經常受到尾流干擾而無法命中靶艦;雖然理論上,西屋的MK-48 Mod.0/2的燃氣渦輪發動機運轉的噪音明顯低於Gould公司的MK-48 Mod.1的活塞斜盤發動機,然而魚雷實際航行時,流體噪音(魚雷排水、推進器攪動海水等)遠遠大於發動機產生的噪音,而採用活塞發動機的MK-48 Mod.1的整體航行噪音也還是能滿足美國海軍的標準。另外,MK-48 Mod0/2的燃氣渦輪發動機出力高於MK-48 Mod.1的活塞發動機,然而活塞發動機在較大水深之下仍能維持足夠的功率輸出,深海作業時性能較好,面對大潛深的反觀燃氣渦輪發動機只能在較淺的操作深度展現優良的高速能力。此外,燃氣渦輪發動機價格比活塞斜盤發動機昂貴得多,對於這些少量生產的測試用魚雷而言,造成的差異更顯著。

經過測試與分析之後,美國海軍在1971年6月正式宣佈,由Gould公司的MK-48 Mod.1魚雷獲勝,隨即簽署價值1億1590萬美元的首批500枚量產合約,第一枚量產型MK-48 Mod.1在1971年內交付美國海軍,在1972年正式服役,成為MK-48系列第一種實用化的成員;距離1960年11月美國海軍下達新型重型魚雷作戰需求展開研發,已經過了12年之久。 依照1978年計算,MK-48 Mod1魚雷單價約89.4萬美元。

美國海軍最初打算購買4194枚MK-48魚雷(包含20枚測試用工程原型、85枚量產原型以及4089枚用於服役戰備的魚雷),裝備於所有的核能攻擊潛艦、彈道飛彈潛艦,以及配備SQS-26低頻聲納與533mm魚雷管的飛彈巡防艦(DLG/DLGN)、護航驅逐艦(DE)上,然而,MK-48的採購數字隨後不斷刪減,首先美國海軍決定取消在水面艦上設置533mm重型魚雷(部署在船艦上的533mm魚雷發射器在1970年代陸續拆除),因此MK-48變成潛艦專用的武器,僅曾經在布魯克級(Brooke class)飛彈護航驅逐艦的塔伯特號(USS Talbot DEG-4)上進行試射。除了刪除了原訂配置在水面艦的數量之外,美國海軍在1970年代也刪減非核子武器的數量以節省軍費,使得MK-48魚雷的購買總數從原訂4194枚逐漸降至2963枚,其中1680枚裝備於84艘核能攻擊潛艦、60枚裝備於41艘彈道飛彈潛艦、260枚作為部署周轉,其餘637枚作為庫存(補充艦隊裡MK-48魚雷在服役壽期內各種因試射、損失而造成的消耗)。爾後MK-48的生產數量繼續調降,到1978年初降至2771枚。

MK-48 Mod1

MK-48的實際性能被列為機密,然而依照美國海軍在國會聽證會中的證詞,MK-48魚雷的實際表現高於原先RETORC II計畫提出的指標;原本RETORC II要求魚雷射成達20000碼(9.875海里),而MK-48實際上射程超過35000碼(17.28海浬或32km),幾乎達到原要求的兩倍,而且是原先MK-37電力推進魚雷(9000碼)的四倍;作業深度方面,原先RETORC II最大作業深度達2500英尺(762m),而實際上MK-48 Mod.1可達到2600英尺(792m);原先RETORC II要求聲納尋標器有效搜獲目標的距離為2000英尺(609m),實際上MK-48 Mod.1可達4000英尺(1219m),是原先MK-37尋標器工作距離(700英尺)的近六倍,而整個魚雷尋標器的搜索扇區面積是MK-37的二十多倍;外傳MK-48 Mod.1聲納尋標器得最大有效範圍是3640m,官方帳面數字是20~1500碼(18.3m~1372m)。

航速方面,原本美國武器局要求MK-48的渡航速度達50節,期間使用尋標器搜索的速度為25節,而實際上MK-48 Mod.1的最大渡航速度可達55節(據信全程55節航行時的射程為26km),使用聲納尋標器搜索時的速度更高達40節,足見聲納尋標器的工作性能高出原始指標不少。

MK-48Mod.1的燃料艙儲存有312kg的OTTO II燃油,航速40節時射程約40~50km; 接近目標4000碼(3657m)時 ,魚雷航速略減至40節,使得主動聲納尋標器得以有效操作,鎖定目標之後再加速至50節以上衝刺值到命中。官方公佈的MK-48攻擊深度是1200英尺(365.76 m)以上,外傳實際上最大可達3000英尺(914m)。相較於以往電力推進的MK-37,MK-48的有效射程為前者的4倍,航速為其2倍,攻擊深度為 其2.5倍;依照魚雷速度,追擊超過35節的敵方潛艦,MK-48 Mod.1也有40%的成功率(反觀航速26節的MK-37,即便攻擊航速20節的目標,成功率也只有10%)。MK-48搭配的魚雷管使用氣壓彈射方式為主,由外部的壓縮氣體將魚雷從管內打出;此外,MK-48也能適用於游出式魚雷管,但由於OTTO II燃油在發動機燃燒後排放的廢氣如氫氰酸(hydrocyanic acid)等具有毒性,若以魚雷自身動力離開發射管就會殘留有毒物質,因此一般而言都使用彈射發射。

MK-48 Mod1的導引系統包含中途線導以及主/被動聲納歸向,導線長度約10海里(18.52km) 。在攻擊遠程目標時,MK-48魚雷發射後,發射艦繼續以本身的聲納系統監聽目標動態,並透過金屬導線傳送指令給魚雷 進行航道修正;由於此階段不需要使用魚雷本身的尋標器,因此能以50節以上的高速衝刺,減少目標能逃逸的時間。等到魚雷接近目標約到4000碼( 3657m)時,魚雷航速降至40節,並啟動主動聲納尋標器搜索目標;捕捉並鎖定目標之後,魚雷便切斷導線、重新加速到50節以上朝目標衝刺(由於此時距離目標很近,即便加速使魚雷流體噪音增高,主動聲納尋標器仍能順利接收到目標回波),直到撞擊目標或者近發引信達成起爆條件。

MK-48的導引系統具有良好的智慧,即便第一次攻擊沒能命中,也能轉向並重新啟動尋標器搜索,對目標進行反覆攻擊。魚雷在終端的控制、搜索、導向、萬一錯過目標的重新攻擊等,都完全由導引系統自行判斷,因此此時即使魚雷導線已經切斷,魚雷都能自行進行攻擊。而除了使用終端主/被動聲納歸向之外,MK-48 Mod.1還具有一個非聲學模式(non-acoustic mode),據信是讓魚雷在終端以直線航行或依照預設航向前進,用來攻擊水面船艦,直到撞擊目標或近發引信起爆。

美國海軍只說明MK-48 Mod.1擁有多模式引信,但並未提供具體資料,據信具有碰撞與感應式近發引信;根據MK-48實際攻擊水面靶船的畫面,魚雷是在船艦龍骨下方引爆,靠著爆炸在水下產生真空區域,以靶船自身的重量將艦體與龍骨折斷。部分資料指出,MK-48的引信包含磁感應模式,能感測周遭的電磁場變化,例如接近目標船艦的鋼鐵船殼時的磁場變化,因而得以在船艦龍骨下方引爆。

MK-48 Mod.1是美國第一種引進數位化系統的潛射魚雷,信號處理以數位化技術進行採樣編碼;過去的類比式導引系統會明顯受到原始信號強弱的影響,而MK-48改用數位信號處理技術後,抗干擾聲噪性能大幅提昇,也能使用更複雜的操作控制指令,這是MK-48聲納尋標器的搜索範圍以及有效工作航速得以大幅增加的重要原因。由於MK-48是數位化控制的魚雷,美國海軍1970年代潛艦上的MK-101、106、112類比射控計算機或MK-113半數位化射控計算機,都無法直接控制MK-48魚雷,因此艦上都另外加裝MK-66控制台作為介面(內含獨立的音頻振盪器),將這些射控系統的類比射控指令轉成與MK-48相容的數位化指令,透過線路傳送給魚雷管內的MK-48魚雷。一直到1970年代末期,美國海軍推出第一種潛艦用全數位化射控系統MK-117,才能直接控制MK-48魚雷,無須任何中介轉換。

魚雷噪音方面,以1970年代的水平,MK-48 Mod.1並不算吵雜;依照2015年公布的資料,在1.7KHz的聲音頻帶上(尾部方向的推進器噪音頻帶), 於水壓1 bar、在10000碼距離外,MK-48 Mod.1魚雷在28節航速下噪音為14分貝,相當於同時期美國海軍靜音型核能攻擊潛艦(應為鱘魚級)10節航速的噪音;而在前述測量條件下,MK-48 Mod.1在40節航速的噪音強度為21分貝,55節最大航速下的噪音強度為26分貝,鱘魚級潛艦在5節航速下為11分貝、15節航速下為21分貝。

為了滿足平時的訓練需求,MK-48也有訓練用的操雷,將戰鬥 部和相關組件移除,改裝紀錄接戰、發射過程的儀器,作為對操作人員和魚雷性能評價的依據;而其餘導引、推進、控制等部位則完全與戰雷相同。MK-48操雷 的其操作程序與使用環境與真實戰雷完全相同,具有距離安全電路和防止與目標相撞功能,避免演練中操雷撞擊潛艦,造成可能的損傷與危害。MK-48操雷配備 固定電路的數位記錄器,以及用於三維靶場追跟蹤的聲脈衝發送器;為了便於回收,操雷具有各種停車模式,操雷頭內並裝有壓力開關,在魚雷到達深度上限和深度 下限時自動關閉發動機,確保操雷安全。達到預設的最大航程後,操雷頭會自動為魚雷提供正浮力,使魚雷浮上水面以利回收。

MK-48的MK-107戰鬥部重295kg,採用PBXN-105炸藥,採用定向聚能,威力相當於455kg的TNT黃色炸藥。此一戰鬥部經過縝密的安全設計與驗 證,引爆器配有電氣和機械安全鎖定裝置和與潛艦相連接的安全電路,確保儲存在艦上期間絕不引爆,發射後也需要經過若干機械和電氣檢查程序才能產生引爆信 號。此一戰鬥部符合美國海軍水下彈藥安全設計原則(STANAG 4333)、引信系統安全設計要求(STNAG 41 87)以及承受外來電磁輻射危害等安全防護規範。 MK-48性能安全可靠,儲存五年之內都不需要特別的保養或調校。

一般而言,美國核能攻擊潛艦以MK-48魚雷接戰目標的距離大約是4至7海里。美國潛艦獵殺蘇聯潛艦時,典型的作業模式是從蘇聯核能攻擊/彈道飛彈潛艦後 方的側面、後面接近(在蘇聯聲納技術進步前,側面與後面通常是被動聲納盲區,並且避開前方主動聲納範圍),在7海里以內發射MK-48魚雷,發射後以線導 方式控制魚雷進入附近邊溫層,並以幾乎和目標平行的航線全速追擊(透過變溫層掩護,蘇聯潛艦較難直接聽到魚雷來襲的聲響);隨後MK-48會被引導到一個 領先於目標的位置然後垂直轉向,使魚雷進入與目標垂直撞擊的航道。一般而言,MK-48魚雷在距離目標1.5至2海里的距離啟動魚雷自身的尋標器。對於安靜型的目標,MK-48魚雷尋標器的截獲距離大約2海里。

MK-48 Mod.1服役初期,還是存在一些技術缺陷或性能上的缺憾,例如在北冰洋冰層下操作時,發現聲納尋標系統比較容易因冰層間反射迴聲而迷惑;齊設兩枚MK-48魚雷時,兩枚魚雷的導線會相互干擾 。此外,縱然MK-48 Mod.1在熱力推進魚雷之中並不算嘈雜,但過去美國海軍用慣了MK-37電力推進魚雷,因此部分人員還是反應MK-48魚雷航行時噪音過大,不僅干擾自身的尋標器工作,也會在更遠的距離被蘇聯潛艦聽見。此外,在距離蘇聯潛艦較近的距離上發射魚雷時,蘇聯潛艦會聽到美國潛艦開啟魚雷管外門注水以及氣壓系統彈射魚雷的聲音(先前美國MK-37等潛射魚雷為游出式而非彈射式,沒有壓縮氣體彈射魚雷而產生的巨大噪音),因而得到預警,採取迴避或施放誘餌,甚至可能也朝美軍潛艦發射魚雷,迫使美軍潛艦切斷導線並進行迴避。

在1973年9月美國國防部針對1974財年國防預算而向眾議院撥款委員會進行的保密聽證會上,就列出MK-48 Mod.1的30項技術問題(其中大部分可藉由小規模工程改善來解決);而在1973年底,美國海軍作戰測試評估部隊指揮官的報告表示,MK-48 Mod.1一部份領域的問題,會影響到整個武器系統的有效性(effectiveness),主要是熱力發動機噪音較大,射程會隨著航行深度增加而地檢;然而,這些是MK-48選擇活塞熱力發動機而必須承擔的先天問題,其噪音勢必比先前電力推進的MK-37魚雷大得多,而且發動機必須對抗海水背壓排氣,消耗較多能量,而這些先天性的問題需要更大規模的設計變更才能改善。

MK-48 Mod3

MK-48服役後的第一個改良型是MK-48 Mod3,在1973年開始發展,1977年服役 ,主要改良是在線導系統中增加雙向溝通(Telecommunication,Telcon)能力;原本MK-48 Mod.0~2的魚雷導線是單向通信,只能由潛艦透過導線向魚雷送出指令。而MK-48 Mod.3則增加了魚雷透過導線將資料回傳潛艦的能力,包括魚雷本身參數以及聲納尋標器探測到的目標資料(深度、速度、航向等),每秒鐘能回傳14個魚雷自身與目標參數,使得艦上操作人員能比對本艦聲納以及魚雷尋標器的探測結果,增加魚雷操控的精確性、命中率,並對抗敵人可能採用的干擾措施。

MK-48 Mod4

在1979年8月,美國海軍開始全力發展大幅改良的MK-48先進能力魚雷(ADCAP,見下文),以對抗蘇聯新推出的阿爾發(Alfa)高速核能攻擊潛艦。由於ADCAP需要耗費數年發展,美國海軍也對現有的MK-48進行過渡性「近程升級」(Near term update),將一些原本只用在少數測試用魚雷上的實驗室修改(Laboratory modification)予以制式化和套件化,供現有MK-48魚雷進行改裝升級,此種構型稱為Mod4。

美國海軍從1980年12月起,將部分現役MK-48升級為Mod4規格,前後陸續改裝了大約520枚,在1982年達成初始作戰能力(IOC)。MK-48 Mod4除了延續MK-48 Mod.3的導線雙向溝通能力之外,也進一步改進導引系統,最重要的是增加射後不理模式;艦上操作人員能根據實際狀況,選擇以一般中途線導指揮魚雷靠近目標,或者提前切斷導線讓魚雷更早進入自主導引,使潛艦可立刻採取迴避,這適合在目標距離很近或者遭到敵方發現的情況下使用。MK-48 Mod 4最大航速約55節,航速40節時續航力約40.7(44550碼)~50km,全程55節時射程約31km(34430碼),最大作戰深度約800m。

原本美國海軍計畫在1982財年終止購買MK-48 Mod4,接著就將MK-48生產線轉為生產ADCAP魚雷;但由於ADCAP計畫進度沒有預期快(原訂在1984至1985財年投入全速量產並服役,但日後晚了四到五年),如果Mod4依照原計畫停產,生產線就會停擺,並阻礙美國海軍部署MK-48的進度。在1982年7月,美國海軍決定建造30艘海狼級(Sea Wolf class)核能攻擊潛艦(每艘能搭載50枚魚雷或飛彈),為此需要增購數百枚MK-48魚雷來滿足需求。因此,美國海軍在1982財年預算案(雷根政府上任後擬定的第一個預算案)中,提出修正案,追加購買144枚MK-48 Mod4。接著在1983至1985財年,美國海軍繼續訂購MK-48 Mod4,其中1983財年購買120枚,1984與1985財年各購買144枚。MK-48 Mod4在1985財年是最後一批訂單,同年美國海軍也開始編列MK-48 ADCAP的第一批採購預算。

在2007年,全部的MK-48 Mod4都已耗盡或升級到更新的構型,離開美國海軍現役。

 

MK-48 Mod.5 ADCAP先進能力魚雷

雖然MK-48的性能比MK-37大幅提昇,但1970年代西方情報發現蘇聯推出由鈦合金建造新型阿爾發級 (Alfa)核能攻擊潛艦,引發西方國家情報界與軍事界的高度關注,並從其流線的外觀、鈦合金外殼等特徵,推測其航速超過40節,潛航深度2000至2500英尺(610~760m);根據前述「魚雷航速需比目標高出50%」的理論,以MK-48 Mod 3/4的55節最大速率以及約760m的攻擊深度,顯然無法在各種狀況下有效追擊阿爾發級潛艦。

在1975年,美國海軍作戰部長(Chief of Naval Operations,CNO)哈洛威上將(James L. Holloway III)授意制訂對新型魚雷的作戰需求(Operational Requirement,OR),隨後在該年三月發佈MK-48 先進戰力魚雷(ADvanced CAPability,ADCAP)計畫提案。由於當時美國海軍情報單位對阿爾發級潛艦的性能只有臆測而沒有確切證據,因此ADCAP在發展出其並不是針對中央情報局(CIA)等單位對阿爾發級潛艦所推測的驚人性能,而主要在於改善魚雷的導引與控制系統,解決先前MK-48在部隊使用測試中發現的不足;這些包括提高尋標器搜索距離、改善尋標器在背景環境噪音以及人為干擾之下的目標識別能力等等,例如克服在北極冰洋使用時冰層反射聲訊、淺海背景雜音之下鎖定敵方安靜柴電潛艦、齊射多枚魚雷時彼此的聲噪相互干擾等,以提高魚雷在複雜實戰情況下的作戰能力。在此階段,ADCAP並不包括提高航速與攻擊深度等。

在1977年,美國海軍為MK-48 ADCAP賦予「EX 49」的暫訂編號(意味著實用化之後就成為MK-49),並在1978年11月對美國軍工業界發出需求徵詢書(Request for Proposal,RFP)。從1975年提出作戰需求到此時,MK-48 ADCAP的發展步調都相當緩慢。然而,由於中央情報局(CIA)掌握越來越多關於蘇聯阿爾發級潛艦的信息(此時已有越來越多的阿爾發級投入服役首艦在1971年12月交付北方艦隊,第二、第三艘在1975至1976年間下水,到1978年時以經開始服役),尤其在1979年3月CIA觀察到阿爾發級二號艦在巴倫支海進行試航,證實此型潛艦在平靜海況下潛航速率超過40節。這個發現震撼美國海軍,證實現有的MK-48 Mod2/3的速度不足以攔截阿爾發潛艦;在此之前,美方一直有人懷疑中情局研判阿爾發級的性能是否太過誇大,甚至不相信蘇聯能以加工困難的鈦合金製造潛艦壓力殼。從1970年代末到冷戰結束,美國海軍反潛武器發展的首要目標,都圍繞著對抗阿爾發級這樣高速、大潛深的目標。

於是,美國海軍立刻採信中情局對阿爾發級的航速與潛航深度推論(註1),加速推動新型潛射魚雷的發展計畫。在1979年8月,美國海軍與休斯公司 的團隊簽約(見下文),為MK-48發展新的數位化導引控制系統,隨後在9月決定加速推動ADCAP計畫,在10月就進入進接發展(Advanced Development)階段。此外,美國海軍還緊急啟動一項稱為「包絡擴展計畫」(envelope expansion program),對現役MK-48進行一系列測試,測驗其攻擊速度、攻擊深度與尋標器工作等實際性能表現,確認ADCAP計畫的各種研究改進方向。「包絡擴展計畫」的測試結果顯示,MK-48的航速以及尋標器探測性能需要進一步提高,才能有效應付阿爾發級這樣高速、大潛深目標;不過,現有MK-48已經足以在預期接戰阿爾發級潛艦的深度之下有效作業,包括魚雷結構強度、魚雷前端與聲納陣列設計都可以承受這樣的深度以及未來更高的航速,前方聲納尋標器垂直覆蓋範圍也足夠對付大潛航深度目標。因此,根據「包絡擴展計畫」的分析結果,ADCAP正式納入提高魚雷航速、擴展聲納尋標器接戰包絡等要求;而MK-48原有的基本設計進行升級就可以滿足這些需求,不需要設計另一種全新魚雷,因此原本EX 49的暫訂編號就遭到取消;不過在324mm輕型魚雷方面,美國海軍現有的MK-46魚雷就無法透過升級達成類似性能,因此另外展開先進輕型魚雷計畫(Advanced Light Weight Torpedo,ALWT),最後發展出MK-50魚雷。

如同前述,ADCAP最初的主要升級目標是改進導引系統的性能,透過更新聲納尋標器以及處理器,使之擁有更長的搜索距離,提高在各種背景環境雜音以及人為干擾之下的目標識別能力;此外,還包括發射魚雷之後,減少潛艦因為維持魚雷連結而受到的機動限制,以及加強接戰水面目標的能力。而在進行「包絡擴展計畫」之後,ADCAP又納入增加魚雷航行速率、潛航深度等目標,此外也進一步擴展尋標器和電子設備的升級範圍。

休斯為MK-48 ADCAP設計了全新的聲納尋標器與全數位化魚雷導引控制系統 ,不僅性能大幅提高,而且由於引進新一代微型化電子科技,使整個導引段體積大幅縮減,得以在不改變魚雷外部尺寸的情況下,騰出更多空間給燃料槽。原本MK-48的聲納尋標器與導引控制系統分開佈置,聲納尋標器位於魚雷前部鼻端(Nose Section),包含聲納換能器、發射器、接收器以及歸向控制系統;而導航控制系統則包含指揮控制系統以及慣性導航的陀螺儀,設置在魚雷中段、戰鬥部後方的控制段(Control Section)內。而休斯為ADCAP開發的新型導引系統則將聲納尋標器與導引控制器結合成單一的導引與控制段(Guidance & Control,G&C),設置在魚雷鼻端,整體佔用體積比原本(尋標器加導引控制段)大為縮減,使得魚雷燃料槽能向前擴大到原本導引控制段的空間,燃料攜帶量從原本的312kg增至430kg。MK-48 ADCAP總共有兩個燃料槽。

ADCAP的導引與控制段中,聲納尋標器由新開發的聲納換能器 陣列、波束成形控制電路以及數位化信號處理器構成,而指揮控制單元則包括李頓/辛格(Litton/Singer)公司的L81慣性參考單元(Inertial Measurment Unit,IMU)以及自動駕駛計算機。以往MK-48採用數位/類比混合電路系統,導引控制系統使用專用電路來控制;而ADCAP則是MK-48首度引進數位化微處理器的型號,控制軟體由當時美國海軍軍規的CMS-2程式語言撰寫,不僅處理能力與靈活度比原本專用電路卡更高,而且更容易升級(只須要擴充軟體),此外系統中還預留20~40%的記憶體容量,為日後軟體升級提供餘裕。整個ADCAP魚雷的導引與控制段 硬體分成兩部電路卡機箱(Circuit Card Box),即前、後電路卡機箱,各有一部直流電供應器;兩個電路卡模組總共有五個數位微處理器,其中前電路卡模組具有一個Intel 8085微處理器(8位元定址)作為聲納尋標器的控制器,LP81慣性參考單元使用一個Zilog Z80u處理器(八位元定址);後電路卡模組則有三個微處理器,自動駕駛儀介面單元有一個Intel 8085處理器,而自動駕駛資料處理器以及戰術資料處理器各使用一個通用處理器。ADCAP的新電子科技除了提高ADCAP魚雷導引段性能、減少硬體體積之外,也有助於提高可靠度、縮短備射暖機時間以及重新啟動的時間。MK-48 ADCAP的魚雷鼻端外罩重新設計,使用低阻力線型,可降低魚雷航行時的流體噪音,減少對聲納尋標器的干擾。

MK-48 ADCAP的新 尋標器是電子掃描式,由電子電路控制聲納波束轉向。相較於原本的MK-48,MK-48 ADCAP的尋標器擁有更遠的使用距離、更寬廣的搜索角與搜索深度。早期的MK-48由於尋標器搜索範圍較窄,必須蛇行才能有效搜索目標, 不僅增加燃料消耗,也不利於高速接敵;而MK-48 ADCAP更寬廣的搜索角度則能直接鎖定目標,讓魚雷高速直線航行接敵,減少許多不必要的燃油消耗。MK-48 ADCAP具備反覆攻擊的能力,前一次攻擊萬一錯失目標,仍能重新展開搜索並重新發動攻擊。MK-48 ADCAP的尺寸外型大致上與早期型號相同,重量則從原本的3434磅(1557.64kg)增為3695磅(1676kg)。

ADCAP仍繼續使用 活塞發動機,但經過進一步改良,增大燃油供應流量並強化機械結構,使出力增加,最大航速增加到60~65節,達到有效追擊40節目標的條件 ,航行速度調整範圍也比原先擴大。雖然MK-48 ADCAP的耗油量提高,但由於導引段縮小使燃料槽得以加大,且新的導引系統能使用更經濟的路線航行,因此射程並未比原先縮減。依照美國海軍日後在1996年公布的資料,MK-48 ADCAP全程以65節航行的射程約22000碼(20km), 也有資料指出其航速65節時射程達30000碼(27.4km)、航速55節時續航力42530碼(38.9km)、航速40節時續航力50000~54685碼(50~45.7km)。MK-48 ADCAP魚雷其他設計變化包括 ,將導線收容艙從燃料槽前方移到燃料艙後方等等。此外,從MK-48ADCAP起,美國海軍也將MK-48戰鬥部的高爆炸藥換成更安定的PBXN-105(裝藥量不變), 延長了儲存效期。

為了配合使用MK-48 ADCAP,潛艦上的射控系統也必須修改。當時美國海軍最新型的數位化潛艦作戰指揮系統是作戰控制系統一型(CCS MK-1,1983年起裝備於洛杉磯級上,核心為MK-117數位計算機),而CCS MK-1配合使用MK-48 ADCAP的軟體版本是1986年完成的C4.2(升級後稱為CCS MK-1 Mod.3)。先前已經服役的洛杉磯級的CCS MK-1都陸續將軟體升級為C4.2,而之後為洛杉磯改進型(688-I)的AN/BSY-1、用於海狼級的AN/BSY-2、接替CCS MK-1的CCS MK-2等,一開始就納入MK-48 ADCAP的運用能力。

 

MK-48 Mod.5 ADCAP研製與生產

總共有兩組團隊參與ADCAP的競標,包括由休斯飛機公司、Gould公司(原MK-48 Mod2承包商)的團隊,以及由雷松(Raytheon)、西屋與漢緯(Honeywell)公司組成的團隊,最後由休斯飛機公司與Gould組成的團隊獲勝,在1979年8月取得美國海軍的ADCAP魚雷驗證確認開發合約,為期36個月,價值3670萬美元。 在研發工作中,休斯飛機公司設計新的尋標與導引控制系統,而Gould負責修改魚雷彈體與推進系統(油箱以及雷體後段由Argo-Tech公司生產)。 隨後美國海軍在9月決定加速推動ADCAP計畫,在10月就進入進接發展(Advanced Development)階段。

依照最初的規劃,美國海軍打算在1979年8月簽署合約的16個月後,在1980年12月就接收第一枚MK-48 ADCAP的進階發展原型(Advanced Development Model,ADM),緊接著在1982年3月進行國防系統採購審查委員會第二階段審查(DSARC II),然後進入工程發展階段(Engineer Development),在1983至1984年服役,1984至1985年進入全速量產,希望在五到六年時間就玩成MK-48 ADCAP的所有開發與測試工作,在1980年代中期就進入全面生產與部署。然而,這樣緊迫的時程明顯不切實際,第一枚MK-48 ADCAP的ADM原型魚雷在1981年才交付美國海軍,隨後簽署工程發展合約。

在1982年初,美國海軍在位於加拿大納諾斯灣(Nanoose Bay)的試射場,進行MK-48 ADCAP ADM原型魚雷的首次航行測試,主要是測試開發中的新型慣性參考單元。依照當時估計,ADCAP工程發展階段至少要進行240次試射,會從1983年持續到1984年,顯然不可能照原訂時程投入量產與服役。因此,當時美國國防部長卡斯帕.溫伯格(Caspar Weinberger)在1985年指示,將MK-48 ADCAP的部署時間延到1980年代中期以後。在1985年2月美國國防部提交國會的報告,此時美國海軍已經完成1984財年的MK-48 ADCAP測試計畫,並預定於1985財年的「五年國防計畫」(Five Year Defense Plan,FYDP)中購買1890枚,其中前兩個財年(1986與1987)分別購買123枚與280枚。不過,MK-48 ADCAP此時仍在初期測試,1986年8月才進入技術評估(TechEval)階段,然後在1988年4月展開作戰評估(OpEval)。

在1988年7月23日,MK-48 ADCAP進行作戰評估階段的最後重頭戲:第一次攜帶實際戰鬥部的全功能實彈試射,由洛杉磯級核能攻擊潛艦諾福克號(USS Norfolk SSN-714)發射,成功以MK-48 ADCAP擊沈作為靶艦的退役驅逐艦英格拉翰號(ex-USS Jonas K. Ingram DD-938)。在1988年8月,MK-48 ADCAP完成作戰測試評估,作戰測試評估報告指出MK-48 ADCAP能有效應付一部分的威脅,但某些戰術情境如對抗大型水面艦艇時,是否具備足夠的致命性,仍存在疑問。在1988年(1987財年),美國海軍宣布MK-48 ADCAP達成初始作戰能力(IOC),並進入全速率量產,但美國國會認為作戰評估報告對MK-48 ADCAP戰力評估的情況不夠完整,因此限制1988財年美國海軍購買MK-48 ADCAP的數量,多花一些時間對MK-48 ADCAP進行修正改善;因此,MK-48 ADCAP直到1989財年才獲准進入全速率量產,並在1990年開始交付美國海軍潛艦部隊。MK-48 ADCAP年開始量產時,單價高達224萬美元,比戰斧巡航飛彈還貴。最初美國海軍打算將MK-48生產線由Mod4過渡到ADCAP之前,再發展一個過渡改良型號Mod.5;但此計畫隨後遭到取消,MK-48 Mod.5遂成為ADCAP的第一種量產型號。

依照MK-48 ADCAP最初的合約架構,基於當時美國國防部推動的雙重供應來源政策,兩家主承包商休斯飛機與Gloud各會建立一條生產線,逐年競爭該年度的MK-48生產主合約(魚雷上各次系統都由原本各次承包商提供)。其中,休斯飛機公司作為主供應商,生產線從1985年開始運轉;而Gloud公司作為第二供應商,生產線則在1986年起開始運轉。在1985年,休斯飛機公司被通用汽車集團(GM)收購,與GM旗下Delco電子公司合併成休斯電子(Hughes Electronics);而Gloud公司則在1988年1月將MK-48的生產線賣給西屋電氣公司。西屋 是最早負責研製MK-48的主承包商(Mod.0),在1971年MK-48重啟合約競標中敗給Gloud,然而16年後透過整併,遂再度重回MK-48魚雷的生產業務。

如同前述,1985財年美國「五年國防計畫」中打算購買總數1890枚的MK-48 ADCAP;這些數量包括生產全新的魚雷,以及透過訂購套件(包含休斯公司提供的新導引與控制段,以及Argo-Tech公司生產的新油箱與雷體後段等),將現有早期構型MK-48重組升級為ADCAP規格。不過隨著1986財年起美國國防預算開始縮減(雷根政府在1982到1985財年都持續增加國防預算,隨後因應蘇聯戈巴契夫政權開始改善蘇聯與西方的關係,美國國防預算從1986財年開始收縮)。因此,到1988年3月MK-48 ADCAP即將進入作戰評估階段時,美國海軍的ADCAP目標產量已經減少到1062枚。

在1985財年,美國海軍訂購首批30枚測試用MK-48 ADCAP,然後在1986財年照原計畫訂購123枚初期量產型;不過在1987財年則只訂購50枚初期量產型,而不是原本預計的280枚。在1988財年,美國海軍訂購100枚MK-48 ADCAP,1989財年訂購320枚,此時MK-48 ADCAP開始全速量產。原本美國海軍打算在1990財年也購買320枚,但最後只通過260枚。在1991財年,美國海軍訂購240枚MK-48 ADCAP,接著從1992到1994三個財年各都訂購108枚,然後提前結束MK-48 ADCAP的生產作業,全部生產作業在1995年12月結束。總計包含測試階段以及初期階段,MK-48 Mod 5 ADCAP的生產持續10個財年(1985至1994財年),累積生產量1447枚。在1995年12月,MK-48 Mod5 ADCAP的生產作業告一段落;此後 ,美國海軍就再也沒有訂購全新製造的完整MK-48魚雷,後續的發展都以採購套件來升級庫存的MK-48魚雷。

據說MK-48 ADCAP在1989財年投入全面量產時,單價高達224萬美元,比戰斧巡航飛彈還貴。依照1990年代的數字,一枚MK-48 ADCAP單價350萬美元左右,同時期MK-48早期型號(應為Mod4)單價250萬美元。

 

未成的ADCAP封閉循環推進系統(CCAPS)

如同前述,MK-48使用開放循環式(Open-Cycle)斜盤活塞發動機,運作時發動機會排氣到水中,發動機的水壓為發動機功率帶來背壓;隨著作業深度增加、外來水壓提高,發動機工作壓力也需要相對提高來順利排氣,導致油耗隨著工作深度增加、射程降低。此外,相對於電力推進魚雷,MK-48的斜盤活塞發動機噪音也大得多,MK-48 ADCAP增加功率與航速之後,噪音也進一步提高。雖然相較於同時期其他國家的熱力發動機魚雷,MK-48的噪音並不算特別突出,但依照美國海軍1990年三月一份報告,MK-48 ADCAP全速航行時的噪音,大致相當於一艘美國海軍核能潛艦全速航行的噪音。一旦魚雷噪音提高,就容易被敵方潛艦提早警覺採取迴避與反制/反擊措施,甚至透過魚雷航向而得知發射的美國潛艦的位置。

由於MK-48 ADCAP魚雷增大魚雷燃料槽,可以一定程度改善深度增加時損失的射程,而美國海軍比較在意的還是ADCAP魚雷的噪音問題。尤其是美國海軍在1980年代發展的海狼級核能攻擊潛艦非常重視靜音能力,力求面對蘇聯潛艦時享有先發現、先開火的優勢;但如果魚雷航行時噪音過大而讓敵方在較遠的距離就警覺遭到攻擊,海狼級的靜音優勢就會大打折扣。

在1986財年MK-48 ADCAP仍在測試與初期量產階段時,美國海軍就啟動一個平行的ADCAP封閉循環推進系統(Closed-Cycle ADCAP Propulsion System,CCAPS),準備為MK-48開發較為安靜且不受作業深度影響的封閉循環發動機。同時期美國進行的MK-50先進輕型魚雷(ALWT)計畫也打算採用封閉循環蒸汽渦輪發動機 ,稱為儲存化學能推進系統(Stored Chemical Energy Propulsion System,SCEPS)。

當時美國海軍打算將靜音型MK-48 ADCAP發展計畫分為兩階段:第一階段是將MK-48的有效搜索航速(魚雷尋標器能正常工作)從原本40節提高到65節(即ADCAP的極速);第二階段則是將魚雷搜索航速進一步提高到75節,不增加噪音,同時將最高航速的射程從原本22000碼(20km)提高到30000碼(27.4km)。依照1990年初的消息,當時美國海軍希望能在1993至1994財年左右,開始部署CCAPS計畫發展的安靜型MK-48 ADCAP魚雷,結合封閉循環發動機以及一系列改進的減震降噪措施。

然而,能滿足靜音、高速性能的封閉循環發動機技術難度頗高,進度不斷落後,成本超支。1990年代初期蘇聯解體,美蘇冷戰結束,蘇聯核能潛艦的威脅也迅速消逝;當時才剛剛進入服役的MK-48 ADCAP魚雷已經是全世界頂尖的魚雷,在國防預算全面刪減之際,美國政府自然難再繼續支持一些技術挑戰過大、成本高昂的魚雷改進計畫。因此,美國海軍在1992年6月左右取消了CCAPS(某些其他說法是CCAPS在1992年2月甚或1991年就遭到放棄)。

在2011年,全部的MK-48 Mod5都已經耗盡或被升級到Mod6以後的構型,至此MK-48 Mod5從美國海軍除役。

 

冷戰結束後的ADCAP改進項目:導引控制系統升級/魚雷推進系統升級(TPU)

由於1980年代末期開始,隨著超大型積體電路(VLSI)技術的發展,民間的計算機性能進步神速;在1979年開始發展的MK-48 ADCAP魚雷花費10年,才在1980年代末期進入服役,此時其導引與控制系統(G&C)的計算機軟硬體架構都已經比同時期商規主流水平落後甚多。例如,ADCAP發展時,美國海軍開發數位系統的標準程式語言是CMS-2,但美國國防部在1983年又推動新的ADA高階程式語言,並在1987年要求此後新開發的系統,軟體程式碼行數至少30%需由ADA撰寫,因此MK-48 ADCAP的軟體必須引進ADA。此外,ADCAP使用的八位元數位微處理器到1990年代時已經完全落後於市場主流,無法滿足日後擴充軟硬體的需求。

早在1989財年MK-48 Mod.5 ADCAP剛剛進入全速率量產時,美國海軍就開始規劃導引與控制系統的升級工作,包括換裝更先進的處理器,並引進ADA語言。升級工作打算採用分階段進行,首先以螺旋發展策略逐步升級軟體(每個版本是一次軟體批次升級,Software Block Upgrade),接著引進新的計算機硬體。

在1991年,美國海軍完成MK-48 ADCAP導引與控制系統的軟體批次升級一(Software Block Upgrade I,BU I)測試,提高了部分作戰情境下的作業能力,這改善了1988年ADCAP剛完成作戰評估時被認為不足之處。

在1992年6月,美國海軍取消了前述的CCAPS封閉循環推進系統計畫,但美國海軍還是希望繼續提高MK-48的靜音性能,因此推動一項技術難度與成本較低、使用現成技術的「過渡性推進系統升級」(Interim Propulsion Upgrade),例如以吸音、隔震措施來降低MK-48 ADCAP的運轉噪音;這隨後成為魚雷推進系統升級(Torpedo Propulsion Upgrade,TPU)計畫,在1992年7月7日發出TPU的作戰需求文件,內容包括初步的發展需求(要求降低噪音發散,使魚雷航行時更難被敵方探測到)。

然而,美國政府審計署(GAO)在1992年9月發佈一份名為「海軍魚雷計畫──MK-48 ADCAP推進系統不需要升級」(Navy Torpedo Program─MK 48 ADCAP propulsion System Upgrade Not Need)的報告,認為現有MK-48 ADCAP的性能已經能滿足海狼級核能攻擊潛艦(由於冷戰結束而使進度延遲、產量大幅縮減)的需求,美國海軍應投資研究可應用在更新一代魚雷的新型推進系統,包括儲存化學能推進系統(Stored Chemical Energy Propulsion System,SCEPS)、功率密度更高的新型電力推進系統等,在未來真正達成改善魚雷靜音能力的目標,而不需要浪費資源投資在MK-48魚雷推進系統升級計畫上。

雖然GAO持反對意見,但美國海軍仍堅持推動MK-48 ADCAP的各項升級工作。在1993年1月,美國海軍主管研發採購的助理部長將MK-48 ADCAP的G&C導引控制系統升級計畫與TPU魚雷推進系統升級計畫整合到單一的修改計畫中,以統一管理MK-48 ADCAP的後續升級。

隨後,美國海軍也依照冷戰後的環境,重整MK-48 ADCAP導引與推進系統的升級需求,尤其是著重魚雷在近岸淺水域環境下的作業能力。冷戰結束後,在大洋遠海與蘇聯海空交戰、獵殺蘇聯核能潛艦頓時不再是美國海軍的首要任務;經過一段時間探索之後,美國海軍提出了後冷戰時期的軍力發展方向,認為從海上向陸地投射武力、應付突發性區域衝突,是之後美國海軍主要的作戰需求。因此,之後美國海軍勢必會更多地在敵對勢力沿岸淺水環境下作業,而可能遭遇的水下對手也從 以往蘇聯核能彈道飛彈、攻擊潛艦,轉變成敵對「流氓國家」的近岸柴電潛艦;如此設定的作戰環境,與原先針對在深海對付高速目標的MK-48 ADCAP大不相同(原本ADCAP只具備有限的淺海操作能力)。近岸淺水的聲學環境極差(有大量來自沿岸地形的雜波干擾,深海聲學通道也不存在),過去在這個環境下極難使用導向魚雷;而在水下使用電池推進低速航行的柴電潛艦不僅十分安靜,且由於航速很低,聲學都卜勒效應並不明顯,在靠近海底低速航行或懸浮時,聲納尋標器很難單純透過目標移動產生的都卜勒頻移將潛艦目標從海底背景回波中過濾出來。因此,MK-48 ADCAP接下來導引控制系統升級的主要方向,就是能在近岸淺水環境下能有效作業並對抗低速柴電潛艦。 依照美國海軍的定義,「淺海」是深度600英尺(約180m)以內的水域。

軟體升級方面,MK-48 ADCAP第一個提升淺海作業性能的導引控制軟體升級是軟體批次升級二(Software Block Upgrade II,BU II),在1993年展開測試,至1993年10月時在墨西哥灣完成了90次水下開發測試,並在1994年完成部署。緊接下來的BU IIA從1993年10月開始發展,將原本由CMS-2語言撰寫的MK-48 ADCAP導引控制系統軟體以ADA語言重新編寫,在1995年與潛艦射控系統進行整合測試,完成後隨即部署;從BU IIA以後,MK-48 ADCAP魚雷的軟體都全面轉為ADA。在1996年1月,美國海軍開始測試MK-48 ADCAP的軟體批次升級三(BU III),這是配合MK-48 Mod.5 ADCAP原始處理器架構的最後一版軟體,改善了某些特定環境下的作業效能;BU III在1997年部署。

TPU魚雷推進系統升級方面,美國海軍在1993年9月發出TPU原型的發展合約,打算在1994財年購買15套TPU。在1993年11月,美國海軍調整TPU需求,主要是針對在近岸、淺海域環境。在近岸淺海環境下,魚雷發動機聲響很快就會碰到海床或沿岸地形而反射,對魚雷聲納尋標器造成額外干擾;因此降低運轉噪音成為TPU的最重要目標,不僅減少敵方先發現魚雷的距離,也降低魚雷推進系統在淺海環境反射的殘響對自身尋標器的干擾,提高探測效能。

TPU打算透過現有成熟科技,在不更動推進系統的情況下,以較低的成本來減少MK-48 ADCAP魚雷推進系統的噪音。首先,TPU在魚雷後部、尾錐段加裝一系列降噪隔震措施,這些包括:在發動機部位的殼體設置減震支架與阻尼,為傳動軸設置隔震軸承,降低推進系統機械輻射到水中的噪音;為發動機排氣口設置消音外罩,降低排氣噪音;修改尾部控制面外型 ,使用更流線的導引靴(Guide Shoe),改用形狀更流線的噴泵推進器造型,降低流體噪音;此外,重新配置速度感測器與傳動軸連結器。

 

MK-48 Mod6改進型ADCAP魚雷(ADCAP MODS)

經過兩年的相關前期研發之後,美國海軍在1995年4月啟動MK-48 ADCAP改良計畫的低速初期量產合約(硬體部分),整合了前述的導引控制系統軟體批次升級、TPU魚雷推進系統升級、改進的類比聲納發射機等。此一型號稱為MK-48 Mod6改進型ADCAP魚雷(ADCAP MODS)。

MK-48 Mod.6 ADCAP MODS的新導引控制系統由主承包商休斯電子與西屋合作開發,基於商規現成技術(COTS)來發展,這是美國海軍最早採用COTS技術的武器系統研製計畫之一;盡可能使用COTS技術(而不是過去專門為軍方需求發展的技術與標準),是當時美國國防部長威廉.派里(William Perry)推動的政策。

MK-48 Mod.6 ADCAP MODS的新導引與控制系統以朗訊公司(Lucent,原AT&T公司)的DSP32C數位信號處理器以及Motorola 68040處理器為基礎,運算能力遠高於原本MK-48 Mod.5 ADCAP魚雷的Intel 8085、Z80u等八位元處理器。新的導引與控制系統處理器架構分為兩組,第一組是聲納尋標器的聲學信號處理器模組;第二組則是戰術處理器模組,聲納尋標器接收的信號通過聲學處理器處理之後,輸入戰術處理器模組,產生包含目標識別、追蹤資訊的戰術圖像資訊,戰術處理器在根據這些戰術圖像資訊對魚雷自動駕駛儀下達控制信號,控制魚雷的航向與航速。除了處理器外,其他組件如記憶體等,也都以商規現成硬體取代舊型軍規硬體。新導引系統的機板卡模組與機箱也全新設計,將原本ADCAP魚雷導引控制系統的兩個電路卡機箱以及兩組直流電源合併成單一的電路卡機箱,整個體積比原本縮減,但硬體運算能量以及擴充空間反而都比原先提高。新的單一電路卡模組尺寸為6x9吋,電路卡模組上總共有12個全尺寸插槽以及四個較小的插槽(由於電路卡機箱以橫向方式安裝在魚雷內部,為了配合魚雷的圓形截面積,所以機箱兩側只能安排較短的插槽,機箱中部才能使用全尺寸插槽)。MK-48 Mod.6魚雷一開始只使用電路卡模組上的六個全尺寸插槽以及四個小型插槽,未使用的六個全尺寸插槽用於未來的擴充。MK-48 Mod.6其他組件也都以商規設備取代原本的軍規組件。

原本MK-48 Mod.5 ADCAP導引控制系統的電路板數量為80張,MK-48 Mod.6 ADCAP MODS改用商規現成組件後減為18張,體積重量減低不少,運算處理能量也提高一個數量級。當然,電子組件從原本美國軍規改成一般商規,代價之一就是對惡劣環境的容忍能力下降;例如,原本美軍軍規電路以陶瓷封裝,能承受攝氏-55~+125度的外界溫度,然而商規組件的塑膠封裝的溫度容忍就只有攝氏-2~+85度。此外,MK-48 Mod.6 ADCAP MODS此階段的導引系統升級只是在元件層次(如處理器、記憶體等)以商規現成產品替代過去的軍規產品,然而系統架構以及模組層次仍維持原本的軍規設計,例如資料匯流排仍然是原本專為MK-48 ADCAP發展的特殊規格,電路板卡尺寸也仍依照美軍規格製作成6 x 9吋。

除了引進商規現成組件之外,MK-48 Mod.6新導引與控制系統另一項重要發展,是實現全面數位化與可程式化;先前MK-48 Mod.5實現了導航控制段的數位化,而MK-48 Mod.6新導引控制系統的導引控制與聲納尋標控制都實現了數位化,包括兩組處理器單元、自動駕駛儀、聲納尋標器(包含發射機、發射波束成形器、聲納控制與波形產生器、信號處理過濾器、接收波束成形器等)、引信等,都是數位化、可程式化的型式,系統中剩下的非程式化類比組件只剩下聲納換能器陣列,以及用來轉換聲納接收信號的類比-數位轉換器(A/D)。由於採用數位化的波束發射/接收作業,MK-48 Mod.6的導引系統具備多波束作業與多種波形能力,進而實現多種搜索與歸向模式;而導引控制系統中的軟體可根據戰場背景環境以及目標特性做出回應,自動調整魚雷的作戰、迂迴 機動模式,此外還有程式化的自動反干擾模式,能自動判斷敵方釋放的氣泡幕或誘餌(早期MK-48遭遇誘餌或氣泡幕等干擾時,需由操作人員以導線控制魚雷來避開干擾)。MK-48 Mod6魚雷發射後,導航系統能自動導引魚雷前往發射時預設的定點(waypoint),操作人員透過魚雷連接的導線對魚雷進行遠端監控,必要時對魚雷導引系統進行越權覆寫(override),具備同時齊射多發魚雷、對抗多個目標的能力。

配合新全新的導引與控制系統硬體架構,美國海軍也為MK-48 Mod.6開發「批次升級4」(BU IV)軟體,以充分發揮新硬體架構帶來的運算處理能力成長,並引進先進數位信號處理演算法以及先進的聲納波形。BU IV軟體在1997年11月開始發展測試,在1999年開始部署(應在2001年完成)。

此外,美國海軍也為MK-48 Mod6新發展了魚雷程式下載系統(Torpedo Downloader System,TDS) ;以往MK-48魚雷要升級導引控制系統軟體時,需將魚雷後送到海軍水下作戰中心(Naval Undersea Warfare Center,NUWC)的中介維修活動(Intermediate Maintenance Activity,IMA),卸下魚雷的導引控制段並更新裡面的控制軟體,整個過程十分麻煩。而加裝TDS之後,就能直接在潛艦上為每一枚魚雷更新軟體,只須將儲存了新軟體的裝置連上魚雷 的TDS電子介面,新軟體就可直接上傳到魚雷導引控制系統中。

結合以COTS技術開發的新導引與控制系統軟硬體、TPU魚雷推進系統升級之後,MK-48 Mod.6 ADCAP MODS的淺海作戰能力比MK-48 Mod.5大幅增加,尋標器探測追蹤性能、導航控制、魚雷靜音性能等都有成長,就連潛深性能也進一步提高,也大幅提高了未來可擴充能力。整體而言,MK-48 Mod.6 ADCAP MODS在各種作戰環境下,對抗現代化核能、柴電潛艦的能力都有成長,能在聲學背景干擾複雜的近岸淺海環境下(深度小於600英尺,約183m),對抗安靜且隱蔽能力好的敵方潛艦與水面船艦。

MK-48 Mod.6的產製過程

最初美國海軍打算將1300枚MK-48 Mod.5 ADCAP升級為MK-48 Mod.6 ADCAP MODS(並沒有新造)。在1995年中期左右,美國海軍擁有4000枚MK-48魚雷庫存,其中現役狀態有3000枚,其中約1/3是ADCAP構型,其餘2/3是MK-48 較舊的構型(多數為Mod4)。冷戰結束後美國海軍核能潛艦兵力大幅裁減,較老舊的鱘魚級(Sturgeon class)核能攻擊潛艦正陸續除役,原本預計建造30艘的海狼級核能攻擊潛艦也一路裁減,最後只有三艘付諸建造;因此,當時美國海軍預估未來只須要保留兩千枚MK-48魚雷,而其中65%都會升級為Mod.6構型。美國海軍在1995年5月向休斯簽署首批450枚MK-48 Mod.6的升級改裝合約,並打算在1999財年以前訂購818枚魚雷的升級套件,而全部1300枚魚雷的升級工作原訂在2003年完成。

然而,美國政府審計組織(GAO)在此時再度質疑MK-48 ADCAP魚雷升級計畫;GAO在1995年6月公布一份「海軍魚雷計畫─MK-48 ADCAP升級項目不夠合理」(MK-48 ADCAP Upgrades Not Adequately Justified),認為MK-48 ADCAP MODS魚雷計畫的兩大部分:導引與控制(G&C)與推進系統升級(TPU)都存在問題。對於TPU,這份報告認為未能證明達到美國海軍宣稱的降噪效果:首先,美國海軍在比較ADCAP MODS與原本ADCAP的噪音時,ADCAP MODS的設定航速比ADCAP魚雷慢63%,而不是在一個相同的基準上比較,速度較慢的魚雷噪音本來就比較低,因此無法證明ADCAP MODS的確擁有較佳的靜音性能。第二,美國海軍最初在1992年提出TPU的降噪目標,但到了1993年就將音量標準提高30%,意味容許更大的噪音,所以GAO質疑TPU計畫真實的降噪成果。GAO這份報告也批評,美國海軍進行TPU時,只評估升級推進系統這種手段,沒有充分探討其他可能的降噪手段。而針對導引與控制系統,GAO的報告認為其軟、硬體開發時程無法互相配合,例如新的處理器硬體架構當時排定在1997財年交付,但搭配的BU Block IV軟體在1998年中期以前都無法備便。在TPU實際降噪效能有疑問、G&C沒完成整合測試工作的情況下,美國海軍打算在1999財年之前就訂購多達818套ADCAP MODS的升級套件,GAO報告認為並不合理。因此,GAO向美國國防部建議,終止ADCAP MODS中的TPU推進系統升級項目,並推遲G&C的升級時程,直到所有軟、硬體完成所有整合測試工作。 雖然GAO質疑TPU升級計畫的成效,但是依照一些俄羅斯方面的資料,認為MK-48魚雷後期的升級型號,聲噪水平已經與德國DM2A3電力推進魚雷接近。

因應GAO這份報告的批評,美國海軍放緩ADCAP MODS的升級時程,1999財年之前的採購數量減少六成,整個採購期程從原本8年放慢到超過11年。在1996年討論1997財年預算中MK-48 Mod.6魚雷採購計畫時,將採購總數從原本1300枚減少到1046枚,這代表將現有1046枚MK-48 Mod.5全數升級為Mod.6,但不會將更早構型的MK-48升級為Mod.6,也不會訂購新雷。

在1996年1月,西屋宣布將國防電子系統相關業務賣給諾斯洛普格拉曼集團,成為諾格電子系統(Northrop Grumman Electronic Systems);在1997年1月,休斯電子的母公司通用汽車(GM)集團宣布,將休斯電子國防業務部門(即最初的休斯飛機公司)賣給雷松(Raytheon);原本休斯電子的Delco分部則獨立成GM集團旗下的Delphi汽車公司,在1999年變成獨立公司。因此,此後MK-48魚雷就成為雷松以及諾格集團的業務。

1995財年,美國海軍購買37套MK-48 Mod.6 ADCAP MODS升級套件,1996財年原訂購買85套,但只通過51套;第一批MK-48 Mod.6基線(Baseline)為生產批號22.1.2,於1997財年達成初始作戰能力(IOC)。在1997財年,美國海軍購買135套MK-48 Mod.6 ADCAP MODS套件,1998財年訂購139套,1999財年訂購127套(該年度請求時提出的數量為104套),2000與2001財年各購買115套,2002財年申請購買68套但只批准35套,2003財年訂購105套,2004財年訂購76套,2005財年訂購最後一批78套,至此完成全部1046枚MK-48 Mod.6的採購計畫。

MK-48 Mod.6後續升級項目

MK-48 Mod.6 ADCAP MODS在1990年代中期初步完成後,美國海軍繼續進行一系列關於MK-48的升級計畫,主要包括三個方向:首先將導引與控制系統轉為開放式架構,第二是引進新的寬頻聲納尋標器,第三是繼續降低魚雷噪音。

1.MK-48 Mod.6先進通用魚雷(ACOT)

導引控制系統方面,如同前述,MK-48 Mod.6 最初只是將導引控制系統中的軍規組件換成商規現成組件,但是電路板卡、匯流排等模組/架構層次仍維持原本的美軍軍規,承包商仍需要依照這些美軍特有的規格來產製組件,而不是直接使用常用的民間商業規格,無法充分發揮使用商規現成組件之後降低開發時間產製成本的好處。因此,MK-48 Mod.6導引系統的下一個升級目標,就是改用開放式系統架構(Open Architecture,OA),以商規主流的主機板卡、資料匯流排等規格來取代原本美國海軍特有的封閉軍規。美國海軍第一種採用開放式架構的魚雷,是1999年開始研製的MK-54 324mm輕量化混合魚雷(Lightweight Hybrid Torpedo,LHT),結合MK-48 ADCAP與MK-50先進輕型魚雷的導引尋標系統技術,以及MK-46魚雷的推進系統。MK-54的導引控制硬體結構包括VME64資料匯流排、6U VME規格主機板、IBM與Motorola開發的PowerPC 603E精簡指令集(RISC)控制處理器、德州儀器(TI)320C40數位信號處理器(DSP)等。

因此,美國海軍 推動「通用魚雷開發載具」(Common Torpedo Development Vehicle,COT-DV)計畫,為MK-48 Mod6魚雷改用與MK-54相同的開放式導引控制硬體架構,使得美國海軍輕型、重型魚雷的計算機軟硬體結構實現統一;爾後COT-DV又改稱為「先進通用魚雷開發載具 」(Advanced Common Torpedo Development Vehicle,ACOT-DV),因此改用開放式架構的MK-46 Mod.6型號為ACOT。MK-48 Mod6 ACOT改用新的導引控制機箱,稱為先進通用魚雷導引系統與控制機箱(Advanced Common Torpedo Guidance and Control Box,ACOT-GCB),使用與MK-54相同的VME64資料匯流排與6U VME6主機板規格,核心控制處理器也是PowerPC系列(時脈為80MHz),數位信號處理器則使用比MK-54更高檔、時脈達400MHz的Radstone Technology G4DSP(研發階段還曾考慮過Analog Devices的2160 SHARC),整體運算能力比早期的MK-48 Mod.6提高數十倍,而且保有相當的擴充餘裕。G4DP信號處理器不需要冷卻風扇,可降低對導引系統的噪音干擾。軟體方面,MK-46 Mod.6 ACOT一開始仍沿用Mod.6的批次升級第四階段(Block Upgrade IV)軟體,但為了配合新的硬體而改用商規的C語言重新撰寫(軟體安全體系依照美國軍方MIL-STD-882標準),提高了軟體架構層面的開放性與可擴充性。ACOT-GCB被製成一個單一的模組插件,以套件的形式取代MK-48 Mod6舊的導引控制系統,就完成了升級。

依照最初計畫,美國海軍在2001財年 為MK-48 Mod6引進前述的ACOT-GCB開放架構導引控制硬體,但由於預算限制而使得計畫延後;ACOT-GCB在2004年12月才展開作戰測試,從2005財年起陸續替換MK-46 Mod.6原有的導引系統(基線為生產批號31.0.8),在2006財年達成初始作戰能力(IOC);而具備完整功能的MK-48 Mod.6 ACOT魚雷(生產批號31.1.2)在2008財年才達成初始作戰能力。光是換裝ACOT-GCB機箱的MK-48 Mod.6 ACOT的作戰能力並沒有立刻提升,因為軟體功能尚未升級;但ACOT-GCB是之後進一步換裝通用先進寬頻帶聲納尋標器(CBASS)的必要基礎(即MK-48 Mod4,見下文),結合後端ACOT-GCB更強大的運算能力以及配合CBASS尋標器而開發的新軟體(包括新的數位聲納波形),有效提升了魚雷的整體戰力。

如同前述,原本MK-48 Mod.5/6 ADCAP的軟體升級作業稱為批次升級(Block Upgrade,BU),總共進行過四個階段(MK-48 Mod.5的BU I、II、III分別在1991、1994與1997年進行,引進商規組件的MK-48 Mod.6則使用BU IV,在2001年啟用)。而2000年代中期採用開放架構的ACOT-GCB導引控制系統啟用後,軟體升級計畫則稱為先進處理器建設(Advanced Processor Builds,APBs) ,早期稱為螺旋(Spiral)升級。第一階段的APB螺旋升級第一階段(Spiral 1)在2004財年進行測試,此種版本適用於舊的MK-48 Mod.6硬體架構以及改用開放架構的MK-48 Mod.6 ACOT,包括引進一些配合寬頻通用先進尋標器(CBASS)的軟體演算法,改善淺海作業性能;而之後的APB第二階段(APB2,或稱Spiral 2~)開始,就只針對採用ACOT-GCB導引控制硬體的MK-48 Mod 6 ACOT以及MK-48 Mod4 CBASS。而APB第四階段(APB4,Spiral 4,生產批號 31.4.6)在2011年開始,2013財年達成初始作戰能力。

 

2.匿蹤魚雷強化計畫(STEP)

如同前述,美國海軍在1990年代初期為MK-48魚雷進行魚雷推進系統升級(TPU),以若干較為簡單的措施降低魚雷噪音,成果應用於MK-48 Mod.6魚雷上。不過,TPU被認為只是短期的措施,美國海軍仍持續研究更徹底的降低噪音手段。因此,美國海軍研究辦公室(Office of Naval Research,ONR)在1990年代末期啟動匿蹤 魚雷計劃(Stealth Torpedo Program,STEP),主要是減低推進系統的噪音,一方面縮短被敵方被動聲納發現的距離,同時也降低對魚雷自身聲納尋標器的干擾。

STEP計畫分成四個技術領域:

第一,改進減震、隔絕措施,降低魚雷機械運轉產生的噪音。

第二,發展更安靜的新型推進器以及發動機排氣機構。由於MK-48與MK-54魚雷都使用開放循環發動機,需朝水中排氣,因此都必須面臨加壓排氣產生的噪音。

第三,發展隱蔽性更好的尋標器歸向技術,包括不發出任何信號的被動探測,以及採用低截獲概率(Low Probability of Intercept,LPI)的主動感測技術。

第四,針對魚雷載具構型進行最佳化,包括使用效率更高的戰鬥部(在減輕體積重量的情況下維持殺傷力,進而降低魚雷推進系統功率需求),以及能減低負浮力(negative buoyancy,即下沈力量)的魚雷外型設計,可以降低魚雷流體與推進系統聲噪。魚雷因為本身重量而會自然下沈,需要通過水流通過雷體與控制面產生的升力來抵銷,此外魚雷控制面也需要一定的流體速度才能產生舵效應,因此魚雷必須以起碼的速率航行,才能產生足夠的升力與舵效應,能穩定地控制住航行軌跡;而越大越重的魚雷,最低航速也就越高(因此533mm的MK-48魚雷所需的最低航速比324mm的MK-46/54更大)。

STEP第一步(Phase 1)技術研究計畫,共分為兩個階段,第一階段分為兩個部分,第一部份是分析魚雷各項噪音的來源、噪音產生機制並予以定量,進而改進模擬魚雷噪音的數學模型,使日後能準確預測各項魚雷設計改進措施能帶來的降噪效果;而第二部分則是引進各項技術來控制、降低噪音,包括在魚雷推進系統底座使用主/被動措施來降低傳遞到魚雷外殼的噪音與振動,並且改善魚雷外部聲學設計。而STEP第二階段(Phase 2)則是長期目標,準備發展更先進的匿蹤型魚雷,從2008財年展開。

降低推進系統噪音方面,STEP計畫打算採取的具體措 施包括:發動機以隔音材料隔絕、排氣管裝設消音器、使用屈撓性液壓軟管、隔絕驅動軸承 、推進器改用大傾角轉子來降低空蝕,並以主/被動措施抵銷推進系統傳遞到魚雷殼體震動等等。

而改進流體設計方面,可能的研究方向則是為MK-48魚雷增設彈出式(pop-out)的額外升力翼面,能為魚雷提供額外升力,因此可降低魚雷抵銷負浮力的最低航速需求,進而使魚雷能以更低的速率進行搜索,如此發動機就能減功率輸出,降低機械/流體噪音以及對自身聲納尋標器的干擾。此外,減輕魚雷重量(包括改進戰鬥部與推進系統設計來減重、採用更輕的複合材料殼體)也有助於降低魚雷抵銷負浮力的最低航速,並且減少發動機的輸出功率需求。

原本美國海軍打算在2000年代後期開始為MK-48魚雷引進STEP計畫的成果,但由於預算限制而被暫時擱置,相關基礎研究雖然持續進行,但沒有將這些設計導入MK-48魚雷的具體時程。 目前STEP計畫的相關魚雷靜音降噪成果,可能日後針對MK-48 Mod.8的技術插入2(Technical Insertion,TI2)硬體升級中實現(見下文)。

3.通用寬頻先進聲納尋標系統(CBASS)

如同前述,MK-48 Mod.6魚雷的升級項目包括改進魚雷尋標器在淺海環境的性能,主要是更新導引控制系統的計算處理系統的硬體與軟體;而接下來的發展則是全新的寬頻帶(Broad Band)聲納尋標器,根本性地改進魚雷聲納的聲學發射與接收能力。

隨著潛艦推進系統與靜音技術、聲學反制技術的日益進步,加上潛艦作戰環境日趨複雜廣泛,使得潛艦魚雷面臨日益嚴峻的挑戰。潛艦魚雷可能在開闊的遠洋深海或淺水近岸環境作業,攻擊的目標涵蓋低速而安靜的柴電潛艦,或在大洋中大深度下高速航行的核能潛艦。俄羅斯在1990年代推出的新型核能攻擊潛艦靜音技術日益進步,同時期美國海軍核能潛艦並無顯著優勢;柴電潛艦方面,雖然啟動柴油機運作時相當吵雜(因為柴電潛艦體積有限,無法容納與大型核能潛艦相當的主機減震降噪措施),但關閉柴油主機、單憑電池推進的低速潛航狀態則極其安靜,而1990年代後期逐漸發展成熟的絕氣推進系統(AIP)也延長了柴電潛艦在水下操作的時間,增加了被動聲納聽音的困難度。在近岸環境下,低速航行的柴電潛艦貼近海底,使主動聲納尋標器的回波可能受到地形背景回波干擾(而且低速潛艇的都卜勒效應微弱,較難從靜止的背景環境中分別出來);而一旦潛艦關閉發動機在淺海中坐底,就完全不會發出噪音,無法以被動聲納聽音來探測。

此外,包括潛艦消音瓦、魚雷誘餌等反制技術日益普及,也帶給魚雷尋標系統更大的挑戰。首先,受限於魚雷的體積,魚雷的主動聲納尋標器都採用中/高頻運作,而這正是潛艦外部敷設的消音瓦針對的主要波段,能大幅減弱這個波段聲納信號的回波,進而降低魚雷的有效探測距離。而被動聽音模式由於無法測量距離或目標長度,容易被各種水下聲學反制措施(包括噪音器或模擬潛艦航行噪音的誘餌)欺騙。

因應前述的挑戰,美國海軍在1990年代中期開始發展寬頻帶(Broad Band)聲納尋標器。過去魚雷尋標器是窄頻帶(Narrow Band),聲納作業頻寬遠低於中心頻率(例如中心頻率30KHz的聲納尋標器,作業頻寬只有1KHz);而寬頻帶聲納尋標器的作業頻寬則大幅增加,達到與中心頻率相當。相較於窄頻帶尋標器,寬頻帶尋標器能從聲納回波中獲得更廣泛頻譜的信號,透過更先進強大的後端信號處理能力來取得更多信息。在沿岸淺海地形下,魚雷聲納尋標器很可能接收到經由地形多次反射的聲學信號,稱為混響(Reverberation)效應,真正的目標回波會被其他複雜的背景回波混淆;然而,如果聲納尋標器能處理更廣泛的頻寬,就可以降低混響效應的背景關連性,更易於從複雜的環境背景雜訊中取得真正的目標、正確估算目標參數(距離、方位、速度等)以及目標特徵,此外也有利於對抗潛艦消聲瓦。同時,配合寬頻帶尋標器發展更複雜的展頻操作波形,就能顯著提高魚雷對抗干擾措施的能力。

在 1997年4月17日,美國海軍簽署了CBASS的ACAT III設計合約。在1998年,美國海軍與諾斯洛普.格拉曼集團(Northrop Grumman)簽署通用寬頻先進聲納系統(Common Advanced Broadband Sonar System,CBASS)的工程製造發展(EMD)合約,展開魚雷通用寬頻聲納尋標系統的研發工作,合約為期五年。之後MK-48應用CBASS的版本稱為Mod4(見下文)。
 

MK-48 Mod7 CBASS魚雷

如同前述,美國海軍在1998年與諾格集團簽約,進行通用寬頻先進聲納系統(Common Broadband Advanced Sonar System,CBASS)的工程發展階段(EDM),為期五年。以MK-48 Mod.6魚雷為基礎,結合前述的ACOT-GCB通用導引機箱以及CBASS寬頻先進聲納系統技術,就成為MK-48 Mod4。

依照CBASS最初的規劃,預定在2003年完成工程發展階段,2004年投入量產與部署。不過在2001年,美國海軍重組了CBASS開發計畫,諾格集團專注於CBASS硬體研製,美國海軍水下作戰中心(NUWC)負責軟體系統整合與技術監督,部署的時程也延後一年(2005財年)。在2001年7月,美國與澳洲正是簽約建立潛艦科技合作伙伴關係,除了由美國廠商為澳洲柯林斯級(Collins class)柴電潛艦重新整合作戰系統之外,澳洲也加入CBASS的開發計畫。

在2003年4月,美國海軍與澳洲海軍簽署一份合作備忘錄(MOU),在之後為期10年的軍備合作計畫(Armaments Cooperative Project,ACP)之中合作研發CBASS,澳洲方面稱此計畫為SEA 1429;而澳洲海軍也決定引進MK-48 Mod4 CBASS魚雷,替換柯林斯級潛艦原本的MK-48 Mod4魚雷。此後,CBASS成為美國與澳洲的跨國合作計畫,除了美國諾格集團、美國海軍水下作戰中心繼續作為主要開發者之外,澳洲國防部所屬的國防科學技術組織(Defense Scince and Technology Organization,DSTO)則參與部分研發項目,包括水下聲學、數位信號處理、目標物理分析等等。為了支持MK-48 Mod7 CBASS魚雷項目,澳洲DSTO在2004年於南澳愛丁堡成立魚雷系統中心(DSTO Torpedo System Centre),在2005年在西澳柏斯(Perth)的花園島(Garden Island)成立魚雷維護設施(Torpedo Maintenance Facility)來維修潛艦部隊中的MK-48 Mod4 CBASS魚雷,在2006年又在愛丁堡成立魚雷分析設施(Torpedo Analysis Facility)。

CBASS主要是在MK-48原有的陣列聲納中 ,整合一具新的超寬頻複合脈衝聲納陣列、寬頻聲納類比接收器(Broadband Sonar Analog Receiver,BSAR) 、前置放大器(preamplifier)等,後端處理系統以ACOT-GCB機箱為主,並改進了軟體來強化信號處理能力;波束的發射與接收都由數位控制,搭配改良後的軟體以產生比以往更複雜的新式聲納波形,發射與接收的頻寬都比以往更廣,使得魚 雷在淺海的嚴重背景雜音干擾中仍可有效追蹤目標 ,有效強化了魚雷在淺海面臨背景雜波或敵方干擾的能力 。CBASS具有數位化波束合成、多波束掃描與多種波形等能力,可選擇多種波形來應付不同的作戰環境或目標,具有海底和海面多次反射追蹤能力、分辨多個目標以及能防止碰撞海底的海底追蹤模式。 導引系統的軟體具有良好智能,強化了對抗敵方反制措施(如誘餌)的能力,並改善了對低都卜勒效應(low Doppler)的低速目標的探測能力,平均每秒鐘能搜索16億立方公尺的海域。配合CBASS,MK-48 Mod7的導引系統軟體有淺水攻擊模式,並能在發射前選擇主動尋標器頻率與作戰模式,以進行多雷同時攻擊(需事先分配各雷的尋標器頻段)。依照美方資料,MK-48 Mod7 能在深度小於180m的淺水域中有效作戰,對抗潛伏在近岸的敵方柴電潛艦。

第一枚MK-48 Mod7 CBASS原型魚雷在2004年11月成功進行了測試,2005年2月首次進行水中測試,配合寬頻聲納類比接收器(BSAR)的第一版軟體在2005年完成,在2005年10月於澳洲水域進行了發展測試評估(Developmental and Operational Testing,DT/OT)並於11月完成,在2006年3月也成功由美方進行了射擊測試評估。MK-48 Mod7 CBASS在2006年6月進入全速量產,此時型號為階段一(Phase 1),使用最初版本的軟體,基線為生產批號35.1.5,在2006年9月達成即初始操作能力 (IOC),隨後裝備於美國核能潛艦與澳洲柯林斯級(Collins class)柴電攻擊潛艦上。在2006年12月7日,美國海軍688-I改進型洛杉磯級核能攻擊潛艦帕沙迪納號(USS Pasadena SSN-752)進行首次MK-48 Mod4 CBASS實彈試射。至於具備完整功能的MK-48 Mod4階段二(Phase 2)基線為生產批號35.4.6,軟體為APB 4(螺旋升級第四階段,Spiral 4),在2013財年達成初始作戰能力(IOC)。

美國海軍計畫將所有現役的MK-48 Mod.5/6魚雷升級為Mod4 CBASS規格,總數1263枚。美國海軍首先在2004與2005財年各購買15枚魚雷的升級套件,在2006財年編列升級84枚,在2007財年編列升級106枚,2008財年編列升級136枚,2009財年編列升級142枚,在2010與2011財年各150枚,所有的升級工程在2012財年升級完畢。在2006年8月美國海軍頒授 的合約中(價值9540萬美元),包括107枚MK-48 Mod4魚雷,其中一部份售予澳大利亞。英國也在2014年正式決定以MK-48 Mod7魚雷的尋標器技術來升級本身的旗魚重型潛射魚雷。

為了將現有的庫存MK-48魚雷進行ACOT-GCB與CBASS等升級,美國海軍水下武器辦公室(PMS 404)以及MK-48、MK-54魚雷的主承包商雷松組成魚雷團隊(Team Torpedo),負責相關的升級與測試工作。由於雷松是1990年代後期美國海軍AN/BYG-1作戰系統(裝備於維吉尼亞級、海狼級核能攻擊潛艦,並用來換裝洛杉磯級核能攻擊潛艦以及澳洲柯林斯級柴電潛艦),利於將MK-48 Mod4 ADCAP整合到作戰系統中。如果是較舊的MK-48 Mod.5升級,除了ACOT-GCB先進通用導引系統、CBASS寬頻聲納尋標器之外,還要加裝TPU推進系統升級套件;而如果是早期型MK-48 Mod.6,就需要加裝ACOT-GCB與CBASS,而如果是MK-48 Mod 6 ACOUT,就只須要加裝CBASS。此外,美國海軍也建立通用魚雷發展計畫(Common Torpedo Development Program,CTDP),整併與升級MK-48 Mod.6/Mod4以及MK-54等各型魚雷的控制軟體,以節約開發成本並提高開發作業的效率。

最初MK-48 Mod4的產製升級業務都由雷松公司負責。而從2011年起,洛馬集團旗下斯皮肯分公司(Lockheed Martin Sippican Inc. in Marion, MA)成為新的MK-48 Mod4 CBASS套件供應商並獲得首筆合約,此後所有的MK-48 Mod4 CBASS套件產製合約都由洛馬斯皮肯分公司負責,隨後該公司還將業務擴展到MK-48 Mod4 CBASS的維護工作,原本的主承包商雷松就只剩下MK-48魚雷外銷型號的業務。原本斯皮肯公司從1950年代起就長年在海軍水下電子系統領域耕耘,相關產品包括潛艦戰鬥系統組件、反潛訓練系統、潛艦通信系統、水文測量感測器等,在2004年12月由洛馬集團購併。

2000年代以後美國海軍各項主要武器系統實現開放式架構之後,每一個武器系統專案的軟體、硬體分別以固定節奏進行批次升級;以MK-48魚雷為例,軟體的兩年期更新是先進處理器建設(APBs) ,硬體更新則是技術插入(Technical Insertion,TI)。MK-48 Mod7先進處理器建設第五階段(APB5)在2019財年達成初始作戰能力。

在2013年,洛馬集團斯皮肯分公司獲得價值3730萬美元的合約,提供MK-48 Mod7 CBASS的升級套件,並提供相關工程支援。新的升級套件包括新的導引控制盒、寬頻聲納接收器、前置放大器、相關線路總成以及導引控制組件等。

依照美國海軍的計畫,MK-48 Mod.6以及Mod.6 ACOT分別預定在2022與2025年汰除,屆時所有MK-48魚雷都會升級到Mod7 CBASS的規格。

MK-48 Mod.8

在2016年,MK-48 CBASS展開先進處理器建設第六階段(APB6)以及技術插入1(TI 1),排定在2024財年達成初始作戰能力(IOC) (另有資料記載是2027財年達成IOC),此一型號改稱MK-48 Mod.8。APB6/TI1的升級主軸是提供反水面作戰選項(Alternate ASuW),其中APB6是引進軟體開放架構的第一階段(OA Step 1),引進開放的中介層(Middleware)軟體結構;而TI1的項目包括開發提高目標分辨率的新型魚雷鼻端陣列、新的聲納發射機與接收機、新引信等,可提高反水面船艦能力並延長射程。

MK-48魚雷庫存與重啟生產

從1995年12月MK-48 Mod5 ADCAP魚雷的生產結束工作後,美國海軍就沒有生產過新的MK-48魚雷,而此時美國海軍仍保有4000枚MK-48的庫存。此後美國海軍所有的MK-48魚雷升級工作都是以庫存魚雷加裝升級套件而成。

由於工作量減少,原本MK-48魚雷的承包商就陸續裁併生產線。例如,諾格集團在1998年6月關閉位於克利夫蘭的電子感測器與系統部門(ESSD);這座廠房原本屬於MK-48第一個生產主承包商Gloud公司,從1971年6月Gloud獲得第一批MK-48 Mod.1量產合約以來,就一直負責生產MK-48魚雷;Gloud在1988年1月將MK-48魚雷生產線轉賣給西屋公司,而西屋又在1996年1月把國防電子系統相關部門轉賣給諾格集團。而在1998年7月,MK-48魚雷另一承包商雷松(在1997年1月透過購併休斯電子國防業務部門而取得MK-48業務)也關閉在西雅圖附近的Mukilteo的魚雷生產線,其餘生產工作轉移到羅德島。隨著MK-48生產線的萎縮與裁併,許多相關次供應商也停止供應各類組件。雖然此後諾格與雷松仍然是MK-48 Mod.6/7的主承包商,但生產工作只包含導引控制系統、魚雷尋標器等套件。

於是到了2000年代下半,美國海軍系統司令部(NAVSEA)發現,MK-48魚雷庫存狀態已經無法符合美國海軍要求的標準;雖然MK-48 Mod.6/7主要項目如ACOT-GCB導引控制硬體與CBASS聲納尋標器的組件供應充裕,但其他沒有涵蓋再升級範圍的許多零組件早就停產。其中,一些壽命很長的組件仍然堪用,例如壽期60年的MK-107戰鬥部(含PBXN-105炸藥),但其他沒有升級的組件如導引控制段的深度感測器、慣性測量單元(IMU)、魚雷鼻端陣列(Nose Array)、燃料槽段的魚雷外殼、後部發電機、液壓驅動系統、發動機總成、潤滑油泵、導引纜線等都已經面臨商源消失問題。總計MK-48魚雷的28項主要次系統中,有16項已經停產或不適用。

在2012財年,美國海軍開始研擬MK-48魚雷的重啟生產(restart)計畫,產製一批全新的MK-48 Mod4魚雷組件,以改善MK-48魚雷的組件庫存狀態;這項生產計畫在2016財年正式展開。這項合約並非建造全新的完整魚雷,而是供應導引控制段(C&C)以及後雷體/尾錐段(Afterbody/tailcone)等兩大部分組件,不包括戰鬥部以及燃料槽段。其中,導引控制段合約與原本CBASS聲納尋標器套件的產製工作(由洛馬集團斯皮肯分公司負責)結合在一起,交付給美國海軍的是完整的魚雷導引控制段,包括CBASS尋標器、寬頻聲納類比接收機(BSAR)、前置放大器、發射機、調諧機箱(Tuning Box)、纜線鏈(Wirelink)、深度感測器、電磁脈衝(EMI)過濾器、慣性測量單元、鼻端陣列等組件。而後魚雷/尾錐段則包括後段魚雷外殼、尾部控制舵面組、尾錐組、發動機組、冷卻系統、燃油供應系統、液壓控制系統、發電機/調節閥、潤滑油泵、Type 2線導纜線系統等。承包商交付前述兩大組件,送往美國海軍水下作戰中心(NUWC)位於華盛頓州Keyport海軍廠站的IMA中級維修活動工廠,再由美國海軍從庫存MK-48魚雷檢整而來的戰鬥部與油箱段,組裝成完整魚雷。

MK-48魚雷重啟生產計畫中,新導引控制段合約首先頒佈,由洛馬集團斯皮肯分公司與諾格集團共同負責。在2016年5月,美國海軍海上系統司令部(Naval Sea Systems Command)與洛馬集團斯皮肯分公司簽署價值7280萬美元的合約,供應250套包含CBASS的導引與控制套件 ;合約中的後續選擇權如果執行,總值會增至4.247億美元。這批生產工作會在麻薩諸塞州(Massachusetts)的Marion進行,在2019年12月完成。在2017年7月,諾格集團獲得45套MK-45鼻端陣列與鼻端外殼的合約,之後五年的累積訂單可能會達180套。而後雷體/尾錐段合約則在稍後發出;而完整的新造MK-48 Mod7魚雷預計在2020年開始裝備於美國海軍潛艦部隊。

MK-48長期升級項目

MK-48 Mod.8(APB6/TI1)之後,再下一輪的MK-48軟硬體升級(APB7與TI-2)的主要目標是「未來任務賦予者」(Future Mission Enabler),使MK-48能執行許多全新型態的任務,包括實施超長距離反水面攻擊、搭載多重機動水雷、實施海域封鎖、長距離攻擊敵方船艦停泊的安全避風港等。APB7與TI-2的具體實施時間可能是2030年代。

TI-2硬體升級預定引進的升級改進線導能力(包含引進光纖電纜)、升級導航系統(基於全新的慣性導航系統)、更緊致的新型戰鬥部、引進能量效率提高1.2至2倍的新型推進系統(見下文)、進一步提高推進系統靜音能力(應是使用先前STEP計畫的相關成果)等,導引控制段引進GbE乙太區域網路介面。其中,新型慣性導航系統與光纖電纜是MK-48魚雷實現超長程精確攻擊的關鍵,光纖纜線的資料傳輸速率和傳輸距離比過去銅軸電纜大幅提高,而新型慣性導航系統能提供更準確的魚雷定位資料。此外,相關升級還包括新開發的水下音響資料鏈系統,與其他擁有水下通信傳輸能力的平台進行資料連通,實現水下的網路化作戰,大幅增加整體作戰能力。依照美國海軍研究辦公室(ONR)的構想,未來魚雷的超長距離攻擊能力(如超過50海里)可藉由多基資訊作戰網路來獲得目標資料,潛艦本身從其他節點獲得目標資料後就逕行發射魚雷,航行途中的魚雷也透過作戰網路從其他節點獲得導引資訊,不需要潛艦本身聲納等感測器獲得足夠的目標資料才進行攻擊;而在這麼遠的距離下,對方將無法聽到潛艦發射魚雷的瞬間巨大聲響(如開啟魚雷外門注水、魚雷管彈射等),使其更難防備。

而APB7軟體升級則引進軟體開放架構第二階段(OA Step 2),包括提供隨插即用(plug & play)的軟體設計,使之能快速結合新的硬體組件或新任務所需的軟體功能。

在2015年10月底,消息傳出美國海軍希望開發新的輕型與重型魚雷,採用模組化設計,能依照不同任務需求更換不頭籌載(隨插即用);此外,改進魚雷尋標、導引控制、新型低噪音推進系統等也都是著重的領域。而這些目標顯然都在是MK-48的APB7與TI-2範疇之內。

 

魚雷推進系統升級項目(TAPS)

MK-48長期使用的斜盤活塞發動機與OTTO II單基燃料系統雖然具有性能穩定可靠、日常操作成本低廉、儲存安全性佳等優點,但以21世紀前期的標準,OTTO II 功率密度相對偏低、運轉時需要向水中排氣而降低了大深度操作的性能,且斜盤活塞發動機的聲噪較大,在更遠的距離就會被敵方聽見。

在2016年8月,美國海軍宣布啟動一項關於魚雷推進系統的升級研究,從2017財年起由海軍研究辦公室( Office of Naval Research,ONR)執行「魚雷先進推進系統」(Torpedo Advanced Propulsion System,TAPS)計畫,此一項目屬於海軍未來能力(Future Naval Cabalibility,FNC)項目之一。TAPS有兩項研究重點,分別是改進推進系統能量密度和功率輸出密度,以及改進魚雷發動機傳動系統和推進器。 為此,美國海軍向業界發佈信息徵詢書(RFI),邀請業界為MK-48魚雷提供熱力推進和電動力推進技術方案。

推進系統方面,TAPS有兩大研究方向:首先是以現有的OTTO II燃料斜盤活塞發動機為基礎進行深度改良,將所有相關機械組件(燃油泵、液壓泵、冷卻泵、發電機等)全面換成效率更高的新系統,使得能量運用效率提高(可延長續航距離與時間),但最高輸出功率可能略為降低(因為仍使用OTTO II燃料,總能量沒有提高)。第二種研究方向則是研究其他類型的魚雷推進系統,包括先前MK-50先進輕型於而使用的化學能推進系統(Stored Chemical Energy Propulsion System,SCEPS,以鋰金屬與六氟化硫(Li-SF6)反應),或者歐洲幾種在2000年代推出的魚雷的電池推進系統 ,例如鋁-氧化銀(Al-AgO)電池;包括SCEPS與電池推進的工作都是密閉循環,不需要向外排出氣體(只需要透過海水取得冷卻),使得操作深度不會影響魚雷推進系統性能。其中,鋁-氧化銀電池的功率密度超過OTTO II燃料,在低功率輸出時能維持高效率(可延長魚雷在水中低速作業的時間),而需要高速衝刺時也有足夠的功率輸出。

美國海軍研究鋁-氧化銀電池推進魚雷可追溯到1970年代;當時雖然美國海軍已經確立以OTTO II燃料的熱力發動機作為重型與輕型魚雷推進系統,然而同時期也研究基於鋁-氧化銀電池的電推進魚雷,並進行了534mm魚雷的概念演示,其鋁氧化銀電池在展示中的電流密度達1600 mA/平方公分,能量密度高達200Wh/kg,優於OTTO II燃料。1990年代冷戰結束後,由於預算刪減,美國海軍基本上放棄了電力推進魚雷的發展研發;而同一時間歐洲幾個國家則繼續研製鋁氧化銀電池推進的新型魚雷,包括MU90輕型魚雷與黑鯊重型魚雷等,其中黑鯊魚雷的最大航速指標達50節以上。鑒於幾種歐洲新型鋁-氧化銀電池魚雷項目,美國海軍水下武器系統項目辦公室遂在2006年5月向海軍研究署署長提交一封建議信,建議發展電力推進魚雷來降低聲噪,因為熱力推進系統已經無法滿足要求。這項建議得到美國海軍研究署的關注,在2007年2月,美國海軍通過小型企業創新計劃,項目包括為新一代電動力推進魚雷研發「高功率緊湊型功率電子器件」,隨後又陸續向Stacon應用技術公司、普渡大學(Purdue University)、神盾系統技術公司釋出多個小型企業創新計劃合約,研製電力推進系統的拓撲結構、扭矩波動緩解技術、先進碳化硅功率器件、基於碳化硅功率器件的功率變換裝置等。

2018年3月,海軍研究辦公室搬給DRS系統公司703萬美元的研發合約,研製緊湊型鋁氧化銀潛水增程推進系統。在2018年6月中旬,海軍研究辦公室與Aerojet Rocketdyne 簽署一份合約,研究提高MK-48推進系統的效率,這屬於TAPS計畫之中,基於MK-48現有OTTO II熱力發動機進行深度改良的部分。此合約價值2600萬美元合約,將研製新型發動機的縮尺原型,效率高於現有的OTTO II燃料發動機;如果一切順利,之後會簽署第二階段發展合約,發展全規模的新型於雷發動機,並結合MK-48魚雷進行測試。 

然而,前述這些更新型推進系統的產製、操作、儲存的成本以及安全性,都遠不如MK-48目前的OTTO II單基燃料。無論是SCEPS的鋰-六氟化硫推進或者包括鋁-氧化銀在內的海水電池,都屬於一次性使用;以先前MK-50魚雷為例,每次航行之後都需要更換整組鋰-六氟化硫反應器。例如,使用OTTO II燃料和斜盤活塞發動機的MK-46輕型魚雷每次射擊之後只需要重新裝填OTTO II燃料並稍事檢修,就可以進行下一次射擊;而MK-50每次航行之後需更換反應器,每次射擊成本高達53000美元 (同時期MK-46輕型魚雷每次射擊的成本僅12000美元),甚至有每次操作成本高達70000美元的說法。另外,鋰-六氟化硫平時儲存的安全性與壽期,自然也遠不如OTTO II燃油(鋰是高活性金屬,儲存危險性高),這都增加了整個系統的日常維持成本。

同樣地,鋁-氧化銀電池價格昂貴(銀是貴金屬),而且這類海水電池每次使用後都要整組更換,且電池儲存壽命有限;以採用鋁-氧化銀電池的義大利黑鯊(Black Shark)潛射重型魚雷為例,儲存效期只有12年。反觀美國MK-46/54輕型魚雷與MK-48重型魚雷每次裝填OTTO II燃料,按規定儲存10年都不需要檢查,一般儲存情況效期可達75至100年。對於海水電池成本昂貴的問題,一些電力推進魚雷或水下載具的替代方案是在平時改用其他可反覆充電的電池(例如允許100次反覆充電週期的鋰聚合物電池)來降低日常操作成本,但是鋰聚合物電池的能量密度遠不如鋁-氧化銀電池,平時航行時無法模擬魚雷實際攻擊的效果,對於戰術訓練或武器系統本身性能測試都造成限制。 此外,鋁-氧化銀電池的生產過程會產生劇毒物質,某些國家地區甚至立法禁止製造鋁-氧化銀電池。

以皇家海軍旗魚(Spearfish)魚雷為例,使用的OTTO II-HAP(氯酸羊巠銨,hydroxylammonium perchlorate)燃料密度比純粹的OTTO II提高40%,使得燃氣渦輪推進的旗魚魚雷的最高航速高達81節,勝過美國MK-48 ADCAP;然而,OTTO II與HAP必須分開儲存,而HAP的安全性、腐蝕等特性都遠不如OTTO II,連帶導致平時使用、運輸、儲存的成本與風險都增加。結果,皇家海軍從2014年起展開的旗魚魚雷現代化作業中,就把燃料換成單基的OTTO II,寧可犧牲能量密度,換取更好的可維持性與安全性。

正由於OTTO II單基燃料在日常使用、運輸、儲存、成本的種種優勢,美國海軍的MK-46/54與MK-48等各型魚雷才能持續不斷訓練操作,累積試射次數遠遠超過其他國家任何魚雷,充分驗證魚雷本身的可靠性 並磨練海軍部隊的戰術戰技,也持續提供足夠的資料數據來支持一連串後續的軟硬體改良升級。而如果純粹為了追求魚雷本身的戰術性能而犧牲了日常使用的便利性與可負擔性,反而會失去了建立有效魚雷戰力的根本。MK-48魚雷的推進系統技術到2000年代雖然看似已經不再先進,但許多2000年代推出的歐洲魚雷,帳面技術水平與性能指標(操作深度、航速、靜音性能等)都達到或勝過美國MK-48/54,但由於這些魚雷的新型電池推進系統每次試射成本高昂,整體試射驗證次數遠不及美國MK-48/54魚雷,實際表現的性能以及可靠度都達不到廠商宣傳的數字。

 

縮短版MK-48魚雷相關研究

美國海軍研究辦公室(ONR)在2003年曾提議測試一種專門用來對付水雷的半長度版(Hlaf length)MK-48魚雷,將MK-48 ADCAP魚雷的兩個燃料槽中的一個移除,並改裝用來探測水雷的高分辨率聲納(陣列上擁有數量更多的聲納換能器),作為一次性的反水雷載具。這種高解析度聲納在2002年4月進行過繫留航行測試,可以搜索與識別標準型MK-48找不到的水下小型物提。

而NUWC也曾在2003年提出過一種半長度MK-48魚雷的草案,除了使用新型超寬頻聲納尋標器之外,並改用電池推進系統;這可能是NUWC當時進行的輕型電力推進魚雷的延伸應用。

不過,ONR與NUWC這兩項半長度MK-48研究都只停留在紙面上,沒能付諸實現。

 

試射記錄

雖然沒有實戰經驗,MK-48是全世界歷經最多次實際驗證的重型潛射魚雷,至2000年代共進行了29000次水中航行試驗 ;如同前述,美國海軍能廣泛而綿密地試射MK-48魚雷,歸功於OTTO II燃料推進系統易於重新加注使用、儲存運輸的成本低且安全性高,使魚雷操作射擊的例行性成本降低。美國海軍潛艦部隊每年都會排定在世界各不同作戰海域進型魚雷試射,地點涵蓋太平洋(含夏威夷周邊水域)、澳洲周邊水域、大西洋、地中海、波斯灣(安曼附近水域)、墨西哥灣、北極海、日本海、黃海等。在大量的試射中,美國海軍充分蒐集了魚雷尋標器在世界各地海域航行作業時得到的離散頻譜數據,有助於改善魚雷導引系統軟體處理各種水域聲學特性(尤其在淺海地形)的演算法,並驗證與改進魚雷各項組件的可靠性。由於有詳細的實際測試與綿密的軟硬體升級,使得MK-48系列魚雷成為全世界戰力最強、最為可靠的潛艦武器,其聲納尋標與導引控制系統到21世紀初期仍屬於全球頂尖;依照1991財年美國政府審計組織(GAO)的報告,當時MK-48歷年累積的訓練與測試中,命中率達75%。

截至2002年,MK-48 Mod5/6魚雷總共累積了6500次航行測試,其中有600次是在淺海環境,等可能進行水下作戰的海域;6500次試射之中,五次是實際裝載戰鬥部的全功能實彈射擊,並擊沈了二艘靶艦。到2010年代,MK-48 Mod5/6魚雷累積的試射次數突破了8600次(包含部隊實彈演習以及魚雷研發測試項目)。在2011至2012年間,光是為了MK-48 Mod4 APB4(軟體第四次升級)的測試工作,就進行了300多次試射。

在2003年於北極區的ICEX-2003演習過程中,美國海軍海狼級核能攻擊潛艦康乃狄克號

(USS Connecticut SSN-22)總共在冰層下發射了18枚MK-48魚雷,目標包括美國海軍

水下作戰中心提供的模擬目標,或者利用導線指揮魚雷將康乃狄克號自身當作目標。

此為試射結束後直昇機回收在冰層下的MK-48操雷(將實佔戰鬥部換成演習紀錄儀器)。

外銷型號

1.MK-48 Mod4:

MK-48第一種對外出口給盟國的構型是Mod4。在1979年,澳洲訂購100枚MK-48 Mod4,裝備於澳洲海軍的英製妖王級(Oberon class)柴電攻擊潛艦上,這是MK-48系列魚雷第一次出口紀錄。在1980年,澳洲又增購29枚。在1980年,荷蘭購買100枚MK-48 Mod4,配備於荷蘭的旗魚級(Zwaardvis class)以及當時建造中的海象級(Walrus class)柴電攻擊潛艦。隨後加拿大也從1985年起購買MK-48 Mod4來裝備英製妖王級柴電攻擊潛艦上,首先在1985年購買48枚,1988年購買13枚,1989年購買26枚。在1990年代,雷松公司針對國外客戶的MK-48 Mod4推出靜音化升級套件,在MK-48 Mod4的後部尾錐段加入一些類似MK-48 Mod.6 TPU魚雷推進系統升級的降噪措施,此種版本稱為MK-48 Mod4M;加拿大與荷蘭都採購了這種MK-48 Mod4M升級套件,從2002財年開始交付。

2.MK-48 Mod6/7先進技術魚雷( AT)

在1980年代,美國海軍耗費大量時間心力開發MK-48 ADCAP,從1980年代到1990年代都不對任何國家輸出,因此MK-48 ADCAP Mod5就只有美國海軍使用。到了1990年代後期,美國海軍終於放寬對MK-48魚雷的技術輸出限制。美國海軍水下作戰中心(NUWC)與雷松集團合作推出MK-48 Mod.6的出口版本,稱為MK-48 Mod6 AT,AT是「先進技術」(Advanced Technology)的縮寫。

MK-48 Mod6 AT結合MK-48 Mod.6的聲納尋標/導引控制系統以及Mod4的推進系統,魚雷前部導引控制段(含聲納尋標器陣列、聲納發射/接收機、導引控制處理單元等)來自MK-48 Mod.6,而戰鬥部以、燃料箱以及包含推進系統的尾錐段都取自舊的MK-48 Mod4。相較於美國海軍自用的MK-48 Mod.6,MK-48 Mod6 AT的導引控制段軟體功能經過一部分降級,具備Mod.6中「輸出許可」等級的功能,包括一部分淺海探測能力、探測低都卜勒效應目標(即低速潛艦)的能力等,但相較於美軍自用Mod.6難免有所閹割。MK-48 Mod6 AT的聲納尋標與導引控制系統硬體大致與美軍自用MK-48 Mod6相同,使用基於商規現成(COTS)技術的組件,並且再加上商規VME、乙太網路等與民間標準相容的接口。MK-48 Mod.6 AT的聲納尋標器也與美軍自用版本大致相同,採用數位波束成形技術的發射/接收機,具備多波束、多種波形能力,實現多種偵測與歸向模式,導引系統的控制程式能根據戰場環境自動調整魚雷戰術和機動等作業模式,此外也有反干擾能力;魚雷發射後可朝著預先設定的導航點航行,操作人員也可以透過導線對魚雷進行遙控與越權覆寫,能同時發射多枚魚雷攻擊多個目標。MK-48 Mod6 AT的戰鬥部沿用Mod4,但是戰鬥部上的電子單元改用與Mod.6相同的形式。而MK-48 Mod.6AT的推進系統雖然沿用自Mod4,但後雷體/尾錐段內也增加了與 TPU魚雷升級計畫類似的降噪措施。整體而言,MK-48 Mod.6AT的聲納尋標器和導引控制系統類似美國海軍自用的MK-48 Mod.6,並且引進類似MK-48 Mod6的推進系統降噪措施;然而,其推進系統、油箱以及燃油閥等組件仍然是MK-48 Mod4的規格,因此航程與航速性能遜於美國自用的MK-48 Mod5/6。此外,MK-48 Mod 6AT的導引系統處理器架構來自早期的Mod6並增加若干商規的介面接口,而非轉成開放式架構的MK-48 Mod6先進通用魚雷(ACOT),因此MK-48 Mod 6AT的軟體應該只能更新到2004年完成的螺旋升級1(Spiral 1)版本。

在2007年,巴西首先宣布購買30枚MK-48 Mod6 AT(2010年正式簽約),用來裝備該國的杜比級(Tupi class)柴電攻擊潛艦(德製209 TR1400型潛艦)。土耳其在2014年5月宣布購買48枚MK-48 Mod.6AT,用於裝備土耳其建造中Reis級柴電攻擊潛艦(德國技術轉移的214NT潛艦)。在2017年6月29日,美國正式批准出售台灣 46枚MK-48 Mod 6AT潛魚雷,裝備於台灣兩艘海龍級柴電潛艦;事實上,早在2001年時,據說美國就批准出售台灣MK-48 Mod4M魚雷,不過當時台灣並未積極回應,之後台灣方面繼續爭取才獲得更新型的MK-48 Mod 6AT。

而當MK-48 Mod7 CBASS推出後,美國海軍與雷松也推出MK-48 Mod7的外銷版,即MK-48 Mod7 AT。與MK-48 Mod6AT模式類似,MK-48 Mod7 AT結合了MK-48 Mod7 CBASS的尋標與導引控制段以及MK-48 Mod4的戰鬥部、油箱、包含推進系統的後部雷體與尾錐段(含靜音降噪措施),聲納尋標器與導引控制系統與MK-48 Mod7基本相同(含寬頻聲納尋標器以及更新型的導引控制處理系統),而控制軟體則應該有所降級,只包含美國海軍允許出口的功能;而航速、射程等性能則與MK-48 Mod4同級。由於MK-48 Mod7 AT改用與美軍同步的開放架構導引處理系統,因此理論上後續軟體升級能跟上美軍的節奏。

在2010年7月,荷蘭宣布購買40套MK-48 Mod7AT升級套件,將現有的一部分MK-48 Mod4/4M升級到Mod7AT的水平,這是MK-48 Mod7 AT第一個外銷紀錄。而在2011年3月,加拿大也宣布購買36套MK-48 Mod7 AT套件來升級現有的MK-48 Mod4/4M,不過2012年9月實際簽約時大幅刪減至18套,2014年9月24日美國國防安全合作局(DSCA)公布這項時軍售又縮減為12套。荷蘭宣布購買MK-48 mod7AT時,主承包商仍是雷松;稍後加拿大訂購時,魚雷聲產業務已經轉移給洛馬集團斯匹肯分公司。

因此,具有寬頻探測與分析能力、性能明顯較為優越MK-48 Mod7AT,美國只供應給荷蘭、加拿大等北約主要盟邦;而土耳其、巴西、台灣等非主要盟國,就只能獲得次一級的MK-48 Mod6 AT。而與美國合作發展MK-48 Mod7 CBASS的澳洲海軍,是全球唯一能使用與美軍相同版本MK-48 Mod7的國家,配備於澳洲的柯林斯級柴電攻擊潛艦。

3.海箭(Sea Arrow)

在1998年,雷松在布爾歇(Bourget)海軍展中首度展出一種稱「海箭」(Sea Arrow)的魚雷,以MK-48的雷體、推進系統,結合一種針對淺海作業環境的魚雷鼻端尋標器;魚雷鼻端外型以NT-37魚雷為基礎改良而來,並使用一種新開發的適形聲納尋標器陣列(換能器硬體取自MK-46輕型魚雷),環繞在魚雷前部,具備寬頻段作業、寬廣涵蓋角度、同時收發等特性;此外,導引控制段使用新型環形雷射陀螺儀,可提高導引精確性。此種魚雷據信是為了爭取以色列等潛在訂單,雷松宣布「海箭」魚雷針對淺海環境進行最佳化設計,在較高的航速下仍能搜索目標。不過,最後以色列選擇德製DM2A4潛射魚雷。此外,雷松也曾向荷蘭、加拿大等MK-48魚雷用戶推銷過「海箭」魚雷,荷蘭曾一度表達興趣,不過這兩個用戶最後都選擇購買MK-48 Mod7AT。最後「海箭」魚雷只停留在紙面上。


 

註1:阿爾發級潛艦雖是西方發現第一種採用鈦合金艦殼的蘇聯潛艦,然而實際上蘇聯第一種採用鈦合金艦殼的是Project 661核能攻擊潛艦(只造了一艘)。當年西方世界情報界雖然即時發現蘇聯阿爾發級採用鈦合金製造、使用液態金屬反應器以及能以40節速率航行等重要情報,但最終仍然過份高估這型潛艦的實際性能以及帶來的實質威脅。當時西方國家估計阿爾發級不僅 航速在40節以上,也有下潛至2500英尺(760m)以上的能耐,因此美國發展MK-48 ADCAP、MK-50等新型魚雷時便要求能攻擊大潛深的目標。實際上,阿爾發級的最大實用潛航深度也不過是350m左右;更重要的是,阿爾發級的鉛-鉍 冷卻反應器不僅可靠度差、危險性高且難以維修,而為了減輕艦體重量又大幅減少反應器的屏蔽措施。因此,阿爾發級進入蘇聯海軍服役後由於過於昂貴且問題叢 生,只建造了區區六艘,服役期間出勤率不高,內部空間狹小難以實施維修工作,不受蘇聯潛艦部隊的歡迎,因此在冷戰期間並非美國海軍的主要對手。

首艘阿爾發在1971年12月開始試航,1972年8月19日就發生液態金屬冷卻劑開始凝固的情況,雖然艦上人員與工程師們奮力搶修,仍無法阻止液態金屬冷凝而只好停爐,反應器因而報銷,該艦也只能除役拆解。而美國反倒由於阿爾發級的潛在威脅,從而徹底提升了 反潛魚雷的性能。此外,原本美國海軍擔心鈦製潛艦外殼會使反潛機的磁異偵測器(MAD)不起作用,但實際上潛艦的反應器與推進系統仍大量使用鋼鐵,所以還 是會切割地磁產聲感應磁場而被MAD偵測到。阿爾發級的設計理念是作為一種「水下高速攔截機」,主要任務是在敵方水面/水下威脅迫近本土 時,迅速從港內啟航,以對方難以攔截的高速接敵,攻擊之後立刻返航。因此阿爾發級首重減輕重量,因此選擇較小的艦體、輕質高強度的鈦合金外殼以及功率/重 量比高的液態鉛-鉍合金冷卻反應器,而不是側重潛深能力與海上持續作業能力。

前蘇聯海軍真正具有潛深1000m能耐的作戰型核能潛艦,只有1983年12月底服役的Project 685 Plavnik(北約代號麥克級,Mike class)核能潛艦,同樣使用鈦製艦殼,該艦的航速為30節。麥克級只有建造一艘原型艦K-278 Komsomolets ,在1984年8月4日於挪威海締造潛航深度1020m(3350英尺)的紀錄,然而該艦不幸於1989年4月7日在巴倫茲海發生反應器失火事故而沈沒。