先進效能高速核能攻擊潛艦(APHNAS)/1970年代高低混合核能攻擊潛艦計畫(未成)
先進效能高速核能攻擊潛艦(APHNAS)概念草圖。APHNAS潛航排水量高達13000噸級,
使用60000馬力級的D1W反應器,最大航速可望達到35節,配備BQQ-5 DNA數位化艦首球型陣列聲納、
先進拖曳陣列聲納、寬孔徑聲納(WAA);帆罩後方以「蜂腰」結構裝置20管先進巡航飛彈(ACM)
的垂直發射器,飛彈發射管沒有突出船體輪廓。
──by captain Picard
參考資料──張明德:全球防衛雜誌438、439期:海狼級核子攻擊潛艦的起源──探索洛杉磯級的後繼者
起源:航速35節大型核能攻擊潛艦 在1964年初,因應美國海軍核能潛艦為了容納減震降噪設備而越造越大、使航速越來越慢的趨勢,美國海軍反應器辦公室主管海曼.李高佛中將(Vice Admiral Hyman G. Rickover,後晉升上將)就提議發展一種航速達30節的高速核能攻擊潛艦;這個項目隨後成為「高速核能攻擊潛艦」(High-Speed Nuclear Attack Submarine,HNAS)。使用功率30000軸馬力的S6G反應器(是前一代S5W潛艦反應器的兩倍),「高速核能攻擊潛艦」能恢復以往美國飛魚級(Skipjack class)核能攻擊潛艦的能力。在1960年代末期,李高佛鼓吹的「高速核能攻擊潛艦」獲得美國海軍採用,成為之後的洛杉磯級(Los Angeles class)。 雖然恢復30節航速使核能攻擊潛艦能跟航母編隊一起行動,但對同時期蘇聯核能攻擊潛艦(如維克托系列)仍然沒有優勢,遑論1960年代末期美國情報單位發現的蘇聯Alfa高速潛艦(航速可達40節左右)。早在1967年(HNAS尚未獲得美國海軍採用),李高佛就開始規劃一種航速高達35節的大型核能攻擊潛艦:35節航速足以在較長的時間內對蘇聯潛艦保持優勢。這種潛艦的核心,是1960年代初期開始發展的D1W壓水反應器。D1W反應器的目標功率是300MWt級(60000~70000軸馬力)壓水反應器,比其前一代30000馬力級的D1G(水面艦版是D2G,潛艦版是S6G)足足增加一倍。原本以D1G衍生的D2G反應器作為核子動力飛彈巡防艦(DLGN)的動力,需要有兩具反應器才能提供足夠的推進功率;換做是D1W,只要一部反應器就可以達到相同功率,整個推進系統的複雜度、成本、體積重量都可以大幅降低。 由於D1W反應器勢必比S6G反應器更大,需要比洛杉磯級更大型的艦體才裝得下。不過,洛杉磯級為了達成30節高速而不得不削減艦殼厚度並壓縮艦內容積,犧牲了諸多性能,包括潛航深度、武器籌載量、人員起居空間等等;一旦再下一代潛艦使用更大型的艦體,前述問題都可以迎刃而解。 STAM/ACM巡航飛彈,以及配套潛艦 一開始,這種使用D1W反應器的潛艦由於艦體尺寸巨大,成本高昂,很難說服軍方以及國會接受;不過在1969年3月,美國海軍提出名為潛艦戰術飛彈 (Submarine TActical Missile,STAM)的項目需求,李高佛認為這是提出大型核能攻擊潛艦的好機會。STAM的目標是取代1965年服役、性能一直無法讓人滿意的SUBROC核子反潛火箭,是一種反艦/反潛雙用武器,可配備傳統戰鬥部,或者如SUBROC般使用核子戰鬥部來充當小型戰術核武。依照當時的規劃,STAM尺吋是直徑30吋(762mm)、長度300吋(7.62m),射程5~30海里(9.26km~55.56km),發射重 量6000~8000磅(2721.5~3628.7kg)。由於STAM直徑超過了美國海軍魚雷管的21吋(533mm)口徑,需要配合發展專用的發射器。在1970年2月,美國海軍正式將stam命名為ZUGM-89柏修斯(Perseus)。 在 1970年8月,李高佛正式提出配備D1W反應器,並結合STAM飛彈系統的大型核能攻擊潛艦方案;在8月4日,李高佛親筆致函眾議院原子能委員會主席──資深眾議員曼德爾.里夫斯(Mondel Rivers),主張建造這種大型飛彈核能潛艦。在李高佛積極運作的同時,1970年7月上任的海軍作戰部長 (CNO)艾默.松華特上將(Elmo R. "Bud" Zumwalt),也在8月15日下令海軍成立特別委員會,展開新一代巡航飛彈核能潛艦的概念研究工作。松華特上將推動的核能攻擊潛艦方案的初期構想是:航速33至35節,裝備STAM戰術飛彈以及魚雷,並希望潛航深度能恢復到鱘魚級的水平,艦上的聲納系統則以洛杉磯級為基準進一步改良。由於當時HY-100以及HY-130高張力鋼板的加工技術還不夠成熟,因此預估這種潛艦仍必須沿用與鱘魚級、洛杉磯級相同的HY-80鋼板。 在1970年10月左右,松華特上將責成羅伯特.考夫曼(Robert Kaufman)將軍組成「過渡性潛射反艦飛彈小組」(Submarine Launched Anti-Surface Ship Interim Missile Ad Hoc Panel),研究潛射反艦飛彈的可能選項;這個小組提議用當時正在開發的魚叉反艦飛彈衍生出潛射版,將魚叉飛彈封裝(encapsulated)在一個密封容器中,可由潛艦21吋(533mm)魚雷管發射,容器浮出水面時讓飛彈點火升空。潛射魚叉反艦飛彈射程不如STAWS,但能更快完成發展,使現役潛艦在最短時間內擁有可用的視距外反艦飛彈。 在1971年4月,松華特又命令美國航空系統司令部(Naval Air Systems Command,NAVAIR),研究一種全新的潛射巡航飛彈概念,稱為潛射戰術反艦武器系統(Submarine Tactical Antiship Weapons System,STAWS);這種武器使潛艦能在遠距離(水平線以外)、進入敵方反潛網之前,就發射遠程飛彈打擊敵方水面船艦。依照設定,STAWS飛彈尺寸約30英吋、射程300至500海里,每艘潛艦搭載20個垂直發射管。STAWS的報告在1970年11月出爐,建議在STAM的概念上進一步發展,從反艦/ 反潛擴大到攻擊遠距離)船團,並以雷達導引掠海飛行來取代原本反潛火箭式的彈道拋射,發展成一種不折不扣的遠程飛彈;因此這個項目隨後改稱為先進巡航飛彈 (Advanced Cruise Missile,ACM)。因此,到了1971年下旬,美國海軍有潛射魚叉反艦飛彈以及STAWS這兩個平行的潛射反艦飛彈計畫。依照當時規劃,STAM/ACM預計能在1979年投入服役(比潛射魚叉反艦飛彈晚五年以上)。 最初ACM的射程設定在140海里(259.3km,約是魚叉反艦飛彈的兩倍),潛艦能以遠距拖曳聲納等自身感測器來搜獲這個距離上的船團目標;但隨後ACM射程要求提高 到400海里(740.8km),因此又裝置資料鏈來透過友軍單位支援目標標定,而飛彈尺寸進一步放大到直徑36吋(91.44cm)、長度336吋 (8.534m),發射重量8600磅(3900.9kg),飛彈本體(不含助推器)重量6183磅(2804.5kg),配備1000磅 (453.59kg)傳統穿甲戰鬥部。
原本STAM/ACM都是次音速飛行(約0.8馬赫),爾後ACM又發展出2馬赫飛行的超音速飛行版,長度進一步增
至340吋(8.636m),發射重量11420磅(5180kg),飛彈本體(不含助推器)重量(3410.5kg),戰鬥部縮減為700磅
(317.5kg),射程維持400海里;此外,還有次音速飛行的戰略型,尺寸與標準型相同,戰鬥部換成260磅(117.9kg)核子彈,發射重量
9950磅(4513.2kg),射程大幅提高到1800海里(3333.6km)。 先進效能高速核能攻擊潛艦(APHNAS) 在1971年1月21日,由松華特成立的海軍特別委員會公佈了新一代巡航飛彈核能潛艦的概念設計指導方針,確認目標是一種能搭載新型巡航飛彈、具備高速能力的大型核能潛艦,預期會使用規劃中的D1W六萬馬力級反應器。為了容納D1W反應器,這種新潛艦的直徑高達40英尺(12.19m),不僅遠超過洛杉磯級的33英尺(10m),甚至超過當時美國海軍建造過的任何潛艦,僅次於當時還在規劃中三叉戟彈道飛彈潛艦(後來的俄亥俄級)的42英尺(12.8m)。為了搭載直徑超過潛艦533mm魚雷管的STAM/ACM飛彈,特別委員會評估過多種方案之後,建議使用專用的垂直發射器來容納,安裝在帆罩後方的艦體內。 依照美國海軍潛艦武器委員會的估算,如要對付一個典型的蘇聯海軍水面戰鬥群(2艘巡洋艦加上6艘驅逐艦),總共約需發射16至24枚飛彈;而如果針對單一 目標,委員會希望一艘潛艦能實施9至10次攻擊而無須重新補給,因此需配備18至20枚飛彈;基於以上估算,委員會提議每艘潛艦需裝備20個飛彈發射管。因此,李高佛在1971年開始規劃一種排水量 接近洛杉磯級兩倍、配備20枚STAM/ACM飛彈的核能攻擊潛艦。 新一代巡航飛彈核能潛艦的概念設計指導方針公布後,又經過幾個月概念設計之後,美國海軍在1971年4月16日公布此型潛艦的基線(Baseline)設計,稍後將這個項目正式命名為先進效能高速核能攻擊潛艦(Advanced Performance High-Speed Attack Submarine,APHNAS),以區別於先前洛杉磯級潛艦的項目名稱「高速核能攻擊潛艦」(High-Speed Nuclear Attack Submarine,HNAS)。在1971年6月26日,美國海軍物資局長(Chief of Naval Material)向CNO松華特提交了APHNAS的報告,隨後在8月3日提交給海軍作戰部長執行委員會(CNO executive Board)。在1971年8月18日,松華特下令 啟動APHNAS的預備設計,隨後又在9月指示Op-96海軍系統分析部研究未來20年的潛艦需求。 由於搭載巡航飛彈,日後APHNAS也被稱為巡航飛彈潛艦(Cruise Missile Submarine,CMS)。APHNAS是個龐然大物,初步設計的長度為 472英尺(143.87m)、直徑40英尺(12.19m),浮航吃水32.8尺(約10m),浮航排水量12075ton,潛航排水量 13694ton,保留預備浮力13%,編制111名官兵(12名軍官、15名士官、86名士兵) ;與洛杉磯級相較,APHNAS長度增加29%,直徑增加21%,排水量幾乎增加一倍。由於配備60000馬力的D1W反應器,APHNAS的最大航速仍有33至35節,高於洛杉磯級。武裝方面,APHNAS艦首魚雷管數量維持四門,不過魚雷攜帶量比洛杉磯級更多,帆罩後方的艦體部位配備20個STAM/ACM飛彈的垂直發射管,整體武器攜行量接近洛杉磯級的兩倍。由於垂直發射器的頂部有艙蓋等機械構造,為了讓艦體外部保持平整(而不是必須安排「龜背」構造),APHNAS裝置飛彈垂直發射器的耐壓殼段直徑向內收縮,使得外部附屬的機構裝備不會突出潛艦外殼;這種結構類似蜜蜂的腰部,因此又稱為「蜂腰」(wasp waist)結構。此外,配合STAM這樣的長程反潛武器,APHNAS還打算配備當時美國海軍正在發展的長程拖曳陣列聲納、寬孔徑被動陣列聲納(WAA,另有專文介紹)、AN/BQQ-5 DNA數位化球型陣列聲納等,具備快速被動定位以及長距離被動聽音能力。其他在初步設計階段考慮過的技術細節包括:以HY-100高張力鋼板取代HY-80,以伸縮式的艦首上方水平舵來取代帆罩水平舵(飛魚級以來,美國海軍所有核能潛艦都用帆罩水平舵)。APHNAS初步設計考慮的各種方案中,包括不裝WAA聲納,或者改搭載其他不同飛彈等等。 取消 在1971至1972年,李高佛不斷在美國國會鼓吹支持APHNAS潛 艦以及STAM/ACM潛射巡航飛彈計畫,聲稱這是「海軍必須從事的最重要戰術發展」(single most important tactical development effort the Navy must undertake)。然而,松華特並不認同美國海軍應該批量建造如APHNAS的昂貴潛艦,他更偏好相對價廉但可部署足夠數量的潛艦。 松華特是繼阿利.柏克(Admiral Arleigh Burke)上將之後,相隔十年再一次有水面艦隊出身的海軍作戰部長(柏克是在1961年上任)。在二次大戰以後,美國海軍所有的遠程常規打擊武力,全都由航空母艦的艦載機隊包辦;而松華特上任CNO之後就主張,把當時剛開始發展的各項巡航飛彈(包括ACM等)以及魚叉反艦飛彈等,廣泛部署在水面作戰艦艇(巡洋艦、驅逐艦等)以及潛艦上。因此,松華特自然偏好能相容於現有多數平台的選項,因此巡航飛彈必須能從現有潛艦的533mm魚雷管發射;而李高佛則主張將巡航飛彈部署在APHNAS之類新造大型潛艦上。 松華特不是非完全反對APHNAS這樣的昂貴大型潛艦,他認為建造少量APHNAS的確有必要(松華特向來偏好高/低混合的船艦組合,在質量與數量之間取得平衡)。然而,松華特擔心李高佛會運用他的影響力以及政治資源,推動APHNAS成為海軍接下來建造的單一標準型核能攻擊潛艦,一如高速核能攻擊潛艦(HNAS)項目;當時海軍只打算先批准建造一艘原型艦(即SSN-688),但在李高佛在海軍以及國會的支持者運作下,首批就編列了12艘,之後成為美國海軍標準型的核能攻擊潛艦。雖然松華特在1971年8月18日下令 啟動APHNAS的預備設計,但隨後又在9月指示海軍作戰部長下轄的Op-96系統分析部(Systems Analysis),進行一項關於未來20年潛艦需求的研究。 而海軍作戰部系統分析部Op-96對於未來20年潛艦需求的研究報告中,基於傳統的反潛作戰觀點,駁斥了APHNAS潛艦的必要性。Op-96的報告指出,APHNAS的確擁有更好的戰術性能,包括大功率D1W反應器以及大型艦體帶來的高速、大武器籌載量與適居性等,也比較有餘裕搭載發展中的長程托曳陣列聲納與寬孔徑被動陣列聲納(WAA)等,使蘇聯潛艦開始使用靜音技術後,讓美國潛艦仍能保持先探測到對方的聲學優勢。不過,即便是現有洛杉磯級潛艦這樣的平台,還是能搭載WAA以及拖曳陣列聲納等設備,使其反潛效能提高35%,並不是非要建造APHNAS不可。而雖然APHNAS理論上仗著較高的航速,可以更有效地規避敵方潛艦發射的魚雷,然而實際上反潛交戰時,高速迴避敵方魚雷同時本身並無法實施有效的魚雷攻擊;如果已經發射線導魚雷,若要用機動規避敵方魚雷,只能提前切斷導線讓魚雷自主導引,這會顯著降低己方魚雷攻擊的成功率。此外,APHNAS的大型艦體更容易被敵方主動聲納探測到,當時美國海軍認為蘇聯潛艦交戰時主要透過主動聲納來探測,而不是被動聽音(當時蘇聯的被動聲學聽音技術遠不如西方)。 而成本方面,APHNAS的價格顯然過於昂貴,依照1972年8月的估算,首艦預估成本為5至6億美元,後續艦也達到3至4億美元的平均單價,在當時相當於規劃中的三 叉戟彈道飛彈潛艦的80%;相形之下,1974預算年度訂購的5艘洛杉磯級,總成本僅9億美元,平均每艘1.8億美元。當時包括松華特在內,已經有不少人嫌洛杉磯級已經過於昂貴,何況是成本再翻一倍的APHNAS。 由於STAM/ACM的尺寸過大無法相容於533mm魚雷管,需要專用的發射器,因此必須設計建造全新潛艦才能裝備,在美國海軍內部也引起非議,認為不應該因為新武器裝備而必須發展全新的平台(反觀潛射魚叉反艦飛彈就能相容於現役所有潛艦)。更有甚者,美國海軍內部懷疑STAM/ACM的尺寸被刻意放 大,而李高佛從1970年就開始鼓吹建造配備D1W反應器的大型潛艦,顯然就是利用STAM/ACM規格來「護航」這種大型潛艦。 當時正在進行的三叉戟彈道飛彈潛艦與洛杉磯級核能攻擊潛艦 都面臨超支與延遲問題,海軍內部已經爭議不斷;此外,同時期美國身陷越戰泥沼,開支龐大(1972年北越發動春節攻勢,戰事邁向高峰),美國軍方與政治高層很難支持像是APHNAS這樣昂貴的造艦計畫。 當支持APHNAS的李高佛派以及反對的海軍作戰物長辦公室僵持不下之際,1972年5月26日美國與蘇聯簽署第一階段核武限制條約(Strategic Arms Limitation Talks,SALT I);SALT I條約中限制的戰略性核子武器,並不包括巡航飛彈,因此美國軍方希望利用這個漏洞來發展戰略性武器。在SALT 1簽署的數週後,美國國防部長Melvin Laird就向國會申請13億美元來發展戰略性武器,為下一階段美蘇核武談判提供更多籌碼;這些預算以空軍B-1轟炸機、海軍新一代三叉戟(Trident)潛射彈道飛彈為主,此外也為海軍申請2000萬美元發展戰略巡航飛彈(Strategic Cruise Missile,SCM)。SCM項目名稱最早出現於在1972年1月,當時美國國防部發出一份備忘錄到國防工程與企業部門(Department of Defense Research & Engineering Enterprise),指示海軍在1972財年開始發展SCM;同時期,美國海軍已經開始發展可能的長程潛射反艦武器,名稱包括潛射巡航飛彈(Submarine-Launched Cruise Missile ,SLCM),以及更廣義的海射巡航飛彈(Sea-Launched Cruise Missile ,SLCM),意味著水面以及水下船艦平台都能發射;而STAM/ACM項目是SLCM可能的選項之一。 在1972年11月,美國海軍確定,SLCM必須能從潛艦魚雷管發射,使得現有的潛艦也能部署;這意味著飛彈以及外部潛射容器必須配合潛艦魚雷管(直徑21英吋、長度246英吋),重量必須限制在4200磅以配合潛艦魚雷艙裡的武器處理系統。在這樣的構想下,SLCM能適用於各種型式的平台,包括飛機、水面艦以及潛艦。 在這種趨勢下,直徑大於533mm、只有新造潛艦才能部署的STAM/ACM飛彈,喪失了青睞。 在1972年年底,海軍作戰部取消APHNAS計畫(原本APHNAS預定在1973年進入設計階段);而同時期編列的1973財年國防預算中, STAM/ACM項目只獲得400萬美元經費,反觀潛射魚叉反艦飛彈獲得了1600萬美元經費。此外,美國海軍作戰部也決定在最初戰略性的SLCM項目中,納入執行遠程反艦任務的戰術性版本(即SLCM/ACM的原始任務),戰略型與戰術型SLCM的共通性達85%。SLCM後來成為BGM-109戰斧(Thomhawk)巡航飛彈系列。 因此,之後美國海軍後來引進了兩種潛射飛彈,分別是射程較短的潛射魚叉反艦飛彈(UGM-84),以及射程較長、包含戰略以及戰術任務版本的戰斧巡航飛彈,兩者都相容於美國潛艦現有的533mm魚雷管。此外,STAM原始的反潛版本的需求,日後發展出海長矛(Sea Lance)距外反潛飛彈,同樣由533mm魚雷管發射。 取消APHNAS潛艦計畫之後,美國海軍決定以發展先進高速重型魚雷來因應蘇聯阿爾發級(Alfa)高速核能潛艦的挑戰,最後促成了MK-48 ADCAP先進能力魚雷。
1970年代美國海軍「高-低混合」攻擊核能潛艦構想
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