SSDS艦艇自衛系統

 

聖安東尼奧級船塢運輸艦是美國海軍第一種在設計階段便使用SSDS MK-2船艦自衛系統的艦艇。

用於評估SSDS MK-1的迪卡圖號(USS Decatur EDDG-31 ex DDG-31)武器測試艦,

隸屬美國海軍水面作戰研究中心。

──by captain Picard

主要參考資料:全球防衛雜誌283期──艦艇自衛系統(SSDS)(張明德著)


 

在1987年美國史塔克號史塔克號(USS Stark FFG-31)飛彈巡防艦於波灣被飛魚飛彈擊傷之後,美國海軍意識到必須盡快提升一般水面艦艇對抗反艦飛彈的能力。同年由北約多個主要國家(美國、英國、法國、德國、義大利、荷蘭、西班牙、加拿大)展開的北約90年代共通巡防艦計畫(NFR-90)中,以合作發展的北約防空作戰系統(NAAWS)作為未來北約新一代艦艇的防空作戰中樞 。

而針對現役艦艇的升級,美國則以既有設備與若干商規技術,推出一種編號為AN/SQY-17的快速反飛彈整合防衛系統(Rapid Antiship Integrated Defense System,RAIDS)。RAIDS並不打算完全汰換現役艦艇的防空射控系統,只以一個額外增加的戰術整合分析系統 ,利用Ethernet區域網路將艦上的防空射控系統、SLQ-32(V)電子戰系統等裝備連結在一起。戰術整合分析系統透過網路介面從作戰系統、雷達 與電戰系統獲得相關戰術資料,依照艦艇與目標雙方相對位置的變化、風向等參數,進而向人員提出戰術動作建議(包改變航向、發射誘餌等 )。基本上,RAIDS的戰術整合分析系統就是先前先進戰鬥指揮系統(Advanced Combat Direction System,ACDS,即NTDS在1980年代的升級重建版)中的防空自衛模組,以一部Intel 80X86處理器為運算核心,程式由商規的C語言撰寫。相較於當時美國建造中或規劃中的新防空巡洋艦、驅逐艦配備的龐大神盾作戰系統,RAIDS主要是針對現役的非防空艦艇或者二線次級艦艇進行升級,以最為簡單、經濟的方式,合理地提升這些艦艇的防空能力 ;然而,採用商規設計的RAIDS可靠度畢竟不如真正的軍規系統,所以只用於支援既有的作戰系統進行決策。在1990年代,美國海軍陸續為12艘改良型派里級巡防艦(FFG-47、48~55、57、59、61)加裝了RAIDS,而全部31艘史普魯恩斯級驅逐艦也在1996至1997年追加了RAIDS。

1991年NFR-90取消時,NAAWS北約防空做戰系統也一併取消。為此,美國海軍決定以RAIDS為基礎進行擴充,發展一套全新艦載防空系統。此一計畫最初稱為快速反應戰鬥能力系統(Quick Reaction Combat Capability,QRCC),在1991年展開,主承包商是雷松(Raytheon)公司 ;此外,美國海軍委託約翰.霍普金斯大學(Johns Hopkins University )應用物理實驗室(Applied Physics Laboratory,APL)擔任代理技術總監(Technical Direction Agent,TDA);APL 負責領導系統架構設計、感測器整合、顯控系統以及基礎軟體等。QRCC在1993年進入技術展示階段時改稱為艦艇自衛系統(Ship Self-Defense System,SSDS),而原本的RAIDS此時也改稱為SSDS MK.0;在SSDS的開發工作中

由於美國在1960年代開發的海軍戰術資料系統(NTDS)是老舊的封閉規格集中式架構,硬體落伍,且升級餘裕與抗戰損能力極其有限;即便是1980年代從NTDS架構改良的先進戰鬥指揮系統(ACDS),引進開放式架構與新硬體來改善其性能和升級餘裕,然而仍然只是一種半分散架構,少數關鍵核心部位依舊欠缺替代重組能力,發展性有限;因此,美國海軍在1990年代除了繼續改良專業防空艦艇使用的神盾系統之外,非神盾艦艇戰系的重點便落在採用全新 設計的SSDS之上。

SSDS採用全分散式系統架構(Full-Distributed  Architecture),以FDDI SAFENET光纖區域網路連接各個次系統,以採用開放式架構、商規組件、具有強大運算與圖形處理機能的UYQ-70先進顯示系統 (ADS,詳見神盾系統一文)來提供運算與控制機能,並整合艦上相關偵測、電子戰與射控武器等等 。在全分散式系統架構中,各項運算機能分散在多台不同的電腦中,並透過區域網路連結在一起;以往集中式或半分散系統的核心功能往往相當於「Server端」,由各「Client端」的介面存取其服務,而這些核心功能無法由其他計算機替代;而全分散系統的每個節點都有本身的運算與儲存功能,並透過網路和同步、平行處理機制來分享、更新彼此的共同資料,即便部份系統失效,大部分功能也可迅速由其他正常的系統予以分攤,因此雖然運作速率會降低(因為剩餘節點的平均負擔增加),然而依舊可執行完整功能,或者至少系統基本運作不受影響,具有良好的可靠度與生存性。此外,由於全分散系統的各次系統都擁有獨自的機能,並透過標準的溝通、分享機制與其他系統連結,如果要增加新的次系統,只需將新系統透過介面連上網路,就能輕鬆完成,不像過去集中式系統升級時 必須同時更動中央計算機的軟硬體。

不同於過去NTDS/ACDS系統採用單一的Server端中央追蹤檔案資料庫,SSDS的每個Client端都有本身資料庫,Server端只負責協調控制,任一Client端追蹤資料庫的更新都會透過區域網路廣播給其他Client端進行資料同步,各次系統可透過所需的應用程式(如圖像更新、武器管理等)來存取各自所需的資料庫 。SSDS的運算工作都由加固的商規處理器負責,並使用Linux核心為基礎的作業系統。值得一提的是,SSDS是美國海軍第一種採用全分散架構的艦載作戰系統,即便是功能強大、價格昂貴的神盾系統,一開始也是半分散架構,直到1990年代末期推出的Baseline 7規格,才終於以全分散系統架構汰換過去的舊系統。

SSDS MK-1

第一代的SSDS MK-1呈單一的區域網路架構,以兩座UYQ-70機台與一座由三具UYQ-70顯控台組成的整合顯控站為主要操控中樞,三座顯控台分別是偵測官(Sensor Supervisor,SSUP)、戰術行動軍官(Tactical Action Officer,TAO)以及武器官(Weapons Supervisor,WSUP)的操作戰位。這些分佈在SSDS區域網路上的運算節點稱為區網存取單元(LAN access Unit,LAU),是構成SSDS的基本單元,包含運算、聯網與操作功能;每個LAU單元都以TAC-4機臺、VME擴充介面與不斷電單元 (Uninterruptible Power Supply,UPS )構成,具有兩種訊號介面。

SSDS MK-1原型系統的LAU機櫃,具有一個VME擴充介面。

SSDS Mk-1能與七種艦上的次系統整合,包括AN/SPS-49防空雷達、AN/SPS-67平面搜索雷達、敵我識別系統(IFF)、SQL-32(V)電子戰系統、MK-36誘餌發射器、方陣近迫武器系統與RAM短程防空飛彈系統等,這些系統都各自擁有一個區域網路存取單元(LRU)與SAFENET區域網路與SSDS連結。由於所有的作業與運算機能平均分散在各UYQ-70機台內,萬一部份系統失效,也能由其他機台重組與取代,使得整個系統具有很好的容損能力;而光纖區域網路具備對電磁脈衝免疫的特性,也提高了抗干擾的能力。

進行陸基測試的SSDS。

完成陸地測試後,SSDS MK-1的原型系統於1993年3月安裝在懷德貝島級船塢運輸艦的首艦懷德貝島號(USS Whidbey LSD-41)上進行概念驗證(proof-of-concept),驗證系統整合不同類型感測器資料的目標持續追蹤能力,以及導控武器接戰的能力。隨後,SSDS MK-1又於1994至1998年在除役的迪卡圖號(USS Decatur EDDG-31 ex DDG-31)飛彈驅逐艦(該艦除役後作為美國海軍水面作戰研究中心(Naval Surface Warfare Center)的防衛系統測試艦(Self Defense Test Ship,SDTS)上進行一系列後續測試,包括實地指揮方陣近迫武器系統與RAM防空飛彈進行接戰等。

在1995年5月,SSDS達到里程碑二(Mile Stone II),美國海軍決定訂購總數58套SSDS,其中10套在前期低速量產(LRIP)階段之內,而LRIP階段始於1996年度。在1996年7月至8月,SSDS MK-1在瓦洛普斯島(Wallops island)進行第二階段作戰評估(Operational Test,OT IIA),總共對抗了67個空中目標,類型包括李爾噴射機、搭載追蹤模擬器(Tracking Seeker Simulators,TSS)的F/A-18戰機與模擬反艦飛彈的BQM-74E靶機等,偵蒐環境背景涵蓋海上與陸地等。

SSDS MK-1在1997年5月完成了所有的開發作業,並於1997年6月在懷德貝島級船塢運輸艦的幽靈島號(USS Ashland LSD-48)上進行作戰評估(OPEVAL);在高逼真度的測試中,幽靈島號上的SSDS MK-1成功追蹤了超過二百個接近的空中目標,並接戰了171個模擬威脅來源的目標,包括縮減雷達截面積的空中目標或模擬反艦飛彈的目標等。在同年9月,美國海軍宣布SSDS Mk-1已被證實通過考驗,擁有良好效能,並建議各型艦艇立即換裝。SSDS MK-1在1998年度達成里程碑三(Mile stone III),並於該年3月開始進入全速量產,首先加裝於懷德貝島級與後續的哈波渡口級(Harpers Ferry class)船塢運輸艦上,這兩型兩棲艦艇的換裝作業於2001年12月全數完成。

SSDS MK-2

第二代的SSDS MK-2從1998年開始研發,同年12月開始建造三套硬體,並在1999年4月簽署軟體發展合約,2002年3月展開測試,主承包商仍為雷松。相較於SSDS MK-1,SSDS MK-2擁有更高的系統整合度,不僅可以納入更多感測與武器系統,包括AN/SPS-48E對空搜索雷達、SPQ-9B追蹤雷達、ESSM發展型海麻雀防空飛彈系統 以及配套的MK-23 TAS目標獲得系統、UPX-29敵我識別器(IFF)等等,同時還增加了與Link-11(對艦)、Link-4A(對空)、Link-16甚至協同接戰能力(CEC)等美國海軍現有與新一代資料鏈系統的整合介面。SSDS MK-2可透過通用資料鏈管理系統(CDLMS)與艦基柵格鎖定系統/自動校正系統(SGS/AS),從這些資料鏈輸入來自戰術網路上的目標資料,如此便能大大增加整個艦隊分享、利用共通資訊的能力。SSDS MK-2的架構由三套區域網路構成,分別為高速戰術資料網(Tatical  LAN)、顯示資料網(Display LAN)與顯示輔助資料網(Display Aux LAN);其中,高速戰術資料網與顯示資料網一開始都使用雙FDDI區域網路結構(日後將被更高速的GbE區域網路取代),擁有16個外接介面。

SSDS MK-2最早以Motorolla 68040處理器作為運算來源,爾後則改成PowerPC,能同時追蹤256個目標 ,到Mod 1B又再更換更快速的處理器,系統軟體則由C語言撰寫。

到2020財年,SSDS會進行射控迴路增強計劃(Fire Control Loop Improvement Project),提高SSDS使用方陣近迫武器系統、ESSM防空飛彈、資料鏈、CEC的運用能力及效率,後續計畫還會結合EASR電子掃描雷達、SLQ-32 SEWIP Block 3電子戰系統、ESSM Block 2防空飛彈等。

 

目前SSDS MK-2陸續發展了多種版本:

SSDS MK-2 Mod 0與Mod1:用於尼米茲級航空母艦,其中Mod0只安裝於尼米茲號(USS Nimitz CVN-68)上,同級的史坦尼茲號(USS John C. StennisCVN-74)、卡爾文森號(USS Carl Vinson CVN-70)在大翻修時陸續安裝了SSDS MK-2 Mod1,哈利.杜魯門號(USS CVN-75)使用SSDS MK-2 Mod1A,而較新完工的雷根號(USS Ronald Reagon CVN-76)則在一開始便安裝此系統。SSDS MK-2 Mod1結合AN/SPS-48E對空搜索雷達、AN/SPS-47雷達、AN/SPS-67平面搜索雷達、RAM防空飛彈等;Mod 1A引進一些新的技術,而Mod 1B是開放式架構(open-architecture)版本,並以更新型的處理器取代原本的PowerPC,使威脅辨識和目標處理速率更快。

SSDS MK-2 Mod2用於聖安東尼奧級(San Antonio class)船塢運輸艦上,而SSDS MK-2 Mod3A則用於胡蜂級(Wasp class)兩棲突擊艦。SSDS MK-2 Mod2結合AN/SPS-48與AN/SPS-73雷達、AN/SPQ-9B近程追蹤雷達。SSDS MK-2 Mod 2分為Mod 2A與Mod 2B兩種版本,其中Mod 2B採用開放式架構。

SSDS MK-2 Mod3用來升級胡蜂級(Wasp class)兩棲突擊艦,取代了原本的ACDS作戰指揮系統。SSDS MK-2 Mod3整合有AN/SPS-48、AN/SPS-49對空搜索雷達、AN/SPS-67平面搜索雷達、AN/SPQ-9B近程追蹤雷達。SSDS MK-2 Mod 3分為Mod 3A與Mod 3B兩種版本,其中Mod 3B採用開放式架構。

SSDS MK-2 Mod4A/4B:用來裝備美利堅級(America)兩棲攻擊艦。

SSDS MK-2 Mod5/5C:從惠德比島與哈波渡口級船塢登陸艦(LSD)原有的SSDS MK-1升級而來。

SSDS MK-2 Mod6/6C:用於福特級(Ford class)核子動力航空母艦,結合艦上的雙波段雷達(DBR)、AN/SQL-32(V)6(即 SEWIP Block 2)電子戰系統、MH-60R直昇機相互操作能力、敵我識別器(IFF)Mode 5、先進能力構築2012(Advanced Capability Build,ACB 12)