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英国防务动态:研发各式水下概念无人机、变革

发布时间:2019-09-15

  原标题:英国防务动态:研发各式水下概念无人机、变革性反水雷舰设计概念、披露雄心勃勃的新国家造船战略、“超级风扇”发动机突破7万马力……

  9月4日,英国国防部宣布,改装CAMM防空导弹(即“通用模块化防空导弹”,英国称之为“海上拦截者”)后的23型护卫舰F-231“阿盖尔”号成功进行了首次发射试验。

  CAMM面上说是一款欧洲导弹集团研制的导弹,不过欧洲导弹集团是一个多国合资企业,法国、英国、德国、意大利都占有股份。因此,很多时候还是各个国家在这框架下进行各自的研发工作,CAMM导弹就是这样一个典型的例子。

  CAMM应英国国防部要求研制,是一款新一代、单级推力,可海、陆、空多平台使用的全天候短程防空导弹,采用了多种新技术,可对付几乎所有目前以及潜在的空中威胁。

  CAMM的弹体在“先进短程空空导弹”(ASRAAM)的基础上加长0.3米改进而来,并改进推进装置,以适应新发射方式的和加大射程。其弹长3.2米、弹径0.166米,重99千克,速度3马赫,射程1-25千米。

  第一,导弹小巧,适用于各种平台,平台也将有更大的火力容量。如海军型CAMM-M未来能够装备“席尔瓦”、MK-41以及MK-57等垂直发射装置,由于导弹小巧它可以像“改进型海麻雀”(ESSM)一样以“四合一”的这三种垂发装置的发射井中。这样一个“四合一”的模块也能够很容易用于装备或改装到包括小型舰艇在内各类平台,同时其指挥控制系统能够迅速与新型或老式的海军作战系统进行整合。它不需要专门的跟踪雷达,只要采用舰艇通过警戒雷达获得的目标信息即可,这也就压缩了舰艇平台采用该导弹成本,以往的舰艇改装新型导弹后都必须对相应的雷达及支援系统做出改变。

  第二,制导技术先进,它装备有主动雷达导引头,其价格昂贵,但在反舰导弹威胁日益加重的情况下,一分钱一分货也不难理解。此外,CAMM将装备紧凑型双向数据链,可接受第三方提供的目标指示,目前来看似乎还不是太实用,但这是未来“云作战”的趋势,未来此类技术普遍后,其价值将逐步体现出来。

  第三,CAMM让英国自行研发的“软垂直发射”(SVL)技术进入实用化阶段,这种技术与俄罗斯所采用冷发射技术类似,也就是在将导弹弹出发射箱后才进行,然后通过尾部的气动部件使其转向,导弹转向成功后再启动发动机。相比于冷发射,软发射能够更精准的进行弹射控制,整体弹射和转向所需的推力也都要来的小。由于采用软发射,用于改装一些垂发系统时,无论它是冷发射或热发射都无需对原有的结构进行太大改变,这将进一步拓展了CAMM-M潜在使用范围。

  (英国最新的26型护卫舰也将使用CAMM用于自卫,暂时没有计划装备区域防空导弹)

  “阿盖尔”号的试射虽然还只是CAMM的首次试射,但除英国之外,巴西、智利、新西兰等国都已经准备引进该型导弹用于升级或装备把本国海军舰艇。

  此外,意大利还牵头搞了CAMM的增程型CAMM-ER导弹,用于替代现役的陆基“阿斯派德”防空导弹,最大射程45千米。可以预见,随着CAMM家族的不断完善,它已经一跃成为世界上最先进的通用中近程防空系统,在这个市场上本就不多的几个型号中显得颇为突出。

  目前,我国在中近程防空武器市场上的型号不少,但真正和CAMM对应的还是海陆通用“红旗”-16/“猎鹰”-80,去年获得出口许可后的海基版“猎鹰”-80N在珠海航展上亮相,今年又出现在兰卡威国际海事航空展上,角逐国际军火市场的意图非常明显。厂家在兰卡威对我们表示,“这个市场上的型号本来就没几个,来了这肯定就是要和它们竞争”,显然,这里面的“它们”包括了CAMM。

  9月4日,英国国防部曝光了“海受体”(Sea Ceptor)新型舰空导弹服役后由作战舰艇首次实弹试射并获得成功的画面,此次测试由皇家海军23型导弹护卫舰 “阿盖尔”号(HMS Argyll F-231)完成。

  “海受体”(Sea Ceptor)防空导弹系统原名为通用模块化防空导弹系统(Common Anti-Air Modular Missile,CAMM),“Sea Ceptor”为皇家海军方面的代号,该名称也延伸译为“海上拦截者”注①,是法国欧洲导弹集团(MBDA)在2007年接受皇家海军委托进行研制的新一代中近程舰载垂发防空导弹系统。

  “海受体”旨在被皇家海军用来取代当时装备在23型护卫舰上的GWS.26“海狼”近程防空导弹。七十年代末开始服役的“海狼”防空导弹虽然在当时堪称是世界上第一种专门为拦截掠海反舰导弹而生的先进防空导弹系统,但2000年后装备着射程不足十公里的海狼导弹系统的23型护卫舰其防空战能力已落后时代的发展。

  反观几乎与海狼导弹同时展开研究的美国海麻雀防空导弹系统,当时称之为“基本点防御防空导弹系统”(Basic Point Defence Missle System,BPDMS),经过数十年的持续改进,“北约海麻雀”、“改进型海麻雀”的不断升级,到今天已经成为了极限射程达50公里、极限速度4马赫、能做出加速度35~50G的剧烈机动的优秀中程防空导弹,远非海狼导弹所能比拟。皇家海军决定将“海受体”的研发同海麻雀一样,为加快进度和确保技术稳定,以现役空军空空导弹为基础展开。

  “海受体”以同样为欧洲导弹集团的产品,装备在皇家空军台风战斗机上的阿斯拉姆先进短程空对空导弹(Advanced Short Range Air-to-Air Missile,ASRAAM)作为研制基础。阿斯拉姆空空导弹是一种红外焦点平面阵列制导、射程300米-15000米的短程空空导弹。2011年12月,英国国防部与欧洲导弹集团正式签署价值4.83亿英镑(7.59亿美元)的发展合约,2014年10月与MBDA签署了3亿英镑生产制造合约。

  “海受体”导弹的弹体与部分部件沿用皇家空军阿斯拉姆先进短程空对空导弹的设计,换装主动雷达制导头并加装双向数据链,并改用尺寸更大、燃烧期更长的火箭发动机,使弹体长度比阿斯拉姆增加约30公分,并使用激光近炸引信。

  “海受体”弹长3.2米,弹径16.6公分,重99千克,飞行速率3马赫,最小射程约1公里,最大射程约25公里,已经接近装备在45型驱逐舰上的紫菀-15防空导弹,但价格比后者便宜得多。

  而且,这个射程已经超过23型护卫舰上的GWS.26海狼防空导弹的两倍(最大10km)。相较于采用指挥制导体制,一次接战一个目标的海狼导弹,“海受体”具备同时接战大量目标、攻击视距外(not in line-of-sight)目标的能力;此外,必要时“海受体”还能攻击近距离的水面目标。

  皇家海军将海受体称之为介于“区域防空”和“点防空”之间的“局部防空”导弹

  此外,“海受体”的指挥控制系统还尽量沿用了既有的PAAMS(45型驱逐舰和地平线级驱逐舰上的防空作战系统)部件与技术,以降低开发成本。搭载“海受体”的船舰可以通过数据链终端(Platform Data Link Terminal,PDLT),与导弹实施数据链上/下链的双向传输,极大的提高了导弹的使用灵活性。

  不同于西方现有的舰载防空导弹系统,“海受体”使用的是冷发射(又称为软发射,Soft Launch),使用预储高压气体将导弹弹射离管,到24~30米的高度,弹体后部周围四个侧向发动机(转向部件)点火控制导弹转向目标的方位,然后点燃续航固态火箭发动机朝目标飞行。相较于热发射系统,冷发射系统本身不必承受高温热焰,大幅减少了火灾爆炸的安全顾虑以及发射器本身的结构损耗,同时降低高温喷焰增加的舰体红外信号;而导弹本身也可以取消在发射管内点火时抗高温高压的设计,故原本阿斯拉姆的弹体结构就不需要大改。

  另外,冷发射也使“海受体”在升空阶段不需要浪费发动机有限的能量(因为“海受体”弹体较小,马会精准一码中特资料火箭药柱容量也较低),发动机的全部燃烧行程都作用在飞行过程中。“海受体”属于较小型的导弹,发射所需的弹射动力低于俄罗斯SA-N-6或中国海红旗-9等大型冷发射导弹,故技术复杂度相对较低,万一导弹在空中点火失败砸落,造成的伤害也比较有限。

  2012年,皇家海军开始为23型护卫舰进行中期延寿工程(Life Extension ,LIFEX)工程包括对空搜索雷达、防空导弹、作战系统等核心装备的更新,舰上原本的996型雷达被英国宇航新开发的997型“工匠”S波段旋转阵列3D雷达取代,而防空导弹的升级就是将舰上原有的“海狼”防空导弹换装为新“海受体”防空导弹。2015年8月,23型护卫舰阿尔盖号(HMS Argyll F-231)率先接受“海受体”防空导弹的换装。

  23型护卫舰上的“海受体”改装继续沿用原“海狼”导弹的发射装置,由于原海狼导弹弹径较大,可以直接容纳“海受体”导弹连同其发射筒,但由于长度不够,改装后的23型护卫舰垂直发射装置变成了这样:

  欧洲导弹集团也为“海受体”开发了专用的垂直发射系统,同时也可兼容于现有美制MK-41、轻型的MK-56或欧洲导弹集团自己的席尔瓦垂直发射系统,配合MK-41/席尔瓦的采用四合一冷发射单元,每个发射管就能装填四枚“海受体”。

  欧洲导弹集团还继续开发了陆基版“海受体”导弹,也就是“陆受体”(Land Ceptor)防空导弹系统,将一组12联装发射系统安装在曼恩(MAN)4x4,PL69卡车底盘上,取代英国陆军短剑防空导弹系统。“海受体”和“陆受体”导弹一起组成了英国的“未来局部防空系统”(Future Local Area Air Defence System,FLAADS),是英国未来海陆中近程防空中坚。

  此外,意大利也向欧洲导弹集团提出要求,在“海受体”导弹的基础上进一步开发出意大利版本,以取代意大利海军、陆军现役的阿斯派德防空导弹(Aspide)系统,装备在未来意大利海军PPA中型护卫舰上。意大利版本称之为CAMM-ER,弹长增加到4.2米,弹径19公分,重160千克,最大射程增至45千米。

  此外,巴西也将使用“海受体”导弹装备在正在进行巴西海军国产未来护卫舰——坦米亚雷级轻型护卫舰(Tamandaré Class Corvettes)上。智利海军也确定选择“海受体”导弹为隶下的三艘英制23型护卫舰进行升级,新西兰海军也将选择“海受体”导弹为隶下的澳新军团级(ANZAC)进行升级。

  据《航空周刊》网9月5日报道,英国罗罗(Rolls-Royce)公司新款“超级风扇(Ultra Fan)” 引擎变速箱已经在德国达勒维茨完成台架实验,由于搭载一台更强大的变速箱,输出效率达到7万马力。

  罗罗首席技术官保罗•斯坦在国际气动发动机协会的会议上称,动力变速箱将为该公司的下一代“超级风扇”引擎发挥关键作用。“超级风扇”拥有极为巨大的风扇直径,并将成为世界最大的齿轮传动涡扇发动机, 未来将搭载在波音787以及与其同级别的空客飞机上。

  该发动机第一次变速箱的测试始于今年5月,最初在全油门状态下输出大约400辆家用轿车的当量功率,目前的测试将集中在耐力和可靠性等低功率功能。

  公司未来计划主管卡洛琳称,“我们每年投资于研发的经费为12亿到13亿英镑。我们未来的技术方案将超过5,10年和20年。‘未来5’是关于应用技术,‘未来10’着眼于下一代产品,‘未来20’是探索新的想法。”

  卡洛琳表示,“我们与31个大学技术中心、14个研究中心和其他机构建立了伙伴关系。研究领域包括添加剂层制造、先进材料设计制造、先进的合金和陶瓷基复合材料。”

  罗罗公司的动力变速箱设计的最高输出功率将达10万马力,搭配新型变速箱后的超级风扇引擎满载功率相当于100辆F1赛车的总合。该新一代发动机在每个档位都能获得最高的运转效率。据称,当以最大功率运行时,变速箱上的每一对齿输出的功率高过一辆F1方程式赛车。

  新发动机的前端和涡轮增压器的尾部均加入了风扇,可在消耗最少能量的前提下让扇叶以最快的速度旋转。动力变速箱设计为“行星”齿轮,以使发动机的核心轴以极高的速度行驶,同时风扇以较慢的速度运转,比第一代“遄达”发动机节省25%的燃料效率。“遄达”1000型发动机已经在波音787飞机上成功使用,该型发动机每个发动机叶片在起飞时承受90吨的负荷。

  项目总工迈克•怀特海称,“涡轮运转得又快又热,而风扇又大又慢。这是一对矛盾。如果我们使风扇效率更高,涡轮机就不那么高效了。我们需要结合这一技术--这就是变速箱的来源。”

  斯坦表示,除了高功率测试外,动力齿轮箱还进行姿态试验,模拟飞行时起飞、爬升、下降和下降等阶段对变速器机翼的影响。

  罗罗公司目前为超过35种不同型号的商用飞机提供发动机,现有13000多台发动机在使用,包括波音787客机上的“遄达”1000,空客A350上的“遄达”XWB,而“遄达”7000将为新型空客A330neo提供动力。

  【据海军认知网2017年9月6日报道】英国国防部长迈克尔·法伦爵士近日披露了雄心勃勃的新国家造船战略,以实现16年11月设定的31型护卫舰首批计划。

  从披露的战略看,英国政府接受了约翰·帕克爵士关于英国海军造船业独立报告中的观点和建议,积极推动报告中提出的英国造船业“复兴”愿景。以政府工业战略为基础,“战略”概述英国政府在改造海军舰艇采办,使英国海洋工业更具竞争力,扩大2030年代皇家海军舰队规模,向海外出口舰艇,以及在促进投资、技能、工作岗位和生产力方面的雄心。

  “战略”宣布政府计划采办新型31型通用型护卫舰。首批5艘护卫舰每艘的采办费用上限不超过2.5亿英镑。根据英国现行的造舰政策,这批军舰将在英国本土,以分散建造集中组装的方式建成。首舰计划于2023年服役。政府鼓励船厂与全球伙伴合作,以确保该型舰在出口市场上的竞争力。英国所有的船厂都可参与31型护卫舰项目竞标。

  “战略”承诺政府将与工业界一起重振和最大限度地提高出口能力。31型护卫舰的设计从一开始就兼顾了皇家海军的需求和出口市场的需求。由此造船业的客户将不仅只有皇家海军,还将扩大到英国的盟友和伙伴。

  英国国防部增加了预算,提出了1780亿英镑的装备计划,以满足新舰建造计划。7月,国防部长在BAE系统公司加文船厂切割了首艘26型护卫舰的钢板。

  即将于下周开幕的2017年度英国国际防务装备展将展出几个31型护卫舰设计模型。31型护卫舰的设计竞争者有可能包括BAE系统公司,巴布科克公司,BMT公司和Steller系统公司等。

  反水雷舰艇是使用扫雷、猎雷设备搜索和排除水雷或者直接依靠舰体引爆水雷的一种舰艇,通常包括扫雷舰艇和猎雷舰艇两种。所谓扫雷舰艇,就是用于扫除封锁海域水雷的舰艇,是在水雷捕捞器基础上发展起来的。猎雷舰艇则是利用仪器寻找水雷,进而对目标进行识别和分析,从而确定水雷的大小、种类,然后采取就地炸毁或水中拖走等方法进行清除。

  2017年9月5日,英国BMT公司推出一型变革性反水雷舰设计概念VENARI®-85,该舰可以更快速度清理大片区域的水雷,并降低对舰员的风险。该舰还可遂行多种使命任务,用于探索下一代舷外系统、任务系统和作战概念,并能随着无人系统或舷外系统技术进步不断升级改进。

  VENARI®-85结合了BMT公司舰船设计优势和奎奈蒂克公司的集成经验,并借鉴了多个海军和系统供应商的经验。BMT公司商业研发部门(军舰)主管斯蒂芬表示,VENARI®-85代表了反水雷舰艇设计思路的重大改变,着眼于未来角色,并考虑了技术发展。在尝试使用这种设计思路前,BMT公司对反水雷平台开展了大量的作战使用分析,以更好的理解舰艇当前和未来部署的需求或模式,及满足需求所需的设备。这种方法不仅避免了在以后几年的大幅修改和成本增加,还能极大地增加全寿期内有效实施反水雷战的能力。

  VENARI®-85设计进行了充分优化,能搭载操控各种空中、水面和水下无人系统。这种灵活的设计思路为舰艇平台的发展提供了清晰的研发路径,未来几十年,随着无人系统和各种作战概念的不断成熟,他们将能不断集成到VENARI®-85舰艇上,持续优化舰艇的作战性能。

  斯蒂芬还表示,多个国家当前均在考虑未来水雷战能力的问题,在保障可靠的反水雷战能力的同时,效费比也是考虑的重点。随着无人反水雷技术的快速发展,在采购新型舰艇的同时,也应当考虑他们对未来技术的集成能力。

  除了反水雷作战, VENARI®-85还能执行多种海上任务,如海上治安、专属经济区巡逻、人道主义救援,这些功能均能提供了平台的效费比。

  俗话说“宁让人才等装备,不让装备等人才”,专业人员的培养往往是装备能否尽快形成战斗力的关键。除能力建设必须紧跟技术趋势外,专业人员的数量足够与否也会对装备的效用产生重要影响。以美国空军为例,其无人机部队近年迅速扩编,多种新型无人机批量入役,但无人机操作员却数量有限,原先只得只接受现役飞行员转岗,现在面对巨大的压力,不得不开始普通士兵中选拔学员,接受MQ-1和MQ-9无人机的操作训练。实际上,在美军内部,各军种对于什么样的人能够成为无人机操作员,也有着不同的认识。例如美国陆军也操作大型武装无人机MQ-1C,但其对于无人机操作员的资质要求就没有空军那么刻板。那么究竟军用无人机,尤其是武装无人机操作员需要怎样的特质呢?操作无人机,表面上看就是面对电脑屏幕进行操作,与打电子游戏似乎也没有什么区别,那么专业游戏玩家能否成为合格的无人机操作员呢?

  英国利物浦大学日前针对特定人群进行了一项专业实验,分析显示,游戏玩家(特指高仿真飞行模拟游戏)具有转为无人机操作员的良好潜力,其某些方面的表现甚至超过专业人员。

  据介绍,此次实验包含了4类特殊群体——游戏玩家、具有飞行资质的个人、职业飞行员(包括军事航空系统和民用航空系统)和既无飞行资质又不接触游戏的个人,实验内容为考察各个群体在一次模拟民用货运飞行任务中所表现出的的准确度和自信心的水平,以及两者之间的相互影响和相互关系。利物浦大学心理学系教授杰奎琳•威克罗夫特指出,考察标准包括道德良知、性格倾向、专业经验、神经官能等。

  考虑到无人机地面控制站的界面与游戏软件存在一定的相似性,实验团队以《微软飞行模拟X》为图像显示引擎设计了任务环境,实验对象必须控制一架在尺寸和性能上与用于培训飞行员的初级教练机极为接近的虚拟小型固定翼飞机完成不同阶段、不同类型的任务。每个阶段的任务都包含三种情境,实验对象需要决定如何避免危险,或将风险降至最低,他们既可以选择依赖自动驾驶系统,也可以相信自己的能力全程手动驾驶。

  实验结果显示,职业飞行员在最核心的神经官能项目上表现最佳,换句话说,“他们在面对紧急情况时的抗压能力更好”。游戏玩家在该项目上的得分超过具有飞行资质的个人,非常接近职业飞行员。威克罗夫特对此解释称,虽然游戏玩家并没有驾驶飞机的实际经验,但他们中的大多数人也在日常工作中面对过需要作出重大决定的时刻,这种经历虽然并非生死攸关,但也对他们形成强大的心理承受能力有积极影响。

  但威克罗夫特也承认,仅凭基于心理学的实验结果并不能草率得出游戏玩家一定能成为无人机操作员的结论,“他们只是证明了自己在虚拟环境下能够应付裕如,还没有机会控制一架真实的无人机进行验证——尽管他们可能拥有全套的飞行技巧”。

  其他相关研究也对利物浦大学的实验结果表示支持。2007年进行的一项医学实验表明,与不玩游戏的人群相比,游戏玩家具备更好的手眼协调能力。美国国立生物技术信息中心(NCBI)发表的科研论文甚至称,精通电子游戏的医生在手术中的表现远胜同僚。

  负责管理无人机操作人员培训和日常飞行等任务的约翰•菲尔兹也认为,游戏玩家所表现出的手眼协调能力、多任务处理能力、信息快速汇总整合能力都是无人机操作人员所必须的关键能力,“他们操纵小型无人机可能就像控制PS游戏机的手柄一样”,至于更大型的无人机则需要时间去了解和熟悉其特性。。

  威克罗夫特表示,她计划就这一课题开展进一步研究,深入探讨游戏玩家成为无人机操作员的可行性。

  2015年的时候,英国皇家海军曾提出过“2050水上战舰”的概念。而现在,他们又让UKNEST的年轻工程师们开发一系列的“未来水下无人机”。 未来潜水艇的设计将较40年前的冷战时期大不相同,它们的造型模仿了多种海洋动物,可执行各式各样的有人/无人操控水下任务,比如反恐、资源勘探、采矿、水产养殖、甚至将工业从海岸移动到深海。

  “鳗鱼”(Eel)水下无人机(UUV)集成了主传感器,可兼作辅助武器运输工具,或从母舰顶部的武器舱发射。

  “飞鱼”水下无人机可携带各种模块化载荷,比如冲击波发射器、电磁脉冲武器、集束导弹、或单个弹头。

  “鹦鹉螺”(Nautilus 100)母舰采用了 3D 打印、轻薄但高强度的丙烯酸材料组合外壳、并与超强合金相连接,可承受千米以上深度的极端水压。

  Nautilus 100 的船体上集成了诸多光幽、低功率的主动/被动式传感器。

  Nautilus 100 母舰可作为主要的指挥、控制、信息收集、散布中心,或携带武器的水下旗舰。

  UUV 可设置在预定时间自行分解,因此即便落入了敌方水域,也无法被检测到。



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