H-930系列戰鬥系統

台灣海軍武進三型陽字號驅逐艦,配備全球第一種全分散架構作戰系統:H-930 MCS。

在2000年代中期,台灣海軍將原本陽字號武進三型驅逐艦的裝備移植到濟陽級(諾克斯級)巡防艦上。

此為蘭陽號(FF-935)上的固定式標準SM-1防空飛彈發射器,10個發射箱都布置在後部船艛頂上。

(上與下)蘭陽號的主桅杆,下部的雷達就是從陽字號武進三型移植過來的DA-08/2(使用DA-05的天線)對空搜索雷達,

上為濟陽級原有的SPS-67平面搜索雷達。

蘭陽號艦橋頂部的STIR 180射控雷達,前方可以看到LIDO光電射控儀,這兩項裝備都是

從陽字號武進三型驅逐艦移植而來,取代原本的MK-68艦砲射控系統。

陽字號武進三型原本的W160射控雷達以及雄風二型反艦飛彈被移植到部分錦江級巡邏艦上, 最後有四艘錦江級

(PG-605~608)接受這種移植自武進三的改裝方案,而另有七艘則改裝中科院的射控雷達以及雄風三型超音速反艦飛彈。

此照片為接受武進三裝備的淡江號(PG-605),可以看到後桅杆頂部的W160追蹤雷達的球型天線。

 

感謝RCI網友提供資料

──by captain Picard


 

起源

在1970年代初期,美國海軍對新一代防空驅逐艦需求(後來成為柏克級)進行相關先期研究,而分散式架構(Distributed Computer Architecture)戰鬥系統就是其中之一,而美國漢緯公司Honey Well,之後被休斯購併)便負責相關的研究,並建造一套概念展示系統。當時艦載戰鬥系統的主流規格是集中式或半分散式,數運算機能集中在少數計算機硬體之上,每台中央電腦都被賦予某些固定的工作,只要有一台失效,就會有許多重要作戰機能乃至於全線停擺;此外,未來要擴充或新增裝備時,戰系主要軟硬體就必須大幅更動,計算機資源也要重新分配。而全分散系統則以多台比較小的電腦透過網路連結成一套運算系統,分攤戰系的運算功能,其中如果有部分電腦失效,其他機能也仍能正常運作;此外,由於分散式戰系具有協調多台計算機共同連網運作的特性,日後擴充增加新系統時,也只需要將新增的計算機連入既有的網路,不需要更動戰系核心的軟硬體架構,便利性大為提高。然而,把戰鬥系統的機能分散在不同處理器並同步運作,需要很複雜的軟體與微電子技術,這些技術在1970年代都明顯不足,如果硬是使用分散式架構,就會導致系統的處理效能大幅降低;加上當時神盾系統已經採用半分散式的架構,根本不可能改成全分散式,所以這項概念並未被當時的美國海軍接受。漢緯以這種當時非主流的架構開發出MK-93射控系統並參與派里級飛彈巡防艦的競標,不過由於系統成熟度不高,美國海軍選擇了UNISYS以荷蘭信號(HAS)WM-25衍生的MK-92。之後漢緯公司以MK-93來投標台灣海軍的需求,並改稱為H-930。

 

H-930 Mod1/2/3

在1974年,中華民國海軍總部兵器處與中科院第三研究所展開武進一號作戰系統的研究評估。在1975年10月13日,海軍總部 負責進更新海軍驅逐艦武器系統的「光武小組」遞交「驅逐艦武器系統革新專案研究報告」,其中評估並表列現階段適合海軍需求而且台灣能夠獲得的射控系統,包括荷蘭信號(HAS)的WM-28(由美國Unidyne公司轉口)、美國MK-86火砲射控系統、義大利ELSAG-NATO系統,以及美國Dynell公司基於台灣現有MK-37、MK -56射控系統而進行的翻修升級案;而在光武小組的評估分析結論中,認為荷蘭的WM-28最適合台灣採用。WM-28是一種自動化程度高、功能完整的射控系統,能相容於多種中口徑火砲與防空飛彈,功能涵蓋防空與水面接戰,而且適用的武器較為廣泛。WM-28主要系統特徵是一個結合搜索、追蹤乃至射控照明功能的組合式天線系統(Combined Antenna System,CAS);如果搭配一些半主動雷達導引的防空飛彈如海麻雀,還可額外結合一到兩座荷蘭信號的STIR照明雷達進行射控。WM-28的報價較為昂貴(依照美方Unidyne公司的報價,含系統裝備、工程設計、後勤之源與人員訓練,每套平均約700萬美元),因此海軍總部打算從陽字號中挑選狀況較佳者優先進行換裝,並引進相關技術作為自力發展的依據。

雖然此時光武小組最青睞WM-28系統,不過武進一號計畫展開招標時,除了WM-28之外,又加入漢緯公司的H-930分散式戰鬥系統。相較於技術成熟、已經被多國採用的WM-28(美國用於派里級飛彈巡防艦的MK-92系統就衍生自HAS同系列的WM-25,H-930的前身MK-93就是落選者),H-930仍只是個有待開發完善的提案,如果台灣選擇漢緯,就等於是出資給漢緯完成開發工作,並需要承擔可能失敗的風險。然而,考量到當時政治上美國以經日益趨向中共,中華民國當局遂希望透過一些軍購項目來鞏固與美方的邦交(海軍總部的先鋒計畫向美國Tacoma廠購買大型飛彈快艇設計成為龍江級,部分原因也是希望鞏固與美國的邦交)。此外,由於H-930是未開發完成的新系統,中科院在此案中就能更多地參與開發工作,進而學習關於數位化艦載戰鬥系統的技術。再者,當時中華民國與荷蘭以經沒有邦交,透過美商轉口荷蘭系統的風險與不確定性較高。

在各種整體考量之下,海軍總部在1975年選擇了漢緯H-930作為武進一號的核心,並在同年7月核定武進一號戰系的採購數量,當時預定在1979年6月完成所有研發工作;不過由於分散式戰鬥系統的開發難度高於預期,實際上直到1981年3月才真正結案,經費也大幅超支,結果漢緯公司在此案中蒙受虧損。在這項合作案中,漢緯公司負責系統軟硬體開發,台灣的中山科學研究院負責開發模擬器、訓練儀、與雄風一型飛彈的系統整合,而系統裝艦、岸邊測試與海上測試則由中科院與海軍飛彈工廠共同負責 ;值得一提的是,最初漢緯堅持模擬器部分仍由該公司研發,但中科院堅持自製,以藉此學習到H-930的軟硬體架構。

H-930 Mod1採用全分散系統架構,由五部中型電腦與23部小型電腦組成,使用商規的區域網路(LAN)連結各電腦,軟體以ALGOL語言開發撰寫,整個系統架構類似商業使用的遠端終端作業系統(Remote Terminal Operation System,ROTS) 。實際上,H-930的ROTS即時作業系統以及資料庫,都是由銀行自動提款機的即時連線系統發展而成。H-930 Mod1擁有三個多功能顯控台來連結艦上各種搜索、射控雷達和聲納等感測器,能任意分配其中一座來處理空中、水面與水下目標的戰情資訊,射控工作由兩個武器控制台與一座反潛武器控制台負責,而MK-35OD光電指揮儀的指揮控制台則設置在光電指揮儀本身的艙間。H-930 Mod1搭配美製AN/SPS-58C對空搜索雷達(有效距離46km),能先後對20個目標分別實施追蹤(Track While Scan,TWS)建檔,同一時間能對兩個空中目標、對四個水面目標實施TWS追蹤,經過目標研判與威脅評估等計算之後,指派武器攻擊其中2個最具威脅的目標,包括結合美國無線電公司(RCA)開發的HR-76射控雷達同時指揮雄蜂反艦飛彈或艦上火砲攻擊兩個水面目標(除HR-76射控雷達之外,還可結合MK-35OD光學指揮儀),整體系統反應時間介於10到20秒(由SPS-58C雷達高速預備模式偵測到目標、經由自動作業程序完成射控解算到武器備便,約需要12秒,對空精確度為3米位)。不過,這些陽字號上部分老式雷達(例如SPS-10平面搜索雷達)無法與H-930 Mod1直接進行數位資料的整合,僅能將其原始輸入信號透過模擬器而輸出在戰系顯控台上;此外,當時H-930 Mod1也沒有整合防空飛彈(雖然武進一號配備海叢樹短程防空飛彈系統,但資料指令的傳輸與操作接戰都完全仰賴人工)。H-930 Mod1雖然採用分散式架構,不過所有電腦都集中設置在顯控台中,早期曾出現過熱問題,後來遂在顯控台機櫃後面開洞加裝散熱風扇。

H-930 Mod1裝備於九艘陽字號武進一型驅逐艦上(此外還有一套設置於岸上作為模擬訓練之用),改裝作業在1978至1987年完成,台灣海軍至此邁入戰系化時代。而台灣在1970年代末期建造的兩艘龍江級大型飛彈快艇,則使用經過簡化的H-930 Mod2戰鬥系統。此外,還有搭配岸基雄蜂反艦飛彈使用的版本,稱為H-930 Mod3,總共購置四套部署在四個岸基陣地,外加一套訓練模擬用的系統。H-930進入台灣海軍服役初期,都由中科院進行相關維護保養與技術支援,直到1983年以後才逐漸由海軍的飛彈工廠接手。在執行武進一號的同時,為了防止系統開發失敗,台灣還向以色列進口四套RESHET戰鬥系統,裝備在四艘陽字號上,稱為武進二號。

H-930 MCS

武進一號完成後,台灣與漢緯在1982年進一步進行具備區域防空機能的H-930 MCS戰鬥系統,準備用來改良剩下七艘艦齡相對較新、曾經過美國FRAM II升級的基靈級驅逐艦,以及台灣在1980年展開的「忠義計畫」造艦案(另有專文介紹)。為了有效遂行現代化的區域防空作戰,H-930 MCS結合更多運算單元來有效處理防空雷達與區域防空飛彈射控系統的資料運算工作;相較於整合度較低的H-930 Mod1,由於整合了艦上所有的主要偵測與武器系統,H-930 MCS成為世界上第一種實用化、意義上真正的全分散架構艦載戰鬥系統。

整套H-930 MCS系統由多個採用商規組件構成的分散式運算單元(Distributed Computing Unit,DCU組成),各DLU透過介面與艦上各偵測、射控、武裝等系統連結,而DCU之間則由一個二餘度全域總線(Global bus)來連結。 不同於H-930 Mod.1把所有計算單元安裝在少數顯控台的作法,H-930 MCS的每個DCU就是一個獨立的實體單元;DCU本身也是一個分散式的系統,由一個16位元微電腦與一個資源電腦做為核心(兩者各有一套 獨立的作業系統各司其職),並以區域排線連接其他所屬的次系統,形成一個完整的區域網路;其中,微電腦由德州儀器(Texas Instruments Incorporated TI))的Ti-9900主機板、RAM與EPROM組成,負責處理系統資料、通信控制以及實時時鐘(real time clock)的控制;資源電腦則由ROLM 5605主機板、RAM與EPROM組成,負責管理所有工作(Task)的排程;如果該DCU作為顯控台,則還需另外增加兩個MC68000主機板充當顯控介面;資源電腦、微電腦以及其他次系統都透過各自的網路介面卡連接上區域排線,並以一個全域排線介面(Global bus Interface)來連接全域總線。H-930 MCS的顯控台使用日本Sony的商規彩色顯示器,成本比美國UYQ-21之類的軍規彩色顯示器低廉許多。

雖然單一DCU電腦的運算速率不及一部UYK-43之類的大型主電腦, 但多部並用後的速率則遠高於採用單一主電腦的集中架構系統,因此武進三型戰系的處理速率優於派里級飛彈巡防艦的JTDS作戰系統;此外,萬其中有若干DPU失效,也只有部分系統受到影響,不至於使 系統完全癱瘓,具有更好的戰場存活性。此外,H-930 MCS的分散架構也易於擴充,若欲增加新系統,只需透過網路介面卡連上任一DCU的區域網路 ,再加入新軟體;即便系統運算能量需要擴充,也只需要再追加新的DPU來管理新裝備,並透過資料匯流排介面納入戰鬥系統之中。 反觀傳統集中式架構的軟硬體,則往往需重新對核心系統的硬體能量、軟體架構進行大手術。不過H-930MCS畢竟是最早期的全分散架構作戰系統, 只是將不同的機能分配給不同的DCU單元執行,每個顯控台終端只能存取本身所屬的DCU的功能,無法存取控制其他的系統,而各DCU也不具備相互替換與備援的能力。

由於原本用於陽字號的SPS-58等對空搜索雷達性能已經不敷需求,因此台灣又從荷蘭引進荷蘭信號的DA-08中型對空搜索雷達來配合H-930 MCS,比起美國SPS-49對空雷達輕巧得多,適合用於老舊的陽字號驅逐艦;由於陽字號的桅杆還是無法承載原本的DA-08天線,因此又改用小一號的DA-05雷達的天線,而這套經過修改的雷達系統稱為DA-08(2)。近程追蹤雷達方面,由於無法獲得美軍制式的AN/SPQ-9A追蹤雷達,台灣選擇美國西屋(Westhouse)的W-160追蹤雷達。防空飛彈方面,當時美國同意出售標準SM-1給台灣,配套的射控雷達亦為荷蘭信號的STIR-180(美國搭配SM-1的自用系統是MK-74射控系統與SPG-51系列照明雷達)。

西屋W160雷達是當時西屋自行研製的「WX」系列射多用途模組化雷達之一,當時西屋開發了一種模組化雷達,可用於不同載台,其中AN/APG-66(用於F-16戰機)是最大的一種,而W160也使用與AN/APG-66相同的雷達硬體;之後西屋將WX雷達系列改稱為APG-66衍生型系統,同系列產品日後還用在美國空軍B-1B、B-2A轟炸機以及遭到取消的海軍A-12攻擊機上。W160天線設置在球型保護罩裡,使用X波段,最大輸出功率16KW,有效偵測範圍20~75km,能在45km外截獲雷達截面積1平方公尺的目標,並自動計算火砲射程、前置量與誤差等必要資訊, 具有每分鐘15、20、25轉等三種轉速,其中進行低角度目標搜索時,使用最低的15轉/分轉速。W160並非美軍制式裝備(當時雷達成品都還沒做出來),當時是西屋主動向台灣推銷。然而,W160衍生自機載AN/APG-66雷達,而機載系統的平均故障間隔(MTBF)水平比陸地或艦載雷達差一大截,因此日後裝在台灣武進三型陽字號驅逐艦時就故障頻繁。

錦江級巡邏艦淡江號(PG-605)上的W160射控雷達的球型天線照,此雷達移植自

陽字號武進三型。

忠義計畫在1983年取消,而針對七艘陽字號的武進三號改良計畫則在1986至1991年完成。武進三號採用H-930 MCS1構型,主要偵測、武器裝備與忠義計畫大致相同,包括H-930 MCS戰鬥系統、一具DA-08(2)對空雷達、一具西屋W-160射控雷達、一具LIDO光電射控儀等,武器方面也有一門OTO 76mm快砲、標準SM-1區域防空飛彈、ASROC反潛火箭等;此外,也將原有的SQS-23艦首聲納升級為全固態組件(如發射機)的DE-1191。武進三型的H-930 MCS1總共有9個DCU單元構成;其中,DCU-1整合W-160追蹤雷達,DCU-2整合DA-08(2)對空搜索雷達,DCU-3整合LIDO光電射控儀,DCU-4整合SPS-10搜索雷達,DCU-5整合STIR-180射控雷達,整套戰系任何一個顯控台都可以存取並處理前述這些關鍵偵測裝備的提供的資料。 武進三號的戰系擁有五個指揮/管制顯控台,分別掌管艦上的空中偵測、射控、反潛等不同機能。武進三號的H-930 MCS能同時對24個目標進行精確追蹤,並指揮武器同時攻擊其中4個,整體反應時間只需要8秒。 依照陽字號武進三型的測試經驗,H-930導控OTO 76mm快砲的射控精確度,優於派里級MK-92導控OTO 76mm快砲的組合。

原本武進三型驅逐艦上的中科院製長風三型電子戰系統(仿美國SLQ-17),之後移植到

兩艘中和級戰車登陸艦(新港級)上。此為中平號(LST-233)

外,在之後光華二號PCEG巡邏艦計畫中,台灣海軍也打算在當時選擇的南韓蔚山級艦上裝設H-930 MCS戰鬥系統,其中前八艘採用與武進三型相同的H-930 MCS1(前二艘甚至直接借用陽字號的庫存品),後八艘則採用改良後的H-930 MCS II,亦稱MCS-2000,主要改良包括換用FDDI光纖資料匯流排、增加ADA動態目標指示功能,並新增雷達圖像資料整合能力(Data Fusion),達到與美國SYS-2整合資料系統(IADT)類似的水平。不過由於最後光華二號改為選擇法國的拉法葉巡防艦,H-930 MCS II就沒有下文了。因此,最後只有陽字號武進三型配備了H-930 MCS作戰系統。

在台灣「光華一號」計畫中,由於台灣海軍將Bofors 40mm快砲與雄風二型反艦飛彈納入派里級的設計,為了避免大幅更動MK-92 Mod6/JTDS的系統架構, 中科院便直接在艦上增加H-930 MCS的DCU單元並重新撰寫了軟體,以控制這兩種新武器。 在2000年代,陽字號武進三型陸續除役,台灣海軍便將艦上的主要作戰裝備(包括DA-08雷達、STIR照明雷達、76mm快砲、標準SM-1防空飛彈、雄風二型反艦飛彈)連同H-930 MCS戰鬥系統分拆到七艘諾克斯級巡防艦以及四艘錦江級巡邏艦上;由於H-930 MCS的模組化設計,負責各武器系統的DLU自然能輕易分家,裝備到不同的艦艇上再行重組成一個戰鬥系統。