海劍羚短程防空飛彈

(上與下二張)中科院在2015年8月中旬世貿航太國防展中首度展出海劍羚短程艦載防空飛彈系統,

這是一套概念展示系統,以美製方陣近迫武器系統的基座加裝16聯裝海劍羚飛彈發射器

(海劍羚飛彈係以天劍一型為基礎大幅改良而成)。基座左側裝置一個中科院自製的光電射控儀

,作為備用的射控通道。

 

海劍羚飛彈以天劍一型為基礎大幅改良而來,換裝折疊式彈翼、新的自旋尾翼組、紅外線成像尋標器、

新的火箭發動機等。攝於2015年8月台北世貿航太展。

2017年阿布達比國際防衛展(IDEX 2017),首度參展的中山科學研究院展出的海劍羚飛彈,注意尾部自旋尾翼組

從以往展出的十字翼面構型改為八片固定式的低展舷比翼面,正面截面積更小。此外,後部火箭推進段加粗,增加

推進火箭裝藥量,使射程延長。 依照後續消息,2017年展出的此種版本海劍羚為定型版。

2017年8月18日台北世貿航太國防展中,中科院展出的新版海劍羚發射系統,改用中科院自行設計的新旋

轉座。會場展出的是「獨立型」海劍羚,整合了中科院開發的X波段主動相位陣列雷達以及光電感測系統,發射器備有

12枚海劍羚防空飛彈,具備獨立探測、鎖定目標以及發射的能力(類似美國SeaRAM)。此外,還有另一種「戰系型」海劍羚,

取消發射器上的雷達與光電系統,完全由艦上作戰系統提供目標參數與射控指令,飛彈發射器容量則增加一倍達24枚。

依照稍後的消息,2017年8月展出的「獨立型」海劍羚發射系統與飛彈設計是定型版本。

(上與下)2017年8月18日台北世貿航太國防展中展出的定型版海劍羚防空飛彈。

(上與下六張)2019年8月台北世貿航太展展出的「獨立型」海劍羚防空飛彈系統。

 

 

──by captain Picard


 

 

 

在2015年8月中旬台北世貿航太國防展中,中科院首度展出一種由國產天劍一型空對空飛彈大幅研改而來的海劍羚自動化艦載近程防空飛彈系統。此時海劍羚還在概念設計階段,尚未進行實際測試。

前身:天劍一型空對空飛彈

天劍一型是中科院在1980年代配合IDF戰鬥機發展的紅外線導引短程空對空飛彈,構型酷似美國AIM-9響尾蛇空對空飛彈,具備全向攻擊能力,性能可能與美國AIM-9L同級(一說是介於AIM-9P4與AIM-9L之間)。原版天劍一型彈長 2.87m,直徑12.7公分,翼展 67.5cm,採用前舵致動,全重90kg,負載重量10.34kg,採用單級固體火箭推進器,最大速度 3.5馬赫,有效射程8km,採用液態氮冷卻銻化銦紅外線尋標器,配備一個高爆破片戰鬥部(使用主動雷射近發引信),戰機在仰角40度以下、受力負載32G力以下可以發射。

在1995年,中科院奉命研發以天劍一型衍生的陸基捷羚防空飛彈系統,在1997年6月的漢光十三號演習中首次對外公開,不過直到2005年才在陸軍正式成軍戰備,只生產兩個營來配合35mm快砲,作為空軍機場防衛之用。捷羚防空飛彈系統的主體是一個裝有四個發射架的旋轉塔,每個發射架可外掛一枚天劍一型或AIM-9防空飛彈;發射塔上裝有一個小型目標偵測雷達,係由天劍二型空對空飛彈的尋標器改造而成。捷羚系統配備一套簡單的電腦化射控系統,採用Windows 98作業系統為平台。捷羚防空飛彈系統只需編制射手各一名,可在卡車駕駛席上操作接戰,或將操作裝置攜出車外操作(以信號電纜聯結車上系統)。

理論上,捷羚擁有全天候自力獲得目標、進行射控解算與接戰的能力,但實際上這只是一種最簡單的防空系統,發展的原因只是為了消化IDF從250架減產為130架之後過剩的天劍一型飛彈的產量,因此全系統盡量從簡,飛彈本身並沒有改動,服役後以商規豐田載重車當作底盤(研製階段曾考慮以CM-31裝甲車或悍馬車作為載具),車上沒有攜帶備射彈,需要用人力從彈藥車搬運彈藥裝填,效率低落。捷羚沒有配套的野戰防空雷達或射控、管制系統,車上射手只靠無線電語音接受指揮;由於自身攜帶的搜索雷達功率低、效能低落,實際上捷羚的整體作戰效能極其有限。另外,捷羚射控系統使用的Windows 98作業系統穩定性較差,之後台灣陸軍也沒有積極進行升級,導致捷羚的運作穩定度不足;雖然後期曾修改軟體並將作業系統換成Windows XP,但計算機硬體卻沒有做足夠的升級,要執行更吃重的Windows XP無疑更加堪慮。

海劍羚系統概述

海劍羚是一種是一種性能類似美製公羊(RAM)的全自動化艦載近程防空/反飛彈系統,可由艦載作戰系統指揮接戰或自身系統獨立接戰,能連續發射多枚攔截不同方向來襲的大量目標,可以對付敵方戰機、掠海反艦飛彈、直昇機、無人飛行載具(UAV)等目標。

依照外界消息,台灣海軍現有的機砲式方陣近迫武器系統一次只能射擊一個目標,而且連續接戰五個目標就會耗盡備射的彈藥,需要重新裝填,加上射程短,面對飽和攻擊時將力不從心 ;而改用高性能戰術飛彈攔截敵方反艦飛彈(如美國RAM等)也已經成為國際潮流。此外,由於通貨膨脹,方陣近迫武器系統的價格由早年的500萬美元上漲到至今2000萬美元。基於節約預算以及支持自主國防的政策下,前任海軍司令陳永康上將(2013年8月至2015年1月)要求中科院研製新型艦載近迫防禦系統,成為海劍羚的由來;只要海軍提出武器系統需求,中科院就能立刻進行各項性能評估與效能分析。

海劍羚在2015年8月台北世貿航太國防展中首度展的海劍羚概念系統直接採用美製MK-15方陣近迫武器系統的旋轉砲座,將上面的機砲、射控雷達換成中科院自行開發的8聯裝或16聯裝飛彈發射箱(2015年世貿航太國防展中只有展出16聯裝構型),由艦上的目標指示雷達與射控系統,此外旋轉座左側加裝置一具中科院研製的光電射控儀(與方陣Block 1B的配置類似)。而中科院在2017年8月18日台北世貿航太國防展中展出的新版海劍羚發射系統則改用新設計的旋轉座,上面設置中科院開發的旋轉式主動相位陣列雷達以及光電感測系統,飛彈發射器容量為12管。

2019年8月中科院官方海劍羚飛彈視頻中呈現的「戰系型」海劍羚系統,完全靠艦載作戰系統

提供目標參數以及射控指令;旋轉座只搭載24聯裝發射器,而不像「獨立型」(12聯裝)

結合了完整的目標搜索、追蹤系統

依照規劃,艦載的海劍羚飛彈系統有兩種構型,分別是「獨立型」與「戰系型」;「獨立型」系統就是2017年8月世貿航展現場展出的系統,本身就具備搜索目標、追蹤鎖定、發射飛彈接戰等完整功能,旋轉座結合了12聯裝海劍羚防空飛彈發射器、中科院開發的X波段主動相位陣列追蹤雷達以及光電射控儀,類似美國結合方陣近迫武器系統偵蒐、射控、砲座以及RAM發射器的海公羊(SeaRAM)系統。「戰系型」則省略內建的雷達以及光電射控儀,與船艦作戰系統整合,完全由艦上作戰系統提供目標參數與射控指令,而飛彈發射器容量則增加一倍達24枚。

2019年8月中科院官方海劍羚飛彈視頻中呈現的「陸射機動劍羚」,將24聯裝「戰系型」發射器

安裝在卡車底盤上,並與中科院機動射控雷達車和射控指揮系統整合運作。

此外,中科院也規劃「陸射機動劍羚」,將「戰系型」海劍羚的24聯裝發射器安裝在卡車底盤上,結合中科院研製的機動射控雷達車、指揮射控系統(例如陸射劍二的配套野戰短程防空系統),成為陸基短程機動防空系統。

海劍羚飛彈設計 

海劍羚的後端顯控台,由中科院開發,海劍二也相容於同系列的顯控台。

海劍羚尾部特寫,整組十字尾部安定面能順著飛彈軸心自轉。2015年台北世貿航展展出的版本

是十字形自懸尾翼構型,2017年在阿布達比國際防衛展(IDEX 2017)展出的定型版本

就變成八片固定式尾翼。

不同於陸射捷羚直接使用空射劍一飛彈,海劍羚飛彈是以劍一為基礎大幅改進而成。原本天劍一型採用雙軸控制(十字型舵面中,兩對各負責一個軸向),海劍羚則升級為三軸向控制,其中一對控制面可以做不同軸向的控制,可進一步增加飛彈運動性。

在氣動力方面,海劍羚以一組能自轉的尾部穩定舵(自轉中心與飛彈軸向平行,由飛彈前進的氣流帶動自轉),來取代原本的固定式尾部安定面。 採用前部控制面的戰術飛彈,前舵作為副翼偏轉進行滾轉控制時,激起的渦流通過尾部固定式安定面時,會被誘導產生一個與前舵方向相反的自旋力矩,會抵銷部分前舵的滾轉控制能力, 降低飛彈的滾轉控制能力。原本響尾蛇與天劍一型的對應措施,是在四個尾部安定面頂端裝置自由旋轉的輪子,飛行時輪子受風力影響而旋轉,進而產生角動量抵銷前述尾部安定面的反向力矩;另一種選擇就是讓整組尾翼做自由旋轉來抵銷反向誘導力矩, 法國R-550魔術空對空飛彈或刺針、SA-7等 單兵肩射防空飛彈都採用這種設計。事實上在響尾蛇飛彈設計之初,研發單位就建議採用滾轉式尾翼,只是當時由於技術因素,最後選擇在四個尾部安定面上裝置轉輪。海劍羚使用自轉式尾翼,抑制反向力矩的效果勝過原本的轉輪設計,而且使得尾部安定面的面積得以減低,減少了阻力和佔用的體積 。

2015年台北世貿航展展出的海劍羚採用十字構型自旋尾翼,到2017年阿布達比國際防衛展(IDEX 2017)中展出的就改成八片低展舷比的固定翼面;新的片尾部翼面的翼展大幅降低,對前部控制面帶來的渦流的響應也大幅降低,因此尾翼就不需要自旋。海劍羚的前控制面與後安定面都是折疊設計,可有效降低發射管所需要的直徑,增加發射器上備彈的數量;改用八片尾翼構型之後,其中四片可以折疊。此外,2017年之後展出的新版海劍羚的彈體後部火箭推進段的直徑加粗,增加火箭發動機裝藥量,使射程延長。依照2018年1月底的消息,2017年8月IDEX 2017以及台北世貿航太國防展中展出的海劍羚飛彈為定型的正式構型。

導引方面,海劍羚以新型影像式紅外線尋標器(IIR),具備量好的全向攻擊與目標輪廓識別能力,可識別真正目標與誘餌的差別。 海劍羚使用新燃料配方的固態火箭推進藥柱,增加了射程。另外,海劍羚的戰鬥部後方側面也增加了與海劍二類相同的雷射近發引信窗口。海劍羚在戰鬥部與火箭發動機之間增設一段彈體,內有單向資料鏈(由發射艦向飛彈傳輸修正指令)與慣性導航裝置,發射後仍能接受船艦傳輸的指令修正航道;如此,海劍羚 具備「射後鎖定」的能力,艦載射控系統追蹤鎖定目標後即可發射海劍羚飛彈,無須在射前就對準目標,飛彈升空後透過上鏈傳輸更新參數來修改航道,只需要在接近目標時開啟飛彈本身的紅外線尋標器來鎖定目標。而傳統的「射前鎖定」則是飛彈還在發射架上就開啟尋標器,鎖定目標之後發射升空朝目標直去,機制十分簡單。

如此,能「射後鎖定」的海劍羚,具備「離軸攻擊」能力(美國RAM短程防空飛彈從Block 2開始具備離軸鎖定能力),不需要在發射前就指向目標。「離軸攻擊」可以減少飛彈發射前的瞄準限制,因為發射器的位置可能有射擊死角,射後鎖定的設計可以繞開船艦上層障礙物 ,攔截各個方位來襲的目標, 此外也可節省尋標器的工作時間(紅外線成像尋標器啟動時需要啟動冷卻瓶,有工作時間限制) ;同時,短時間內同方向連續發射飛彈攔截多個目標時,後發射的飛彈的紅外線尋標器可能會被先發射的飛彈的尾焰干擾,而射後鎖定則可以改善這個問題 。另外,傳統的「射前鎖定」的攻擊包絡很窄(局限於飛彈本身的尋標器視野),某些目標會在彈道終端做大轉折機動迴避攔截 ,脫離防空飛彈尋標器偵測範圍而造成脫鎖;而射後鎖定就能在初期靠著船艦提供的上鏈資料飛行(艦載雷達具備360度搜索能力)、接近目標才啟動飛彈尋標器, 能有效增加飛彈的攔截成功率。而在較惡劣天候(如下大雨)使紅外線尋標器工作效能降低的情況下,「射後鎖定」使飛彈能在本身尋標器還不能探測到目標的情況下,仍靠發射艦上鏈指持續引飛向目標,接近到紅外線尋標器可以捕獲的距離內才開啟。

海劍羚系統具備敵我識別、電子反反制及紅外線反反制能力,以及日夜間全天候作戰能力,能連續發射多枚攔截不同方向來襲的大量目標,設計上要求能應付低空巡航飛彈,以及能終端機動閃躲的掠海反艦飛彈。海劍羚防空飛彈的接戰距離約8km。

「劍影專案」研發與測試進度

在2016年9月上旬,立法院開始審查民國106年度(2017年)中央政府總預算案,其中國防預算案總計3217億元新台幣,軍事裝備投資主要有七個要項,包括空軍高級教練機採購案、海軍沱江型艦量產案、海軍雄二/雄三反艦飛彈機動發射車量產案、MK-48 ADCAP先進潛射魚雷採購案、鴻運兩棲登陸艦案,以及命名為「劍影專案」的海劍羚短程防空飛彈系統研發案等。

在2018年1月底,新聞報導測試用的海劍羚實體飛彈已經製造完成,在2018年內進行首次陸上試飛。

在2019年4月初,新聞媒體引述國防部送交立法院的說明報告,中科院研製的「海弓三」及「海劍羚」都還在研發階段,等中科院完成產品研發到部署服役,至少還需要5年以上的時間,緩不濟急,因此仍有對現役標準二型、海欉樹等防空飛彈維持投資。報告指出,標準二型是美軍現役裝備,全球約有12個國家正在使用,目前美方也沒有汰除規劃,而台灣海軍預計再使用20年;而此時「海弓三」及「海劍羚」都還在科研階段,為了維持基隆級軍艦的防空戰力,海軍還是有必要向美國採購少量的標準二型飛彈備份組件,供執行故障組段檢修、更換之用,以維持標準二型飛彈的全彈妥善。而海欉樹(海軍)及檞樹飛彈(陸軍)部分,此型飛彈雖已服役很久,但全彈只要更新屆滿壽限的組件,仍可延長5到10年役期,因此目前仍會繼續維持服役,等海劍羚完成作戰測試評估,如果順利再量產並全面換裝。對於「海弓三」及「海劍羚」,海軍方面表示,後續要視中科院在民國109年(2020年)的研發測試成果,評估是否符合海軍的作戰需求,視情況進行後續建案規劃。依照2019年5月立法院國防外交委員會議事記錄,海軍參謀長敖以智回覆立委質詢時透露,海劍羚射程約是8公里級。

依照2020年4月10日「上報」報導,代號「劍影專案」的海劍羚防空飛彈系統在2018年通過陸上飛控測試,光電尋標器與飛彈本身進展都都相當順利,並安排在2020年內要在高雄艦上進行海上的全系統初期作戰測評(IOT&E)。「上報」稱,海劍羚飛彈系統發射器基座的動力、伺服器驅動發射箱旋轉與俯仰的速度,還沒有達到海軍的要求,中科院研發小組正在尋求解決;因為海劍羚是近迫防禦武器系統,發射器必須能迅速動作指向目標。而海劍羚系統的目標識別能力則沒有問題。

依照「上報」在2020年12月5日的報導,原本中科院研發「海鷹眼」主動相位陣列雷達搭配海劍羚飛彈系統組合,打算取代海軍現役方陣近迫武器系統;但此系統研發進度不如預期,許多技術尚未突破,經評估後,「震海計畫」新一代飛彈巡防艦原型艦仍沿用MK-15 Block 1B方陣近迫武器系統。

2021年6月初出現的高雄號測試艦照片,艦尾安裝了海劍羚防空飛彈發射器

(24聯裝構型),緊鄰其後裝置傾斜式的海劍二型防空飛彈發射器。

後桅杆平台裝置了中科院三維電子掃描雷達。

在2021年6月初,照片顯示高雄號測試艦(LCC-1)的艦尾安裝了海劍羚飛彈發射器(24聯裝的「戰系型」)以及傾斜式的海劍二防空飛彈發射器,此外還安裝了配套的中科院研製的三維電子掃描雷達(中科院「野戰防空相列雷達」的海用型號);咸信此時高雄號在同時測試海劍二與海劍羚防空飛彈系統,並由蜂眼相位陣列雷達來追蹤目標、提供射控指引。

2022年8月初左營軍港的高雄艦,注意艦尾安裝了獨立型海劍羚防空飛彈系統。

根據2022年8月初的照片,高雄艦的艦尾安裝了獨立型的海劍羚防空飛彈系統進行測試。

依照「上報」2022年10月21日報導,海劍羚飛彈在2018年通過陸上飛控測試,光電尋標器、飛彈本身以及目標識別等都沒什麼問題。陸地機動型「海劍羚」飛彈系統有陸上雷達系統支持,整個測評工作相當順利。不過海軍型安裝到高雄艦測試艦進行艦上測試之後,許多技術問題才陸續浮現,例如發射系統伺服器進行旋轉與俯仰的速率不足,雷達在海上工作以及軟硬體表現也都不如預期,導致海劍羚無法在原期程(2020年完成)與原預算之內完成結案;經國防部與海軍同意後,才延長研發期程並追加預算。在延長兩年的期程中,經過中科院團隊努力,不斷改進雷達追瞄、過濾海面反射波干擾等技術難題之後,海劍羚總算於2022年9月通過全系統初期作戰測評(Initial Operational Test and Evaluation,IOT&E),並於2023年第一季安排進行作戰測試評估(Operational Test and Evaluation,OT&E);若一切順利通過各項測評,可在2023年底前可望著手進入小批量生產前的備料工作。