方陣近迫武器系統

美國MK-15方陣近迫武器系統是西方世界最廣泛的艦載CIWS。

一套正在生產線上組裝的MK-15方陣近迫武器。注意頂部保護罩尚未安裝完畢,可以看清楚看到AN/VPS-2 Ku頻

搜索/追蹤雷達的天線組,頂部是360度水平旋轉的搜索天線,而保護罩前方則是反射式追蹤天線。

(上與下二張)日本海自朝霧級驅逐艦的夕霧號(DD153)的MK-15方陣近迫武器系統。攝於2014年6月14日橫須賀。

日本海自秋月級驅逐艦的MK-15 Block 1A近迫武器系統,加裝砲管支架。攝於2014年6月14日橫須賀。

台灣海軍濟陽級(原美國諾克斯級)巡防艦蘭陽號(FF-935,ex-USS Hewes FF-1078)的

MK-15 Block 1A方陣近迫武器系統。攝於2016年11月12日台灣高雄左營軍港。

日本海上自衛隊出雲號(DDH-183)直昇機驅逐艦上的MK-15 Block 1A方陣系統。

攝於2019年5月新加坡國際海事防務展(IMDEX 2019)

MK-15 Block 1B進一步使用強化威力的砲管、彈藥,並在側面加裝光電偵搜裝置,使艦上人員能以

目視方式操作來攻擊小型水面目標。此為皇家海軍Type 45飛彈驅逐艦勇敢號(HMS Daring D32)的

MK-15 Block 1B,攝於2011年7月23日樸次茅茲港,當時剛裝艦未久。

美國柏克Flight 2A穆斯汀號(USS Mustin DDG-89)的MK-15 Block 1B方陣近迫武器系統,攝於2015年5月新家坡樟宜海軍基地。

皇家海軍Type 42飛彈驅逐艦約克號(HMS York D98)的MK-15 Block 1B近迫武器系統。攝於2012年9月2日。

日本海上自衛隊高波級驅逐艦漣號(DD-113)的MK-15 Block 1B。攝於2018年4月5日吳基地。

日本海上自衛隊村雨級驅逐艦村雨號(DD-101)的MK-15 Block 1B方陣近迫武器系統。

攝於2019年5月新加坡國際海事防務展(IMDEX 2019)

(上與下)射擊中的MK-15 Block 1B。

 在皇家海軍達文波特基地(HMNB Devenport)設施中整備的一批MK-15 Block 1B方陣近迫武器系統。

 

 

  ──By Captain Picard

名稱 方陣近迫武器系統

(Phalanx Close-In Weapons System)

製造國/製造廠 美國/通用動力(GD)
形式 機砲、感測裝置、砲座一體/全自動操作(反水面模式除外),砲塔內無人。
系統重量(含彈藥)(ton) 早期型:5.625

後期型:6.120

火砲 M-61A1 20mm76倍徑6管旋轉機砲*1

(MK-15 Block 1B使用OGB威力強化砲管)

砲彈重量(g) MK-149-2/4 APDS:100

MK-244 ELC(MK-15 Block 1B使用):150

彈艙容量 Block 0:1000

Block 1以後:1500

水平迴旋範圍(度)/速率(度/秒) 左右各155/126
垂直俯仰範圍(度)/速率(度/秒) Block0:-10∼+85/92

Block1:-20∼+85/92

射速(發/分) Block 0:3000

Block 1以後:4500

砲口初速(m/s) 標準型M-61A1機砲:1113
感測裝置 Ku頻搜索/追蹤雷達

HDTI-5-2F超長波長紅外線熱影像系統(MK-15 Block 1B)

射程(km) 早期型:最大射程5.5,有效射程1.5
備註 Block 0:1980年起服役

Block 1:1988年起服役

Block 1B:2000年起服役

 


 

受到1967年以色列驅逐艦被埃及飛彈快艇以反艦飛彈輕鬆擊沈的刺激,美國海軍展開了全世界第一種近迫武器系統(CIWS)──MK-15方陣(Phalanx)的研發, 用於攔截突破海麻雀短程防空飛彈的敵方反艦飛彈。方陣的主承包商為通用動力(GD)的波瑪拿廠(Pomona)(1992年被修斯購併),研發合約於1969年 簽署。

第一套原型在1973安裝於美國海軍金號(USS King DDG-41)飛彈驅逐艦上進行測試,在1975年又有一套原型系統於阿爾菲德.錢尼漢號(USS Alfred A. Cunningham DD-752)上進行一系列實際飛彈對抗測試,結果包括AGM-62鼓眼魚滑翔炸彈在內的武器都於命中艦艇前被方陣摧毀。由於美國國會部分人士始終懷疑方陣系統能否有效摧毀反艦飛彈,導致整個計畫一度延誤。在1977年,方陣被安裝在美國海軍武器測試艦 畢格羅號(USS Bigelow ex-DD-942)上進行投產前的最後測試,包括考驗方陣的控雷達是否能在海岸線雜波的干擾下準確分辨出反艦飛彈的回波 ;通過測試之後,美國海軍作戰部長在同年8月批准方陣進入量產。在1978年,美國海軍正式下達第一批23套MK-15 Block0的訂單,1980年正式服役,首艘安裝的美國艦艇是中途島級航空母艦的珊瑚海號(USS Coral Sea CVA-43);在此同時,美國政府也購買另外14套作為海外軍售(Foreign Military Sales,FMS)之用。在1983年11月,美國海軍在被改裝成無人操作測試艦的除役佛來契級驅逐艦史托達德號(USS Stoddard ex-DD-556)測試MK-15 mod0,在加州穆古角(Point Mugu)的測試場首度締造擊落魚叉反艦飛彈的紀錄;在測試中,四枚魚叉飛彈瞄準拖曳在史托達德號後方150英尺(45.7m)、裝有雷達角反射器的拖靶,除了一枚發射後故障而沒有進入接戰區域之外,其餘三枚都被方陣系統擊落。除了美國海軍外,方陣尚銷給十個以上的西方盟國,是目前數量最多、使用最廣的CIWS。

方陣系統首創採用電子式封閉迴路(close-loop)校正,追蹤雷達在追蹤目標之餘 ,也同時追蹤從自己砲口射出的砲彈,計算彼此之間的角度誤差, 接著立刻進行彈道修正,使第一群砲彈抵達目標前就能發射修正後的下一群砲彈,一直修正到目標被命中為止,此種彈著修正速度比傳統開放迴路設計 (等砲彈飛越目標時才計算誤差並修正彈著)高得多。此種封閉迴路動態校正方式能將火砲誤差減至最低限度,根據美國海軍的測試, 電子封閉迴路修正能將射擊誤差從5~10mrad降到1~2mrad。 當然,這種機制要求雷達能精確追蹤截面積極小的本身砲彈,並且在命中之前就修正下一輪的射擊解算,對於雷達精確度與計算機的反應速度要求都極高,這使得近迫武器系統比一般傳統的雷達導引防空砲火更精密複雜昂貴得多。在一般狀況下,方陣系統的操作完全自動化,不需仰賴人力,以爭取寶貴的反應時間。

方陣系統的基本構型相當簡單:將一具搜索/追蹤雷達、一門機砲整合在一座旋轉砲座上,只要解除保險,搜索雷達就會導控機砲射擊任何高速接近的目標,整個系統自成一體, 不需其他系統的協助,而且沒有下甲板結構;因此,方陣系統的裝設與整合工作十分簡單,載台只需提供電源,不必與艦上戰系、偵測裝置整合,安裝的甲板位置結構強度 足夠就可以。由於自成一個完整系統,方陣系統的緊急啟動、反應時間也可縮短,而不需要仰賴艦上偵測、射控系統在合適的模式下正常工作。 方陣系統的工作邏輯也比較簡單,搜一搜索到一個符合接戰條件的威脅目標就立刻接戰,之後搜索下一個目標。 然而相對地,早期型方陣「單打獨鬥」的特性也是個潛在的缺點,只能倚賴自身的偵測與運算射控系統進行接戰,與艦上其他系統沒有協同互助;因此,即便艦上雷達已經能精確捕捉目標, 方陣系統解除保險後仍然必需重新以自身的雷達進行空域搜索,不僅多浪費一些時間,也增加了漏失目標的潛在可能。此外,萬一 方陣的雷達在接戰過程中突然失效,也無法從艦上其他感測裝置獲得備援。日後方陣系統逐漸升級,從Block 1A開始,增加了與艦上戰鬥系統連線的介面, 結合艦上其他感測資訊(例如來自SPQ-9A/B追蹤雷達或AN/SPY-1相位陣列雷達)作為先期指引,可彌補前述弱點。

 

MK-15 Block 0

第一代的方陣MK-15 Block 0方陣採用一門格林(Gatling)生產的M-61A1 20mm機砲,原始射速為6600發/分,但在此系統上被調慢為3000發/分,以免彈藥快速耗盡;砲座為GD的MK-72(最初稱為EX-83),砲座底部的彈鼓內儲存1000發砲彈 ,砲彈發射後空彈殼會回到彈鼓裡。設計上方陣是對每個目標使用200發砲彈,所以理論上一座裝滿彈藥的方陣系統能連續接戰五個目標;不過前提是這五個目標必需在相近的方位先後出現, 如果多目標從不同方為同時來襲,方陣系統接戰完第一個之後還需要重新進行搜索,大幅浪費寶貴反應時間。M-61A1機砲使用的砲彈是MK-149型脫殼穿甲彈(Armor Piercing Discarding Sabot,APDS),重100g,砲口初速1113m/s。MK-149採用直接命中體制,著重於強化穿甲能力,故非常強調外彈道性能以及縮短飛行時間,最初使用的MK-149-2還使用硬度特高的衰變鈾彈蕊來強化穿甲能力。

方陣系統頂端白色的護罩內為洛克西德(Lockheed)研發的AN/VPS-2 Ku頻搜索/高回復率脈衝都卜勒追蹤雷達, 包括一對搜索與追蹤天線、天線隨動系統和穩定平台。VPS-2雷達的二維搜索天線位於天線組頂端,本身有一個獨立的360度水平旋轉基座,工作距離5.12km;由於整個雷達天線罩與砲座共同迴旋與俯仰,因此當透過砲座的俯仰,搜索雷達的波束扇面 可涵蓋整個垂直區域,故能有效偵測從水平到天頂來襲的敵方武器,並採用高、中、低三個重復頻率探測目標,能有效解決近距離偵測的模糊和遮擋的問題,準確地探測到真實目標; 而VPS-2的反射式追蹤天線位於搜索天線下方,佔據方陣頂部保護罩的大部分面積,本身採用固定式安裝,與砲座共同迴旋/俯仰(即與砲口指向相同),最大工作距離為1.892km,採用高精確度的電子波束 ,可精確追蹤目標以及本身發射的砲彈,進行閉迴路修正。方陣系統工作時,依靠VPS-2雷達的旋轉搜索天線對周遭360度進行警戒,發現目標後立刻將砲座對準目標,依靠VPS-2的反射式追蹤天線對目標進行測高與精確標定,計算射擊參數並開火接戰,接戰一個目標之後再轉向搜索雷達探測到的下一個目標。

方陣系統的電子設備包括有電子裝備密封櫃、CDC 469A射控電腦、戰情室的遙控控制台與本機控制台。電 子設備密封櫃位於砲座後下側,透過6個多股簧減振器與甲板連接,櫃內的機架也裝有彈簧減振器和橡皮減振器,盡可能降低射擊時震動對電子系統的影響。密封櫃內分為12個功能單元,分別容納武器控制電子部件、艦砲方向和高低瞄準機械的電子控制組件、系統修正控制組件、電子計算機、信號發生器、艦砲裝置控制電子組件和雷達瞄準機構控制組件等; 每個功能單元設置在一個可獨立拉出的抽屜內,無論維修、尋找故障或更換都十分便利。包括電子密封櫃、雷達外罩的內部都設有環境控制,可確保一定的溫度和濕度,使相關系統能在最適當的環境下運作,減低故障失效機率。CDC 469A射控電腦負責控制方陣系統的一切接戰動作,包括搜索、探測、威脅判斷、目標捕獲、追蹤、計算火砲射擊參數等等,接戰時根據VPS-2搜索/追蹤雷達獲得的目標距離、距離變化率以及夾角進行目標分類,並計算目標動態參數。方陣系統的遙控操作台設置於艦橋內,每個控制台最多可控制四組方陣系統,可進行目標分配與監控等工作;此外,每套方陣系統都有一個獨立的本機控制台,一般都設置於靠近方陣系統的抗震艙室內,負責控制該套方陣系統的運作,可作為遙控操縱台失效時的備援,而兩種操控台也能一起使用。方陣系統的電源為440伏特、60Hz直流電。MK-15 Block0的編制三名人員,包括一名射手與兩名裝填手。

MK-15 Block 0有許多明顯的缺點,包括保養不易、易受海水侵蝕、反射式雷達天線難以追蹤無法偵測以接近垂直角度來襲目標等等,且再裝填作業相當緩慢,以兩名人員需花10~30分鐘才能完成。方陣系統另一個明顯的先天弱點就是機砲口徑太小,20mm的口徑為全世界機砲式CIWS中最低者, 即便命中目標,較輕的彈藥是否能完全阻止飛彈碎片傷及船艦。

在1983年2月10日,美國派里級飛彈巡防艦安特里姆號( USS Antrim FFG-20)進行MK-15 mod0方陣系統接戰測試時發生意外,靶機雖然被擊中,但部分碎片(包括燃燒中的發動雞、油箱等)從海面彈起後撞上安特里姆號的官廳與電子設備艙,造成1名民間工程師喪生。此後美國海軍就規定有人的軍艦進行實彈測試時,靶機不得進入艦艇周圍4000碼(3657m)的距離以內。

MK-15 Block 1

MK-15 Block 1在砲座側面(近處)加裝額外的彈艙,增大持續接戰量。

的MK-15 Mod11又稱方陣Block 1,是MK-15的第一種較大幅度的改良型,原型於1981年推出,1981年底至1982年5月在中國湖試驗場進行各種測試,1984年11月在史托達德號(USS Stoddard ex-DD-556)無人武器測試艦上於加州穆古角進行測試(先後射擊過43個飛靶,包括汪達爾(Vandal)超音速靶機),1986年正式投入生產,在1988年首先安裝於威斯康辛號(USS Wisconsin BB-64)戰鬥艦上。

MK-15 Block1以新的四片式背接(Back to Back)平面式雷達天線取代原有的2D反射式掃瞄天線,其中一組負責偵測大角度(包括90度垂直方向)目標,另一組則偵測低角度目標,使其搜索能力與目標更新速率都比早期方陣高出一倍。Block1在砲座側面增加了一個額外的裝彈箱,使裝載量達到1550發,並在砲座周圍裝上一層擋板以避免海水侵蝕。此外,Block1也以新的砲身氣體伺服裝置取代原本的液壓伺服裝置,射速提高至4500發/分。Block1也換裝新的抗海水腐蝕砲管,加上原先位於砲座四周的保護體,能有效抵抗海水侵蝕。彈藥方面,由於原先MK-149-2的衰變鈾彈蕊很可能會污染環境,所以Block1的便使用改採傳統鎢合金彈蕊的MK-149-4,其穿甲能力亦相當足夠。

方陣甲板裝填系統(PDS),注意圖中附有兩個開口的黃色裝置,掛滿砲彈的彈鏈從下方開口

輸入彈鼓,而卸下新彈藥至彈鼓的彈鏈隨後掛上儲存在彈鼓裡、已經射擊過的空彈殼,

從另一個開口輸出彈艙。

為了解決Block0人工裝填緩慢的問題,方陣從Block1開始搭配西屋公司研發的「方陣甲板裝填系統(Phalanx Deckloader System,PDS)」 ;此裝置將砲彈以彈鏈形式置於 彈藥箱內,裝填時彈艙口加裝一個擁有兩個開口的機構,彈鏈由機構上其中一個開口進入彈鼓,彈鏈上的砲彈在此時被卸下並填入方陣的彈艙,接著原本儲存在彈艙裡、已經打完的空彈殼被掛上彈鏈,並由機構上的另一個開口離開彈艙並收攏至另一個彈藥箱裡。PDS使再裝填作業時間縮短至4分鐘,大幅強化方陣在高密度攻擊環境時的接戰能力。PDS已被 美國、英國、日本、以色列等國的海軍採用。

MK-15 Block 1 A/B

方陣系統接下來的改良是MK-15 Block 1A/B,主要的改良項目除了加強對付超音速掠海反艦飛彈之外,另一個強調的則為小型水面目標與空中慢速目標的應付能力。起先方陣的主要任務是攔截反艦飛彈,為了避免過高的虛警率,方陣的目標指示系統會自動將低速目標過濾掉;而為了應付小型水面目標,最初第一代的MK-15 Block 0擁有人工操作模式,但由於冷戰期間美國艦隊注重大洋作戰型態,近距離遭遇小型艦艇的機率實在不高,故將MK-15的手動接戰模式取消。到了1980年代美國開始涉入波灣事務時,面臨伊朗小型快艇的威脅, 美國海軍才感覺到這方面的需求。為了應付波灣水域可能出現的敵方小型艦艇,最初美國海軍在艦艇上加裝MK-25 38mm機砲與0.5吋機槍,但由於艦體在水面上會搖晃,這兩種依賴人力操作且無穩定裝置的武器命中率極差,此外0.5吋機槍也顯得威力不足。為此,美國在1980年代打算開發「先進小口徑機砲系統(AMCGS)」來滿足此一需求。就在此時,美國海軍發現近岸環境中另一種潛在的威脅──敵方的慢速輕型飛機與直昇機,它們同樣是艦上偵測、作戰裝備容易忽略的目標,前者可發動自殺攻擊,後者則能攜帶火箭、反戰車飛彈等武器進行偷襲。為此,美國海軍又打算開發「穩定武器平台系統(SWPS)」來因應此一威脅。AMCGS與SWPS的任務看來十分類似,所以美國海軍在1991年開始評估將兩者合併為同一計畫。幾經評估,美國海軍德格潤水面作戰研究中心(NSWCDD)做出以下結論:現有的方陣近迫武器系統經過改良就能滿足AMCGS與SWPS的需求,不必另外發展新系統。在一次測試中,方陣系統於1550m的距離射擊一艘快艇並命中十發,研究命中部位時發現方陣的20mm機砲只需少數命中彈,就可重創並癱瘓一艘小型快艇以及艇上人員,如此就不用浪費太多彈藥,畢竟方陣的主要任務還是防空。改良後的方陣系統在接戰水面、慢速空中目標期間如果發現高速來襲之空中目標時,將優先轉換為防空模式,將其擊落後才回頭進行原本的接戰任務。

Block 1A

MK-15 Block 1A加裝了新型射控電腦與砲管支架。

方陣系統首先針對超音速掠海反艦飛彈的威脅進行升級,成果就是MK-15 Block 1A。Block 1A以新的CDCAMP射控電腦(處理器為MIPS公司的RISCR 3000)取代CDC 469A,此系統由GD開發,合約在1990年3月簽署。CDCAMP的程式以美國軍規ADA高檔次電腦語言(High Order Language,HOL)撰寫,故又被稱為HOL射控電腦。原先方陣使用的CDC 469A射控電腦運算能力有限,會被MM-40或俄製SS-N-22等飛彈的終端不規則3D運動所擾亂,無法指揮機砲進行射擊修正;而CDCAMP的處理能力則為CDC 469E的一百倍,不僅可操作Kalman Filter等程式來有效追蹤俄羅斯SS-N-22之類以超音速進行3D不規則閃避的掠海飛行目標,也能操作追蹤水面與慢速空中目標的程式。此外,CDCAMP也經由美國制式SAFENET資料匯流排連接艦上作戰系統,如此方陣就不再是特立獨行的系統,能與艦上其他系統分享偵測資料並協調作戰,大幅增加了整體艦載防空系統的運作效率 。除了射控電腦的改良外,方陣Block 1A另一改良要項是火砲本身射擊的穩定度與彈著密集度。原始方陣使用的M-61機砲原始設計希望增加彈著散佈以增加殺傷率,但是備力多分將導致只有少量砲彈命中超音速反艦飛彈,但威力不足以有效攔截;而日後隨著方陣射控計算與雷達的改良,瞄準精確度日益提升,使其不再需要靠較大的彈著散佈來增加命中率。因此,MK-15 Block 1A增設砲管支架與附帶的砲箍來固定砲管,以降低砲管在射擊時產生的晃動,使其彈著更加密集,顯著地降低了瞄準誤差並強化了機砲射擊時的穩定性。

在1991年,MK-15 Block 1A在史托達德號(USS Stoddard ex-DD-556)無人武器測試艦上進行實戰測評,擊落短時間連續來襲的雙反艦飛彈、以掠海接近並在最終階段突然拉高 (Pop-Up)俯衝的魚叉Block 1A反艦飛彈,以及超音速飛行的汪達爾(Vandal)靶機,此後美國海軍與英國皇家海軍遂決定採購。 在1994年的測試中,MK-15 Block 1A成功擊落超音速掠海飛行並且進行高G閃避運動的汪達爾靶機 (模擬俄羅斯SS-N-22反艦飛彈),使其成為全球第一種成功攔截此類目標的機砲式CIWS。

Block 1B

 

MK-15 Block 1B加裝砲管支架以及FLIR,並換裝ELC威力強化砲管。

方陣Block 1A顯著提高了攔截反艦飛彈的效能,而美國還繼續以Block 1A為基礎進一步地進行改良工作,使其得以有效應付水面目標以及低空慢速目標,並進一步強化攔截超音速反艦飛彈的能力,成果就是方陣Block 1B。在對付這類慢速目標時,如何避免誤擊友軍或傷及無辜便顯得相當重要,為此方陣Block1B在雷達罩左側加裝一具英國皮爾肯頓(Pilkington)公司的HDTI-5-2F超長波長高解析度紅外線熱影像系統,並在戰情室內增設一個手動操控台。在研究階段,NSWCDD曾針對超長波紅外線(Far IR:波長8-12mm)與中波長紅外線(Middle IR:波長3-5mm)系統進行評估,結果發現超長波長紅外線系統 不僅擁有勝過中波長系統的最大偵測與追蹤距離,而且較不易被反射自水面的太陽光、方陣本身發射時的煙霧與火光所干擾。有了這套紅外線熱影像儀後,方陣Block 1B便能 透過射手的操作,有效地識別並攻擊水面小型快艇、低空慢速直昇機,甚至射擊漂浮於航道上的水雷 ,並利用熱影像系統對目標進行損壞狀況的評估,決定是否繼續攻擊;而在面對反艦飛彈等高速來襲的目標時,則無須進行識別,先打下來再說。除了用於 識別低速目標之外,這套熱影像系統在接戰反艦飛彈時也能輔助射控雷達,大幅提昇方陣Block 1B追瞄小型高速目標的精確度:在測試中,NSWCDD發現HDTI-5-2F追蹤掠海目標的誤差(0.1~0.5mrad)要比方陣的雷達(2~3mrad)低很多。 除了光電系統外,方陣Block 1B的搜索雷達也經過改良。

接下來是火砲的改良。方陣Block 1B換裝新型MK-244 Mod0脫殼穿甲彈,又稱殺傷力強化彈藥(ELC)。ELC的尺寸與M61A1原先使用的MK-149彈藥相同,但是換用更強的裝藥與塢合金彈頭,因此 彈蕊重量由MK-149的70g提升至105g,總重則由MK-149的100克增加至150克,推進能量與膛壓都大幅增加,命中目標時的動能相當於30mm砲彈 。增加砲口初速不僅提高有效射程,也讓砲彈飛行的軌跡更為低伸平直,提高了命中率。為了配合ELC更高的裝藥量與發射初速(比原本提高約7.8%),方陣Block 1B換裝更堅固且更長的OGB砲管,砲管長度由原先的1524mm增至2007mm,每根OGB砲管的重量比原來的砲管(每管重8.6kg)增加一倍而達到17.2kg,厚度與強度均增加 不少。MK-15 Block 1B也改用新設計的砲管支架與砲箍,兩者各自獨立(MK-15 Block 1A的砲管支架與砲箍則是連為一體);新的砲箍更長且更穩固,新砲管支架的結構也比Block 1A更為複雜與強化,降低了砲身發射時的震動。與早期型方陣相較,MK-15 Block1B以OGB砲管發射50發ELC砲彈時 ,誤差從原來的1.2mrad明顯降至0.8mrad,可在較遠距離達到第一發命中或相同距離內命中目標更多發彈藥。除了砲身與彈藥之外,方陣Block 1B砲架的射擊俯角也增加25度,以攻擊迫近的水面目標。

此外,美國海軍還為方陣研發了適合攻擊慢速目標的新彈藥:方陣系統原本的彈藥力求穿透性以引爆反艦飛彈的半穿甲彈頭,因此彈蕊極為堅硬;但在對付飛機或其他慢速目標時,這種彈藥很可能會完全貫穿目標而不破碎,因此砲彈的動能都被砲彈帶走而不是用於破壞目標上。因此,美國設計了另一種彈頭,利用壓縮方式將鎢合金粉末壓成穿甲彈彈蕊,在穿透目標後很容易碎裂,這樣就能將砲彈的動能有效施加於目標之上而造成較大的破壞。此外,雷松公司正在研發另一種供方陣快砲使用的彈藥,在彈蕊中加裝炸藥,由發射後就啟動的保險裝置控制,在飛行一定的距離後就自動引爆,主要目的是避免錯過目標的彈藥傷及友軍或無辜。

MK-15 Block1A/B的測試記錄極為輝煌,兩者都曾成功攔截模擬SS-N-22以超音速掠海飛行並進行高G閃避的汪達爾EER靶機(雷松公司公開宣稱這是全世界唯一以機砲式CIWS擊落此類目標的紀錄),而MK-15 Block 1B由於新型OGB砲管與ELC彈藥,進行反飛彈射擊測試時第一發命中彈的距離竟是Block 1A的兩倍!在柏克級飛彈驅逐艦豪伍德號(USSHoward DDG-83)成軍前的測試中,艦上的兩具MK-15 Block 1B表現優異,成功追蹤並擊落超音速與次音速的掠海飛行目標,也與姊妹艦拉森號(USS Lassen DDG-82)同時模擬以方陣系統射擊多艘快艇。在此測試中,與豪伍德號的神盾系統連結的方陣Block 1B表現得相當有智慧,CDCAMP射控電腦在指揮方陣射擊多快艇目標時突然發現反艦飛彈來襲,便迅速切換至對空、反飛彈接戰模式,將來襲飛彈擊落。

第一套MK-15 Block 1B原型於1999年安裝在派里級巡防艦的昂德伍德號(USS Underwood FFG-36)上進行測試,而第一套正式量產型則於2000年9月安裝於派里級的泰勒號(USS Taylor,FFG-50)上。MK-15 Block 1B率先配備於12艘擁有MK-92 Mod6射控系統的派里級飛彈巡防艦以及新完工的柏克級飛彈驅逐艦上,隨後陸續換裝於美國海軍其他的艦艇,艦隊中所有的MK-15都 被提升為Block 1B,而美國的盟國也會陸續進行類似的升級;至於台灣海軍則隨著第二批基隆級飛彈驅逐艦的左營號(DDG-1803)起,正式引進方陣Block 1B系統,而台灣海軍現有的方陣未來將陸續提升到至少Block 1A的規格 。

在柏克Flight 3飛彈驅逐艦的神盾系統(ACB 20版)中,包括將MK-15 Block 1B的感測器整合到戰鬥系統中。方陣系統一開始完全獨立運作,從Block 1A開始增加了與艦上戰鬥系統的資料傳輸介面,能與艦上系統傳輸資料以及接收指令,但只能算是部分整合。直到MK-15 Block 1B Baseline 2C開始,配合柏克Flight 3的神盾系統,才真正完全整合到戰鬥系統中。在此架構下,戰鬥系統能直接指揮方陣Block 1B的雷達、 紅外線感測器搜索目標,並指揮方陣系統接戰;戰鬥系統能根據其他搜索雷達(如SPY-1相位陣列雷達、SPQ-9B近距離追蹤雷達)獲得的完整周邊威脅態勢,據此指揮方陣系統依序接戰多個目標,整體效率優於過去方陣單靠本身有限的感測器搜索目標接戰。

依照2012年度美國海軍採購預算的資料,一套方陣近迫武器系統的價格為1440萬美元。

MK-15 Mod31海公羊(Sea RAM)近迫防禦系統

在1990年代末,雷松(Raytheon)與RAMSYS結合公羊(RAM)滾轉體防空飛彈 以及方陣近迫武器系統的組件,推出「海公羊近迫武器系統」 (Sea RAM),保留方陣Block 1B的雷達、光電搜索系統、與旋轉基座,將機砲部分換成一個11聯裝公羊飛彈發射器。 由於使用方陣Block 1B的基礎系統,因此海公羊的正式編號也延續方陣系統,稱為MK-15 Mod 31。

未成的CIWS-2000/MK-15 Block 2

為了滿足21世紀的海上作戰需求,通用動力在1987年提出MK-15 Block2/CIWS-2000的研究意向。依照美海軍的要求,此種新系統需提高砲口初速、砲彈質量、射速與命中率。而為了強化對海上目標的攻擊能力,CIWS-2000還打算在雷達之外,另外加裝前視紅外傳感器、電視和視頻自 動跟蹤等設備。

各國廠商曾提出多種口徑較大的機砲曾參與CIWS-2000。通用曾與瑞士Oerlikon-Contraves公司簽約,將該公司「Super-25」7管式25mm旋轉機砲整合在方陣系統上進行測試,此砲先前已經用於Myraid近破武器系統上;此機砲使用25x184mm的KBB砲彈,無論是發射初速、射程與威力都勝過原本的M-61機砲。根據一份先期概念合約,通用在方陣的砲座上安裝兩門Super-25機砲,並於1990年5月在澳克森布登(Ochsenboden)試驗場進行了測試。美國通用電氣公司本身也以M-61為基礎,開發出雙聯裝6管25mm機砲,單砲發射速率便達6000發/分,雙砲射速合計高達12000發/分,其零件數量只有M-61A1的67%。此砲的砲彈採用獨特的套筒式結構 (CasedTelescoped),體積比同口徑的常規砲彈小,整個砲彈封裝在鋼殼內;此砲歷經6000發套筒式砲彈的發射試驗,期間未發生停射故障。此外,此計畫也曾考慮美國特魯德國際有限公司(Tround Internationnal)提出的25mm開膛砲(open breech machinegun)、德國毛瑟(Mauser)的4管27mm砲等等。

在1980年代末期,美國海軍準備提出近迫武器系統2000(CIWS-2000)計畫,尋覓方陣的後繼型號。在1990年美國海軍展覽會上,通用展出配備雙聯裝25mm旋轉機砲的MK-15 bLOCK 2。在該屆展覽會上,通用另外還展出一種採用一門8管Gatling 35mm機砲的方陣系統方案,採用無鏈供彈,整體機械結構十分簡單,貯彈量為1200發,發射速率可達8000發/分,並配備光電偵測器。美國海軍原本打算在1991年底或1992年初進行近迫武器系統-2000(CIWS-2000)的招標作業,準備開發替代,並在1992年正式選商簽署開發合約。然而由於適逢東西方全面和解,導致國防經費大受影響,使得MK-15 Block 2被迫在1991年宣告終止。

不過同樣在1991年,美海軍又斥資460萬美元,委託美國FMC公司研究、設計、制造一種能相容於方陣砲座的60mm電熱快砲概念展示裝置和自動裝彈機。經過2年半的開發,此一原型在1993年6月交付給美海軍水面武器中心,評估此類系統的各種應用潛力。

雷射武器

整合在方陣近迫武器的砲座上的海用高能雷射武器(MLD),在2011年4月首度測試成功。

雷松公司自行以方陣系統砲座開發的雷松雷射區域防衛系統(LADS)

在2000年代,美國也利用方陣近迫武器系統的基座來開發雷射近迫武器系統,直接以雷射光束摧毀來襲的空中或水面目標。在2011年4月8日,美國海軍利用保羅.佛斯特號(ex-USS Paul F. Foster DD-964)防衛系統測試艦(SDTS)在外海成功進行了海用高能雷射武器(Maritime Laser Demonstrator,MLD)的測試,這套整合於方陣近迫系統砲座的雷射武器成功擊毀一艘距離1英里外的摩托快艇。 此外,雷松公司本身也自費進行雷松雷射區域防衛系統(Raytheon Laser Area Defense System,LADS),同樣採用方陣系統的砲座,可以部署在地面單位。

方陣的終點

1990年代以後,美國海軍並無繼續發展下一代全新機砲式CIWS系統的打算,而將注意力放在新一代的短程防空飛彈系統如RAM、麻雀ESSM等。除了美國之外,歐洲國家也發展出新一代Aster-15短程防空飛彈,成為下一代歐洲艦艇的近距離反飛彈武器。

相較於短程防空飛彈,機砲式CIWS的最重要先天優勢在於彈藥成本低廉,且最小射程限制較低;一般飛彈必須加速到一定程度,氣動力控制面才能生效並進入可控狀態 ,導引系統也完成初始化,所以飛彈發射後有一段只能直線前進而不能有效控制的距離,稱為「最小射程」;早期防空飛彈系統的反應速度較慢,萬一第一波防空飛彈攔截失利,下一波飛彈射出並進入可控狀態時,反艦飛彈可能已經迫近防空飛彈的「最小射程」之內。

不過機砲式CIWS相對於飛彈也有許多先天上難以解決的弱點,例如有效射程太短,例如使用20~30mm口徑機砲的CIWS大概只有2~3km,40mm砲火也不容易超過10km,一擊失手後同樣也很難有第二次攔截的機會;而且機砲式CIWS彈艙容量只足以連續接戰幾個目標(例如方陣為五個),就需要耗費許多時間進行再裝填,且同時只能射擊一個目標,加上旋轉砲座的反應速率有限,很難應付多方向飽和攻擊或者快速刁鑽的新一代掠海反艦飛彈。特別是新型超音速掠海反艦飛彈普及後,通過軍艦防空武器有效攔截區域的時間大幅縮短,這對於射程本來就有限的機砲式CIWS而言無異於雪上加霜,很難在這麼短的射擊時間內將足夠的彈藥灑在飛彈的航道上;再加上超音速反艦飛彈的動量又比以往次音速飛彈高出許多,小口徑機砲即便命中,如果距離太近,這些高動量的飛彈碎片仍將維持原方向前進而 擊傷軍艦。 又,一些先進反艦飛彈在彈道終端會進行不規則運動來躲避反制,將大幅削弱火砲式CIWS的效能,因為砲彈發射後就不能轉彎。

而新一代的短程防空飛彈系統如美國ESSM、RAM與歐洲Aster-15不僅射程延伸至水平線附近,飛彈運動性與尋標器效能也大幅增加,系統的反應時間同樣大幅縮短;而發射器備彈數量有限的問題,垂直發射系統或大量備彈的RAM也能有效解決,短時間內同時接戰的目標數量遠超過機砲系統。而防空飛彈最小射程的先天問題雖然無法根除, 但靠著射程延長之利,新一代短程防空飛彈系統在射程範圍內的有效攔截次數亦可大幅增加。即便如此,性能提升後的MK-15 Block 1B在未來一段不算短的時日內,仍將在美國海軍中繼續扮演艦艇防衛最後一道關卡的重責大任。