美國海軍輕型反潛魚雷/MK-32魚雷發射器

一艘美國軍艦的人員正將MK-46魚雷掛載於直昇機上。

(上與下二張)正從MK-32魚雷管發射的MK-46 Mod5魚雷。

一艘柏克級的MK-32魚雷發射器正發射一枚MK-46魚雷

正進行裝填的MK-32魚雷發射器,艦上人員在發射管後端以導軌將於雷推入發射管內。

加拿大哈利法克斯級(Halifax class)巡防艦使用的MK-32 Mod9魚雷發射器,採用固定式雙聯裝發射管,

安置於艦體艙室內,只有開口朝外。

美國海軍飛彈驅逐艦柏克萊號(USS Bulkeley DDG-84)正在吊裝MK-50魚雷。

注意MK-50以噴泵推進器取代了MK-46的同軸反轉雙螺旋槳推進器。

一艘美國水面艦艇正在裝填MK-54魚雷。

一艘美軍驅逐艦正發射MK-54魚雷

 

──by Captain Picard


 

MK-43

MK-43是二次大戰結束後美國開發的第一種輕型導向反潛魚雷,第一種型號Mod 0由飛機投擲,1948年開始發展,1950年開始服役。MK-43 Mod0口徑為324m,長2.242m,全重168kg,戰鬥部重27.2kg(採用HBX炸藥),主/被動聲納導引,以海水電力推進,航速20節時射程4300碼(3930m)。MK-43 Mod0只生產了500枚,就被更新的MK-43 Mod1取代。

MK-43 Mod1在1951年開始研發,1952年進入美國海軍服役,有空射與艦射型號,此外也作為1950年代美國海軍RAT B反潛火箭(ASROC的前身)的籌載。MK-43 Mod1的尺寸比Mod 0更為縮小,口徑改為254mm,長2.324m,重118kg,戰鬥部重24.5kg(採用HBX炸藥),主/被動聲納導引,採用海水電池推進,航速15節時射程4500碼(4.11km)。爾後的MK-43 Mod3則改良了推進系統,航速增加到21節。

MK-43 Mod1/3總共生產5000枚左右,1957年以後陸續被MK-44 324mm魚雷取代。英國曾在1955年購買15枚MK-43 Mod3。

MK-44

MK-44電力推進魚雷,是第一種真正被西方國家廣泛採用的艦載/直昇機載輕型魚雷。

MK-44是美國漢緯(Honey Well)公司從1952年開始研發的輕型反潛魚雷,在1956年開始量產,1957年起服役,堪稱北約海軍成立以來第一種廣泛採用的艦載/空射輕型魚雷,此外也用於當時的RAT C與ASROC反潛火箭,或澳洲Ikara反潛飛彈上。

MK-44魚雷在設計之初是搭配Blimp水上飛艇使用,口徑為324mm,全長2.54m,魚雷全重193~196.4kg,戰鬥部重34kg(使用HBX-3炸藥),採用主動聲納尋 標器 (只有主動拍發模式,沒有被動聽音模式) ;早期MK-44的尋標器有效距離僅457m,爾後提升到914.4m以上, 有效搜索深度15.24~274.32m。MK-44的動力為一具30馬力的海水電池 推進器,魚雷入水後海水進入電池,約2~6秒內即可產生電力,供電時間依據魚雷航行模式而定,大約6至12分鐘,速度30節時可獲得6000碼(5.49km)的最大射 程,全程以蛇行航行時射程約3km,最大攻擊深度304.8m。早期的MK-44 Mod0是空射型,沒有 任何預置射程,入水後立即啟動尋標器,並以螺旋航行來搜索目標。而MK-44 Mod1/2則是艦射型,為了避免入水後回頭鎖定發射艦,入水後先以蛇行搜索方式前進914m,如未發現目標,再進入螺旋航行方式繼續搜索。整體而言, MK-44的性能並不足以滿足當時北約的反潛需求,其射程過短,航速太慢(30節左右的最大速率難以有效追逐蘇聯核能潛艦),攻擊深度也太淺,而且只能拿 來攻擊潛航 中的敵方潛艦(為了避免誤擊發射艦,MK-44設有最小攻擊深度的安全保險;當時尋標器技術也無法處理水面環境的強烈雜波干擾),無法用來攻擊浮航的潛艦 或水面艦艇 (有時可能利用搭載魚雷的ASROC反潛火箭攻擊敵方水面目標)。

日後漢緯推出MK-44魚雷改良套件,曾獲得南韓與巴基斯坦海軍採用,主要是將聲納音鼓的真空管改為插入式數位固態積體電路卡,使平均失效間隔 (MTBF)延長到3000小時,偵測距離增加75%,最小搜索距離則減少47%,音量搜索能力提高兩倍。更新的MK-46魚雷服役後,MK-44就逐步 從美國海軍 汰除,大約在1995年除役完畢。

MK-46

由於MK-44航速太慢、射程太短,難以對付能以30節速度航行、潛深1000英尺的蘇聯核能攻擊潛艦,因此美國又從1950年代末期開發MK-44的後 繼者,稱為MK-46,同樣由漢緯研發,主要是為了對付機動性高的蘇聯核能潛艦,並具備多次重複攻擊的能力。MK-46全長2.59m,口徑為 324mm,全重230.4kg,戰鬥部重43.54(Mod0)~44.45kg(Mod1以後),戰鬥部採用PBXN-103炸藥;尋標器兼具主動與被動搜 索模式 ,魚雷搜索深度15.25~304.8m,最大攻擊深度457.2m,有效射程8595.36m(深度457.2m)~10287m(深度 15.24m),最大航速約50節。與MK-44相同,MK-46早期型號(Mod 5以前)也只能攻擊潛航的敵方潛艦,無法攻擊浮航潛艦或水面艦艇,超過安全保險深度(15.25 m左右)才會開啟。

MK -46的第一種型號Mod0於1965年10月交付美國海軍,為了提高航速以追上蘇聯核能潛艦,此型魚雷採用固態燃料推進器,此推進器噪音過大,被認為會 干擾魚雷自身的尋標器,因此MK-46 Mod0僅有少量生產。從Mod1起,MK-46改採用一具由克利維特(Clevite)研製的五汽缸斜盤式活塞熱力發動機(Thermal Engine),這是一種開放循環的往復發動機(發動機廢氣直接排入水中),出力75馬力,航速45節時射程約11km,戰鬥部也增至44.45kg(採用PBXN-103炸藥)。此種熱力發動機採用OTTO II型燃料 ,這是一種液態單體燃料(monopropellant,單一燃料兼具工質與氧化劑功能),只需要加熱就會開始反應。過去採用熱力燃燒推進的魚雷使用的氧化劑與還原劑的組合不夠安全,燃料與氧化劑都必須分開儲存;例如,1950年代末美國海軍發展新一代重型魚雷時,美國海軍軍械局(BuOrd)打算使用濃度90%的過氧化氫加上柴油混和的高濃度燃料,雖然過氧化氫具有高能量密度的特性,使魚雷擁有良好的射程與航速,然而過氧化氫也有不穩定、容易火災爆炸而難以安全儲存的問題。而OTTO燃料混合了鈍化劑(安定劑),能將高 能量的氧化劑與還原劑安全地混合並儲存在同一個燃料槽中,此外也不需要壓力管路,有效增加了安全性、減輕魚雷重量,並簡化了魚雷燃料供應/儲存以及發動機燃燒室的設計 ,在魚雷發展史上是一大突破。OTTO II燃料由美國海軍軍械局(BuOrd)擔任魚雷部門顧問的奧圖.萊特林格(Otto W. Reitlinger)博士所發明(OTTO燃料的名稱就是取自奧圖博士),在1950年代末期問世,在1960年代進行測試,並開始展現良好的性能;美國海軍武器局(BuWep,在1959年時由海軍航空局(BuAer)與軍械局合併而成)在1963年決定讓新開發的MK-46以及MK-48魚雷使用OTTO II燃料,在1963年7月起進行全面測試,證實其不僅能量密度足夠,而且安全性遠優於過氧化氫類的燃料。於是在1964年2月,美國海軍決定發展中的新型魚雷使用OTTO II燃料,首先是MK-46 Mod.1,接著確定用於MK-48重型魚雷。美國海軍魚雷使用 OTTO II燃料以來,從未發生重大的魚雷推進系統災害事故。

OTTO II的主要成分有三種,包括作為工質(燃劑)的二硝酸酯丙二醇(propylene glycol dinitrate,約佔76&) ,以及作為氧化劑的硝化二苯胺(2-nitrdiphneylamine,約佔0.5%)與癸二酸二丁酯(dibyty sebacate、約佔23.5%),加上安定劑以及稀釋用混合添加劑,能量密度約為3.1MJ/kg。純就能量密度而言,OTTO II單組元燃料並非最出色的選擇;相較於美國海軍先前已經掌握的過氧化氫/煤油雙組元燃料系統,OTTO II單組元燃料的性能表現低30%。然而,OTTO II燃料在使用性與安全性的特點十分出色:首先OTTO II十分安全,不易燃燒、爆炸,且毒性與腐蝕性相對較低,對震動也不敏感,即使以子彈射擊也不會爆炸;由於安全性甚高,而且不用區分氧化劑與燃劑,因此便於運輸儲存,有效期限高達7至9年。由於OTTO II對魚雷燃料槽腐蝕性小,平時魚雷試射操作(將戰鬥部換成紀錄儀器)之後只需補充燃料就能頻繁重複使用(海水電池是一次性,航行一次就需整組更換;而過氧化氫腐蝕性較強,魚雷相關組件需更頻繁地維修更換),因此降低了每次使用魚雷的成本,不僅使作戰部隊能更充足地進行戰術戰技訓練,也提高了大批量魚雷試射工作的經濟可負擔性,而越頻繁的試射利於驗證魚雷性能、可靠度以及後續升級改良。此外,OTTO燃油已經是美國海軍用油,可有效節省後勤維持的經費。不過,OTTO II燃油燃燒後排出的廢氣等產物大部分不溶於水,因此魚雷航行時,發動機排氣會產生明顯的航跡,在水面上容易被目視發現,甚至可能因而暴露潛艦行蹤。

MK -46的第一種改良型為Mod1,於1967年4月投入服役,除了換用OTTO發動機外,四片尾舵也較Mod0有所改良。1971年推出的MK-46 Mod1 Phase2改良了導引系統,強化在淺水環境的運作能力以及反干擾能力,並且能攻擊水面的目標。可由反潛直昇機投射的MK-46 Mod2從1972年起服役,導引部的程式邏輯與自動導航儀均經過改良,重複攻擊目標的能力大幅提昇。隨後的MK-46 Mod3改良計畫遭到取消。而MK-46 Mod4則是搭配MK-60型膠囊水雷(Captor)的衍生型,長條狀的容器外罩內裝有一枚MK-46 Mod4,當水雷的音響感應器偵測到特定的音響噪訊(例如蘇聯潛艦)時,便施放魚雷加以攻擊。MK-60膠囊水雷是美國對抗蘇聯潛艦部隊的產物,投放於蘇 聯潛艦必經的航路,有效時間長達半年以上。美國海軍在1978至1980年總共訂購1810組MK-60,在1981年度進一步追加購買數量。

1979 年開始研發的MK-46 Mod5是近期改良計畫(Near-Term Improvement Program,NEARTIP)的產物,為此系列魚雷最終改良型,其聲納音鼓、導引裝置與動力系統 均全面更新,在細部設計上可視為全新的魚雷。MK-46 Mod5新增數位化尋標器,其訊號處理器能將敵艦真正訊號與海洋背景雜訊或敵方噪音誘餌產生的假訊號中分離開來,具有很強的抗干擾能力。MK-46 Mod5換用新型引信,即使以很小的角度命中目標亦能引爆彈頭;此外,導引系統中還新增一組陀螺儀,使魚雷在下潛時更容易控制。MK-46Mod5的推進 系統經過改良,具有兩種不同的速度模式,搜索時以低速前進以提升尋標器搜索以及訊號處理器的效能並節省燃料,搜索後再高速攻擊。因為較低的搜索速度,MK -46 Mod5的最大射程較早期的MK-46增加30~50%,在45節航速情況下射程約8000碼(7300m)。由於抗干擾能力大增,MK-46 Mod5的淺水域攻擊能力較以往進步甚多(一般而言,回波雜訊甚多的淺海近岸是魚雷的夢魘),在試射中曾經成功擊中浮航中的潛艦 。美國海軍在1970年代末期首先採購第一批570枚MK-46 Mod5,1984年開始服役,爾後因後繼的MK-50先進輕型魚雷研發進度落後,又在1983至1987會計年度增購4205枚;在1989年,MK-45 Mod5(A)開始服役。此外,日本三菱重工也 在1982年7月起以授權生產方式為海上自衛隊提供MK-46 Mod5。此外,美國也生產MK-46 Mod5的套件來改良早期型的MK-46。至於供MK-60膠囊水雷使用的Mk-46 Mod5版本則稱為MK-46 Mod6,1989年起服役。

在1992年MK-46魚雷生產線結束時,總共有23000枚魚雷出廠,效力於超過25個國家的海軍,甚至連中國都曾在1985年引進四枚並予以仿製 ,成為魚-7型。MK-46生產線關閉後,美國海軍選擇了現役1800枚MK-46系列魚雷進行延壽計畫(Service Life Extension Program,SLEP),對魚雷的目標搜獲與辨識能力予以提升,同時也因應美國海軍在後冷戰時代的新作戰環境,加強淺水域攻擊能力。

希臘一艘伊利級(Elli class,原荷蘭寇騰納爾級)巡防艦的MK-32 Mod9魚雷發射器,

發射口朝向側舷。

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)

側舷的MK-32 Mod9雙聯裝魚雷發射器。

MK-50先進輕型魚雷

發射出管的MK-50先進輕型魚雷。

在1970年代,美國情報單位發現蘇聯使用鈦合金製造的阿爾發(Alfa)核能攻擊潛艦,推測其擁有40節以上的高速並且潛航超過3000英尺,MK-46的航速 與潛深都不足以有效應付這類目標(註1)

在1974年,美國海軍開始發展接替MK-46的更新一代324mm輕型魚雷;在1979年3月,美國中央情報局(CIA)觀察蘇聯阿爾發級潛艦二號艦在巴倫支海的試航,首度證實此型潛艦在平靜海況下潛航速率超過40節,這項發現震撼美國海軍,並隨即把對付阿爾發級潛艦(西方估計航速40節以上、潛航深度約610~760m)作為當時最新的533mm潛射重型魚雷(即MK-48 ADCAP)以及324mm輕型魚雷的關鍵要求,大幅提高了對魚雷作業航速、深度的要求。經美國海軍評估之後,認為現有的MK-46的結構無法滿足這樣的高速、大潛深作業需求,因此美國海軍就開始發展全新的MK-50梭子魚(Barracuda)先進輕型魚雷(Advanced Light Weight Torpedo,ALWT),主承包商仍是漢緯公司 。

MK-50在1986至1989年進行作戰測試( Operational Testing,OT ),在1990展開作戰評估(Operational Evaluation,OPEVAL)並持續到1991年,作戰評估初期發現一些問題而使作業一度中斷,隨後在1992年繼續執行作戰測試評估(DOT&E)。在1992年OPEVAL第二階段(Phase 2)的年度測試報告指出MK-50能在部分條件下有效作業,並可以進入服役,但在某些作戰情況下仍仍不夠有效,需要持續改進。最初美國海軍打算以MK-50全面取代MK-46,成為新一代的艦載、直昇機用以及反潛火箭用輕型魚雷。不過由於MK-50魚雷實在過於昂貴,隨著冷戰結束,在1990年代只生產了1000枚便告停產。

與MK-46相較,MK-50無論在聲納尋標器搜索距離、速度、射程、潛深、威力與肅靜性都有大幅度的提高。MK-50使用新一代的雙迴路封閉循環蒸汽渦輪發動機 ,以鋰 金屬作為燃料,六氟化硫(sulfur hexafluoride,SF6)作為 氧化劑,而水則是熱交換工作介質;六氟化硫以加壓液態方式儲存在燃料槽中,金屬鋰澆注在鍋爐反應器(potbolier)內部,鍋爐外壁則環繞著水管作為熱交換器。運轉時,魚雷的熱電池先點燃火藥柱,將鍋爐內的六氟化硫加熱成為液態,液態六氟化硫則從儲存槽中釋放減壓成為氣體,以噴嘴注入鍋爐反應器裡;氣體六氟化硫與液態鋰在鍋爐中接觸並產生熱反應,鍋爐產生的高溫將四週水管壁內的水加熱成為過熱蒸汽並注入汽缸內, 累積壓力後推動一個渦輪,渦輪帶動帶動 噴射泵推進器推動魚雷前進。高溫蒸汽通過渦輪後,進入一個盤管冷凝器,經由魚雷殼體外的海水冷卻而冷凝回液態水,接著又送回鍋爐反應器四週的熱交換器展開下一個循環,稱為朗金循環(Rankine cycle) ;至於六氟化硫與鋰進行熱反應後,產物是無氟化鋰與硫化二鋰固體,向下沈積到鍋爐內金屬鋰液體底部。整個循環過程只有對周遭海水排放熱能,沒有排出任何固態/液態或氣態物質。由於此種推進系統以儲存在魚雷中的六氟化硫和鋰作為能源,因此稱為儲存化學能推進系統(Stored Chemical Energy Propulsion System,SCEPS)。 相較於MK-46的同軸反轉雙螺旋槳推進器,MK-50的噴射泵推進器更為安靜,空蝕也較小;然而,SCEPS的金屬鋰反應器是只能一次性使用,每次魚雷試射就必須更換整個反應器段,平時操作(訓練或魚雷測試)的成本過高。

開放式循環發動機需要向水中排氣,為了對抗水壓, 發動機也必須提高工作壓力,導致油耗增加,射程會隨著作業深度增大而逐漸減少;而封閉循環發動機不需要對外排氣,不會發生這種問題,也不會因為排入水中的氣泡而產生尾跡。此外,MK-50的封閉循環渦輪的噪音音量較低、頻率較高(高頻聲波在海水中傳遞距離相對較短),比MK-46的斜盤式活塞發動機更為安靜。不過 ,相較於開放循環發動機,封閉循環發動機的結構十分複雜,成本也非常昂貴。不像MK-46魚雷每次試射後只需要重新裝填OTTO II燃料,MK-50每次航行之後都需要更換金屬鋰反應器,使得每次射擊使用的成本更高,約53000美元(MK-46僅12000美元),限制了平時實彈射擊的次數。此外,鋰 -六氟化硫平時儲存的安全性以及時效也遠不如OTTO II燃料(金屬鋰活性高,平時儲存的安全顧慮較大)。

MK-50口徑仍為324mm,長2.845m,全重340kg,航速超過40節,最大航速保密(據信高達55~60節),最大攻擊深度據說高達1250m。MK-50使用新開發的先進通用寬頻 聲納尋標器,並使用比MK-46 Mod5更高效、更靈敏的新型聲納換能器。MK-50的聲納尋標器具有一個高功率可程式化發射器,由52個皮爾茲聲納換能器單元(分成三層安裝)以及一組主動發射/被動被動接收開關陣列,透過控制每個換能器單元的相位來合成不同指向的波束;每個換能器單元都有一個工作頻道(共52個),使尋標器擁有較寬的操作波段。原本MK-46的聲納尋標器的換能器只有32個,MK-50提高換能器數量使等效孔徑較大,能形成更窄的高指向性聲納波束(雷松宣稱相較於MK-46提高33%),不僅鑑別度提高,在垂直方向也能減少來自海面或海底聲波反射的干擾,加強了識別低都卜勒效應目標以及誘餌的能力。為了改善魚雷流體性能、減低流體噪音對聲納尋標器的干擾,MK-50魚雷前部外型重新設計。

MK-50聲納尋標器藉由軟體控制的新型數位程式化波束產生器,可依據接戰的情況來選擇聲納波束的波形,具有頻率調變波形與連續波純音(pure-tone)波形能力;其中,連續波純音適合用於高都卜勒效應(高速)目標,而頻率調變波形則可提高對低都卜勒信號目標的距離分辨率;此外,也能根據戰術需求來設定不同的波束寬度。由於MK-50的尋標器以電子方式控制合成的波束相位(類似相位陣列雷達),因此探測反應速率更快、更容易鎖定目標。透過數位化、可程式化波束成形,MK-50的尋標器能同時產生62個各自獨立的指向性主動聲納波束,並能讓波束在水平與垂直方位進行轉動來搜索目標;而魚雷上的程式化雙頻接收器也可同時接收多波束,遂行大 範圍搜索。MK-50尋標器的信號振幅也以軟體控制,透過振幅遮蔽技術減少混響效應。MK-50能將真正的目標從海底、海面傳來的雜訊或假目標中分辨出來,自行導航追蹤距離可達2743m,是MK-46的兩倍。此外,MK-50使用光纖陀螺儀。

MK-50 的戰鬥部維持在與MK-46相當的45kg,不過由於採用聚能定向爆炸技術 (使用PBXN-7炸藥),故威力相當於300kg的傳統魚雷戰鬥部(TNT炸藥),足以貫穿蘇聯潛艦的雙層艇殼。

在1992年,美國海軍展開關於輕型魚雷魚雷的軟體升級計畫,分為兩個階段:首先是區塊升級第一階段(Block Upgrade I ,BU I),針對一些需要改進的顧慮進行小幅度升級;第二階段 (Block Upgrade II ,BU II)則進行更深層的改良,包括引進新的演算法(來自MK-48 ADCAP潛射中型魚雷的導引系統)。其中,MK-50只接受了BU I升級,而BU II則納入之後的展開的輕型混合魚雷(Lightweight Hybrid Torpedo ,LHT,後來的MK-54)。MK-50 BU I在獨立的作戰測試作業(OT)中,發現MK-50在某些想定情況下能有效作戰,可以進入服役,但在若干較為複雜不利的作戰環境下不夠有效,甚至有些主要缺陷。隨後MK-50的作戰測試3A階段(OT-IIIA)仍沒有解決MK-50的所有瑕疵;這些尚未解決的問題原本排定在作戰測試3B階段(OT-IIIB)加以處理,然而由於美國海軍取消了MK-50的後續發展(此時已經轉而發展較為廉價的LHT魚雷),最後並沒有針對這些項目以及情境進行測試,這使得MK-50若干項目的服役有效性始終沒有得到驗證。

美國海軍指出,由於MK-50的戰術部署文件並未完全發展成熟,對美國海軍所有射控系統的交互相容也不夠完整(只適用於較先進的系統),可能使MK-50在某些情況下無法有效作戰。某些試射失敗是因為操作人員沒有正確設置預置參數或部署魚雷,因而被美國海軍歸類為「 no-tests」,然而這背後可能顯示若干適用性問題。例如,某些MK-50的「 no-tests」案例中,是因為艦上魚雷射控系統有太多開關,某些設置開關的位置標示出現混淆;然而這也意味MK-50的訓練與戰術操作文件沒有適用當時美國海軍每一種艦載射控系統。而針對當時美國海軍各類艦載射控系統,MK-50的戰術操作文件也不夠統一,配合不同的魚雷射控與武器系統時,需要使用各自對應的戰術表。對於這類文件準則過於複雜的困擾,美國海軍標準作法是加強操作人員訓練,然而由於MK-50的 日常操作成本過於昂貴(每次操作總成本高達70000美元),導致美國海軍無法進行足夠的操作訓練。MK-50的作戰測試評估(DOT&E)報告中指出了這些問題,並建議改進美國海軍船艦與航空機的魚雷控制系統,使得魚雷操作人員在不同武器平台之間有固定的操作方式,此外也建議簡化技術文件;這份報告一部份建議在部分系統中獲得實踐,例如美國海軍航空機上的魚雷操作指引完成了改善。

直到1997年,美國海軍曾在模擬實戰環境下試射過MK-50,美國海軍水下作戰中心(Navy Undersea Warfare Center)也曾對MK-50進行性能評估。在1997財年的演習中,MK-50表現良好;然而到了此時,MK-50 BU I在某項關鍵性領域以及在某些可能戰術條件下對抗目標的能力還沒有完成測試,在此完成之前,MK-50在某些戰術情況下的可靠度仍然存疑。雖然有些部分存在不足或者尚未完全驗證,此時MK-50被認為是美國海軍最好(也可能是全世界最好)的空投魚雷,只可惜由於價格過於高昂導致購置數量稀少。 

MK-54

由於MK-50的購置與操作維護成本過於昂貴,冷戰結束後美國海軍無法大量訂購。接下來,美國海軍開始發展輕量化混合魚雷(Lightweight Hybrid Torpedo,LHT),結合MK-46的戰鬥部、推進系統以及MK-50前部聲納尋標器、導引系統,推出一種成本比較合理的先進輕型魚雷。美國海軍水下作戰中心(Naval Undersea Warfare Center ,NUWC)在1993年開始展開一項概念驗證計畫,稱為「控制及音響技術載具」,直接將MK-46的後部與MK-50的前部結合成新的魚雷,在9個月內就成功進行水下測試,證實MK-46魚雷的推進與航行控制系統能有效配合MK-50較大型的前部聲納尋標器,維持良好的機動性能。隨後LHT獲得MK-54的正式型號主承包商是 休斯(Hughes)的海軍與海事整合系統(Naval & Maritime Integrated Systems,N&MIS,前身就是漢緯),後來轉賣給雷松(Raytheon),而美國海軍水下武器計畫辦公室(Undersea Weapons program office )與海軍水下作戰中心(NUWC)也參與了研製工作。

MK-54的設計工作始於1999年7月,同年11月通過關鍵設計審查 ,2002年進行技術評估與測試,並在2003年2月完成。在2003年4月,美國海軍頒佈一紙2510萬美元的合約給雷松,訂購首批24枚初期低速生產的MK-54魚雷。原本MK-54預定於2003財年服役,不過由於部分作戰測評項目沒有如期進行,包括原先預定作為測試平台的海豚號(USS Dolphin AGSS-555)測試潛艦在2002年5月發生漏水意外而停役整修等;因此,MK-54從2003年4月至2004年5月繼續進行延伸作戰測試評估,直到2004財年才形成初始作戰能力(IOC)並進入美國海軍服役,最早的服役型號為MK-54 Mod.0。在2004年6月,美國海軍與雷松簽署第二批51枚MK-54的生產合約,這是MK-54進入全速量產的分年合約的第一批。在2004年10月 ,MK-54進入全速量產;以MK-54作為戰鬥部的垂直發射反潛火箭(VLA)型號為RUM-139C。粗估一枚MK-54魚雷的生產單價約100萬美元以上。

相較於對付大潛航深度、高速率的MK-50,MK-54一大發展重點是強化近岸淺海環境下的操作能力;這是因為冷戰結束後美國海軍認為未來的主要作業環境是衝突區域的近海,而在地形背景雜波干擾嚴重的近海環境下,鎖定一艘安靜而低速、聲納回波都卜勒效應弱的敵方柴電潛艦(低速潛行、靜止中懸或座底),是非常嚴峻的技術挑戰。當時美國海軍評估認為MK-46 Mod.5在淺水之類水聲環境惡劣的環境下,很難有效探測到極低速或坐底靜止的敵方潛艦;而如果敵方再施予干擾反制措施,MK-46 Mod.5將無法在這種情況下有效作戰。

MK-54結合MK-50先進能力魚雷的數位寬頻聲納尋標系統、傳輸器以及MK-46魚雷的戰鬥部和推進系統,並引進商規計算機硬體組件如接收器、聲納信號處理器以及戰術資料處理器,採用開放式系統架構,在日後可輕易透過插入新技術與組件來升級。MK-54納入MK-48 ADCAP魚雷的技術(主要對應1990年代MK-48 Mod.6的導引控制(Guideance and Control,C&C)升級項目),包括其完善而可靠的戰術軟體以及在淺水環境探測的演算法、提高對低都卜勒(Low Doppler)效應目標的探測能力,可對付在淺水區、靠近水面、有大量背景雜音干擾的情況下,有效過濾誘餌,鎖定低都卜勒效應的敵方柴電潛艦(例如低速潛行、靜止中懸或座底);透過這些後端計算處理的升級,MK-54更好地發揮了原本MK-50先進數位尋標器的性能潛力,有效提高了淺水域作戰能力。MK-54也引進MK-48 ADCAP的燃料節流筏,具更有比先前MK-46更寬廣的速度控制範圍,能在更低的速度下搜尋目標,提高聲納尋標器運作的效率。相較於MK-50將信號與戰術處理器設置在魚雷中央,MK-54將其設置在彈體前部、聲納尋標器組件後方。

MK-54的導引與控制處理系統發展自MK-48 ADCAP;由於開發較晚,MK-54得以使用比MK-48 ADCAP更進步的計算機組件,使得運算能力增加1.8倍。更重要的是,MK-54是美國海軍第一種引進開放式架構(Open Architecture,OA)的魚雷,不僅電子組件(處理器、記憶體等)使用商規現成產品,整個電路板卡、匯流排等模組、架構層面也都直接使用與民間主流的商業規格,能有效降低開發與購置這些電子組件的成本。1990年代上半美國海軍研製的MK-48 Mod6 ADCAP MODS重型魚雷雖然引進商規電子組件來取代原本導引控制系統的軍規組件,但是電路機卡仍照美國海軍特有規格(6 x 9吋)製造,資料匯流排也繼續沿用先前MK-48 ADCAP專屬架構,使得承包商仍得依照這些美軍特有規格產製組件,無法充分發揮降低成本的優勢。

MK-54導引控制處理器架構由休斯海軍與海事整合系統研發,採用商規VME64匯流排,主機板卡使用6U VME規格,控制核心是IBM與Motorola開發的PowerPC 603E精簡指令集(RISC)處理器,這是1990年代初期為筆記型電腦、嵌入式電腦等應用而開發的低功耗處理器。主機板上有七個機卡插槽,安裝三張安裝Mizer開發的聲納信號處理 單板電腦、一張戰術資料處理卡、一張專用通信處理卡、一張固態記錄卡(擁有170MB的快閃記憶體,並可擴充至700MB),另外預留一個插槽作為日後擴充升級之用。三張聲納信號處理 單板電腦總共有24個德州儀器(Texas Instruments,TI)的320C40數位信號處理器(Digital Signal Processor,DSP),總運算能量為每秒12億次浮點運算(Floating-point operations per second,FLOPS)。由於MK-54直徑(324mm)比MK-48 ADCAP(533mm)低,因此介面卡從原本的垂直排列改為水平排列。

在2001財年,美國海軍啟動通用魚雷開發載具(Common Torpedo Development Vehicle,COT-DV)項目,為MK-48 Mod6潛射重型魚雷 換裝與MK-54魚雷相同的開放式架構導引系統(包括6U EMV機板、VME 64資料匯流排、PowerPC處理器等),使得美國海軍的輕型與重型魚雷的計算機、導引組件實現統一。

MK-54的高爆戰鬥部含重96.8磅(43.9kg)的PBXN-103炸藥,威力相當於238磅的TNT炸藥,引信具有感應近發與撞擊模式。MK-54沿用MK-46的五汽缸熱力發動機與同軸反轉螺旋槳推進器(而不是MK-50的噴泵),最大航速約40節以上,最大射程約12000碼(10972m)。MK-54魚雷的標準艦射版全長106.9吋(2.72m),重608磅(275.78kg),而空射版則由於加裝降落傘等裝置而使長度增加;由旋翼機搭載的MK-54長110吋(2.79m),重630磅(285.76kg);而固定翼機搭載的版本長113.2吋(2.875m),重645磅(292.57kg)。P-8A海神(Poseidon)反潛機由於投雷高度較高,搭載的MK-54魚雷加裝高空反潛作戰武器能力(High-Altitude Anti-Submarine Warfare Weapons Capability,HAAWWC)套件,主要是一個結合GPS導航系統的可控降落傘。美國海軍配合數位化的MK-54的艦載魚雷射控系統,也提供了比以往更多的功能。

以往美國海軍的魚雷射控系統可以提供類比式設置,包括定向搜索(預置陀螺儀角度、搜索深度參數),定距音障,中長距離、坐底目標型態、潛望鏡深度型態、固定距離圓週音障等。魚雷搜索模式可設置左右曲折或圓週搜索。而配合MK-54數位化系統而增加的新模式中,能提供更複雜的魚雷定向設置(例如每次搜索時陀螺儀指向增加一度、自航距離增加1英尺)、音障參數設置(包括音障包絡外型、橫向接戰距離等)等,而且每項參數都可獨立設置。其他射控系統在改良時增加的模式包括:更多的聲音速率描述參數(使魚雷尋標器根據周遭環境調整適合的聲納操作模式)、周遭水文狀態參數(這會影響聲波在水下的傳遞)、目標動態參數(距離、方位、速率、航向等,據此選擇最適合的攻擊模式)、海水深度與海底地質(魚雷聲納有可能接收到來自海底的反射波)。

雷松表示,MK-54的程式控制尋標器應付淺水域複雜反射與背景干擾、對低都卜勒慢速目標重新鎖定並反覆攻擊、淺水域對抗敵方反制措施、聲納快照掃描等性能,都顯著高於MK-46。美國海軍認為MK-54的多重窄波束聲納尋標器、數位化處理技術等,已經有效解決先前同級武器(如MK-46 Mod.5)在淺水域環境作戰的性能不足;雖然MK-54沒有沿用MK-50的定向爆破戰鬥部,但由於導引控制系統性能良好,足以用垂直角度擊中目標。

在2010年3月,美國第五艦隊發佈一項緊急作戰需求聲明(Urgent Operational Need Statement,UONS),要求提高MK-54對付柴電潛艦的能力。為此,美國海軍對MK-54實施軟體區塊升級(Block Upgrade,BU),從2011年8月開始測試,然而被作戰測評單位批評,認為用來擔任威脅目標的潛艦不符合實際威脅狀況。依照2014財年的作戰測評(DOT&E)報告記載,MK-54(BU)被認為在具有挑戰性或實際作戰環境下,性能表現無法滿足需求門檻,並仍然存在許多2004年達成IOC時就觀察到的故障;此外,報告也提到MK-54(BU)與部分平台的交互操作性有瑕疵。不過,一部份測試問題是因為測試場景的限制(例如無法使用真正有人操控的實際潛艦當標靶)所導致。

直到2013年為止,美國生產的所有MK-54都使用先前為MK-50魚雷產製的聲納尋標器等組件。直到2013年7月,美國海軍才撥款向諾格集團訂購一批新造的尋標器組件給MK-54;新生產的尋標器構型仍與原本相同,但趁機汰換一些過於老舊或停產的組件。

美國海軍從2007年開始發展升級的MK-54 Mod.1。MK-54 Mod1納入LWT套件,包括一個新的包含112個換能器單元的聲納陣列收發組件、新的處理器組總成(Processor Group Assembly,PGA)、第二代模組化紀錄與運動控制系統(Modular Recording and Exercise Control System Second generation,MRECS2)以及相關的介面接線等,全面提升的尋標器、導引與信號處理的能力。此一升級套件是SBIR Phase III框架之下,智慧財產權屬於Progeny Systems Corporation, of Manassas, VA(隨後該公司成為一個合格的供應商)。MK-54的科技更新以及測試驗證工作由賓系法尼亞州立大學的先進研究實驗室(Advanced Research Laboratory, Pennsylvania State University,ARL PSU)負責,而諾格集團(Northrop Grumman)則負責供應新的聲納接收器。MK-54 Mod.1從2014年9月到2016年5月排定進行80次試射,分成深水、淺水域等六種不同情況。在2016年2月的試射中,原訂進行10次試射,但發射6枚後因為有兩枚失蹤且無法找回,使得試射工作一度暫停,直到同年10月才恢復。MK-54 Mod1在2018財年展開作戰測試評估,在2023財年達成初始作戰能力(IOC);而MK-54 Mod0的組件生產作業則在2020財年停止。

 

雷松公司開發的「魚鷹」遠程滑翔/導引套件,搭配MK-54型魚雷使用。

此外,美國還把先前用在改良傳統無導引炸彈的遠程滑翔/導引套件用在空射魚雷上,能讓反潛機在更高的空中 (約35000英尺,相當於10668公尺)、距潛艦更遠的距離就投擲魚雷展開攻擊。例如,洛馬推出了名為「遠程攻擊」 (Long Shot)的套件,整套加裝在魚雷上的套件包括滑翔翼、自動駕駛系統、 與搭載機派龍架連接的數據傳輸口、GPS導引系統等。當反潛機將GPS定位資料傳輸至「遠程攻擊」套件並完成導航資料初始化,就能進行投擲。洛馬 在2006年6月13日首度公開「遠程攻擊」套件,並在次年完成「遠程攻擊」套件加掛MK-54魚雷在6000m高空投擲的測試 。此外,雷松也為MK-54魚雷推出了「魚鷹」(Fish Hawk)套件,整合有一組側翼、一套整合有GPS與慣性導航系統的精確導引系統以及一套控制組件。 在2008年3月21日,魚鷹系統在靠近墨西哥灣的埃格林空軍基地完成第一次性能展示;在展示中,一架作戰飛機在15000英尺(約4572m)的高度投擲一枚加掛魚鷹套件的假魚雷, 魚鷹的側翼在發射後迅速展開,在空中滑翔了大約10海浬,成功落入預定的攻擊區域。

這類空載導引滑翔系統不僅擴大了機載魚雷的攻擊半徑,更是因應對即將實用化的潛艦用 防空飛彈系統的一種積極措施;以往反潛機投擲魚雷前必須從30000英尺(約9100m)的巡航高度大幅降低(需降至離水300~1000英尺,約90~300m)與速度,接近潛艦之後才能投擲魚雷 ,不僅浪費反潛機更多時間與燃料、劇烈的下降與爬升加重機體結構損耗,未來潛射防空飛彈日漸普及時,也更容易遭受反擊;有了遠程滑翔導引 套件後,反潛機能在更高、更快速的情況下投雷,並且在潛艦防空飛彈的有效射程之外展開攻擊,大幅提昇反潛機的存活率。 此外,反潛機也得以省略過去投擲普通魚雷時必須的俯衝動作,可有效降低機體結構的損耗以及燃油消耗,進而延長每次值勤的任務半徑以及機體壽命。

在2015年10月底,消息傳出美國海軍希望開發新的輕型與重 型魚雷,採用模組化設計,能依照不同任務需求更換不頭籌載(隨插即用)。美國海軍現役輕型魚雷(如MK-46、MK-50、MK-54)的新雷生產作業已 經在2000年代上半以前停止,後續的改良升級都是針對已經生產的魚雷(更換套件)。此時美國海軍正規劃多種可能方案,不過仍不確定美國國會同意撥款支 持。

 

 

MK-32魚雷發射器

MK-32水面艦艇魚雷發射管(Surface Vessel Torpedo Tubes,SVTT)從1950年代後期開始就是美國海軍艦艇的標準魚雷發射裝置,用來發射口徑324mm的艦載魚雷,包括MK-44、MK-46、 MK-50(MK-32 Mod 17、18可裝填)、MK-54魚雷等;此外,MK-32也有一些用來發射歐製324mm魚雷的版本(例如使用MU-90魚雷的MK-32 Mod 14)。MK-32的發射管具備儲存魚雷和發射的功能,除了裝填作業需由人工進行之外,發射器轉向與擊發等都由艦上反潛射控系統遙控,而大部分的MK- 32次型(只有Mod 15例外)設置了能由人員在魚雷管直接操作發射的介面。進行裝填時,需在魚雷管後方架設導軌,由人工將魚雷送入發射管,發射時以電子擊發的壓縮空氣裝置將 魚雷射出;發射前需先將魚雷管前方的保護艙蓋打開(否則安全裝置會阻止後續的發射程序),而氣體壓縮裝置的氣鼓需充氣至1500psi。

MK-32最常見的構型是三聯裝發射器,分為兩層,下層兩個發射管,上層一個,設置在一個旋轉基座上,發射時將魚雷管朝舷外轉向對準目標(最大角度為90 度),通常船艦左、右兩舷甲板各裝一座;三聯裝MK-32發射器如果沒有轉向舷外,安全裝置會自動阻止發射程序進行。一般而言,一座裝填了魚雷的MK- 32三聯裝發射器重量約2230磅(1010kg)。除了這種構型之外,MK-32 Mod9是雙聯裝固定版本,安裝於艦體艙室內,只有發射管穿過艙壁的開口朝外。相較於一般設置在露天甲板的三聯裝MK-32旋轉發射器,設置於艙內的MK -32 Mod9無論保養與裝填作業都在室內進行,免於受到惡劣天候、甲板上浪的影響,對於艦上人員的安全較有保障;雖然MK-32 Mod9發射管不能水平迴旋指向目標,但船艦可在發射前進行必要轉向機動,使魚雷管獲得較佳的射擊角度,因此實際作業影響不大。

MK-32歷年來總共有多種不同的次型(Mod),許多是由較早型號直接改良部分機構而來:

Mod 0:最早生產的三聯裝版本,發射管為全玻璃纖維製造。

Mod 2:Mod 0的改良版,發射管改由鋼管結構加上玻璃纖維內襯構成,取代Mod0的全玻璃纖維構造,同時增加新的迴旋機構與安全裝置。

Mod 5~8:包含由Mod0/2改裝或新造的發射器,主要差別在於配合不同的發射控制系統:Mod 5、6配合MK-102、MK-105或MK-111反潛射控系統,Mod 7、9配合MK-114或MK-116反潛射控系統。MK-32 Mod 5~8使用的控制介面是MK-264或MK-309武器控制面板。

Mod 9:採用雙聯裝固定式發射器,設置於艦體艙室內,使用的艦艇包括美國諾克斯級(Knox class)巡防艦、加拿大哈利法克斯級(Halifax class)巡防艦、荷蘭七省級(De Zeven Provicien Class)飛彈巡防艦、西班牙艾爾瓦洛.迪.巴贊級飛彈巡防艦Alvaro de Bazan class)等。控制介面是MK-264或MK-309武器控制面板。

Mod14:採用旋轉基座,但取消上層的第三個發射管,只有兩個橫列的發射管。丹麥阿布沙龍級(Absalon class)多功能支援艦使用MK-32 Mod 14,並進行修改來搭載歐洲開發的MU-90魚雷。

Mod 15:類似Mod7,但是取消由人員直接控制發射的模式,完全由反潛射控系統遙控,具備顯示魚雷已經發射的信號面板,以及可遙控開啟、加熱的魚雷管蓋口。用於史普魯恩斯級(Spruance class)驅逐艦上,配合MK-116反潛射控系統與MK-329/331武器控制面板。

Mod 16:原訂配備於航空母艦和兩棲艦艇的構型,但研議後放棄(美國海軍不在航空母艦與兩棲艦艇上配置艦載魚雷)

Mod 17:Mod5的改良版,增加發射MK-50先進輕型魚雷的能力,用於派里級(Perry class)飛彈巡防艦。

Mod 18:是Mod 7的改良版,增加發射MK-50先進輕型魚雷的能力,用於維吉尼亞級(Virginia class)核子動力飛彈巡洋艦上。

 從1970年開始,所有MK-32 Mod5~9發射器都加上顯示發射管內裝填的魚雷種類的能力,使人員不需進行目視檢查就能確認管內裝填的雷種。在1971年,MK-32 Mod 5~9將一項針對下層發射管的保護設定暫時刪除,因為這個保護設定會導致從下層發射管射出的MK-46魚雷入水後直接追蹤發射艦的興波聲響,導致魚雷回過頭來瞄準發射艦。

加拿大哈利法克斯級巡防艦使用的MK-32 Mod9固定式雙聯裝魚雷發射器,發射管開口伸出舷外。

丹麥阿布沙龍級多功能支援艦的MK-32 Mod14魚雷發射器,採用雙聯裝構型,具有迴轉基座,

使用的魚雷改成歐洲的MU-90。


 

註1:其實 當年西方世界過份高估阿爾發級的性能以及造成的實質威脅。阿爾發級的設計理念是作為一種「水下高速攔截機」,主要任務是在敵方水面/水下威脅迫近本土時, 迅速從港內啟航,以對方難以攔截的高速接敵,攻擊之後立刻返航。因此阿爾發級首重減輕重量,因此選擇較小的艦體、輕質高強度的鈦合金外殼以及功率/重量比 高的液態鉛-鉍合金冷卻反應器,而不是側重潛深能力與海上持續作業能力。當時西方國家估計阿爾發級不僅能飆到40節以上,也有下潛至3000英尺(約 900m)的能耐,因此美國發展MK-48 ADCAP、MK-50等新型魚雷時便要求能攻擊大潛深的目標。實際上,阿爾發級的最大實用潛航深度也不過是350m左右;更重要的是,阿爾發級的鉛-鉍 冷卻反應器不僅可靠度差,而且 熱交換迴路的液態鉛-鉍合金必須隨時保持高溫以免凝固,衍生出許多平時操作或維護上的麻煩,而為了減輕艦體重量又大幅減少反應器的屏蔽措施。因此,阿爾發 級進入蘇聯海軍服役後由於過於昂貴且問題叢生,只建造了區區六艘,服役期間出勤率不高,而且不受蘇聯潛艦部隊的歡迎。而美國反倒由於阿爾發級的潛在威脅, 從而徹底提升了反潛魚雷的性能。前蘇聯海軍真正具有潛深1000m能耐的,只有1983年建造完成的麥克級(Mike)核能攻擊潛艦,同樣使用鈦製艦殼, 該艦的航速只有30節。麥克級只有建造一艘原型艦, 其機械可靠度也不理想,於1989年在巴倫茲海發生反應器失火事故而沈沒。