神盾作戰系統研發測試與服役支持 

安裝了神盾系統原型的諾頓灣號飛彈實驗艦,注意艦橋頂裝置SPY-1相位陣列雷達塔與SPG-62照射沏,

艦尾有用來發射標準SM-2防空飛彈 的MK-26雙臂發射器。

(上與下)安裝神盾系統原型的諾頓灣號飛彈實驗艦。艦首裝備MK-41垂直發射器的預量產模型一號

(Pre-Production Model One)。

停在李頓.英格斯船廠的諾頓灣號飛彈實驗艦,後方是愛荷華號(USS Iowa BB-61)戰鬥艦。此照片攝於1983年6月7日

(上與下)位於新澤西的戰鬥系統工程發展處(CSEDS),從神盾系統工程發展階段就負責測試工作,

其雷達與系統配置都比照真實的神盾艦艇。神盾艦艇服役後,CSEDS也繼續支援神盾系統歷年逐步

升級的測試開發工作,例如這兩照片中CSEDS已經換成柏克級驅逐艦使用的AN/SPY-1D相位陣列雷達,

桅杆頂部還加裝了AN/SPQ-9B X波段追蹤雷達。

用於訓練2015年起部署的陸基神盾系統(Aegis Ashore)的訓練設施(Aegis Ashore Team Trainer,AATT),

相當於神盾Baseline 9與BMD 5.0的水平,人員使用三平面顯示器工作站。

操演中的美國海軍與日本海上自衛隊編隊,右為美國海軍提康德羅加級神盾巡洋艦西洛號

USS Shiloh CG-67),左為日本海自金剛級神盾驅逐艦鳥海號(DDG-176)。作為與美國軍事關係最

緊密的同盟, 日本是第一個獲得美國出口神盾作戰系統的國家。

西班牙F100神盾巡防艦艾爾瓦洛.迪巴贊號(Alvaro de Bazan F101)與美國柏克級飛彈驅逐艦

湯瑪斯.哈德尼爾號(USS Thomas Hudner DDG-116,右)並排停靠。F100是六千餘噸級的神盾巡防艦,

而柏克級是超過9000噸級的神盾驅逐艦。相較於柏克級,F100透過導波管曲折技術,將AN/SPY-1D

相位陣列雷達安裝在上層建築更高位置(雷達發射機位於低一層的甲板),可增加對水平線探測距離,

代價則是增加了重心高度與上層結構受風面積,多少影響了穩定性。

 

 

(1) (2)  (3)  (4) (5)    (6)  (7)  (8)

 

記取先前颱風系統因為在技術指標上過於急而導致失敗的教訓,神盾計畫主管梅耶(Wyne E Meyer)與他領導的小組採取言引慎重的態度來 進行神盾系統的開發,梅耶稱此種概念為「少量建造、少量測試、大量學習」(Build a Little,Test a Little,Learn a Lot),透過各種原型系統的詳盡測試來降低可能的技術風險,並堅持「Top-down design,Button-up testing」原則,寧可降低系統設計的先進性,也要透過嚴格的測試來確保系統的可靠性。

設置在RCA公司位於摩爾斯頓陸基雷達測試站(LBTS)的神盾系統

一號工程發展原型(EMD-1),包含一面相位陣列雷達與一部照射雷達。 

在1969年,美軍與RCA簽署SPY-1雷達的發展合約。神盾系統的設計工作在1972年4月完成。第一套神盾武器系統(AWS)的工程發展原型一號(EMD-1,主要為SPY-1相位陣列雷達)在1973年初安裝於RCA位於新澤西州摩爾斯頓(Moorestown)的陸基雷達測試站(Land Based Test Site,LBTS),4月首度成功地追蹤目標,並持續測試到同年10月。完成地面測試後,EMD-1於1973年12月拆 解,由一架C-5A運輸機運至美國西岸並安裝在諾頓灣號(USS Norton Sound AVM-1)飛彈實驗艦上 ,展開為期五年的海上測試。在1974年5月的測試中,諾頓灣號上的EMD-1雷達原型達成自動搜獲/同時追蹤20個目標的要求。 依照1974財年的幣值,神盾系統EMD-1的SPY-1相位陣列雷達天線價格860萬美元,當時天線陣列使用的第一代鐵氧體相移器(Generation I Ferrite Phase Shifters)每個平均成本2000美元(1974財年幣值)。

神盾系統的工程發展原型二號(EMD-2)主要著眼於防空飛彈的射控,安裝在新墨西哥州白沙飛彈測試場(White Sands Missile Range)的美國海軍空中作戰中心武器分部(Naval Air Warfare Center (NAWC) Weapons Division)的陸地測試設施「沙漠之舟」(USS Desert Ship LLS-1),支援ASMS飛彈系統的研發測試工作(後來此合約成為標準SM-2)。

(上與下)CSEDS較早期的畫面。

CSEDS原址是美國空軍雷達測試場,巨型的球型雷達天線相當醒目。

在1976年5月,美國海軍決定將一個新澤西州摩爾斯頓(Moorestown)的原空軍雷達測試場 (在1959年建造,用來開發追蹤彈道飛彈的太空預警雷達,此時已經被廢棄)納入RCA在摩爾斯頓的雷達測試設施之一,並將之改建為神盾系統與配套雷達、武器裝備的測試站。美國海軍打算利用這座測試站來測試擁有完整神盾武器系統( AEGIS Weapons System,AWS)功能的神盾工程發展原型三號(EMD-3),包含一個AN/SPY-1A相位陣列雷達(單天線)、四個照明雷達(其中一個是配合神盾系統的僕役照明雷達)、兩個MK-26發射器模擬器等,而武器控制與雷達控制分別由一部AN/UYK-7主電腦負責。當時是海軍上校的主管偉恩.梅耶(Rear Admiral Wayne E. Meyer,後來官拜少將,被譽為「神盾之父」)帶領着兩位軍官及7名水兵,親手整理這個廢棄空軍雷達測試場

在1976年10月,美國海軍與美國無線電集團(Radio Cooperation of America,RCA)簽署建合約來改裝摩爾斯頓的原空軍雷達測試場。這個場站後來被命名為詹姆斯.H.道爾少將戰鬥系統工程發展處(Vice Admiral James H. Doyle Combat Systems Engineering Development Site,CSEDS,註),RCA在工程中拆除原本主體建築上的大型高爾夫球狀太空預警雷達天線,改建造一個高122英尺、比照神盾巡洋艦上層結構的建築, 設置一面AN/SPY-1相位陣列雷達天線 ;此外,這個仿神盾巡洋艦船樓的頂部設有桅杆,裝有一具SPS-49對空搜索雷達、一具SPS-55平面搜索雷達以及UPX-29敵我識別器天線,「艦橋」頂部還裝置兩座SPG-62照射器 ,建築物內也設置與神盾巡洋艦一模一樣的戰情中心(CIC),力求完全呈現神盾艦艇的主要防空偵測裝備。由於這棟建築物的造型以及電子設備布置方式完全比照真實艦艇的上層結構 ,整棟建築又置身於新澤西州的廣大玉米田之間,因此被戲稱為玉米田號巡洋艦(Cornfield Cruiser) ,美國海軍也稱之為蘭科卡斯號(USS Rancocas,新澤西州的河名)。

(註:與偉恩.梅耶類似,詹姆斯.H.道爾少將也對神盾系統項目做出了極大的貢獻,詹姆斯.H.道爾少將在1975年至1980年擔任美國海軍水面戰的副作戰部長(Deputy Chief of Naval Operations for Surface Warfare),主管海軍水面艦艇的發展與建造。道爾中將任內不僅大力推動發展配備神盾系統的提康德羅加級飛彈巡洋艦與柏克級飛彈驅逐艦,也參與並管理其他水面艦艇的相關開發計劃,參與過的項目包括神盾戰鬥系統、標準防空飛彈、航母戰鬥群防空作戰、燃氣渦輪推進系統等。)

CSEDS於1977年5月21日啟用,隨後安裝神盾系統的EMD-3,並在1978年完成與其他周邊系統的整合,在1978年3月30日首度進行目標測試 並獲得成功。CSEDS原本只有一面SPY-1陣列天線來涵蓋90度的方位,稍後又曾暫時加裝第二面SPY-1天線,提供180度空域的方位。在測試期間,CSEDS的神盾EMD-3C成功追蹤了附近交通繁忙的華盛頓-紐約航線上起降的所有班機,驗證了神盾系統處理大量目標的能力。此外,由於EMD-3階段的種種努力,神盾系統的上部重量(相位陣列雷達與照明雷達)得以減輕約20噸。

\

在2020年10月7日,第一套AN/SPY-6(V)1主動相位陣列雷達交付摩爾斯頓的
戰鬥系統工程發展展處(CSEDS)。

神盾系統正式量產進入服役後,CSEDS仍持續不斷地為神盾系統的後續發展提供支持;用來發展AN/SPY-1B/D雷達的神盾系統工程原型為EMD-4,1990年代用來開發AN/SPY-1D(V)的神盾系統工程發展原型為EMD-4B。日後CSEDS陸續擴充,成為神盾系統最大的研發測試中心,能模擬9個神盾巡洋艦及驅逐艦的戰情中心(CIC)的運作與功能,在擴建工程完工後則能同時模擬18個神盾系統戰情中心。在2020年10月7日,CSEDS 接收第一套AN/SPY-6(V)1主動相位陣列雷達(用於柏克Flight 3飛彈驅逐艦)。

安裝了神盾系統原型的諾頓灣號飛彈實驗艦,注意SPY-1相位陣列雷達塔。

同時,由RCA開發、具備完整功能的神盾系統工程發展原型在1976年安裝於諾頓灣號,艦尾還安裝了一座MK-26雙臂飛彈發射器用來測試神盾系統的對空接戰能力。由於此時標準SM-2尚未開發完成, 因此神盾系統原型在實驗初期以修改標準SM-1防空飛彈 進行發射實驗。在1977年4月,諾頓灣號的神盾系統原形完成首次多目標同時接戰測試,一次導引兩枚修改版標準SM-1飛彈擊落了兩架由護島神(Talos)改裝而來的BQM-34A靶機,而這兩枚飛彈是由同一具SPG-62照射器以分時方式進行終端照明。在隨後的測試中,諾頓灣號總共擊落了32架靶機,其中大部分是次音速的BQM-34A靶機,少數則是超音速的BQM-34E。32次靶機模擬中,7次為長距離攔截課目,16次為中距離攔截,9次為短程攔截,其中除了典型的中高度目標外,還有3次高高度俯衝課目以及2次低空掠海課目。這32次擊落中,修改後的SM-1包辦22架,其餘10架則是初期低速量產版的SM-2的戰果,而期間更在攔截高次音速目標的測試中創下發射17枚命中16枚的紀錄。除了靶機之外,這套神盾原型也成功以飛彈集中了一艘水面靶艦。在EMD-1進行海上測試時,地面測試站的EMD-3C也從1977年5月起展開一連串模擬交戰測試,包括一次持續88小時的長時間測試。總計SPY-1原型在海上與地面測試中達到了96%的可靠度,由於當時諾頓灣號的主要人員都是普通船員,並非專業的雷達/電子人員,因此這樣的優異表現令美國海軍當局印象深刻。由於神盾系統與SPY-1雷達擁有當時全世界最高的系統整合程度,不僅使性能表現完全合乎美國海軍的期望,也大大增加了系統的可靠度。

由於測試成果良好,美國海軍海軍海洋系統司令部(NAVSEA)遂於1977年啟動名為PMS-400神盾艦艇建造計畫,標準SM-2飛彈亦於1977 年開始量產。在1978年,美國海軍與RCA簽 簽署SPY-1雷達的量產 合約。在1980年初,AN/SPY-1在EC-135、EA-6B與ERA-3B等電戰機的配合下,通過了為期五天的電子戰測試,測試完成後AN/SPY-1隨即定型為AN/SPY-1A。

第一種配備神盾戰鬥系統的艦艇是提康德羅加級飛彈巡洋艦,首艘於1981年下水並於1983年成軍;該型艦使用的雷達系統為SPY-1A(稍後神盾Baseline 3改用SPY-1B)。在當時美國海軍的前進戰略中,航空母艦戰鬥群需要深入險境直擣黃龍,而擔任航艦戰鬥群防空任務的提康德羅加級正可提供極強大的防空能力。在提康德羅加級陸續服役的同時,神盾系統的改良也在進行,在27艘本級艦上,分別配備第一至第四基線(Baseline1~4)的神盾系統。提康德羅加級從第六艦碉堡山號(USS Bunker CG-52)起,以MK-41垂直發射器取代前五艦使用的MK-26雙臂飛彈發射器,大大地提高發射速度、飛彈裝載量,將神盾系統優秀的防空管制能力與對抗飽和攻擊能力發揮得淋漓盡致。

第二種裝備神盾系統的就是1990年代開始服役的柏克級飛彈驅逐艦。由於科技的進步,柏克級的神盾系統架構較為簡化,使用更先進的科技,不過由於照明雷達數目較少,部分作戰能量略遜於提康德羅加級。柏克級換裝SPY-1D相位陣列雷達系統,擁有更先進的科技,並且僅採用一具雷達發射機,使其重量、複雜度與成本低於SPY-1A/B;但即便如此,SPY-1D的造價比起SPY-1A/B還是便宜不到哪裡去。此外,柏克級的照明雷達減為三座(提康德羅加級為四座),飛彈裝載量也是提康德羅加級的3/4。柏克級系列使用的神盾系統版本涵蓋Baseline4以後的系列。

結合SPY-1相位陣列雷達的高品質空域監視能力和神盾系統同時處理/接戰大量目標的能力, 提康德羅加級艦為美國海軍航母戰鬥群帶來巨大的戰術效益。過去與航空母艦編隊的防空巡洋艦、驅逐艦不僅防空接戰數量有限,也很難應付雷達截面積小、速率高的蘇聯反艦飛彈,不足以單獨保衛航空母艦,因此航空母艦的戰鬥空中巡邏(CAP)必須部署在離航空母艦編隊比較近的地方提供掩護,F-14戰鬥機昂貴的AIM-54鳳凰長程空對空飛彈也必須用來攔截蘇聯發射的反艦飛彈,讓蘇聯轟炸機能夠安然返航並在往後繼續發動攻擊。但新問世的神盾巡洋艦就有足夠能力單獨為航空母艦戰鬥群中層與內層提供防空掩護,同時接戰許多個突破CAP的蘇聯超音速反艦飛彈或戰轟機。因此,由E-2C預警機與長程的F-14戰鬥機組成的CAP就能離開航母戰鬥群的中/內層,推進到距離航空母艦更遠的距離(約500海里),在蘇聯方面獲得足夠偵測資料並發起反艦飛彈攻勢之前,提前獵殺蘇聯 用來確認與標定美國航母的「探路機」(美國稱為Path finder,蘇聯空中反艦飛彈攻勢的典型戰術作為,通常由一架高速轟炸機擔任如Tu-22M)以及還沒有發射反艦飛彈的轟炸機,使得美國在與蘇聯的海上交鋒之中取得明顯優勢。 「探路機」是蘇聯整個海洋監視系統(Soviet Ocean Surveillance System,SOSS)與打擊體系的要角(通常是高速轟炸機,例如Tu-22逆火式),雖然SOSS透過岸基大型無線電信號定位裝置、偽裝成漁船的AGI情報船、遠程偵察機載長程雷達以及US-A (使用主動雷達)/US-P(使用被動截收)海洋監視衛星等手段,盡量在美國航空母艦防空預警範圍之外就有效標定美國航空母艦,但實際上還是需要派遣遠程偵察機實際飛入美國航空母艦戰鬥群進行目視確認以及持續定位,才能為各型反艦飛彈提供足夠的資料更新導引(這是因為美國海軍有完善而嚴格的電磁靜默作業以及優異的電子欺騙與掩蓋戰術,經常使蘇聯難以從雷達回波或截收的電磁信號判斷出真正的航空母艦的位置,只能依靠目視確認),因此只要能阻止或消滅「探路機」,蘇聯方面在缺乏美國航母精確位置的情況下,就難以發動真正有效的反艦飛彈攻擊。而在承平時期,配備神盾系統的艦艇也能代替戰鬥機對一個區域進行空中監控,這使得美國航艦戰鬥機的巡邏架次得以大幅降低,節省航空燃油達40%之鉅,後勤維修負荷也降低不少。

 

美國海軍神盾艦艇編隊,前三艘為提康德羅加級飛彈巡洋艦,後二艘為

柏克級飛彈驅逐艦。神盾艦艇是20世紀末到21世紀前期美國海軍最倚重的

水面艦隊骨幹。

提康德羅加級的長津號(USS Chosin CG-65)與伯克級Flight 2A飛彈驅逐艦

賈森.鄧漢號(USS Jason Dunham DDG-109)一同停靠德國基爾港參加2015艦隊

週活動。提康德羅加級的船型較為細長,伯克級飛彈驅逐艦則比較寬短。 

 

 

地面訓練/研發測試支援設施

為了支援神盾艦艇的人員培訓工作、體系性作戰訓練乃至於研發作業與作戰測評,美國海軍設置了一系列相當完整的地面神盾系統設施。這主要包括神盾訓練與準備中心(ATRC)與水面作戰系統中心(SCSC) ,都位於維吉尼亞州。

1.神盾訓練與準備中心(ATRC)

為了培訓神盾系統的操作人員,美國海軍在維吉尼亞級Dahlgren地區建造了神盾訓練與準備中心(Aegis Training & Readiness Center,ATRC),隸屬於Dahlgren地區的神盾教育中心(Aegis Education Center,AEC)。為了紀念曾任神盾系統研發計畫高階項目主管、被譽為「神盾之父」的偉恩,梅耶少將(Rear Admiral Wayne E. Meyer),ATRC也被稱為Meyer將軍神盾教育中心。ATRC於1984年啟用,1985年10月展開首批14名學員的訓練工作(該班於12月18日畢業)。ATRC的內容與訓練設施涵蓋神盾系統核心以及與之相關的所有防空、反艦、反潛、反彈道飛彈、對地打擊功能,並包含配套的通信/資料傳輸設施;所有在美國海軍操作神盾相關系統的人員,必須先在ATRC接受訓練並取得資格認證。ATRC第一座建築A棟於1984年落成,複製了提康德羅加級巡洋艦的系統,因此又稱為提康德羅加大樓;在1988年,ATRC的第二座建築B棟完成;在1990年,負責模擬柏克級飛彈驅逐艦的C棟完成,因而被稱為柏克大樓;在1999年,ATRC的D棟完成,被稱為G.A. Huchting大樓,以紀念曾任神盾計畫高階主管的G.A. Huchting少將。隨著神盾系統的日益改良演進,ATRC的訓練課程也會著重於現役不同版本神盾系統的差異。

2.SCSC水面作戰系統中心

(上與下)由於神盾系統是美國海軍最主要的水面艦艇作戰系統之一,因此

位於維吉尼亞東岸的Wallops島的水面作戰系統中心(SCSC)也建有數座完整

複製神盾作戰系統與相關艦載感測、通信、電戰、射控裝備的神盾實驗室,

能模擬美國海軍各種不同構型的神盾艦艇系統。

 

相較於以人員教育訓練為主的ATRC,美國海軍在維吉尼亞東岸的Wallops島的水面作戰系統中心(Surface Combat Systems Center,SCSC)裡則設有更為完整、包含所有相關偵測/通信傳輸/射控等實際硬體的神盾地面模擬設施,用來進行體系性模擬對抗以及新武器技術的系統整合、工程開發、 高度仿真的作戰測評等工作。SCSC的任務包括支援現役主要艦隊作戰裝備的全壽期研發測試支援、艦隊編隊與體系對抗訓練,以及作戰武器系統研發、整合與測試(包含神盾反彈道飛彈能力的開發工作),同時也負責新作戰裝備的各種研發與測試評估(RDT&E)等。

位於Wallops島上的SCSC設施能完整模擬美國在服役的各型主要水面作戰艦艇(包括航空母艦、兩棲艦艇、神盾巡洋艦與驅逐艦等)的作戰系統與機能,作戰系統與偵測、射控、電子戰、通信裝備,堪稱是一個功能相當完整的「陸上艦隊」 。至2000年代,SCSC共有五個配備完整神盾系統的仿神盾艦艇實驗室(至2010年代增為六個),模擬美國海軍現役各種不同型號與版本的神盾巡洋艦、驅逐艦,是全美國最大的岸基神盾設施群;此外,SCSC還有兩套用來模擬美國航空母艦與兩棲艦艇使用的SSDS Mk1/2自衛作戰系統的全套模擬設施等。 一般而言,SCSC常態性地擁有400多名來自美國軍方和民間的工作人員,包括約90名軍方人員、58名SCSC聘僱的民間雇員以及超過250名次系統承包商的人員),支援SCSC的工程研發、訓練、測試、艦隊對抗演練等各項工作。值得一提的是,美國國家太空總署(NASA)也在Wallops島設有測試設施,與SCSC共享測試空域。

SCSC的模擬設施都包含與真實艦艇相同的主要偵搜、射控作戰、電子戰與通信傳輸系統,包括AN/SPY-1A/B/D相位陣列雷達、AN/SPS-48E/49/49A長程對空搜索雷達AN/SPQ-9/9B近程追蹤雷達AN/SPS-55/67/73之類的平面搜索雷達 、AN/SPG-62照射器、TACAN直昇機導航設備、AN/SLQ-32電子戰系統、敵我識別器(IFF)以及美國海軍所有的數位通信資料鏈(包括Link 4A、Link 11與Link 16資料鏈、與LAMPS-III反潛直升機系統之間的聲納浮標資料鏈、聯合接戰接戰能力(CEC)的AN/USG-2終端、HF/VHF/UHF通信系統以及SATCOM WSC-3衛星通信終端等),並複製了真實艦艇的戰情中心。如此,SCSC的「虛擬船艦」能偵測、追蹤來自附近海面與空中的各型目標(由艦艇、岸上基地或靶勤機所發射)並以防空系統進行接戰,還能與附近海域與空中的美國軍機、艦隊實施完整的協同作戰演練,使得在陸地上的SCSC能模擬實際艦隊作戰中可能面臨的各種海空戰況,目前世界上還沒有任何陸基的海軍系統測試基地擁有如此優越的 戰場仿真條件以及完善的裝備能量。SCSC中心內部有統一的控制中心,能組織各型不同神盾與SSDS作戰系統之間的體系性測試、信息交流等作業,而SCSC各模擬設施也都有與外部美軍機艦實施通信傳輸與模擬聯合作業的能力。SCSC光靠內部的設施,就能模擬一個擁有一艘航空母艦(尼米茲級)、一艘兩棲船塢登陸艦和兩艘神盾巡洋艦/驅逐艦組成的編隊,在世界上任何一個角落、任何一種海空威脅環境下進行體系作戰。

 

(1) (2)  (3)  (4) (5)    (6)  (7)  (8)