MK-41垂直發射系統-再裝填技術
最初MK-41設計有內建的再裝填模組,將一組可折疊式起重機收容在垂直發射器裡,會佔用相當於
三個發射管的空間)。此種設計一直延續到伯克Flight 1/2驅逐艦。然而,實際經驗顯示這種再裝填
起重機很難在航行時的海象中進行作業;而如果在基地碼頭裝填,使用岸上的吊車就可以了。因此從
伯克Flight 2A開始,就取消了這種內建的再裝填模組,把這些空間用來容納飛彈發射管。此為一艘
伯克Flight 1的海上再裝填起重機。
在2023年12月1日,美國海軍海上作戰中心懷尼米港分部(NSWC PHD)的航行間補給測試場(Underway Replenishment
Test Site)展示該分部發展的TRAM海上垂直發射器裝填機構;照片中左邊第四位是美國海軍作戰部長(CNO)
莉薩.弗蘭凱蒂上將(Adm. Lisa Franchetti)。NSWC PHD發展TRAM有二十年左右歷史,但直到2010年代末中國
與俄羅斯威脅上升,海上重裝填VLS能力才獲得重視。TRAM2024年會進行海上展示
2024年7月11日,美國海軍遠征後勤支援團(NAVELSG)以及長津湖號(USS Chosin CG-65)巡洋艦的人員
在美國海軍水面作戰中心懷尼米港分部(NSWC PHD)進行TRAM的陸上驗證設施展示。TRAM包括一組設置
在垂直發射器旁的傳輸接收站,在航行間補給作業時與補給艦建立起纜線通道,利用梭車來傳輸飛彈容器。
飛彈容器傳輸到船艦上之後,由一組在固定軌道上移動的起重機負責將飛彈裝填到MK-41發射器內。
此一起重機以剛性夾具來完全固定飛彈容器,裝入MK-41的發射井時,不受船艦在海上搖晃運動影響,
在較高海象下也能進行作業。
(上與下)2024年7月11日在NSWC PH進行展示的TRAM。垂直發射器旁的接收站與補給艦的補給椼架
起纜線,由梭車將 飛彈容器橫向傳輸到船艦上。
(上與下)2024年10月11日,長津湖號(USS Chosin CG-65)飛彈巡洋艦與華盛頓.張柏斯號
(USNS Washington Chambers,T-AKE-11)乾貨彈藥補給艦在南卡羅來納州外海進
行首次TRAM設備的海上航行間裝填測試,由華盛頓.張柏斯號傳遞一個 垂直發射器容器到
長津湖號前部甲板上,並由TRAM設備接收、固定並裝入長津湖號的MK-41垂直發射器裡。
──by Captain Picard
再裝填系統(早期設計)
一艘提康德羅加級正以MK-41的內建再裝填模組進行海上裝填飛彈的作業。 由於以起重機懸吊 的方式將飛彈容器運至空彈位上方;過程中飛彈容器 因為海象與風力而自由搖晃, 不僅難以對準發射器彈位,作業速率緩慢 ,也對甲板人員造成相當的危險性,整體而言並不實用。 MK-41內建的再裝填模組,這套伸縮式起重機會佔用三個發射管的空間。
一艘停靠在碼頭的柏克級,艦上人員正在為MK-41垂直發射器裝填飛彈。 由於海上再裝填系統並不實用,柏克Flight 2A開始就取消了內建於MK-41 的再裝填機械臂,把空間用來容納飛彈。
為了在海上值勤時進行再裝填作業,1970年代末發展MK-41直發射系統額的時候時,也一併開發了海上再裝填模組, 被要求能在日間與夜間、五級海象下每小時裝填10個垂直發射管。這套再裝填模組最重要的組件,是一具由瑞典廠商設計製造的伸縮式液壓起重機,直接整合在MK-41的發射槽內,共佔用三個發射箱的空間 ;平時這具起重機收藏於發射器的艙蓋下,工作時才升上甲板上面並展開起重臂,能吊出飛彈射出後遺留的發射箱,並將新的發射箱放入發射器。再裝填起重機的手臂長8.15m,起吊高度7.62m,最大舉升重量約2ton;而結合了一個再裝填裝置與五個發射管的發射單元稱為MK-41 Mod3。所有的提康德羅加級飛彈巡洋艦與柏克Flight 1/2飛彈驅逐艦的前、後兩組MK-41垂直發射器之中,各裝有一個結合再裝填模組的MK-41 Mod3單元,總計佔用6個發射管的空間 。運作時,作戰艦體透過與補給艦之間的標準橫向補給系統(Standard Tensioned Replenishment Alongside Method,STREAM)將裝有飛彈的容器由補給艦傳輸到作戰艦艇上的滑動吊點板平放,然後以再裝填起重機將飛彈容器垂直立起並吊運到一個空的MK-41發射管上方,最後在甲板人員的輔助對準之下, 把飛彈容器垂直降入MK-41的空彈位裡。 實際的操作經驗顯示,這套海上再裝填系統仰賴甲板人工作業,只能在港內、船舶停止的情況下有效作業,但在海上航行途中、船艦因風浪搖晃的情況下就難以作業,無法達到原先預期要求的性能。在1992年,美國海軍在密蘇里州的米勒郡進行這種垂直發射海上再裝填技術評估, 測試結果認定這種起重機沒有足夠的力量吊裝戰斧巡航飛彈的容器,而標準SM-2防空飛彈的容器每小時也只能處理3個; 由於飛彈容器是由起重機由上方懸吊,非常容易受到艦體搖晃與風力等影響,三級海象造成的搖晃就會嚴重影響補給作業,很難對準發射器彈位, 而且對甲板操作人員危險性高。反觀1960年代美國海軍配合3T防空飛彈的彈艙所開發的高速自動穿梭傳送系統(Fast Automatic Shuttle Transfer,FAST),配合3T防空飛彈系統的自動化彈艙機構,理論上在六級海向下、日/夜間每小時能輸送與裝填24枚韃靼(Tartar)防空飛彈,其飛彈傳輸至作戰艦時可直接輸入彈艙,作業全自動化,不像MK-41的再裝填作業需由起重機立起飛彈,透過人工協助將飛彈箱放入發射槽。與其佔用六個彈位來裝置兩套實用性不高的裝填系統,還不如拿來多裝六枚戰斧飛彈。於是後來建造的柏克Flight2A飛彈驅逐艦遂把這兩組再裝填用起重機撤除,因此比先前的姊妹艦多出六個彈位。 在1991年波斯灣戰爭期間,美國海軍柏克級飛彈驅逐艦約翰.保羅.瓊斯號(USS John Paul Jones DDG-53)成為美國海軍第一艘在戰爭情況下,於前線進行戰斧飛彈再裝填作業的戰艦 ;但這是在停泊杜拜Mina Jebel Ali港口整補時完成的,而不是在海上航行時作業。
美國在1995年於懷尼米港補給測試站測試配合MK-41的新型海上補給與裝填 裝置原型。飛彈發射箱在補給艦上就被固定在途中懸吊的裝具上,並橫向 傳輸至作戰艦艇的補給點。
(上與下) 測試中的新型MK-41海上補給裝填裝置,三條縱向軌道跨過垂直 發射器,上面架設一個 縱向移動的滑車;滑車的機構固定著裝有飛彈容器 的夾具,能橫向移動飛彈容器 到空彈位,然後垂直揚起(下圖),將 飛彈容器向下填入彈位。飛彈容器在整個過程中 被固定住,不像原本由起 重機吊運一樣自由晃動,大幅增加裝填效率與安全性;可惜 由於優先度 不高,此系統的開發工作遭到擱置,直到2020年代才重新被重視。
事實上,美國海軍在1995年的確曾開發一種新的改進型垂直發射器海上裝填系統,能在五級海象下每小時傳輸/裝填15個飛彈發射箱。 這套系統不使用由上空懸掛飛彈發射箱的起重機,而改用架設在垂直發射器上方的軌道機械裝備;這套裝備的起重裝置有三條固定設置的縱向軌道 ,其中兩個在發射器區域的兩側,第三個橫跨發射器中間;一個滑車架在軌道上縱向移動,滑車本身的機構則能調整橫向移動,因此能透過水平與垂直移動將飛彈容器對準發射器的每一個彈位。飛彈容器被固定在一個裝具上,裝具以兩個鉗環來固定飛彈容器,整個裝具連同飛彈發射管則固定在軌道滑車的機構上,並能被垂直舉起。運作時,補給艦將飛彈容器固定在裝具上,然後橫向傳輸到作戰艦上,隨後裝具被固定在滑車機構上,滑車透過相應的水平與垂直移動將飛彈容器運至空彈位,然後旋轉機構將飛彈容器垂直豎起,並降入彈位中。 由於飛彈容器在裝填過程中被剛性固定,不像起重機懸吊時會自由晃動,因此能在較高的海況下有效進行補給作業。此種裝填系統需要六名來自補給艦的人員進行操作,這六名人員在補給艦與作戰艦艇建立橫向連結後,乘坐一個吊車由索具傳輸到作戰艦艇上。不過由於冷戰結束後,MK-41海上再裝填的能力不再被重視(後冷戰時代美國海軍購置飛彈的速度連艦隊中的垂直發射器都裝不滿,根本沒有海上再補給需求),因此這種新補給裝置的原型系統在懷尼米港補給測試站展開測試後就遭到擱置,直到2020年代才因為作戰需求關係而才再度重新啟動(見下文)。
2020年代重新研究海上在裝填垂直發射器能力 2010年代以來,隨著中國海上實力增強以及俄羅斯重振軍備,美國海軍又開始考慮重新建立在海上裝填垂直發射器的能力,使得作戰艦艇不需要花時間撤出戰區到基地進行整補。在2017年6月美國海軍作戰部長(Chief of Naval Operations,CNO)約翰.李查森( John Richardson)在美國海軍戰爭學院(U.S. Naval War College)論壇中提到,美國海軍正研究在海軍武力前進部署時,盡可能確保生存性並引進最新的技術革新,同時將會重建在航行途中重新補給垂直發射系統的能力。
2022年10月5日,美國海軍在聖地牙哥舉行海上垂直發射器裝填的概念展示 ,由軍事海運指揮部(MSC)的海岸支援船海洋勇氣號(MV Ocean Valor) 為史普魯恩斯號(USS Spruance DDG-111)飛彈驅逐艦的前部垂直發射器 裝填彈箱(此次展示並非實彈)。
海岸支援船海洋勇氣號(MV Ocean Valor)負責為美國海軍運送然油、 補給物資、人員以及彈藥,能利用後部型載運甲板以及起重機為船艦 裝填垂直發射器 在2022年底,美國海軍部長卡洛斯.狄.托羅(Carlos Del Toro)在紐約表示,美國海軍正在發展能在海上重新裝填船艦垂直發射器的能力,能顯著強化美國海軍艦隊的前線作戰能力。此時美國海軍作戰船艦只能停靠在基地碼頭重新裝填垂直發射器,以太平洋艦隊為例,這些基地在日本、關島、夏威夷與加州。考慮到未來可能與中國的高強度武力衝突,部署在西太平洋的艦隊可能在最初的一次兩次交戰就打光了艦上的飛彈,需要撤離前線回到基地再裝填。以中國的長程飛彈能力,美國海軍在日本、關島的基地可能已經遭到摧毀,或者這些船艦在返回這些西太平洋基地的路上會遭到猛烈攻擊;如果要回到較遠的夏威夷珍珠港(中太平洋),這些船艦就會退出戰鬥至少二星期,若要回到加州更會退出戰鬥至少三星期,這是不可接受的。 依照2019年哈德遜機構(Hudson Institute)防衛與概念科技中心(Center for Defense Concepts and Technology)資深軍事專家Tim Walton為戰略和預算評估中心(Center for Strategic and Budgetary Assessments)撰寫的研究報告,如果美國海軍部署2至3艘船艦,能在中/西太平洋海面為作戰船艦重新裝填垂直發射器,大幅縮短巡洋艦、驅逐艦重新裝填退出戰鬥的時間,就相當於使太平洋艦隊多出18艘可用的巡洋艦/驅逐艦。 美國海軍現狀是驅逐艦需要停靠基地碼頭固定好,岸上布置起重機與支持裝置,由岸上人員操作起重機吊起飛彈容器,然後裝入船艦的垂直發射器系統中。發展垂直發射器海上再裝填能力分為兩階段: 第一階段:將原本設在碼頭的再裝填起重機、支援裝備等基礎設施以及飛彈容器,移到一艘支援船上;作戰船艦傍靠支援船,然後進行再裝填。如此,再裝填作業可以在任何水夠深的碼頭進行,而不是限定在某幾個有特別設施、專門進行裝填作業的碼頭。此外,任何足夠平靜、深度足夠的水域,例如一個港灣內部、島嶼旁的平靜水域(背風、潮流影響較低),都可以讓支援船以及作戰船艦會和進行再裝填作業。 第二階段:發展能在開闊洋面再裝填的能力。當今軍事海運司令部(Military Sealift Command,MSC)為美國海軍船艦進行海上航行間再補給作業,補給艦與受補給船艦能在海上以大約12節航速近距離並排,能傳送燃油、水、食物、乾貨、零件、郵件、輕武器彈藥(如砲彈)等。然而,現在海上再補給技術並不能安全地傳送飛彈容器,無損地裝入垂直發射器;飛彈容器的長度與重量都不低,懸掛著的飛彈容器本身就有自由度在擺盪,作戰船艦因為海浪而橫向搖晃以及縱向擺盪,要克服這些晃動而讓容器保持垂直、對齊並裝入垂直發射器,困難度極高。 2022年9月與10月,太平洋軍事海運指揮部(MSC Pacific)進行了在海上快速裝填垂直發射器的概念展示,利用一艘美國軍事海運指揮部(Military Sealift Comman,MSC)的海岸支援船海洋勇氣號(MV Ocean Valor),為史普魯恩斯號(USS Spruance DDG-111)飛彈驅逐艦的垂直發射器進行裝填,兩次都使用模擬飛彈容器外觀的訓練品。這是美國海軍首次公開展示利用海洋支援船平台在海上為軍艦垂直發射器進行裝填;此前從2016年到2019年,MSC已經利用其他幾種平台,測試了這項海上快速再裝填作業。海洋勇氣號是在2002年建造,是一艘典型的商用多功能海岸支援船(offshore support vessel),負責為美國海軍運送然油、補給物資、人員以及彈藥;海洋勇氣號的後部平台甲板設置有一座大型起重機來裝卸物資,因此可以用來為作戰艦艇的垂直發射器吊裝飛彈。海洋勇氣號擁有動態定位系統(dynamic positioning system),能在裝填期間能自動控制船隻推進器抵銷海流與風力影響,將船隻保持在定位。 依照太平洋軍事海運指揮部指揮官Kendall Bridgewater上校2023年2月23日對防務新聞(Defense News)透露,史普魯恩斯號與海洋勇氣號的海上快速在裝填測試總共進行兩次,第一次測試在2022年9月30日進行,史普魯恩斯號在聖地牙哥港(San Diego Harbor)的北島航空基地(Naval Air Station North Island)的碼頭停靠;第二次測試在10月7日進行,兩船在聖地牙哥灣勞馬點(Point Loma)的水域進行再裝填。第一次測試(9月30日)中,史普魯恩斯號繫泊在碼頭,海洋勇氣號保持在距離史普魯恩斯號約60英尺(18.3m),使用起重機吊運飛彈容器的時候,利用動態定位系統保持,最後成功完成Kendall Bridgewater上校表示,這項展示中,為預防海洋勇氣號不慎與史普魯恩斯號碰撞,因此使用碰墊(bumpers),但實際測試顯示海洋勇氣號保持船位的能力良好,因此以後應該不需要部署碰墊。而10月7日的測試中,兩船在聖地牙哥灣勞馬點水域停船下錨,保持90英尺(27.4m)的距離,面對比停在碼頭時更強的海流以及風力;由於當時兩船在風雨海流中的相對運動過大,起重機實在無法安全地將飛彈吊往史普魯恩斯號並且對齊垂直發射器,最後只能放棄。 可傳輸再裝填機制(TRAM) 依照防務新聞2023年3月28日報導,位於馬里蘭州的美國海軍水面作戰中心卡迪洛克分部(Carderock Division of the Naval Surface Warfare Center, Maryland)的戰略海運研究發展項目(strategic sealift research and development program)主管傑夫.格林(Jeff Green)表示,海上裝填VLS首先需要空間與裝備,能安全地傳輸與處理飛彈容器;第二,補給船跟作戰船艦必須能安全地並排靠伯。第三,船上要有適當設備,不僅安全地傳輸飛彈容器到驅逐艦,還要能讓飛彈容器保持垂直、裝入垂直發射器中。傑夫.格林表示,美國海軍正在發展多種用於海上裝填的起重機,設計與性能會優於海洋勇士號展示時使用的現有設備,這會是快速裝填垂直發射器的近期努力。而在長期方面,美國海軍正發展其他概念,發展類似現在海上再補給的滑輪式(pulley)傳輸系統來運送飛彈;此項概念稱為可傳輸再裝填機制(Transportable ReArming Mechanism,TRAM),由美國海軍水面作戰中心懷尼米港分部(Naval Surface Warfare Center Port Hueneme Division,NSWC PHD)設計,已經發展了20年左右(約在2000年代初),但美國海軍先前一直沒有投資發展這項概念。依照美國海軍工程協會(American Society of Naval Engineers)在近期的會議,TRAM被認為是「相當可行」的垂直發射器海上再裝填技術。而當傳輸到驅逐艦甲板上之後,如何安全地處理體積與重量都不低的飛彈容器、垂直裝入發射器中,是另一項挑戰;因此,發展能在海上船體受風浪影響運動時,將飛彈容器安全放入與移出垂直發射器的裝備,是一個主要課題。 卡洛斯.狄.托羅表示,美國海軍研究辦公室(Office of Naval Research,ONR)及其他海軍機構正在進行研究,希望讓美國海軍盡快擁有可快速在海上裝填垂直發射器的能力;在史普魯恩斯號與海洋勇氣號的展示後,美國海軍會進行更多投資,預定在2025到2026財年申請。卡洛斯.狄.托羅說。美國海軍先從在海港裡快速裝填開始,然後發展在開闊海域裝填的技術,設法突破海象以及風造成的考驗。 在2024年2月15日聖地牙哥的WEST 2024會議上,海軍部長卡洛斯.狄.托羅透露,他已經指示海軍最晚在2024年中,在懷尼米港進行TRAM的陸地展示。 在2024年5月中旬,眾議院武裝部隊委員會(House Armed Services Committee,HASC)通過該委員會版本的2025財年國防授權法案,其中對於船艦在海上重新裝填武器的能力特別重視,立法要求海軍提交一份能在三年內將此種能力引進艦隊的策略報告,包括在前線海上為驅逐艦MK-41垂直發射器重新裝彈的「可傳輸再裝填機制」(TRAM)的相關報告,含正在執行的計畫、相關的技術發展、預估成本等等。HASC法案中表示,他們擔心海軍不夠重視發展海上重新裝填VLS的能力,投入的資源以及發展速度無法滿足當前美國海軍在海上的作戰需求。雖然美國海軍已經進行了幾個概念展示,但距離海軍真正在競爭環境(contested environment)下實現這種能力,還有許多挑戰需要克服。 在2024年7月11日,美國海軍遠征後勤支援團(Naval Expeditionary Logistics Support Group ,NAVELSG)的人員以及提康德羅加級巡洋艦長津湖號(USS Chosin CG-65)的人員,在美國海軍水面作戰中心懷尼米港分部(NSWC PHD)的航行間補給測試設施(Underway Replenishment Test Facility)進行TRAM的陸上驗證設施展示。根據照片,TRAM包括一組設置在垂直發射器旁的高線傳輸接收站,以及一組設置在垂直發射器上方的軌道式裝填起重機;起重機的手臂設有一組剛性夾具來夾住飛彈容器, 起重機本身底座就是一座軌道來進行橫向移動,而整組起重機(含軌道)則架設在垂直發射器上方的軌道來進行縱向移動。如此,起重機可透過軌道橫移與縱移,對準任何一個垂直發射器彈位,而起重機操作人員的控制席就在起重機上。
(上與下二張)依照NSWC PHD展示操作的TRAM的照片,飛彈容器是橫向 吊掛於兩艦之間的纜索通道上;飛彈容器傳送過來之後,先橫放在接收站底 部的平台上,然後將裝填起重機移過來,用起重臂上的剛性夾具固定住飛彈 容器。
在航行間補給時,補給艦的彈藥補給椼與TRAM的高線接收站建立起纜線通道,由梭車來傳輸垂直發射器的飛彈容器,這與現有的航行間補給的高線傳遞作業相同; 飛彈容器傳送到受補給軍艦的接收站後,先被平放在接收站底部的平台上,然後將裝填起重機靠過來,使起重機手臂上的剛性夾具固定住飛彈容器。隨後,起重機透過軌道在垂直發射器上方進行橫向與縱向移動,對準需要裝填的彈位(發射井),然後將固定在起重臂的飛彈容器垂直舉起,並慢慢垂降入發射井裡,或者將射後的空飛彈容器拉出發射井。先前的再裝填作業,起重機吊掛飛彈容器時沒有剛性夾具固定,懸掛的飛彈容器隨船隻航行的運動(橫搖、縱搖)而搖晃,人員也需要在搖晃的甲板上吃力地設法固定飛彈容器,這種作業不僅困難且危險;而TRAM的起重臂以剛性固定飛彈容器,搬運與吊掛過程中就不會自由搖晃,使得航行間的再裝填成為可行。當然,雖然TRAM引進了專門設計的軌道起重機,但整個作業(包括在高線傳輸站接收飛彈容器、固定在起重機夾具上,以及起重機將飛彈容器吊入發射井)還是需要人員在甲板上工作。
(上與下)TRAM的装填用起重機,機械臂有剛性夾具固定住飛彈容器; 裝填時,整個起重機透過橫向與縱向軌道移動到需要裝填的彈位上,然後將 飛彈容器垂直舉起,由起重機將飛彈容器降入發射井裡。以往的起重機吊掛 作業沒有剛性夾具固定,完全靠人力來穩住隨船艦運動而搖晃的飛彈容器, 在海象較大時十分危險也難以作業;而TRAM有了剛性夾具來固定飛彈容器, 讓海上再裝填作業可行性提高不少。
根據NSWC PHD展示操作的TRAM原型照片,飛彈容器透過兩艦之間架設的纜繩傳送到受補給軍艦後,還是需要靠在人力來穩定,然後由再裝填機械臂固定。在TRAM機制之下,甲板人員只需要控制住飛彈容器不自由搖晃,然後由裝填起重機自動固定,相較於以往用起重機懸掛飛彈容器、甲板工作人員需克服搖晃將飛彈容器對準MK-41的發射井,相對而言簡易許多;然而,內裝飛彈的容器畢竟有相當重量,在較惡劣海象、艦體縱搖橫顯著的情況下,仍對甲板作業的實用性跟安全性構成挑戰。因此,TRAM的機制雖然讓船艦在海上重新裝填垂直發射器成為可能,但似乎也僅限於海象相對良好的情況下。
(上與下二張)2024年10月11日,長津湖號(CG-65)飛彈巡洋艦與華盛頓.張柏 斯號(T-AKE-11)乾貨彈藥補給艦進行首次TRAM設備的海上航行間裝填 測試,由華盛頓.張柏斯號傳遞一個垂直發射器容器到長津湖號,並裝填入 長津湖號的MK-41垂直發射器裡。
完成地面測試後,TRAM排定在2024年9月進行海上測試。隨後,安裝TRAM設備進行測試的是提康德羅加級飛彈巡洋艦長津湖號(USS Chosin CG-65)與路易斯.克拉克級(Lewis and Clark class)乾貨彈藥補給艦華盛頓.張柏斯號(USNS Washington Chambers,T-AKE-11),兩艦於2024年10月11日在南卡羅來納州外海進行首次航行間裝填垂直發射器的測試;測試中,一個空的飛彈容器(打擊型長度)從華盛頓.張柏斯號傳遞到長津湖號,並裝填入長津湖號的MK-41垂直發射器裡。此次測試期間海面相當平靜(應在四級海象以內),花費45分鐘完成;由於這是第一次展示TRAM的性能,因此會刻意放慢步調來保障安全性;後續的TRAM演示應該會加快速率(最初規劃的海上裝填速率是每小時處理15個飛彈容器)。
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