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透视MK41垂发系统的防火墙

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发表于 2019-5-11 00:58 来自手机 | 显示全部楼层 |阅读模式
此文为本人原创,原发表于军事文摘2018年11期。

6月21日,德国海军萨克森号导弹护卫舰在挪威外海进行实弹演习时,一枚“标准”SM-2导弹点火之后没能升空,火箭发动机在MK-41垂直发射系统内燃烧完毕。事故导致MK-41垂直发射系统严重损毁,舰桥前方部位受损。幸运的是,相邻单元的导弹未发生殉爆。无独有偶。2015年7月18日,美国海军阿利·伯克级驱逐舰DDG-68“苏利文”舰发生导弹故障,点火后的“标准”SM-2 Block3A导弹在舰艉附近爆炸并导致舰艉发生火灾。据悉事故无人伤亡,对舰体损伤较小。
作为当今使用最广的舰载导弹垂直发射系统,MK-41的性能广为人知。那么,该系统在安全性设计上又有什么特色呢?

事故原因剖析

此次发生事故的萨克森号导弹护卫舰,代号F-124型,又称萨克森级护卫舰。该级护卫舰为长艏楼舰型。舰长143 米,舰宽17.44米,吃水5米,满载排水量5600吨。该级护卫舰很重视隐身能力。甲板以上结构为全封闭设计,舰体表面整洁。折线以上舰体明显内倾,并在各面相交处用圆角过渡。采用金字塔形封闭式桅杆,烟囱为“V”形布置。动力装置为柴-燃联合动力。主动力装置为一台GE 7 LM2500 PF/MLG燃气轮机,功率23 500千瓦;辅助动力为两台MTU 20V 1163 TB93高速柴油发动机,总功率14 800千瓦。驱动装置为两具5叶可调距螺旋桨。
萨克森级护卫舰采用MK-41垂直发射系统,安装在舰桥前部平台上,共计32个单元。可发射美制“标准”SM-2 Block 3A防空导弹和 ESSM“改进型海麻雀”中近程防空导弹,数量分别为24枚和32枚。近程防御武器为2座MK49型21单元“拉姆”近程防空导弹,分别布置在舰前部甲板和舰艉直升机机库上方。
据萨克森号导弹护卫舰指挥官托马斯·哈肯透露,在“标准”SM-2导弹发生事故之前,前一发“标准”SM-2导弹刚刚正常发射升空,各项监测数据显示,导弹战术状态完全正常。出事的导弹在发射前进行的系统检查中,被评估为技术状态完美。
目前,德国海军还有对外公布调查结果,萨克森号护卫舰正停泊在挪威哈斯塔德港检修。此前传言事故中两名水兵受伤,德国海军证实为不实信息。两名水兵因为火灾事故造成应激反应,目前已恢复执勤。
综合各方面信息,笔者判断此次事故应该为独立的偶发事故。德国今日海军报道称,事故发生后,舰上人员立刻启动泡沫灭火系统扑灭火势,没让灾情扩大;MK-41系统也启动注水,给相邻隔舱的导弹降温,没有发生导弹殉爆事故。
“标准”SM-2 Block 3A导弹弹身全长6.55米,包括弹身及头部、弹翼、尾舵和助推器4个部分。该弹装有Mk125战斗部和Mk45 Mod9目标探测装置,进一步提高了对抗掠海飞行目标的能力。推进装置为MK-104型双推力火箭发动机,射程更远、性能更好,能够拦截速度更快和更加机动的目标。
“标准”SM-2 Block 3A导弹采用MK-72固体火箭助推器。助推器呈圆柱形,长1.91m,直径0.53m,点火后,工作时间约为6秒。正常状况下,该导弹发射升空后,助推器燃烧完毕并抛离,MK-104型双推力火箭发动机开始工作。主发动机工作的前40秒内,导弹处于加速状态。当主发动机工作46秒时,此次导弹达到最大马赫数3.5。46秒,主发动机关机,导弹速度逐渐降低,直至拦截或丢失目标。
由此可以推断出,导弹在储运发射箱内共计燃烧了约52秒,舰体和发射装置遭受了长时间的高温灼烧,并且有大量的高温气体通过燃气道排放到舰桥部位。事故发生后,德国海军舰员采取的损害管制措施是到位的,证明了舰员较高的职业素养。而MK-41系统紧急注水,给导弹采取降温措施,也表明该垂直发射系统安全性设计到位,设计理念较先进。

MK-41垂发系统构成

MK-41舰载导弹垂直发射系统由美国洛克希德·马丁公司于1977年研制,1986年率先在提康德罗加级巡洋舰“邦克山”号上安装测试。截止2010年,该系统已被美国、澳大利亚、加拿大、德国、韩国、日本、荷兰等国的170余艘舰艇采用。MK-41垂发系统的一大特色是通用性强。
该系统能够兼容多达12种导弹,包括“阿斯洛克”反潜导弹、“鱼叉”反舰导弹、“战斧”对地攻击巡航导弹、“标准”系列防空导弹,等,能够履行防空、反潜、反舰、自卫和对陆攻击等作战任务。MK-41系统由标准模块、装填模块、导弹贮运发射箱和发射控制平台等设备组成。
标准模块 MK-41垂直发射系统的标准模块有三种:攻击型模块、战术型模块和自卫型模块。攻击型模块长7.6米,重14.500吨,可发射大型导弹,如“战斧”对地攻击导弹和“标准”SM-3外大气层拦截型导弹。战术型模块长6.7米,重12.2吨,可发射“标准”2 Block3导弹和垂直发射“阿斯洛克”反潜导弹。自卫型模块长5.2米,重12.2吨,可发射RIM-7M/P“北约海麻雀”和RIM-162“改进型海麻雀”导弹。
MK-41导弹垂直发射系统标准模块的燃气排导系统由储运发射箱、排气通风系统和烟道组成,每个模块共用一个排气通风系统和一个烟道,8个隔舱都与压力通风室和垂直排气道相通。发射箱的前后密封端盖分别起着让导弹通过和排出燃气流的作用,且防止相邻发射箱的燃气流进入。排导装置的耐烧蚀衬里至少能经受64次导弹发射的烧蚀。
导弹储运发射箱 MK-41舰载导弹垂直发射系统的最小结构单元是一个标准模块。每个标准模块由8个贮运发射箱组成,它被垂直安装在甲板下,每个贮运发射箱中垂直存放一枚导弹。储运发射箱不仅是导弹储存、运输的保护容器,而且是导弹的发射导轨,还是燃气排导系统的一部分,所以它是最关键的设备。MK-41垂直发射系统的储运发射箱有多个型号,如MK-13、MK-14、MK-15和MK-25。弹库由一个或多个这种8隔舱标准模块组成,视舰艇的空间而定,这体现了MK-41系统的灵活性。
装填模块 MK-41垂直发射系统的装填模块尺寸与标准模块相同,只是安装了一个占3个贮运发射箱的导弹补给装填设备。该设备由一台折叠式液压起重机和一个液压升降平台组成。平时,装有起重机的升降平台降至舱底。当进行装填工作时,升降平台将起重机托至甲板面高度。起重机吊臂长8.15米,起吊高度7.6米,起吊重量约2吨。补给装填模块的起重机可在海上航行过程中对8个模块进行导弹补给。
发射控制台 MK-41 垂直发射系统有 2 个立式发射控制台,位于作战中心,与舰上作战系统相联。每个控制台都是完全独立的,能分别控制舰艏、艉两个弹库中的所有导弹发射。正常情况下,每个控制台控制每个弹库中一半导弹的发射。故障情况下,其中一台可控制舰上全部导弹的不间断发射。

一以贯之的安全设计

MK-41垂直发射系统的安全性设计体现在系统的各个方面。得益于良好的安全性设计,该系统的导弹发射成功概率高达0.997,两次发射失败的平均间隔长达11 200小时。
在标准模块内,每个标准模块上装有箱盖驱动电机、发射程序器、电机控制箱、电源、喷水冷却装置、燃气烟道、增压室和排水管道。每个舱口装甲盖均有所配套的开启机构,这是MK-41系统唯一的运动部件。正常情况下,最大开启机械力为2.57kN。如遇紧急情况,如贮运箱内导弹意外点火,舱口盖能在34.3千帕的内压下自动开启,以保护弹库的安全。
在标准模块上装有1个发射程序装置和1块动力控制板,位于上层通道的外舷侧,用于对8隔舱中任一导弹实施发射控制。发射控制信号来源于武器控制中心的发射控制台,通过电缆传送到发射程序装置。发射程序装置使导弹做好发射准备。此外,它还向动力控制板发出指令,控制冲水系统和机内测试设备。动力控制板装在下通道的外舷侧,主要为隔舱提供动力、控制舱口盖和垂直排气道顶盖的开启和闭合、控制压力通风室的泄水阀。
导弹储运发射箱的安全设计是重中之重。为此,每个贮运箱均安装有一套内部冲水系统。装入弹库后,该冲水系统与弹库的冲水分配管道相接。当箱内温度过高或是导弹发动机意外点火时,冲水系统自动对导弹战斗部进行冲水冷却。每个贮运箱还配有一套PHST(包装、装卸、贮运及运输)设备。该设备包括首、尾保护盖,防冲击、振动的隔振体,起吊环和栓系,叉车叉口等。PHST是用于装舰前的任何装卸、贮存及运输的操作,在贮运箱吊到舰上进行收贮作业时,则将拆去这套装置。
此外,为确保系统的安全,防止意外的导弹发射,每个贮运箱上装有关键功能中断开关和贮运箱安全启动开关,它们控制输送导弹的关键信号的电压。发射逻辑确保在两个独立的监视器批示舱盖已完全开启和导弹限制块已松开时,才发出导弹点火指令。
发射控制系统的安全性设计指标也非常高。MK-41型垂直发射系统包含2台发控设备。它的核心部件是美海军标准的AN/UYK-20型小型计算机。另外,还包括电传信号机、磁输入装置,外围输出设备等,它们位于弹库外部,与舰上作战系统的其他计算机安装在一起。每台发控设备均采用冗余设计,任何一台出现故障时,另一台能迅速接管,控制全部导弹,实现不间断发射。
当发现敌方目标后, MK-41系统最先迅速转换为待发状态,完成转换动作只需几毫秒。典型的目标截击程序是:当武器控制系统求得确实的火控解算后,向发射系统发出“导弹选择”指令。发控系统收到这个指令后,立即选择适宜的模块和发射隔舱,并给导弹加上预热电源,开始打开舱盖和排气道顶盖,松开贮运箱内的导弹限制块。在这些机械动作完成后,发控系统按照武器控制系统的指令, 将制导数据送入导弹中, 并实施发射。一旦导弹开始运动, 与发射隔舱相连的电气电路立即断开, 同时将导弹的起飞时间信号送到武器控制系统,以便雷达捕捉导弹,导弹离开发射舰的适当时间之后,舱盖关闭,发射程序结束。每个模块都是按同时准备和发射2枚导弹来设计的,因此,在8个模块组成的弹库中,能快速准备和发射16枚导弹。

钝感弹药或立功

另外一点不可忽视的原因是,此次发生事故的“标准”SM-2 Block 3A区域防空导弹采用了钝感弹药技术。自1969年研制至今,“标准”SM-2型导弹已衍生出多个型号,包括Block 1MR和ER,Block 2,Block 3、3A和3B,Block 4和4A多个型号,这些型号的导弹大多采用钝感弹药技术。
早在1983 年,时任美国海军作战部部长沃特金斯上将,就将“钝感弹药项目”列为影响战舰生存能力的过程中问及的主要因素之一。沃特金斯认为,弹药的殉爆通常会在作战行动中导致所谓的“低成本战舰损失”,并在事故中对战舰造成严重破坏。在此之前,美国海军已经将塑料粘结炸药(PBX)作为水下武器的主要炸药。同时,美国海军海上系统司令部安全数据库确认了慢烤燃、快烤燃以及弹片撞击3种事故最有可能引发弹药殉爆。
1985 年5 月22 日,美国海军海上系统司令部颁布了《钝感弹药技术需求》文件。文件提出了以下测试需求和通过标准。该文件规定,无论是在慢烤燃还是快烤燃条件下,弹药的“所有反应强度都不应超过燃烧”。1991 年3月8日,美国海军颁布了代号为MIL-STD-2105A的军用标准,对钝感弹药需求进行了一些调整。该军用标准要求:使用3发12.7 毫米穿甲弹以975米/秒的速度射击弹药,检验其安全性;使用3-5发12.7毫米低碳钢子弹以2623米/秒的速度射击,实施破片撞击测试;所有列装弹药应当包括与聚能药包射流和裂解相关的作战测试。
1994 年1 月12 日,美军发布了代号为MIL-STD-2105B 的联合军种标准。推进剂(VI 型)反应被从测试结果定义中删除。在此前标准中用于描述在钝感弹药测试中所发生的反应的所有其他定义仍然保持原状。此外,快烤燃、慢烤燃以及裂解测试需求也保持原状。子弹、弹片以及聚能药包射流测试进行了调整,从而与陆军对MIL-STD-2105A(海军)的补充保持一致。
在此次萨克森号护卫舰导弹发射失败事故中,“标准”SM-2 Block 3A区域防空导弹经受了长达约52秒的高温灼烧,导弹在MK-41垂直发射系统注水降温之下,没有发生殉爆事故,为该舰舰员损害管制立下了一定的功劳。如果该弹发生殉爆事故,该弹Mk115爆破杀伤战斗部爆炸所导致的后果不堪设想。

结语

随着舰空导弹和雷达技术的进步,装备垂直发射系统成为衡量一款军舰先进与否的一个标准。如今,舰载导弹垂直发射系统已经向模块化、通用化方向进一步发展。在关注其多用途性能等显性指标的同时,也不应忽视了对该系统安全性等隐性指标的关注。此次德国海军萨克森号护卫舰事故表明,MK-41舰载垂发系统在安全性方面的成功经验,值得研究。

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这类文章别在新兵营里发,可根据文章内容选择相应版块发。  发表于 2019-5-11 01:18
原创不易,加分奖励。  发表于 2019-5-11 01:17

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 楼主| 发表于 2019-5-11 00:58 来自手机 | 显示全部楼层
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当然有~  发表于 2019-5-11 01:16
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