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一周军评:长五忙碌的 2020

观察者网 01-26

【文 / 观察者网专栏作者 施洋】

本周,全中国都展开了对抗新型冠状病毒感染肺炎的 " 人民战争 "。作为一场发生在中国人口大规模大范围流动时期的公共安全事件,新型冠状病毒感染肺炎未知性与其传播的广泛性,使得切断其传播途径和对其进行快速有效治愈难度重重。在此笔者也呼吁大家注意个人卫生,勤洗手并且保持良好的卫生习惯,少去人多的地方活动并保持室内空气流通,避免接触野生禽畜,同时积极配合各级政府的防治措施。

本周与军事相关的大事里,虽然中国没有实际进行的航天发射,但却发生了几件对于中国航天的发展而言至关重要的事情,他们在一起的组合,将极大地决定中国航天向未来进一步发展的水平。而在大洋的另一边,美国海军在开始新一年航母部署的同时,在海军舰队的建设上也做出了一个看似普通却颇为重要的决策,对于在海军主战舰艇发展上陷入 " 技术焦虑 " 的美国海军而言,这一步的变化,同样值得我们进一步思考。

长征五号的 2020

2019 年,中国航天以全年发射运载火箭 34 次的成绩再次位居全球第一,成为当年全世界航天发射次数最多的国家。而 2020 年连一月都没有过完,中国航天就已经在 1 月 7 日、15 日和 16 日进行了 3 次航天发射,将通信技术试验卫星五号、吉林一号宽幅、阿根廷小卫星、银河航天 5G-01 星等多颗卫星送上太空。从数量上说,今年中国航天发射有望突破 40 次。

1 月 15 日发射的长征二号丁运载火箭

上周日的 1 月 19 日,长征五号遥四火箭大推力氢氧发动机在航天科技集团六院,顺利完成发动机校准试车,标志着这台发动机性能达到预定要求,即将转入长征五号遥四运载火箭的总装阶段。此次试车圆满成功,也是继长征五号遥三火箭发射成功之后,又一台大推力氢氧发动机通过了发射前的全部考核。

随后的 1 月 20 日,经过大约一周的海陆运输,空间站核心舱初样产品和新一代载人飞船试验船已先后安全运抵文昌航天发射场。其中的空间站核心舱初样产品预计将于今年 2 月与长征五号乙型进行合练,新一代载人飞船试验船则将成为长征五号乙型发射的首个载荷。

新一代载人飞船试验船的造型与神舟飞船有很大的区别

对于长征五号系列运载火箭而言,如果说 2019 年的长五遥三是在长五遥二发射失败后决定项目命运的关键性发射,那么 2020 年就是考验长征五号连续发射的可靠性和新型号新构型可行性的 " 压力之年 "。按照计划,今年要发射长五遥四和长五遥五两枚长征五号运载火箭和一枚长五乙遥一运载火箭,还要进行一次空间站核心舱初样和长五乙运载火箭的合练任务。无论对于火箭研制和生产部门,还是届时要前往现场参与火箭组合与调试的发射团队,都是一次十足的考验。

长五遥三火箭的发射是两年磨一箭的仔细工作,之后的火箭发射显然没有那么充裕的时间

这么多次发射挤在一年里,某种程度上也是 " 不得已为之 ",毕竟之前为了确保长五遥三发射万无一失,其发射日程一再推迟,也让原定在长五遥三之后使用长五火箭发射的航天器的发射日程随后推迟;加上今年还存在每隔 26 个月才会遇到的火星探测时间窗口,使得使用长五发射火星探测器的发射时间也必须定在 2020 年。

这些航天器在生产出来之后,即使不加使用,保存在专门的仓库之中妥善保管,时间长了也会增加其故障率,影响其使用情况和使用寿命。之前日本就曾发生过在 1991 年启动的 " 月球 -A" 探测计划由于技术难题无法被攻破,导致 1996 年就制造出的探测器在仓库中存放了 10 多年后严重老化到无法使用,让这个项目未经执行就在 2007 年宣布废弃的惨剧。对于已经推迟发射的 " 嫦娥五号 " 等航天器来说,在证明了长征五号的技术可行性之后,抓紧时间发射火箭并开展科研活动是一件刻不容缓的工作。

在连续发射的同时,长征五号乙型运载火箭的发射任务某种程度上更加重要。该型火箭相比长五基本型号去掉了芯二级,只使用 4 个助推器和芯一级,使用更大尺寸的整流罩,以此实现近地球轨道(LEO)25 吨的发射能力,并容纳包括新一代载人飞船、未来空间站的各个舱段在内的大型近地轨道航天器。从技术的角度上,长五乙其实是对长征五号火箭 " 做减法 " 的结果,运载火箭本身的结构相对简化,但作为一种新的构型,这一构型本身依然需要实际发射加以检验。

长征五号乙更短,但是低轨道运载能力也更大

新一代载人飞船本身也是中国航天项目中至关重要的项目之一。在这一代载人飞船之前,中国曾经研制过两代载人飞船,即上世纪 70 年代的 " 曙光 " 飞船和本世纪初的 " 神舟 " 系列飞船。

" 曙光 " 飞船的构型上一定程度上参考了美国 " 水星计划 " 中的飞船设计,结构相对简单;" 神舟 " 飞船则相当程度借鉴了苏联 / 俄罗斯的 " 联盟 " 号飞船的整体布局,采用三舱设计,但在细节设计上更加合理,在实用载人飞船领域(由于美国转向航天飞机开发,这一领域实际只有中俄两个国家的产品)也属于先进产品,但由于其配套的运载火箭长征二号 F 型的运载能力和箭体直径所限," 神舟 " 飞船也很难进一步提升性能。

神舟飞船的三舱结构作为单独的飞船很先进,但从运输角度讲效率不高

考虑到我国未来将要建设长期有人照料的空间站,一方面对载人飞船进行空间试验的技术要求显著降低,可以减少飞船结构的复杂程度,降低造价的同时提升飞船的可靠性;另一方面,这也对载人飞船的运载能力提出了更高的要求,既要提升飞船的运载量,加大与空间站之间的天地往返运输的补给效率,同时还要改善其运载质量,提供多样化的运输方案。

基于这样的考虑,新一代的载人飞船采用了与 " 神舟 " 号不同的两舱布局,取消了方便进行空间试验任务的轨道舱,但使用了直径和空间都更大的返回舱,用来运送更多的航天员和物资。根据这次公布的性能参数看,新一代的载人飞船长 8.8 米,重达 21 吨,比 " 神舟 " 号 8 吨左右的重量增加了 1.5 倍以上,飞船内部的可用空间、载货量和载人数量自然也都有了可观的增长。

空间站完成建造后的总重量将达到 100 吨以上

依托于以一个核心舱、两个实验舱,一个光学舱为主体的 " 天宫 " 空间站,中国的载人空间站在 2025 年前后建成时,应该会成为全世界最新型的有人照料空间站,加上以长征五号乙运载火箭和新一代载人飞船的组合,将成为中国未来在太空科研和试验领域的核心力量,也将为中国在未来太空技术领域的争夺上打下坚实的基础。

除了至关重要的长征五号系列运载火箭之外,2020 年的中国航天是否会发射更多类似 " 长征 11" 号和 " 快舟 " 系列的固体运载火箭也是值得关注的一件事情。相比之前传统的液体燃料运载火箭,这些固体运载火箭发射准备时间短,便于批量生产和长期储存,特别适合进行各种应急发射和快速发射任务。对于越来越需要在各类事务中获得来自太空信息、情报和其他支持的中国而言,这样快速且低成本的航天响应能力不仅仅是在航天发射次数上的 " 凑数 " 之举,更是在关键时刻为中国国家利益做出重要贡献的战略支援力量。

升级 " 伯克 " 为凑数?

随着中国海军以 052D 为代表的中型水面舰艇的持续入役,和以 055 为代表的新一代大型水面舰艇的开始列装,加上美国海军为了应对所谓 " 大国争霸 " 而提出的 "355 艘舰海军 " 概念,如何在有限预算的情况下,持续保持海军力量的扩张,同时还能实现装备的继续升级,就成了当下美国海军的一个核心问题。

最近,美国海军又提出了一项全新的改装计划,即为美国海军现役的 " 阿利 · 伯克 "Flight IIA 型导弹驱逐舰在中期改进时,升级新版的基线 10 宙斯盾作战系统,同时为其升级新一代的 AN/SPY-6 有源相控阵雷达。

在陆上测试的 AN/SPY-6 雷达,只有一个阵面

美国海军升级本国海军的 " 宙斯盾 " 系统本身其实算不上什么新闻,自 1983 年服役至今," 宙斯盾 " 系统已经在美国海军中服役了 37 年,如果不是美军数十年来一直对该系统进行逐步提升的性能升级,这套系统根本不可能持续几十年占据国际防空作战系统的领先位置。

从最早使用的基线 -0 型开始,美国海军逐步升级,推出了基线 1、2、3、4、5、6、7、9 等一系列版本。这些升级版本既有运用于新建的宙斯盾舰的,也有对现役宙斯盾舰进行现代化改进的。特别是 2009 年以后,随着美国海军开始同时强调增强宙斯盾舰的防空和反导作战能力,全新一代的基线 9 系统开始应用于新造宙斯盾舰和对现有宙斯盾舰的改造升级。

目前已经有包括 6 艘 " 提康德罗加 " 级导弹信用条件,28 艘早期的 " 阿利 · 伯克 " 级和 5 艘新服役的伯克级已经升级到了这一新系统。从这个角度看,升级 " 宙斯盾 " 的系统本身算是美国海军水面舰艇改进的既定策略,并没有什么明显的特别之处。

美国海军的宙斯盾舰一直处于滚动升级中

但是为现役的宙斯盾舰换装 AN/SPY-6 有源相控阵雷达,就完全是另外一回事了。

该型雷达是美国海军新型导弹驱逐舰 " 阿利 · 伯克 " Flight III 使用的新一代雷达,也是美国海军在这一领域的一次巨大的技术进步,相比现役宙斯盾舰使用的 AN/SPY-1 系列雷达,这款新雷达具有更高的灵敏度、工作带宽和弹道导弹识别能力,而且保证了雷达波束的转换速度、稳定性和波束的灵活指向。

从某种意义上说," 阿利 · 伯克 " Flight III 相比之前的 " 伯克 " 级驱逐舰最主要也是最关键的升级,整个 " 阿利 · 伯克 " Flight III 项目在研制期间的最主要工作,也正是对已经高度成熟的伯克级总体设计进行各种修改,以适应这套全新的大型雷达。虽然经过一系列修改后的 " 阿利 · 伯克 " Flight III 使用的雷达系统仍然只能适度低配,但其依然是美国海军目前货架产品中最先进的型号。

" 伯克 "3 一开始的设计上 AN/SPY-6 有源相控阵雷达系统更加完备,但因为超出了舰艇负担能力而作罢

作为全世界最先进的两款相控阵雷达系统,无论是中国还是美国的军事媒体都喜欢将 AN/SPY-6 雷达与中国海军 055 型导弹驱逐舰上使用的综合射频系统相比较。从一些技战术指标来看,二者是由颇多相似之处。但从作战使用的主要任务和突出的重点来看,二者的差异性还是相当明显的:

AN/SPY-6 雷达作为美国宙斯盾舰的主战装备,一方面要强调传统的舰队防空作战能力,特别是拦截大量反舰巡航导弹的抗饱和攻击能力,另一方面则要强化延续自基线 9 以来的反弹道导弹作战能力;

而 055 型作为中国海军的大型舰队防空驱逐舰,其舰载雷达系统除了对抗敌方飞机和反舰导弹之外,更加强调对于低可探测性的隐身飞机和导弹目标的有效发现和持续跟踪,以及对海上目标的远距离搜索与发现。这种巨大的用途差异,也使得单纯比较二者的基本性能参数缺乏意义。

不过对于美国海军而言,AN/SPY-6 雷达确实存在一个问题——它进入美军现役的时间太晚也太慢了。

由于 AN/SPY-6 雷达目前只预定装备在 " 阿利 · 伯克 " Flight III 型驱逐舰上,而后者的首舰 DDG-125" 卢卡斯 " 号在 2019 年 11 月 8 日才刚刚铺下龙骨正式开工,按照伯克级平均 3 年左右的建造速度,该舰至少要到 2022 年底才能交付美国海军;考虑到该舰作为首舰在施工进度上必然会有所放缓,则该舰的服役时间很可能要到 2023 年,加上首制舰必然相对漫长的试航和形成作战能力周期,该舰很可能要到 2025 年左右才能形成初始作战能力,而 " 阿利 · 伯克 " Flight III 的后续舰里甚至连 2 号舰都没有开工,其服役时间也不大会早于 2024-2025 年前后……

而在大洋彼岸,解放军的 055 型首舰已经归建,2 号线也已经开始试航,3 号舰和 4 号舰已经下水,后续舰不仅要继续建造,很可能还要实施现代化升级改进,这样的差距自然会让习惯了 " 领跑全球 " 的美国海军如坐针毡。

你说美国海军羡慕,那可能是假的,你说美国海军不在乎,那肯定是假的

从这个角度上说,升级现有的 " 阿利 · 伯克 " Flight IIA 型驱逐舰相对耗时较短,成本较低,也不失为增强美国海军水面舰艇战斗力的一种捷径,毕竟如果将 " 阿利 · 伯克 " Flight IIA 换上 AN/SPY-6 有源相控阵雷达和基线 10 宙斯盾,理论上就能使这些舰的作战能力接近 Flight III 型,从而加速美国海军的驱逐舰升级速度,而且美军现在光现役的 " 阿利 · 伯克 " Flight IIA 就多达 39 艘,其中 2000 年左右建造的也服役了 20 年左右,本来也到了中期升级的时候。

此外,从资金上看,每艘 " 伯克 " 级升级宙斯盾系统本来就要花上接近 1 亿美元的预算,而根据美国在 2017 年采购的第一批 3 套 AN/SPY-6 雷达的价格来看,单套雷达的成本也只有不到 1.1 亿美元,对于分批升级而言也不会对年度预算造成太大的影响。至于改装周期则一般也不会超过 2 年,对美国海军的舰队规模虽然会产生一定的短期影响,但总体上的问题都相对可控。

相比航母的建造,驱逐舰的改造相对简单,改装经费总体也比较容易控制

唯一剩下的麻烦,就是进行这一规模升级可行性。理论上说,AN/SPY-6 雷达作为美军新一代的型号,采用了模块化设计思想,其安装工作相对简单,尺寸上也和前一代雷达差距不大(这是美军为了让 " 伯克 " 级使用该雷达作出的专门改进)。然而由于 AN/SPY-6 雷达是新一代的有源相控阵雷达,无论其重量与复杂程度都比之前的 AN/SPY-1 系列雷达要高得多,这也是 " 阿利 · 伯克 " Flight III 型驱逐舰吨位显著增加,满载排水量甚至突破万吨的主要原因之一。

由于 " 伯克 " 级驱逐舰的填充率很高,为了满足吨位的增加,新的 " 伯克 " 级在舰尾线型上也进行了 " 加宽 "。相比之下,早期的 " 伯克 " 级无法进行这类修改,为了容纳 AN/SPY-6 雷达,很有可能要么对雷达进行进一步的 " 削减 ",以降低雷达性能为代价减小安装重量,要么就是 " 拆东墙补西墙 ",减少舰上原有的其他设备,为雷达上舰创造条件。而新型相控阵雷达的耗电量更大,老舰的电力系统能否支持其妥善运用,自然也是美国舰船设计部门需要认真考虑的问题。

对于伯克级的尺寸来说,AN/SPY-6 雷达系统其实已经需要 " 瘦身 " 才能勉强装入了

对于美国海军而言,尽管其规模和水平依然是世界第一,但其内心中的不安和焦虑在近年来却与日俱增。"355 舰海军 " 这一目标在当下仿佛已经成为了美军寻求内心安定的 " 标杆 " 之一。增加新舰,改进老舰甚至将无人舰艇计入海军舰队的数目之中……但是在单纯追求数字的同时,当代先进舰艇技术的制高点还能不能守住,将会成为贯穿 21 世纪上半叶海军技术竞争的主线之一。

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