海中殺手與反制之道: 歐美水雷發展及獵雷方式的演進
1991年第一次波斯灣戰爭期間,水雷是唯一造成美軍和多國部隊艦艇損害的武器。而在2003年第二次波灣戰爭中,伊拉克的水雷雖然未給美英聯軍造成任何損害,但是水雷的威脅也牽制聯軍行動,聯軍不得不採取反水雷手段。
在不對稱作戰中,水雷堪稱為相對價值高的水中兵器,具有威嚇時間久、價格低廉、反制困難、可隱密布設及心理影響層面廣等特色。隨著科技的進步,水雷的設計日趨複雜與詭詐,由傳統的機械式水雷演變為感應式的特種及智能水雷。
水雷的誕生及掃雷的演進
水雷的歷史最早可以推至西元1590年明朝「水底龍王砲」,1599年出現以繩索為碰線引信的「水底鳴雷」也就是類似漂雷與沉底雷的概念。在1778年美國的獨立戰爭中,華盛頓的軍隊設計以啤酒桶裝填炸藥並漂流至英國皇家海軍戰艦泊地引爆,造成英國軍艦人員心理恐慌,樹立了水雷在心理作戰的地位;此時期清除水雷以迴避為主,使用步槍、機槍等武器清除為輔。
1861年的南北戰爭及1904年的日俄戰爭的海戰中雙方均大量使用繫留水雷,日本成功將俄國艦隊困在旅順港內,俄國也運用水雷阻隔了日軍海上艦隊支援岸上陸軍部隊。在第一次世界大戰到二戰中期,德國先後研發出磁性水雷、音響水雷及壓力水雷,對盟軍於海上作戰產生巨大壓力及艦船損傷。
此階段水雷以佈放位置區分其可布設於海床、預置的深度區或浮在水面上,也就是沉底雷、繫留雷和漂雷三類。若以引爆方式區分,有艦船或潛艦直接碰撞的觸發及聲響、電磁、震動、電子或壓力感應引爆兩類。
韓戰後到第二次波斯灣戰爭間由於作戰型態的改變,各國開始研發增加感應條件的複合式水雷,由原本單一感應(音響、磁性、壓力)觸發條件轉變為兩種或以上的感應條件(音響與磁性、磁性與壓力、壓力與音響等)。在佈放方式上也開始研發潛艦布雷、空中布雷等,在這時期各國水雷作戰運用也開始複雜、多元。
俄國在1909年建造首批配備掃雷索的掃雷艦以專門清除繫留雷,美國則在1979年建造激進級/敏捷級遠洋掃雷艦(MSO);此時期僅能針對有水雷威脅海域派遣掃雷艦進入目標海域,運用配備在艦艉後端之掃雷裝具(機械、感應)進行除雷,但海域清掃的頻率並不能與海域安全程度成正比,且掃雷艦上配備的掃雷裝具越多,代表所佔空間及艦上電力系統負荷越重,發電機產生的噪音就越高,對於磁性雷與音響雷的處理狀況便不甚理想,而配備單一掃雷裝具的掃雷艦後續面對複合式水雷及壓力水雷時更是無能為力。在現代戰場使用掃雷艦進入作戰海域運用機械掃雷、感應掃雷、械彈處理小組人員除雷等單一方式工作已不符作戰成本,無法應付現代水雷作戰環境。
第二次波斯灣戰爭後,隨著科技的助長及人工智慧的運用,逐漸朝向智能化水雷發展,水雷也由人工管理進化到可自主性管理,大幅度增加偵測與反制的難度。美國也在二戰期間發展出「水下物體定位器」(Underwater Object Locator, UOL),是一種波束極窄的高頻聲納,可在近距離精確定位物體。
於20世紀中期以後,由英國開始研發具有同時搜索及分類能力的探雷聲納,各國也紛紛投入研究可變深度獵雷聲納(VDS)和自航式變深獵雷聲納(PVDS)以及遙控式探雷具,水雷反制逐漸朝向精準定位獵雷,並配合水下作業人員(EOD)執行移除或引爆水雷之工作。
1993年美國鶚級獵雷艦(也就是台灣的永靖級獵雷艦)開始服役後,成為美國執行水雷反制作戰的主力。雖然這有效提升了海域偵雷的效益,但專責水雷作戰的軍艦其維持成本效益太低,後來配合美國海軍的轉型已於2007年陸續除役。獵雷過程中,通常只要能發現水雷,就可以進行適當處理,例如摧毀、移除或標記避開,因此,獵雷效能主要取決於偵測成功率。
獵雷艦一般由偵雷聲納系統、通信系統、導航定位系統、指揮控制系統、動力控制系統、除雷系統等組成。指揮控制系統處於核心位置,其功能是接收各種設備送來的訊息,通過適當處理後,再向各種設備發出控制命令。偵雷聲納有偵測和識別兩項工作,可由一部聲納交替完成,也可以使用兩部專用聲納。通信系統包含數據鏈路自動傳送等功能。導航定位系統由導航雷達、衛星定位系統(GPS)等組成。
指揮控制系統用於對訊息進行綜合處理、分析、圖資顯示和記錄,並完成作戰輔助決策和控制。除雷系統是裝有近距離識別設備、爆破刀和爆炸裝置,用以消滅水雷的無人水下載具(Unmanned Underwater Vehicle, UUV),分為可重複使用和一次性兩大類。隨著科技進步,獵雷作戰系統也逐步改進。
由集中到分散式架構
獵雷作戰指揮控制系統經歷了由集中式到分散式控制體系的發展過程。在集中式控制系統中,作戰指揮和武器控制功能集中在一台或一組電腦內,其優點是電腦計算機利用率高,但其缺點為過度依賴中心電腦,一旦中心電腦故障,指控系統將導致整個反水雷系統癱瘓。
至於在分散式指控系統中,指控系統的功能被分配給了各子系統,寬頻數據線路和網路快速即時傳輸資訊,各子系統並行處理,反應速度快,能處理大量資訊,同時易於升級及維修。
目前歐、美反水雷指控系統已朝向全分散式發展,如NAUTIS-M指控系統利用雙冗餘高速數據網路和雙冗餘視頻網路,建立開放式結構,通過多功能顯控台,實現了系統控制功能的分散,控制台之間能互連、互通和互相操作,相互自動複製反水雷數據庫,每個控制台可以根據任務需求,選擇性地接收和讀取傳感器及數據庫的數據,並獨立控制反水雷武器和周邊設備。
作戰系統的整合趨勢
系統化整合是發展的重點,也是未來的發展趨勢。如BAE系統公司研發的NAUTIS-M就是Naval Autonomy Tactical Information System (NAUTIS)系列的反水雷型。此外還有NAUTIS-F(護衛艦型)、NAUTIS-P(巡邏艇型)等等。現代化的模組化和分散式指控系統計算能力,能讓其控制台快速重新配置手上裝備,即時提供相關資訊。
多平台聯合作業
比利時和荷蘭在2019年7月5日與法國完成新一代12艘獵雷艦採購計畫簽約,本次由法國海軍集團(Naval Group)與ECA機器人(Eca-Robotics)兩家公司所組成的聯盟獲得合約,將取代已有三十多年歷史的Tripartite級獵雷艦,第一艘獵雷艦將於2023年交付。此計畫中的獵雷艦約兩千八百噸,攜帶「Inspector 125」無人水面載具(USV)協同實施獵雷,並配有A-18自航式無人水下載具(AUV)、T-18M拖曳式聲納,並結合SEASCAN和KSTER-C遙控水下載具(ROV)等組成多元及高效率的水雷反制措施。
模組化及無人化
美國著重於反水雷能力提升,如洛馬的機載式反水雷通用控制台(AMCM),藉由加裝不同的套件模組,如AN/AQS-20A 聲納陣列、機載雷射探雷系統 (ALMDS)、機載掃雷系統 (AMNS)、快速機載掃雷系統 (RAMICS)等。歐洲各國則著重於專業反水雷技術發展,但其用於反水雷艦艇的許多裝備,可以方便地移植作為反水雷艦艇的制式裝備,如英國的海狐(Seafox)、射水魚(Archerfish)一次性滅雷載具、瑞典雙鷹ROV等。
歐洲反水雷的未來發展
歐洲各國較專注於水雷反制艦艇及水雷反制手段研發升級,並搭配無人水面及水下載具執行水雷反制作戰。例如愛沙尼亞及泰國皇家海軍自2015年起陸續升級為法國達利思(Thales)集團的M-CUBE水雷反制管理系統(Mine Counter Measure Management System)的新一代獵雷系統,M-CUBE主要提供水雷反制管理及規劃外,亦可連結載台其他偵蒐裝備,整合各項設備(如雷達、航儀、無人載具、艦載聲納與拖曳式變深聲納等))便於操作者設定及管理。
此外,合成孔徑聲納(Synthetic Aperture Sonar, SAS)也是一個較具有前瞻的發展方向,SAS是傳統聲納技術的改進,利用小尺寸實孔徑聲納陣列,沿著運動軌跡上直線前進,利用發收訊號的位置與相位的關係,將回波數據做疊加處理,而獲得較高的分辨率,它既可以提高探測距離和覆蓋範圍,又能提供高分辨率偵測小體積物體,還可以透視海底,發現自埋式水雷。
法國的Thales及美國Raytheon、Northrop Grumman研發的T-SAS(拖曳式合成孔徑聲納),可在直升機、無人水面艦艇(USV)及獵雷艦上拖曳使用,其中AQS-24C以合成孔徑聲納搭配雷射掃描儀,可對水下之水雷及物體進行精確的三維搜索及識別。
美國反水雷的未來發展
美國在機載水雷反制系統中居於領先地位,以空中、水面、水下等各型無人載具做為武器及偵蒐器,搭配作戰艦艇、力網系統(FORCEnet systems)於海外執行三度空間立體作戰。所謂力網系統,乃是2000年代初期,美國著手將以艦體儎台為中心的戰鬥系統與艦體以外的感測器、武器及導航等系統加以整合,亦即整合從太空到海底的人員、偵蒐力、打擊力、網力和各儎台,將特別偏重發展並建構網路中心戰(Network-Centric Warfare)的科技。
此外,美海軍「濱海作戰艦」(Littoral Combat Ship, LCS)其中水雷反制作戰模組正是其所負三大作戰任務運用之一。如美國斯巴達(Spartan)公司研製及濱海作戰艦上的水雷作戰任務(Mine Warfare Mission Package, MIW MP)模組無人水面載具(USV),顯見未來水雷反制模組化、無人載具將持續發展,這樣的作戰方式可以說是種分散式水雷作戰,將相關功能分散至更多載具上,不僅降低風險,也能增加海軍艦隊的任務靈活性。
台灣可效法之方向
因應未來複雜的水雷戰場環境,歐美國家均共同朝向以無人載具獵雷為主要發展方向,獵雷艦則擔任母艦於戰場外圍導控無人獵雷裝置載具,逐漸淘汰運用掃雷艦進入未知海域進行掃雷之作法。此外也將持續朝系統化、自動化、模組化、分散化的方向發展,這樣的作戰方式可以說是種分散式獵雷作戰,將相關功能分散至更多載具上,不僅降低人員及艦艇風險,也能增加海軍艦隊的任務靈活性。歐、美各國均設定將在2030年左右達到獵雷作戰無人化的目標。全面無人化可降低人員暴露在雷區中的風險,但在戰爭中的效益則尚需實戰驗證。
台灣在與中國可能的衝突模擬中,水雷封鎖一直是兩邊可能採取的選項,因此對台灣來說,掃雷能力仍須持續投注心力。而無人化是水雷反制作戰發展之趨勢,歐、美各國的強項在於對新科技運用的開放心態以及合作發展軍備的文化與環境。
目前歐美發展無人化水雷反制能力的模式,是由軍備組織與國防承包商共同合作,在共同系統架構下打造符合各同盟國需求之裝備,這種模式在研發成本、後勤補給以及盟國間聯合作戰等方面,都提供相當大的優勢,可以說是軍民合作開發的範例。台灣的電子工業基礎並不弱,無人載具在平時也有民間商業上的需求,歐美的作法可供我們參考學習。