(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司七五〇試驗(yàn)場(chǎng) 昆明 650051)
水下自航式靶雷能逼真模擬潛艇的機(jī)動(dòng)特性、聲學(xué)特性和磁異常特性等,具備使用方便、效費(fèi)比高等特點(diǎn),是目前各國(guó)海軍反潛訓(xùn)練的主力裝備。
美海軍自1974年起研制了Mk30 Mod 1靶雷用于開(kāi)展反潛戰(zhàn)訓(xùn)練,主要用于航空兵、潛艇和水面艦編隊(duì)的聯(lián)合反潛訓(xùn)練,后續(xù)又于1996年研制開(kāi)發(fā)了MK30 Mod 2靶雷,在Mod 1的基礎(chǔ)上提高了靶雷的可靠性、測(cè)試性和維修性,新增了自主規(guī)避、逼真噪聲模擬并隨方向變化的聲學(xué)應(yīng)答和瞬態(tài)噪聲模擬等新功能。
本文較詳細(xì)地介紹了MK30 Mod 2靶雷的功能、組成、配套設(shè)備,以及使用、維護(hù)、培訓(xùn)情況,從中不僅可了解該靶雷的組成與技術(shù)特點(diǎn),還可了解美軍對(duì)靶雷的使用方法,對(duì)我國(guó)靶雷的設(shè)計(jì)和使用具有一定的參考意義。
Mk 30 Mod 2靶雷系統(tǒng)由靶雷(TUV)和為完成訓(xùn)練任務(wù)而配備的輔助設(shè)備組成,輔助設(shè)備包括外部控制設(shè)備(ECE)、支持和測(cè)試設(shè)備(S&TE)兩類。
靶雷(TUV)是一種可重復(fù)使用的無(wú)人水下航行器,由動(dòng)力推進(jìn)、航行控制和聲磁載荷組成,載荷包括潛艇聲學(xué)和磁異常模擬功能,具備反潛戰(zhàn)(ASW)訓(xùn)練任務(wù)所需的潛艇特性模擬能力。靶雷機(jī)動(dòng)能力需進(jìn)行合理設(shè)定,速度一般5至20節(jié),其上浮、下潛以及轉(zhuǎn)彎速率與潛艇機(jī)動(dòng)特性相當(dāng);通過(guò)預(yù)先編程設(shè)定,靶雷具備噪聲模式、聲反射模式和聯(lián)合工作模式,噪聲模式發(fā)射窄帶或?qū)拵г肼暎暦瓷淠J娇梢詫?duì)魚(yú)雷主動(dòng)聲信號(hào)進(jìn)行反射,聯(lián)合工作方式則為兩種同時(shí)工作;同時(shí)靶雷可接收主動(dòng)聲吶探測(cè)信號(hào)并進(jìn)行規(guī)避機(jī)動(dòng);通過(guò)水聲發(fā)射機(jī)發(fā)射聲學(xué)通信指令可以遠(yuǎn)程改變靶雷的航速、航深以及方向、任務(wù)停止等;通過(guò)一根大電流拖纜,靶雷可模擬潛艇的磁異常特性,供航空反潛訓(xùn)練。
靶雷直徑533mm,長(zhǎng)6250mm(無(wú)拖曳線列陣),由頭段、電池段、導(dǎo)航與控制段(G&C)、聲學(xué)段、電機(jī)段和后段共6個(gè)段組成(具體見(jiàn)圖1)。
圖1 Mk30 Mod 2靶雷結(jié)構(gòu)
第1段為頭段,安裝有緊急脈沖發(fā)射器、左右接收換能器和回收信標(biāo)。在頭段前部安裝有鼻環(huán),可方便打撈回收。
第2段為電池段,安裝有容量為39kW時(shí)的MR-200鋅銀電池。該段中的電源開(kāi)關(guān)組件(PSA)包括一組密封型繼電器,負(fù)責(zé)航行體其他組件的電源控制。在電池兩端安裝有縱傾調(diào)整系統(tǒng)(TAS),可使靶雷在回收時(shí)保持30°以內(nèi)的垂直角度漂浮,方便打撈回收。
第3段為導(dǎo)航與控制段(G&C),安裝有磁異常電源、慣性導(dǎo)航單元(INU)、電源轉(zhuǎn)換組件、航行體控制及聲學(xué)處理組件(VCAP)、任務(wù)執(zhí)行信息記錄器(MPI)、意外網(wǎng)絡(luò)組件(CNE)和可選數(shù)據(jù)記錄器。可選數(shù)據(jù)記錄器只在測(cè)試、故障排除和有特別記錄要求的情況下使用。意外網(wǎng)絡(luò)組件(CNE)監(jiān)視航行體內(nèi)部的各種參數(shù),并向VCAP報(bào)告狀態(tài),CNE可響應(yīng)VCAP的命令執(zhí)行結(jié)束任務(wù)操作(EOR)或作為VCAP的備份。
第4段為聲學(xué)段,安裝有寬頻帶聲學(xué)發(fā)射換能器、3D信標(biāo)以及相應(yīng)的功率放大組件和其他電子組件。
第5段為電機(jī)段,安裝有推進(jìn)電機(jī)和控制器,此外還安裝有絕緣耦合器和冷卻泵。
第6段為后段,安裝有螺旋槳、軸和舵機(jī),以及舵片和鰭。為防止螺旋槳意外激活,設(shè)計(jì)了一根保護(hù)拉繩。尾鰭后段安裝有盤繞固定好的拖曳線列陣。Mk30 Mod 2靶雷的拖曳陣與Mk30 Mod1的一致。拖曳線列陣和MAD電纜纏繞在一個(gè)筒上,使靶雷在發(fā)射期間保持拖纜整齊。
綜上所述,Mk30 Mod 2靶雷的原理、組成與結(jié)構(gòu)可用圖2來(lái)表示。
圖2 Mk30 Mod 2原理及組成
靶雷配套的外部控制設(shè)備有發(fā)射控制系統(tǒng)(LCS)、岸基聲學(xué)指令控制器(ACLSBC)和緊急停車系統(tǒng)(ESS),如圖3所示。
圖3 MK30 Mod 2的外部控制設(shè)備組成
2.2.1 發(fā)射控制系統(tǒng)(LCS)
發(fā)射控制系統(tǒng)(LCS)置于發(fā)射平臺(tái)上,用于傳遞執(zhí)行發(fā)射指令。在任務(wù)完成后,LCS還可用于讀取靶雷的任務(wù)性能信息(MPI)和可選數(shù)據(jù)記錄器(ODR)數(shù)據(jù)。靶雷還可通過(guò)LCS與全球定位系統(tǒng)(GPS)連接。
發(fā)射控制系統(tǒng)(LCS)是一個(gè)加固的商用便攜式計(jì)算機(jī),能夠適應(yīng)直升機(jī)和水面艦的嚴(yán)酷使用環(huán)境。LCS主要由發(fā)射平臺(tái)提供電源,它也有一個(gè)電池備份。LCS配置電磁干擾/射頻干擾(EMI/RFI)防護(hù)、LYNX操作系統(tǒng)和Mk30 Mod 2任務(wù)支持軟件。
2.2.2 岸基聲學(xué)指令控制器(ACLSBC)
岸基聲學(xué)指令控制器(ACLSBC)用于在訓(xùn)練任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中通過(guò)水下定位系統(tǒng)向靶雷發(fā)出指令。
岸基聲學(xué)指令控制器(ACLSBC)基于一臺(tái)臺(tái)式個(gè)人計(jì)算機(jī),安裝在各訓(xùn)練基地的水下跟蹤定位基站中。配置命令信號(hào)產(chǎn)生模塊、LYNX操作系統(tǒng)、Mk30 Mod 2聲學(xué)遙控軟件等。
2.2.3 緊急停車系統(tǒng)(ESS)
緊急停車系統(tǒng)(ESS)可從水面船或飛機(jī)上投放,通過(guò)水聲遙控命令靶雷進(jìn)入停機(jī)(EOR)狀態(tài),有效作用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3h,作用距離達(dá)5000m。
支持和測(cè)試設(shè)備由靶雷測(cè)試設(shè)備(ATE)、任務(wù)準(zhǔn)備和分析系統(tǒng)(MPAS)、支持和處理設(shè)備(SHE)組成。
圖4 MK30 Mod 2的支持和測(cè)試設(shè)備組成
2.3.1 靶雷測(cè)試設(shè)備(ATE)
靶雷測(cè)試設(shè)備(ATE)通過(guò)臍帶纜直接與靶雷連接,可進(jìn)行靶雷功能和故障定位測(cè)試。靶雷測(cè)試設(shè)備作為使用基地的維修設(shè)備,可對(duì)所有靶雷進(jìn)行準(zhǔn)備和修復(fù)。
靶雷測(cè)試設(shè)備基于PC機(jī),采用機(jī)架式安裝,配置了商用貨架系統(tǒng)日志和電子交互技術(shù)手冊(cè)(IETM)軟件、Windows NT操作系統(tǒng)和用于條形碼閱讀器的LABVIEW軟件。靶雷測(cè)試設(shè)備配備在使用基地的維修部門。
2.3.2 任務(wù)準(zhǔn)備和分析系統(tǒng)(MPAS)
任務(wù)準(zhǔn)備和分析系統(tǒng)(MPAS)用于分析靶雷的聲學(xué)和運(yùn)動(dòng)情況。系統(tǒng)有預(yù)定義任務(wù)庫(kù),有任務(wù)場(chǎng)景功能來(lái)支持新增任務(wù)預(yù)定義的需求。
MPAS是一臺(tái)臺(tái)式PC,配置了LYNX操作系統(tǒng)、以太網(wǎng)、Mk30 Mod 2任務(wù)支持軟件、用于靶雷任務(wù)規(guī)劃以及任務(wù)后置數(shù)據(jù)分析的Matlab軟件。MPAS部署在使用基地的辦公區(qū)域。
2.3.3 支持和處理設(shè)備(SHE)
支持和處理設(shè)備(SHE)為輔助設(shè)備,用于在運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)靶雷和外部控制設(shè)備提供保護(hù),以及處理、組裝和拆卸。
Mk30 Mod 2靶雷的使用與維護(hù)可分為六個(gè)運(yùn)行狀態(tài)和四個(gè)維護(hù)狀態(tài)。如圖5所示。
圖5 Mk30 Mod 2靶雷System狀態(tài)圖
下面分別從靶雷操作、維修、培訓(xùn)等方面介紹靶雷的詳細(xì)使用方法。
3.1.1 任務(wù)準(zhǔn)備
每次訓(xùn)練之前,由訓(xùn)練基地的任務(wù)規(guī)劃人員與訓(xùn)練艦隊(duì)代表之間進(jìn)行會(huì)議溝通。任務(wù)規(guī)劃人員可以創(chuàng)建新任務(wù),也可以修改現(xiàn)有任務(wù)庫(kù)中的任務(wù),或直接使用滿足要求的庫(kù)中已有任務(wù)。
3.1.2 發(fā)射準(zhǔn)備
當(dāng)靶雷置于水面發(fā)射平臺(tái)或直升機(jī)上,靶雷進(jìn)入預(yù)發(fā)射狀態(tài)。在水面發(fā)射平臺(tái)上,靶雷將通過(guò)臍帶纜直接連接到發(fā)射控制系統(tǒng)(LCS)。在直升機(jī)上,靶雷與LCS之間的臍帶纜要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)接電纜以保障直升機(jī)發(fā)射。
發(fā)射人員通過(guò)LCS為靶雷供電,執(zhí)行上電快速自檢、選擇合適的水下航行軌跡UTR、選擇發(fā)射平臺(tái)、初始化定位跟蹤信標(biāo)、初始化靶雷慣性導(dǎo)航單元(INU)等操作。任務(wù)計(jì)劃從LCS上傳到靶雷,上傳完成后在LCS上進(jìn)行確認(rèn)。在靶雷啟動(dòng)之前,LCS將繼續(xù)查詢靶雷的狀態(tài)直到發(fā)射。
3.1.3 發(fā)射
發(fā)射人員按下發(fā)射控制系統(tǒng)(LCS)的發(fā)射按鈕來(lái)啟動(dòng)靶雷發(fā)射,靶雷用濕度探測(cè)器啟動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng),開(kāi)始訓(xùn)練任務(wù)。
發(fā)射人員和發(fā)射平臺(tái)工作人員要觀察靶雷的入水過(guò)程,如推進(jìn)器開(kāi)始推進(jìn)、拖曳陣列展開(kāi),表明靶雷成功發(fā)射。如果可能的話,水面發(fā)射平臺(tái)應(yīng)回收拖曳線列陣的布放滾輪。
3.1.4 訓(xùn)練
在達(dá)到最小航行深度和速度后,靶雷會(huì)航行到它的第一個(gè)路徑點(diǎn),并開(kāi)始執(zhí)行預(yù)設(shè)任務(wù)。在一定范圍內(nèi),通過(guò)岸基聲學(xué)指令控制器,可以將靶雷的任務(wù)改變?yōu)榘欣最A(yù)設(shè)定的三個(gè)任務(wù)之一,也可以命令靶雷等待或者結(jié)束任務(wù)。
3.1.5 結(jié)束航行
在靶雷完成設(shè)定任務(wù)后,進(jìn)入結(jié)束航行狀態(tài)。也可以通過(guò)岸基聲學(xué)指令控制器或者水面船、直升機(jī)上的緊急停車系統(tǒng)(ESS)來(lái)控制靶雷進(jìn)入結(jié)束航行狀態(tài)。
3.1.6 打撈回收
水面發(fā)射平臺(tái)通過(guò)靶雷頭段的鼻環(huán)將靶雷拉回到回收平臺(tái)上。直升機(jī)回收將通過(guò)一個(gè)喇叭狀的回收籠完成。
3.1.7 任務(wù)完成后
靶雷被回收到水面平臺(tái)上或由直升機(jī)運(yùn)回到使用基地或前方基地,首先要用清水對(duì)靶雷進(jìn)行沖洗;卸下已展開(kāi)的拖曳陣和磁異常模擬電纜;用臍帶電纜連接靶雷和發(fā)射控制系統(tǒng)(LCS),通過(guò)臍帶纜將仍在工作的定位發(fā)射信標(biāo)關(guān)閉;通過(guò)發(fā)射控制系統(tǒng)(LCS)讀取靶雷的任務(wù)執(zhí)行信息(MPI)數(shù)據(jù)。任務(wù)執(zhí)行信息(MPI)數(shù)據(jù)將被發(fā)送到使用基地,用任務(wù)準(zhǔn)備和分析系統(tǒng)(MPAS)進(jìn)行輔助分析,分析訓(xùn)練目標(biāo)達(dá)成情況或失敗原因、評(píng)估靶雷性能情況及訓(xùn)練方案。
如果安裝了可選數(shù)據(jù)記錄器(ODR),它的記錄數(shù)據(jù)可通過(guò)發(fā)射控制系統(tǒng)(LCS)讀取到外部存儲(chǔ)設(shè)備。ODR可能包含機(jī)密數(shù)據(jù),需要妥善處理。
Mk 30 Mod 2靶雷系統(tǒng)在使用基地和前方基地分別進(jìn)行預(yù)防性/計(jì)劃性維修、修復(fù)維修,不需要進(jìn)行中間級(jí)別維修。維修還可能發(fā)生在靶雷準(zhǔn)備階段和完成任務(wù)后的水面發(fā)射平臺(tái)(SLP)。
3.2.1 預(yù)防性/計(jì)劃性維護(hù)
預(yù)防性/計(jì)劃性維護(hù)包括例行的任務(wù)前/后檢查、每條靶雷每年的最低可更換單元(LRU)級(jí)預(yù)防性維護(hù)兩類。對(duì)每一臺(tái)外部控制設(shè)備(ECE)、支持和測(cè)試設(shè)備(S&TE)也要進(jìn)行計(jì)劃性維修。
3.2.2 修復(fù)性維修
靶雷的修復(fù)性維修可以在使用基地進(jìn)行,使用靶雷測(cè)試設(shè)備(ATE),利用交互式電子技術(shù)手冊(cè)(IETM),結(jié)合靶雷的上電快速自檢、性能檢查功能進(jìn)行故障定位。當(dāng)靶雷測(cè)試設(shè)備(ATE)識(shí)別出一個(gè)故障時(shí),會(huì)向操作員提示故障發(fā)生條件;通過(guò)故障定位功能,可找出發(fā)生故障的靶雷最小可替換單元(LRU)進(jìn)行替換、重新測(cè)試。對(duì)于不能將故障定位到LRU的情況,需要作其他的故障排除操作,靶雷測(cè)試設(shè)備(ATE)可以對(duì)獨(dú)立的段進(jìn)行測(cè)試。被替換下來(lái)的LRU將被轉(zhuǎn)到指定的倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行維修,對(duì)不可修復(fù)的零部件要記錄每個(gè)LRU的具體編碼和故障現(xiàn)象。
3.2.3 其他維修
倉(cāng)庫(kù)維修只限于最低可替換件(LRU)的更換,維修結(jié)果數(shù)據(jù)會(huì)提供給Mk30 Mod 2的維護(hù)計(jì)劃小組,用于評(píng)估Mk30 Mod 2靶雷的使用成本。
臨時(shí)維修由系統(tǒng)設(shè)計(jì)商雷聲公司負(fù)責(zé),從靶雷系統(tǒng)投入使用開(kāi)始,直到形成永久的基地維修能力。
靶雷在生產(chǎn)/投入使用階段就開(kāi)始策劃全壽命周期維護(hù)計(jì)劃。
Mk30 Mod 2靶雷的培訓(xùn)包括工程和制造(E&MD)階段培訓(xùn)、初始培訓(xùn)、熟練培訓(xùn)和升級(jí)培訓(xùn)四個(gè)部分,定期的在職(OJT)培訓(xùn)也提供學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。
3.3.1 工程和制造階段(E&MD)培訓(xùn)
E&MD培訓(xùn)將在Mk30 Mod 2生產(chǎn)制造階段進(jìn)行。主承包商雷聲公司開(kāi)發(fā)了一種基于計(jì)算機(jī)的培訓(xùn)課程,便于熟悉Mk30 Mod 1靶雷的人員學(xué)習(xí)操作和維修Mod 2靶雷。
在E&MD培訓(xùn)中使用的主要文件是交互式電子技術(shù)手冊(cè)(IETM)。交互式電子手冊(cè)安裝在靶雷測(cè)試設(shè)備(ATE)中,與測(cè)試設(shè)備共用屏幕和鍵盤。電子交互手冊(cè)與靶雷診斷測(cè)試程序是相互獨(dú)立的軟件,靶雷測(cè)試設(shè)備(ATE)執(zhí)行測(cè)試和故障定位,交互式電子技術(shù)手冊(cè)(IETM)提供執(zhí)行測(cè)試和維護(hù)的操作規(guī)程。
3.3.2 初級(jí)培訓(xùn)
當(dāng)Mk30 Mod 2靶雷安裝在一個(gè)使用基地時(shí),要在該基地開(kāi)展初始培訓(xùn)。第一個(gè)接受初始培訓(xùn)是波多黎各的大西洋艦隊(duì)武器測(cè)試設(shè)施(AFWTF)。培訓(xùn)提供了四門課程:
1)直升機(jī)發(fā)射和回收;
2)水面艦船發(fā)射平臺(tái)操作和維護(hù);
3)精通Mk30 Mod 2靶雷;
4)Mk30 Mod 2靶雷的操作與維護(hù)。
直升飛機(jī)機(jī)組人員將接受課堂培訓(xùn),以了解Mk30 Mod 1靶雷和Mod 2在發(fā)射和回收操作之間的不同。
在水面發(fā)射平臺(tái),Mk30 Mod 2靶雷將使用與Mod 1靶雷相同的發(fā)射裝置。水面發(fā)射平臺(tái)操作人員要接受新發(fā)射控制系統(tǒng)(LCS)的操作訓(xùn)練,并熟悉、掌握Mk30 Mod 2靶雷和Mod 1的不同要求。
3.3.3 熟練培訓(xùn)
Mk30 Mod 2的熟練培訓(xùn)內(nèi)容包括靶雷性能和岸基聲學(xué)指令控制器(ACLSBC)的操作。
使用基地的靶雷操作人員如果在一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有操作或維護(hù)過(guò)靶雷,必須接受熟練培訓(xùn)來(lái)更新他們的技能,包括休假病假、臨時(shí)調(diào)離Mk30 Mod 2崗位,或由于其他原因不接觸Mk30 Mod 2靶雷的人員。
3.3.4 升級(jí)培訓(xùn)
Mk30 Mod 2靶雷的壽命周期達(dá)20年,期間的技術(shù)狀態(tài)改變需要進(jìn)行相應(yīng)的升級(jí)培訓(xùn)。這種培訓(xùn)的時(shí)間一般需一天時(shí)間,指導(dǎo)人員在熟練培訓(xùn)課程基礎(chǔ)上進(jìn)行更新,以反映Mk30 Mod 2的當(dāng)前狀態(tài)。據(jù)估計(jì),課程更新內(nèi)容為10%,每三年需要培訓(xùn)一次。
3.3.5 在職培訓(xùn)
以前接受過(guò)培訓(xùn)的人員可以用計(jì)算機(jī)的交互式電子技術(shù)手冊(cè)進(jìn)行熟練級(jí)培訓(xùn)。被培訓(xùn)人員要通過(guò)所有操作和維修的實(shí)操測(cè)試。培訓(xùn)合格人員可頒發(fā)上崗證。
在Mk30 Mod 2靶雷的演示與驗(yàn)證(D&V)階段,七性三化工作與系統(tǒng)設(shè)計(jì)一起開(kāi)展,明確了標(biāo)準(zhǔn)化要求,制定硬件標(biāo)準(zhǔn),對(duì)新設(shè)計(jì)的盡量采用成熟技術(shù),使用商用現(xiàn)貨/非開(kāi)發(fā)品(COTS/NDI),還確定了七性三化設(shè)計(jì)目標(biāo)和設(shè)計(jì)約束。同時(shí),在整個(gè)演示和驗(yàn)證階段(D&V)記錄了故障模式、影響和危害分析(FMECA)和可靠性中心維護(hù)(RCM)數(shù)據(jù),并持續(xù)執(zhí)行到整個(gè)E&MD階段,以達(dá)到Mod 2靶雷提高可靠性的要求。
Mk30靶雷的安全等級(jí)是根據(jù)不同的任務(wù)來(lái)規(guī)定的,對(duì)于可從靶雷中識(shí)別出潛在信息的被定義為保密等級(jí),潛在信息包括靶雷模擬的目標(biāo)或使用靶雷訓(xùn)練的美國(guó)潛艇、水面艦艇或飛機(jī)的作戰(zhàn)能力、弱點(diǎn)、戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)條例等。
3.5.1 硬件保密等級(jí)
所有Mk30 Mod 2硬件在沒(méi)有加載任務(wù)軟件或數(shù)據(jù)時(shí)是非密的,Mk30 Mod 2系統(tǒng)和子系統(tǒng)的外部視圖是非密的。但是即使Mk30 Mod 2靶雷在未安裝任務(wù)時(shí)是非密的,它也必須通過(guò)物理和操作安全措施進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Wo(hù)。
3.5.2 聲學(xué)性能和功能保密等級(jí)
靶雷聲學(xué)組件的一般性描述,包括對(duì)關(guān)鍵部件的描述和它們的物理特性(例如,大小、重量)是非密的。
聲學(xué)發(fā)射、聲學(xué)接收的頻譜是保密的,系統(tǒng)的接收帶寬也是保密的。
Mk30系列靶雷作為美國(guó)高頻次使用的反潛訓(xùn)練裝備,其可靠性、環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì),以及維修體制、培訓(xùn)機(jī)制、保密規(guī)則已通過(guò)大量實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證,是美國(guó)海軍不斷探索、改進(jìn)的成果,對(duì)我國(guó)靶雷發(fā)展而言,具有較高的參考價(jià)值。