Transcript 國防教育教材(陳柏羽老師)

以科學觀點
剖析中華民國海軍武器性能
陳柏羽老師 2012.9.18
1
全
體
就
備
戰
部
署
1.各自速至指定部
位
2.所有艙門緊閉
3.通風停止，燈光
昏暗
2
標
準
一
型
防
空
飛
彈
標準一型防空飛彈，是
我國海軍第一種區域防
空飛彈
該型飛彈彈體重625公
斤，彈體長4.47公尺，
飛行速度為2馬赫，射
程為46公里。
3
標
準
二
型
防
空
飛
彈
配備於我國基隆級艦上的防
空飛彈，是海軍目前性能
最強的防空飛彈
彈體重705公斤，彈體長4.72
公尺，飛行速度約2馬赫，
射程為73至167公里
為一半主動雷達導引方式，
於基隆級艦的艦艏艦艉各
裝置一具發射器
4
五
吋
艦
砲
五吋砲的接戰程序:主要在艦上雷達偵獲空中或水
面目標後，由ＭＫ－八六火砲射控系統直接以
電腦系統控制五吋砲接戰
5
五
吋
艦
砲
最大射擊距離約為21公里；最大射擊高度約為一
萬三千公尺；發射速率可達每分鐘三十四發。
6
單 管 2 0 m m 快 砲
射程:有效射程1500公尺 射高:1000公尺
俯仰角:-10。~+90。射界:360。射速: 600發/分鐘
7
近迫武器系統(Close-In Weapon System )
方陣快炮:MK-15 20mm方陣快炮(Phalanx
Gatling MK-15)最為人知
公羊滾轉體防空飛彈(RAM)
星戰雷射光砲:最快明年初服役
8
M K - 1 5
2 0 m m 方 陣 快 炮
設計來負責對抗低空、
近程目標(針對反艦飛
彈和低空飛行的固定翼
航空器)的點防禦武器
只要給它可能目標的資
料後,它就完全靠自己
的雷達搜索、追蹤、目
標威脅評估、鎖定、開
火,無須倚靠其它系統
幫忙
9
M K - 1 5
2 0 m m 方 陣 快 炮
開火的短時間內傾瀉出
大量彈藥(依型號不同,
擁有3000發/分鐘~4500
發/分鐘的射速)到系統
計算出其所攻擊目標的
可能行經地點形成彈幕,
並在開火後(開火時間
通常只有一秒上下)
10
11
方
陣
快
炮
的
限
制
方陣快砲是作為最後一到防線, 基本上那時飛彈將會
於數秒鐘至半分鐘內被摧毀
如果對方是超音速反艦飛彈, 基本上方陣等於沒用→
因為方陣開火後約數秒就準備中彈, 這時就算超音速
飛彈導航系統與彈體被破壞, 但由於這類飛彈速度高,
還有很大的慣性讓飛彈繼續往前飛一段距離, 剛好足
夠補足方陣的射程, 所以照樣準備中彈!
超音速反艦飛彈就是號稱神盾殺手..所以更
需要攔截射程更長的彈砲合一近迫系統
12
星
戰
雷
射
光
砲
功率為50000瓦的
雷射武器
可以光速發射，熔
化敵軍射來的砲
彈外殼、引爆內
部的炸藥，已在
測試中成功摧毀
六十公釐的迫擊
砲砲彈
13
神 盾 殺 手 : 超 音 速 反 艦 飛 彈
超音速衝壓飛彈的優點：
敵人反應時間短，以掠海高度20公尺計，
假設目標艦的雷達高度為15公尺，則飛
彈冒出水平線的距離是28公里左右，理
想上，一枚秒速300公尺的反艦飛彈要花
93秒才能擊中目標，然而一枚秒速660公
尺的超音速飛彈只需要42秒。
如果天候惡劣，雷達自動標定能力不佳
的話，目標可用的預警時間只會更短，
使其根本來不及攔截超音速反艦飛彈
14
衝
壓
發
動
機
優
點
衝壓發動機（Ram Jet）是一種結構簡單、沒有
任何活動組件的噴射發動機
相較於火箭推進器:一般的液態燃料衝壓發動機
完全不需要攜帶氧化劑，直接吸收大氣中的氧氣
進行燃燒
相較於渦輪發動機:衝壓發動機沒有渦輪壓縮機。
衝壓發動機的結構包括衝壓進氣道、燃燒室 、
尾噴管，只靠進氣道對空氣進行加壓
15
衝
壓
發
動
機
優
點
固態火箭的燃燒作用時間都很短，一口氣
將所有燃料燃燒殆盡 →適合防空飛彈
對於需要長時間低空飛行、轉向的反艦、
陸攻飛彈就不適合了
衝壓發動機不僅燃燒時間長，而且氧化劑
完全取自外界，飛彈本身只需攜帶燃料，
所以在相同體積情況下可獲得比固態火箭
更大的射程
16
衝
壓
發
動
機
原
理
衝壓發動機無法直接在靜止狀態開始工作，
而需先由外界的動力獲得初速，使氣流源源
不絕地高速進入進氣口
衝壓發動機必須加速至超音速才能開始工作，
因為進氣道的氣流壓力必須高於燃燒室的壓
力，否則外界空氣將無法進入燃燒室。
戰鬥機攜帶:則可直接獲得初速
額外的推進器：先讓飛彈點火升空並加至額
定速度，才能運作。
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台 灣 研 發 衝 壓 發 動 機 肇 始
投入原因：衝壓發動機結構
簡單，不需要渦輪，初步評
估認為這對當時連汽車引擎
都不會做的台灣而言，是個
較易切入的方向
合作對象：美國馬夸特
（Marquardt）公司（製作
攔截蘇聯戰略轟炸機的長程
防空飛彈）
馬夸特公司的CIM-10A/B防空飛彈，衝壓
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發動機採外掛設計，彈體十分巨大。
建
立
大
型
風
洞
馬夸特公司協助建
立大型測試風洞:
於1984年完成。
有別於普通風洞，
由於是作為衝壓
發動機裝備測試，
為了模擬實際高
速飛行中的空氣
密度以及飛行中
的燃燒現象，故
必須在風洞氣流
中加入丙烷引燃，
增加溫度
19
天
弓
飛
彈
計
畫
室
成
立
1981年2月：預定作為天弓防空飛彈動力系統的衝壓
發動機研發團隊，順理成章地併入計畫室之中。
本意：天弓飛彈初期有意師法馬夸特公司研發的
CIM-10A/B衝壓推進防空飛彈，
計畫生變：當時中科院尚無法突破衝壓發動機的技
術關卡，所以天弓計畫只得先採用傳統固態火箭
發展天弓一型
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空 射 緊 致 型 衝 壓 發 動 機
1968年：渥特公司開始為美國海軍進行整合式火箭
衝壓發動機研究，也就是把固態助升火箭與續航
衝壓發動機整合為一體
優點：
1.節省飛彈的體積與重量：衝壓發動機設置於彈體
內部後段，固態助升火箭先燃燒，燃燒完畢之後
留下來的空間就成為衝壓發動機的燃燒室
2.內置式固態火箭助推器只需燃燒5秒的時間，就能
加速至可啟動衝壓發動機的速度
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空射緊致型衝壓發動機之缺點
缺點：使用的液態燃料因為安全起見，平時必須儲存
於航艦上，戰機出擊前才注入飛彈，使用上相當不
便
美國海軍政策轉向：取消計畫，轉而支持次音速的戰
斧巡航飛彈
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擎
天
計
畫
成
立
目的：結合過去十年來所有液態燃料衝壓發動機的相
關技術
一位中科院人員投書指稱：中科院在1980年決定發展
衝壓推進防空飛彈是個嚴重的錯誤，因為發展數年
後才發現模仿的對象是空射反艦飛彈（應指渥特公
司的STM），發射初速天差地別，根本不能直接由
地面發射來打飛機，必須重新設計
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化
悲
憤
為
力
量
質疑也激起擎天計畫室相關人員的鬥志，奮發努力完
成了後續的測試作業
除了衝壓發動機本身的技術之外，飛彈如何在緊迫的
接敵時間內確實完成搜索與鎖定，並控制高速彈體準
確擊中目標
1994年：擎天計畫室與中科院研發反艦飛彈的「雄風
計畫室」合併，而這種新型超音速反艦飛彈就是所謂
的「雄風三型」
24
擎天MK-1衝壓發動機測試載具
將衝壓發動機整合入
載具體內，使得體
積更為緊密
仍使用傳統的大型
外接式助升火箭，
連接於彈體後部，
燃燒殆盡後隨即拋
棄
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擎 天 M K - 1 的 四 次 飛 行 實 驗
第一次試射：純粹測試彈體、發動機與各組件的基
本性能，載具發射後依照控制程式進行加速、固
態助升火箭分離、衝壓發動機點火等動作，再加
速到超音速，控制面全程都處於鎖定狀態，沒有
任何航向修改，
第二次試射：1992年9月25日進行，是擎天MK-1第一
次進行彈道控制試飛，主目的在於驗證中途導引
及高空巡航測試，載具發射後依序進行加速、助
推器分離、衝壓發動機點火、開始飛行控制、加
到巡航速度，爬升到指定的巡航高度後進行水平
巡航飛行，巡航結束後依照預設的航道俯衝
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第三次試射:模仿反艦飛彈的低-高-低彈道，載具發
射後仍先爬升至高空巡航，飛行一段時間後向低空
俯衝並調整速度，進入終端低高度水平飛行一段時
間，最後載具以橫向高G轉彎，完成後控制指令歸
零
第四次試飛：要用於驗證掠海飛行性能，載具點火發
射後，依序進行分離、俯衝、拉平動作，再於極低
空進行不同高度的掠海飛行，最後也成功完成任務。
擎天MK-1的最大巡航高度可達12000m，速率超過2
馬赫。
27
擎
天
M
K
-
2
整合固態火箭
衝壓發動機技
術，將助升火
箭設置於衝壓
發動機燃燒室
內以節省體積
空間，利於給
飛機掛載或裝
入地面、艦艇
發射箱內
28
助
升
器
改
到
彈
體
兩
側
優點：縮減彈體長度，利於裝入發射箱或由戰機
攜帶
彈側助推器脫離彈體技術難關：兩個助推器不能
同時脫離、脫離時受到外界氣流影響使助推器撞
擊彈體、使用機械裝置連結側掛式助升火箭，機
械故障而無法同時脫離
問題解決：爆炸脫離裝置，因為爆炸時機的控制
較為簡單容易，而且爆炸時的向外推力便足以避
免助推器脫離後回頭撞上彈體
29
超
級
比
一
比
雄風三的體型重量遠低於日炙這表示
雄風三的技術層次比日炙高很多
30
俄羅斯SS-N-22(3M80E)日炙反艦飛彈
 彈長:9.4公尺
彈徑:1.3公尺
彈重:4000公斤
彈頭:300公斤
導引方式:直昇機中途導引+終端主/被動雷達
最大射程:120公里/改進型160公里
動力來源:衝壓發動機
巡弋高度:7~20公尺
最大飛行速度:2.4馬赫
31
外
掛
的
沖
壓
引
擎
大陸80年代發展失敗的C-101,C-301
32
俄羅斯紅寶石超音速反艦飛彈
33
俄 印 和 製 的 布 拉 莫 斯
34
法
國
的
A
N
F
35
雄 三 整 合 進 彈 體 的 衝 壓 引 擎
36
雄 風 三 型 反 艦 飛 彈 彈 尾 特 寫
兩側助推器上的可折疊式穩定面
37
2
0
0
6
年
初
曝
光
照
片
成功號原本的四
聯裝雄風二型
反艦飛彈發射
器被撤除了右
邊兩管，換成
另外兩管長度
與寬度更大的
發射箱，這就
是雄風三型飛
彈的發射器
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超 音 速 反 艦 飛 彈 的 優 點
目標艦的雷達高度為15公尺，則飛彈冒
出水平線的距離是28公里左右，理想上，
一枚秒速300公尺的反艦飛彈要花93秒才
能擊中目標，然而一枚秒速660公尺的超
音速飛彈只需要42秒。如果天候惡劣，
雷達自動標定能力不佳的話，目標可用
的預警時間只會更短，使其根本來不及
攔截超音速反艦飛彈
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數學題~雄風三型飛彈以超音速飛向300
公 里 外 的 日 本 金 剛 驅 逐 艦
題目：花蓮外海的成功級巡防艦對300公
里外的日本神盾金剛驅逐艦發射一枚雄
風三型飛彈，就是以剛好超音速(平均)，
日軍在石桓島上空的E-2C在我成功級巡
防艦發射後就通知金剛艦，共花了五秒
40
問
題
一
Q1:雄風三型要花多久的時間可以命中
金剛艦？
41
解
答
一
以雄三性能數據660m/s推算, 成功級
距離金剛級約300km(假設雄三射程達
300km),
300000/660 = 454s
約7分鐘34秒.
42
問
題
2
Q2:請問扣掉五秒後，金剛艦還有多久
反應時間接戰？
43
解
答
2
7分34秒-5秒= 7分29秒.
但是沒那麼簡單, 就算預警機發現, 假
設雄風3距海平面高度約20m, 推算日艦
雷達高度為15m, 出現在海平面為28km,
以660m/s計算, 接戰反應時間為42秒.
44
問
題
3
Q3:金剛艦接戰程序 ？
45
解
答
3
電戰干擾為優先
發射防空飛彈攔截：由於VLS垂發後飛彈須向上昇然
後轉向, 接著下降往反艦飛彈飛去, 這會耗去不少
時間約10數秒 （無第二次發射飛彈攔截的距離）
發射電子干擾火箭：形成金屬絲幕, 在雷達上看起
來會像是一片雷達雲, 艦艇高速迴轉閃避
近迫防禦系統: 到了最後Mk15發揮時已在3-5km內,
只剩下約5-7秒
就算最終被近迫武器攔截, 但是強大的動能還是讓
破片殘骸飛向目標造成傷害.
46
問
題
4
Q4:金剛艦的下場？
47
解
答
4
一般的艦艇挨上2-3枚次音速反艦飛彈還
不見得會馬上沉沒.
但只要挨到一枚超音速反艦飛彈4000噸級
的巡防艦當場嗚呼哀哉. 大如7000-8000
級的神盾驅逐艦兩枚也足夠讓他沉入海
底.
這是超音速反艦飛彈最具威脅的地方
48
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