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細(xì)說潛艇(3)- 指揮艙
如果說指揮臺(tái)圍殼是潛艇的帽子,那指揮艙(美國(guó)海軍的習(xí)慣叫法是控制室)就是潛艇的大腦,航行操控、情報(bào)處理、作戰(zhàn)指揮等幾乎所有關(guān)鍵作業(yè)都在這里進(jìn)行。
自二戰(zhàn)以來潛艇的線型、動(dòng)力、武器、設(shè)備等方面發(fā)生了巨大的變化,唯獨(dú)指揮艙的布局和幾十年前的潛艇幾乎一模一樣。如果你參觀過舊金山漁人碼頭的二戰(zhàn)潛艇“鰹魚”號(hào)或者格羅頓美國(guó)潛艇部隊(duì)博物館的第一艘核潛艇“鸚鵡螺”,仔細(xì)閱讀各個(gè)戰(zhàn)位的說明,然后再走進(jìn)現(xiàn)役海狼級(jí)攻擊核潛艇的指揮艙,雖然充滿機(jī)器朋克風(fēng)格的儀表、閥門已經(jīng)被現(xiàn)代化的開關(guān)、屏幕替代,你仍然可以很方便地在幾乎相同的位置找到對(duì)應(yīng)的戰(zhàn)位。
> “鸚鵡螺”號(hào)航行控制臺(tái)
> 海狼級(jí)“吉米·卡特”號(hào)航行控制臺(tái)
指揮艙的位置和布局是由潛望鏡決定的,只要是采用傳統(tǒng)的穿透式光學(xué)潛望鏡,不論圍殼設(shè)置在潛艇中部還是前部,指揮艙都得緊貼著布置在圍殼的正下方,以便布置潛望鏡光路,操作潛望鏡。早期潛艇的不同之處是因?yàn)閲鷼ぶ睆捷^小,潛望鏡長(zhǎng)度不足,在指揮艙上方單獨(dú)設(shè)了一個(gè)較小的指揮塔,或者將指揮艙分為兩層,潛望鏡操作和作戰(zhàn)指揮在上層,航行控制在下層;現(xiàn)代潛艇耐壓殼直徑增大后則布置在同一層內(nèi)。
【 潛艇人員配置 】
在了解作為潛艇運(yùn)作中樞的指揮艙布局之前,先來看一下潛艇的人員配置情況。以美國(guó)海狼級(jí)為例,標(biāo)準(zhǔn)的艇員配備為140人,其中軍官14人,水兵126人。高級(jí)軍官包括艇長(zhǎng)(CO)副艇長(zhǎng)(XO)和4大部門長(zhǎng),他們分別是負(fù)責(zé)反應(yīng)堆、推進(jìn)系統(tǒng)和全艇機(jī)電設(shè)備的機(jī)電長(zhǎng)(Eng)、負(fù)責(zé)航行和通信系統(tǒng)的航海長(zhǎng)(Nav)、負(fù)責(zé)武器和聲吶系統(tǒng)的武器軍官(Weps)和負(fù)責(zé)后勤的后勤軍官(Suppo),其它8名低級(jí)軍官負(fù)責(zé)各個(gè)子部門(美國(guó)海軍人才培養(yǎng)過程參見人民海軍如何生成新質(zhì)戰(zhàn)斗力)。
水兵被分配給下列部門和子部門:
機(jī)電部門 - 輔機(jī)(非核動(dòng)力機(jī)械)、電氣、機(jī)械、反應(yīng)堆控制、反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)室
操作部門 - 導(dǎo)航、通信
后勤部門 - 廚師、后勤
武器部門 - 魚雷、聲吶、火控、導(dǎo)彈
另外還有一個(gè)規(guī)模較小的醫(yī)療部門。
> 2004年6月5日“吉米·卡特”號(hào)命名儀式上的艇員隊(duì)
美國(guó)攻擊核潛艇只有一組艇員,不像戰(zhàn)略核潛艇分為金、藍(lán)兩班輪換出海。當(dāng)攻擊潛艇進(jìn)行作戰(zhàn)部署時(shí),除了本艇成員組外通常還會(huì)搭載一些特殊人員,包括被稱為“Spooks - 幽靈”的密碼通信專家,他們上艇后絕大部分時(shí)間都把自己鎖在通信艙的保密空間里,海軍情報(bào)部會(huì)派出2-3名經(jīng)過特殊訓(xùn)練的聲吶員專門追蹤、記錄特定的任務(wù)目標(biāo),潛艇中隊(duì)或者艦隊(duì)司令有時(shí)也會(huì)派代表隨艇出海了解任務(wù)情況。
潛艇出航后,艇上的軍官和武器、操作等關(guān)鍵部門的人員除了休息外待得最多的地方就是指揮艙。在這里值班團(tuán)隊(duì)分析評(píng)估聲納、雷達(dá)等傳感器搜集的信號(hào)和各戰(zhàn)位的狀態(tài),相互監(jiān)督并采取行動(dòng)。每個(gè)艇員都可能犯錯(cuò),但是整個(gè)團(tuán)隊(duì)集團(tuán)必須保持“正確”,不然在深海大洋中任何錯(cuò)誤操作都可能導(dǎo)致災(zāi)難。
指揮艙布局
下圖是洛杉磯級(jí)的指揮艙布置圖,如果把兩具潛望鏡的型號(hào)更新一下,位置對(duì)調(diào),也完全可以看成是海狼級(jí)甚至俄亥俄級(jí)戰(zhàn)略核潛艇,它們的整體布局都是相同的,其它國(guó)家的潛艇也大同小異。
在指揮艙的正中間就是兩具左右并列的潛望鏡,如果是俄式或者指揮臺(tái)圍殼較窄的潛艇,潛望鏡會(huì)前后縱列布置。下圖為2010年1月29日洛杉磯級(jí)“圣塔菲”號(hào)的損管助理(左)和航海作業(yè)軍官(右)在使用潛望鏡掃描海面。
兩具潛望鏡的前面是值更軍官OOD(Officer of the Deck)的席位,由各部門的中級(jí)軍官輪流擔(dān)任,負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)整個(gè)指揮艙的值班團(tuán)隊(duì),操作潛望鏡,艇長(zhǎng)不在場(chǎng)時(shí)代理指揮全艇。對(duì)于配備先進(jìn)自導(dǎo)魚雷和聲吶系統(tǒng)的核潛艇來說潛望鏡的作用早已沒有過去直航魚雷時(shí)代那么重要了,主要用于上浮前觀察海面以及進(jìn)行星光天文導(dǎo)航,真正升起對(duì)水面目標(biāo)進(jìn)行攻擊的機(jī)會(huì)少之又少。
在指揮艙的左前角是航行控制臺(tái),正面兩個(gè)坐席,右側(cè)的是方向舵手(Helmsman),負(fù)責(zé)操縱方向舵控制航向,左側(cè)的是水平舵手Planesman),負(fù)責(zé)操縱艇艏舵和尾水平舵控制俯仰升降以及側(cè)傾,面前的儀表和顯示器顯示各種深度、仰角、側(cè)傾角、速度信息。這兩個(gè)戰(zhàn)位實(shí)際上設(shè)備完全相同是可以互換的,兩位舵手通常由艇上資歷最淺的水兵擔(dān)任。他們身前的方向盤左右旋轉(zhuǎn)則水平舵差動(dòng)或者方向舵轉(zhuǎn)動(dòng),前后推拉則兩側(cè)水平舵同向轉(zhuǎn)動(dòng)。
> 洛杉磯級(jí)“俄克拉荷馬城”號(hào)
> 1981年1月11日“俄亥俄”號(hào)海試
> 1997年7月19日“海狼”號(hào)海試
最左側(cè)是值班長(zhǎng)(Chief of Watch),他負(fù)責(zé)控制BCP壓載水艙控制面板,通過對(duì)前后主壓載水艙注/排水以及調(diào)度遍布全艇的眾多平衡水艙、調(diào)節(jié)水艙來調(diào)整潛艇的浮力,維持縱向和橫向平衡,進(jìn)行緊急上浮操作。他還負(fù)責(zé)除潛望鏡外所有桅桿/天線的升降,艙門口蓋的開閉。值班長(zhǎng)由一級(jí)士官(E-6)或者三級(jí)軍士長(zhǎng)(E-7)擔(dān)任。
> 俄亥俄級(jí)“賓夕法尼亞”號(hào)的BCP面板
在兩位舵手身后坐著的是下潛軍官(Diving Officer),簡(jiǎn)稱Dive,沒有任何控制面板甚至儀表,只負(fù)責(zé)看、聽、說,監(jiān)控前三者的每一個(gè)動(dòng)作。他本身就是最資深的航行操作員,具備極強(qiáng)的態(tài)勢(shì)感知能力,往往是第一個(gè)意識(shí)到開始出現(xiàn)問題的人。他身邊經(jīng)常還有士官長(zhǎng)(有時(shí)還有一位低級(jí)軍官)協(xié)助或者觀摩。
> “俄亥俄”級(jí)的航行控制臺(tái),除了地方寬敞一點(diǎn),布局基本一樣
潛艇下潛后進(jìn)入立體空間,姿態(tài)控制比水面艦艇多一個(gè)維度要復(fù)雜很多。近萬噸的核潛艇就依靠上述三人的緊密協(xié)作在水下進(jìn)行高速三維運(yùn)動(dòng)。
值班長(zhǎng)調(diào)節(jié)各個(gè)壓載水艙控制潛艇的浮力和艇體的平衡,在下潛到潛望深度或者巡航深度后就將潛艇維持在零浮力狀態(tài)。因?yàn)樗摰淖⑺团潘俣容^慢,潛艇快速改變深度進(jìn)行水下機(jī)動(dòng)主要依靠水平舵手偏轉(zhuǎn)艏艉水平舵完成,就像飛機(jī)的副翼,水平尾舵控制大范圍升降,艏舵進(jìn)行精細(xì)調(diào)整。方向舵手轉(zhuǎn)動(dòng)尾部方向舵調(diào)整航向,和水面艦艇相同。只有緊急上浮/下潛時(shí)才會(huì)快速吹除或者注滿壓載水艙同時(shí)大角度偏轉(zhuǎn)水平舵,這會(huì)產(chǎn)生大量噪聲,實(shí)戰(zhàn)部署中不到戰(zhàn)損或者嚴(yán)重事故時(shí)輕易不會(huì)進(jìn)行。
> 1998年6月4日,洛杉磯級(jí)“哥倫布”號(hào)在瓦胡島外海進(jìn)行緊急上浮演練
潛望鏡之后是2張繪圖桌(Plotting table),左側(cè)的是導(dǎo)航繪圖桌,用于記錄航跡,右側(cè)的是戰(zhàn)術(shù)繪圖桌,用于標(biāo)注探測(cè)到的目標(biāo)。這里才是潛艇上最重要的戰(zhàn)位,下潛之后艇員就被徹底隔絕在陰暗的水下,對(duì)外界的所有感知都通過聲吶傳感器搜集并匯聚到這里被標(biāo)注在航圖上,艇長(zhǎng)或者值更軍官完全依賴這張海圖來掌握本艇的位置和戰(zhàn)場(chǎng)敵我態(tài)勢(shì),做出攻擊或者防御的戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作。
> 弗吉尼亞級(jí)“德克薩斯”號(hào)的導(dǎo)航繪圖桌,雖然早已采用了電子海圖,手工繪圖作業(yè)還是航海部門艇員必須修煉的基本功
指揮艙左側(cè)是一排導(dǎo)航設(shè)備臺(tái),依靠復(fù)雜的慣性導(dǎo)航(水下)、GPS/天文導(dǎo)航(水上)等設(shè)備來確定本艇的位置。右側(cè)是多個(gè)作戰(zhàn)控制臺(tái),負(fù)責(zé)顯示目標(biāo)航向、航速、距離信息,設(shè)定魚雷/導(dǎo)彈的射擊諸元,發(fā)射武器,監(jiān)控魚雷發(fā)射后的狀態(tài),根據(jù)導(dǎo)線傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整直至命中目標(biāo)。這排控制臺(tái)最右側(cè)的就是武器控制面板,當(dāng)全系統(tǒng)狀態(tài)滿足預(yù)設(shè)射擊條件后,艇員將按下各發(fā)射管面板上的紅色“射擊”按鈕發(fā)射魚雷或?qū)棥?/span>
> 難得一見的海狼級(jí)武器控制面板,紅色的標(biāo)卡說明相應(yīng)的魚雷發(fā)射管上已經(jīng)安裝了GAG保護(hù)裝置,避免誤觸導(dǎo)致魚雷發(fā)射管開啟或噴出高壓氣體,傷及在魚雷艙內(nèi)作業(yè)的艇員。
潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)
指揮艙中最核心的設(shè)備是潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng),它將指揮、火控、通信、情報(bào)、偵察等(C4ISR)功能集成在一起,高效處理艇艏主被動(dòng)聲納、舷側(cè)聲納陣列和艇艉拖曳陣列產(chǎn)生的海量信號(hào)數(shù)據(jù),自動(dòng)分析并追蹤聲納系統(tǒng)探測(cè)到的水面和水下目標(biāo),建立戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知圖像,控制魚雷和反艦導(dǎo)彈的諸元裝訂和發(fā)射;配備對(duì)陸攻擊巡航導(dǎo)彈的潛艇還具備接收對(duì)陸攻擊指令和目標(biāo)信息、規(guī)劃導(dǎo)彈航路、控制導(dǎo)彈發(fā)射的功能。
> 康斯伯格公司研制的MSI-90U Mk2潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng),應(yīng)用于德國(guó)和意大利海軍的212A型潛艇上
美國(guó)海軍從上世紀(jì)80年代初開始已經(jīng)研發(fā)裝備了5代潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)
【 CCS MK-1 】- 洛杉磯級(jí)改進(jìn)型
為了裝備全數(shù)字式的MK-48 ADCP重型魚雷和“捕鯨叉”、“戰(zhàn)斧”潛射導(dǎo)彈,洛馬在80年代研制了CCS MK-1型戰(zhàn)控制系統(tǒng)/全數(shù)字攻擊中心,首先安裝在洛杉磯級(jí)“巴爾的摩”號(hào)上,之后所有已完工艇也進(jìn)行了改裝。該系統(tǒng)在原有MK-117數(shù)字火控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了2臺(tái)AN/UYK-44計(jì)算機(jī)用于武器火控,1個(gè)MK-81顯控臺(tái)處理超視距目標(biāo)數(shù)據(jù)。MK-1系統(tǒng)不斷迭代,Mod0可以從魚雷發(fā)射管發(fā)射“戰(zhàn)斧”,Mod1增加了MK-48 ADCP控制功能,Mod2支持改進(jìn)型洛杉磯級(jí)的MK-36垂直發(fā)射系統(tǒng),Mod3實(shí)現(xiàn)了完全作戰(zhàn)能力,除了聲納還集成了雷達(dá)、電子戰(zhàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息。
【 AN/BSY-1 】- 洛杉磯級(jí)改進(jìn)型
基于洛杉磯級(jí)作戰(zhàn)系統(tǒng)的開發(fā)經(jīng)驗(yàn),美國(guó)海軍展開了一代分布式架構(gòu)SubACS作戰(zhàn)系統(tǒng)的研發(fā)、測(cè)試、集成和交付工作,A型和B型用于洛杉磯級(jí)改進(jìn)型,B prime型用于新一代海狼級(jí)。
從一開始SubACS作戰(zhàn)系統(tǒng)就面臨開發(fā)、成本和管理的諸多問題:計(jì)劃中的光纖數(shù)據(jù)總線遇到技術(shù)困難,不得不重新設(shè)計(jì),采用更多傳統(tǒng)的電氣技術(shù);多層計(jì)算機(jī)電路板制造也麻煩不斷;主承包商IBM和海軍之間存在管理上的矛盾。所有這些因素造成嚴(yán)重超支,一年間SubACS的項(xiàng)目成本增加了10億美元。
1984年底-1985年海軍和IBM的主要項(xiàng)目經(jīng)理都被撤換,全系統(tǒng)進(jìn)行了大規(guī)模重新設(shè)計(jì),名稱也更改為AN/BSY-1,用于洛杉磯級(jí)改進(jìn)型。BSY系統(tǒng)的預(yù)算被海軍“封頂”,又不斷被突破,軟件開發(fā)與集成所需時(shí)間被大大低估,可靠性和可維護(hù)性問題直到1992年安裝到洛杉磯級(jí)“圣胡安”號(hào)上進(jìn)行評(píng)估時(shí)仍然不達(dá)標(biāo),以致國(guó)會(huì)要求政府問責(zé)局監(jiān)督項(xiàng)目進(jìn)展。
AN/BSY-1是美國(guó)海軍第一套大型軍用分布式架構(gòu)系統(tǒng),全系統(tǒng)重32噸,集成了117臺(tái)電腦,包括64臺(tái)多功能處理器和35臺(tái)專用處理器,計(jì)算速度和生存能力大大高于過去的中央電腦系統(tǒng)。
【 CSS MK-2 】- 洛杉磯級(jí)改進(jìn)型和俄亥俄級(jí)
80年代中期,雷錫昂中標(biāo)研制CSS MK-2系統(tǒng),用全新的系統(tǒng)架構(gòu)取代了CSS MK-1源自6、70年代的底層系統(tǒng),1993年完成開發(fā),裝備在洛杉磯級(jí)改進(jìn)型和俄亥俄級(jí)上。CSS MK-2將指揮、航行戰(zhàn)術(shù)空中、武器火控、目標(biāo)動(dòng)態(tài)分析功能集成在一起,可一次制導(dǎo)4枚MK-48 ADCP打擊多個(gè)目標(biāo)。引入商用軟硬件,軟件采用CMS-2和ADA語言編寫,用4臺(tái)MK-130通用顯控臺(tái)代替了過去的MK-81專用顯控臺(tái),可以互換顯示和操作功能,提高了系統(tǒng)交互能力和備份冗余度。
90年代后期,美國(guó)海軍對(duì)上述三種現(xiàn)役戰(zhàn)斗系統(tǒng)(鱘魚級(jí)和洛杉磯級(jí)早期型仍然在役)展開了C4.2V2A升級(jí)項(xiàng)目,改進(jìn)了MK-48的潛水作戰(zhàn)能力,支持“戰(zhàn)斧”Block3/4,升級(jí)了A-RCI聲學(xué)套件。
【 AN/BSY-2 】- 海狼級(jí)
1988年1月,通用電氣航太潛艇系統(tǒng)分部擊敗IBM中標(biāo),為海狼級(jí)研制AN/BSY-2先進(jìn)作戰(zhàn)系統(tǒng)。冷戰(zhàn)結(jié)束后海狼級(jí)的建造數(shù)量從29艘被削減到僅僅3艘,AN/BSY-2也只生產(chǎn)了4套。應(yīng)美國(guó)國(guó)防部要求,AN/BSY-2由新制定的美軍標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)語言ADA語言編寫,系統(tǒng)代碼320萬行。
AN/BSY-2是美國(guó)海軍第一種真正實(shí)現(xiàn)一體化的潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng),采用全分布式架構(gòu)以光纖數(shù)據(jù)總線集成全艇的資料數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、探測(cè)系統(tǒng)和11個(gè)AN/UYQ-70商規(guī)顯控臺(tái),核心是AN/UYS-2聲學(xué)信號(hào)處理器。AN/BSY-2使用了超過1000個(gè)摩托羅拉68000系列處理器,其中300個(gè)是用于UYS-2的32位68030處理器,構(gòu)成一個(gè)由102個(gè)處理器節(jié)點(diǎn)組成的彈性架構(gòu),系統(tǒng)中任何一個(gè)處理器都可以作為武器火控處理器的備份。
> “康涅狄格”號(hào)的顯控臺(tái)
AN/BSY-2項(xiàng)目同樣好事多磨,因?yàn)楹@羌?jí)的設(shè)計(jì)工作開始時(shí)間早于AN/BSY-2項(xiàng)目開標(biāo),在通用電氣中標(biāo)后全艇的內(nèi)部容積和重量指標(biāo)都發(fā)生了相當(dāng)大的變化,進(jìn)而產(chǎn)生連鎖反應(yīng),紐波特紐斯造船廠拿到作戰(zhàn)系統(tǒng)的新數(shù)據(jù)后需要對(duì)很多部分進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。不過AN/BSY-2軟件方面一年的延誤對(duì)全艇的進(jìn)度卻沒造成太大影響,因?yàn)槠渌矫嬗绕涫呛附訂栴}造成拖延得更久,全系統(tǒng)直到1995年才安裝到“海狼”號(hào)上。
【 AN/BYG-1 】- 應(yīng)用于全部現(xiàn)役潛艇
進(jìn)入新世紀(jì),美國(guó)海軍在AN/BSY-2的基礎(chǔ)上又研發(fā)了AN/BYG-1作戰(zhàn)系統(tǒng),數(shù)據(jù)處理能力提高了7倍,成本僅有前者的1/6。雷錫昂為主承包商,后轉(zhuǎn)給通用動(dòng)力任務(wù)系統(tǒng)分布,裝備弗吉尼亞級(jí)和澳大利亞版柯林斯級(jí)常規(guī)動(dòng)力潛艇,海狼級(jí)、俄亥俄級(jí)和洛杉磯級(jí)改進(jìn)型也先后改裝,統(tǒng)一了全部潛艇的作戰(zhàn)系統(tǒng)。
> 弗吉尼亞級(jí)“明尼蘇達(dá)”號(hào)聲吶納控制臺(tái)
AN/BYG-1由TCS戰(zhàn)術(shù)控制系統(tǒng)和WCS武器控制系統(tǒng)兩部分組成,TCS將所有探測(cè)系統(tǒng)的資料融合成單一的戰(zhàn)術(shù)作業(yè)圖像,代替過去多個(gè)顯控臺(tái)上的子系統(tǒng)信息,大幅提高了態(tài)勢(shì)感知能力和信息準(zhǔn)確率。
根據(jù)美國(guó)海軍每?jī)赡晟?jí)一次的APBs先進(jìn)處理能力建設(shè)計(jì)劃(軟件升級(jí))和TIs技術(shù)插入計(jì)劃(硬件升級(jí)),采用商用計(jì)算機(jī)技術(shù)替代軍用中央處理器的AN/BSY-1將定期更新軟件,淘汰落后硬件,在2011年已經(jīng)加入了無人機(jī)指揮控制能力,更新了分辨率更高的顯示器,增強(qiáng)了高密度目標(biāo)海區(qū)的自動(dòng)化操作能力。
光電桅桿和新型控制艙布局
在弗吉尼亞級(jí)上控制艙的布局發(fā)生了很大的變化,傳統(tǒng)的四人制操艇小組變成了民航客機(jī)那樣的雙人制駕駛員和副駕駛,每人各有4具大型液晶顯示器,方向盤也被電子游戲那樣的數(shù)字化電傳操縱控制手柄所取代。駕駛員負(fù)責(zé)控制潛艇的航向和俯仰(替代原來的方向舵手和升降舵手),副駕駛除控制浮力和平衡外還負(fù)責(zé)操作監(jiān)控任務(wù)(替代原來的值班長(zhǎng)和下潛軍官)。2個(gè)操作站配置相同、互為備份。
> “弗吉尼亞”號(hào)航行控制臺(tái)
由值班長(zhǎng)負(fù)責(zé)的緊急上浮操作被控制面板中央上方的2個(gè)應(yīng)急手柄代替,只需同時(shí)推動(dòng)2個(gè)手柄潛艇將自動(dòng)執(zhí)行緊急上浮程序。
航行控制臺(tái)后側(cè)是一個(gè)雙人通用工作站,主要用于控制垂直發(fā)射系統(tǒng)??刂婆撝醒胧请娮雍D桌,由1大2小三個(gè)觸摸屏組成,可以精確追蹤潛艇的3維動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)和整個(gè)區(qū)域的戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢(shì),艇長(zhǎng)在這個(gè)位置對(duì)指揮艙的工作狀態(tài)一覽無余。
> 雙人通用工作站

> 電子海圖桌
過去獨(dú)立的聲吶室被集成到指揮艙中,7個(gè)聲吶顯控臺(tái)設(shè)在左舷,更方便聲吶團(tuán)隊(duì)和指揮艙中的其他值班人員的溝通。右舷前端4個(gè)顯控臺(tái)用于武器控制,右側(cè)第5個(gè)獨(dú)立的顯控臺(tái)負(fù)責(zé)特種作戰(zhàn)任務(wù)。因?yàn)樽詣?dòng)化程度大幅度提高,不少崗位進(jìn)行了精簡(jiǎn),例如值班航海軍官和航海電子技師就合并為單一的航海值班員戰(zhàn)位,位于指揮艙的最后方,顯控臺(tái)可控制潛望鏡操縱。在指揮艙的右側(cè)是隔開的電子戰(zhàn)室和通信室,除了3個(gè)顯控臺(tái)還布置了大量服務(wù)器機(jī)柜。
弗吉尼亞級(jí)的這一突破性變化得益于新一代非穿透型光電桅桿。光電桅桿用高分辨率光電傳感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)潛望鏡的光學(xué)組件,數(shù)字視頻信號(hào)通過光纖傳輸?shù)街锌厥业娘@控臺(tái)上,桅桿整體收納在圍殼內(nèi)部,不必再穿透耐壓殼設(shè)置長(zhǎng)達(dá)10幾米的潛望井。光電桅桿的優(yōu)勢(shì)是顯而易見的:
1. 節(jié)省了大量艇體空間和重量,圍殼和中控室的布局可以更加優(yōu)化。傳統(tǒng)光學(xué)潛望鏡為了縮短光路,中控室必須布置在耐壓殼上部,潛望鏡的正下方,空間狹??;且潛望井貫穿整個(gè)艇體,在耐壓殼體上有大開口,內(nèi)部設(shè)有復(fù)雜的光學(xué)矯正透鏡和轉(zhuǎn)像棱鏡,整個(gè)系統(tǒng)龐大、復(fù)雜且脆弱。光電桅桿徹底取消了光路,中控室可以布置在耐壓殼最寬的中部,能夠容納更多的人員和設(shè)備。圍殼也可以安排在線形的最佳位置,而不必受到潛望鏡和中控室的束縛。
> 洛杉磯級(jí)和弗吉尼亞級(jí)中控室位置對(duì)比
2. 信號(hào)獲取和處理過程全數(shù)字化,光電桅桿升出水面后僅需幾秒鐘就可以掃描一周,將視頻信號(hào)記錄在電腦系統(tǒng)中,隨即收回桅桿,極大地縮短了暴露時(shí)間,提高了隱蔽性和安全性。
> 英國(guó)特拉法加級(jí)六號(hào)艇“天才”號(hào)升起的泰雷茲光電CM-010攻擊光電潛望鏡,左側(cè)更高的是通信天線
3. 潛望鏡不再是艇長(zhǎng)或者值班軍官獨(dú)享的設(shè)備,視頻圖像可以同時(shí)顯示在多個(gè)顯控臺(tái)上進(jìn)行觀察分析,并與聲納、雷達(dá)或電子支援系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合,極大地提高了信息利用效率,令潛望鏡觀察更像是在打電子游戲。
弗吉尼亞級(jí)“北卡羅萊納”號(hào)艇長(zhǎng)Wes Schlauder中校在中控室內(nèi)兩個(gè)并排的顯控臺(tái)上用搖桿操作光電桅桿,屏幕上顯示的是新倫敦潛艇基地外景
4. 新一代光電桅桿集成了低照度電視攝像機(jī)、激光測(cè)距儀、紅外熱像儀、射頻傳感器等多種設(shè)備,在弱光環(huán)境及惡劣海況下仍然具備良好的光學(xué)觀察和電子監(jiān)控能力。只要更換相應(yīng)的模塊和軟件就能進(jìn)行升級(jí),增強(qiáng)了任務(wù)拓展性。
> 左圖是“北卡羅萊納”號(hào)光電桅桿的廣角視場(chǎng),顯示的是3公里外的新倫敦金星紀(jì)念大橋全景;右圖是長(zhǎng)焦視場(chǎng),對(duì)準(zhǔn)了8百米外潛艇部隊(duì)博物館收藏的世界上第一艘核潛艇“鸚鵡螺”號(hào)。
弗吉尼亞級(jí)和機(jī)敏級(jí)都并排安裝了兩具完全相同的光電桅桿,互為備份,可以同時(shí)執(zhí)行不同的任務(wù)。
弗吉尼亞級(jí)配備的AN/BVS-1型光電桅桿,由美國(guó)著名的潛望鏡公司柯爾摩根(Kollmorge)研發(fā),它配置了四臺(tái)攝像機(jī),包括一臺(tái)彩色攝像機(jī)、一臺(tái)黑白高分辨率攝像機(jī)、一臺(tái)紅外攝像機(jī)和一臺(tái)獨(dú)特的“緊急情況mission-critical”彩色攝像機(jī)(右側(cè)上部的圓形小窗口)。
柯爾摩根從實(shí)戰(zhàn)的最壞情況出發(fā),專門設(shè)置了這臺(tái)獨(dú)立操作的緊急情況攝像機(jī),當(dāng)其它傳感器突然失效或嚴(yán)重?fù)p壞時(shí),這臺(tái)經(jīng)過特別加強(qiáng)的備份相機(jī)可以緊急啟用。AN/BVS-1的鈦合金外殼采用了減少雷達(dá)回波的波紋形狀,并熱噴鍍了一層鈦酸鋁陶瓷納米膜,減少熱輻射,增強(qiáng)紅外隱身性,還能降低海洋生物的附著力。
值得一提的是,在弗吉尼亞級(jí)第15艘“科羅拉多”號(hào)上,首次采用Xbox360游戲機(jī)的操作手柄作為光電桅桿的控制器。沒看錯(cuò),就是令宅男們愛不釋手的、售價(jià)僅30美元的普通Xbox手柄,代替了價(jià)格高達(dá)38000美元的原裝搖桿系統(tǒng)(該價(jià)格包含其它相關(guān)硬件設(shè)備)。
>“弗吉尼亞”號(hào)的中校指揮官正在操作類似直升機(jī)駕駛桿的原裝搖桿
> “科羅拉多”號(hào)的William Gregory海軍中尉正在用Xbox手柄操縱光電桅桿觀察格羅頓附近的海面情況
這項(xiàng)改進(jìn)由洛·馬的“機(jī)密研究實(shí)驗(yàn)室”提出并實(shí)施,Xbox的Windows Directlnput接口和軍用系統(tǒng)兼容,廣大官兵都有日常玩Xbox的豐富經(jīng)驗(yàn),手柄的人機(jī)功效也強(qiáng)過搖桿,所以這項(xiàng)替代計(jì)劃很成功,減輕了艦員的培訓(xùn)壓力,也極大地降低了采購(gòu)和使用成本。
英國(guó)機(jī)敏級(jí)配備泰雷茲光電公司制造的CM-010型光電桅桿,它采用先進(jìn)的捷聯(lián)式三軸陀螺穩(wěn)定系統(tǒng),三臺(tái)熱像儀、高分辨率黑白攝像機(jī)和彩色電視攝像機(jī)共用一個(gè)藍(lán)寶石光路窗口,以減小桅桿頭尺寸,增強(qiáng)隱身性能。它還有一個(gè)獨(dú)特的備份手動(dòng)伸縮功能,當(dāng)液壓系統(tǒng)失效時(shí)可以手動(dòng)將桅桿收回圍殼內(nèi)。
法國(guó)梭魚級(jí)采用賽峰集團(tuán)下屬薩基姆公司生產(chǎn)的兩具30系列模塊化攻擊和搜索光電桅桿,兩者的支撐結(jié)構(gòu)是一樣的,也采用三軸陀螺穩(wěn)定。細(xì)巧的攻擊桅桿是所有現(xiàn)役光電桅桿中直徑最小的,單窗口,以提高隱蔽性;較粗的搜索桅桿采用并排的雙窗口設(shè)計(jì),多個(gè)傳感器的俯仰軸位于同一軸線上,有利于瞄準(zhǔn)線的控制與穩(wěn)定。
2021年10月法國(guó)海軍曾邀請(qǐng)軍事媒體登艇參觀剛剛服役的“蘇弗朗”號(hào),令外界得以管窺最新的法國(guó)潛艇科技。法國(guó)潛艇的指揮艙被稱為CIC戰(zhàn)情中心,寬敞而現(xiàn)代,展開戰(zhàn)斗作業(yè)時(shí)CIC內(nèi)有15人同時(shí)工作。雙人制推進(jìn)控制站和弗吉尼亞級(jí)一樣也采用搖桿控制,圖中進(jìn)行操作的艇員年僅19歲。
CIC左右兩側(cè)各設(shè)有5臺(tái)多功能顯控臺(tái),除了其中兩臺(tái)配有搖桿用于控制各類桅桿外其余完全相同。房間中央是大型觸控電子海圖桌,可以顯示光電桅圖像、進(jìn)行導(dǎo)航和任務(wù)規(guī)劃作業(yè),艇長(zhǎng)坐席貼在房間后方的墻壁上,監(jiān)控整個(gè)CIC作業(yè)。
艇長(zhǎng)席右側(cè)2個(gè)顯控臺(tái)用于聲吶,1臺(tái)用于聲學(xué)分析(被稱為“金耳朵”),1臺(tái)用于MOAS反水雷/避障聲納系統(tǒng)和海底地形跟蹤(法國(guó)海軍開發(fā)了一項(xiàng)新技術(shù),通過分析三維海底地形精確定位,在GPS系統(tǒng)遭到干擾或無法校準(zhǔn)慣導(dǎo)系統(tǒng)時(shí)確定艇位),1臺(tái)用于控制光電桅。
左側(cè)是第2臺(tái)用于光電桅的顯控臺(tái),2個(gè)戰(zhàn)術(shù)控制臺(tái)(包括電子戰(zhàn)),1臺(tái)用于武器火控,1臺(tái)用于制導(dǎo)F21魚雷(通過導(dǎo)線進(jìn)行人在回來控制)。
> 艇長(zhǎng)、執(zhí)行官和聲吶分析員根據(jù)戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢(shì)在電子海圖上規(guī)劃航線
CIC內(nèi)幾乎所有設(shè)備都是法國(guó)產(chǎn)的,記者只發(fā)現(xiàn)了一部美國(guó)哈里斯公司產(chǎn)“獵鷹II”電臺(tái),艇長(zhǎng)解釋這是特定環(huán)境下和北約及美軍單位進(jìn)行加密通信時(shí)專用的。
未來發(fā)展方向
隨著非穿透型光電桅桿、人工智能等先進(jìn)科技的發(fā)展,潛艇指揮艙在今后也會(huì)變作業(yè)流程更優(yōu)化,人機(jī)工效更高。
以瑞典正在建造中預(yù)計(jì)2027年服役的A26潛艇為例,該艇只有17名艇員,現(xiàn)代化程度非常高。指揮中心布置在艇體最前部,這樣的好處就是艇員前后走動(dòng)時(shí)不必經(jīng)過指揮艙,減少對(duì)指揮控制空間的干擾。指揮艙的布局非??苹?,和傳統(tǒng)印象中陰暗壓抑的潛艇艙室完全不同。艇上所有管理和控制系統(tǒng)都通過GMSS通用管理服務(wù)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),由指揮艙內(nèi)的MFC通用多功能控制臺(tái)操作。
洛馬澳洲分公司在2019年亞太海事展覽會(huì)上也公開展示了澳大利亞下一代潛艇指揮艙的概念布局,包括18個(gè)工作站,8個(gè)位于右舷,4個(gè)位于左舷,2個(gè)面對(duì)前方,1個(gè)面對(duì)后方,2個(gè)位于艙室中間,其后是艇長(zhǎng)坐席。另外還有一個(gè)立式顯控臺(tái),它的屏幕可以360度旋轉(zhuǎn),用于任務(wù)規(guī)劃。在指揮艙前部單獨(dú)的區(qū)域還有5個(gè)工作站用于電子戰(zhàn)和通信。
在設(shè)計(jì)的建模和仿真過程中分考慮了艇員的需求,預(yù)留了未來升級(jí)空間,令今后的潛艇指揮操縱變得像打電子游戲一般輕松高效。

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