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航母与潜艇的结合之路:美国的载机航空潜艇

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楼主: slaythia       显示全部楼层   阅读模式

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发表于 24-7-2019 02:03 PM | 显示全部楼层 |阅读模式
二战海战奠定了航母作为海军霸主和镇国重器的基础,也将战线从二维的平面拉到了海空一体,延长了海军的攻击距离,也宣告了大舰巨炮的战列舰时代终结。然而二战当中美国的总结也发现了一点:早期航母在斜角甲板没出现之前,一旦舰载机全体出击之后,舰队的防空是很薄弱的,面对敌人的饱和式打击很难奏效。所以美国人干脆想起了日本当年的航空潜艇,将舰载机平台无声无息的搬运到水下。

二战美军航母中途岛号


二战前的研究

英国人的M2潜艇,可以通过弹射器发射水上飞机


能搭载舰载机的航空潜艇在上世纪二三十年代各国均有一定的研究。在无线电和雷达声呐出现之前,侦察机是海军常见的侦查手段,许多大排水量的战舰都会搭载水上侦察机,这其中也包括很多潜艇。这些潜艇多数是一些排水量相对大一些的潜艇,搭载可折叠的水上飞机来实现搭载舰载机侦查目的,美国也自然不例外。1922年的时候,美国海军采购了德国潜艇上用的卡斯帕-亨克尔U-1水上飞机,进行了一系列的测试盒评估。第二年,美国海军改装了自己家的S-1型柴电潜艇,在指挥塔后方安装了一个圆柱形的机库,可以容纳一架与卡斯帕-亨克尔U-1类似的马丁MS-1水上飞机或者考克斯-科勒曼XS-1水上飞机。在这之后的一段时间,美国海军对这种能带水上飞机的潜艇进行了一定的测试评估。

S-1潜艇上的马丁MS-1水上飞机,体积很小,只能用于侦查用


尽管一时之间找不出更好的潜艇侦查工具,但是在美国海军看来,潜艇搭载水上飞机这种构思尽管看起来很美好,但是实际运用上问题太多了。首先是早期潜艇吨位和尺寸对水上飞机的体积要求过高,早期战机折叠化的设计对于潜艇捉襟见肘的甲板来说也是种负担,操作空间明显不足,步骤也太过繁琐。其次就是起飞和降落回收上,无论是学习日本式的“弹射器起飞,由其他回收平台回收,亦或者直接凿沉”还是英国M2潜艇用的“弹射器起飞,起重机回收”的方式,对于战争当中都过于繁琐,而且需要潜艇有较长时间的上浮静止时间,对于潜艇本身的生存来说相当不利。再者这种水上飞机的航程和侦查作用有限,也很难起到预想的目的。1932年,在得知英国M2潜艇失踪之后,正值本国的XSL潜艇在安那考斯迪亚河训练途中受损,美国海军果断终止了航空潜艇的研究。

美国海军在S-1潜艇上对马丁MS-1水上飞机进行测试


二战当中见识了日本的设计
二战当中,美国海军从“巨舰大炮”阶段过渡到了“以航母主导”的思路,舰载机在海军中的地位进一步提升。而太平洋战争当中的老冤家日本,则不论战前还是战争当中对航空潜艇的热度依旧狂热,并发展出了伊一五型、伊五四型乃至二十世纪最大的柴电潜艇伊四百型等各种航空潜艇,其中伊一五型的伊25号还用搭载的零式水上侦察机在美国本土投下了燃烧弹。

伊一五型的伊-38号航空潜艇,而攻击过美国本土的伊-25号在1943年被击沉就再也找不到照片了


二战的结局世人皆知,战败之后,除自行凿沉和战争当中沉没的之外,日本海军幸存的几艘航空潜艇基本上都被美国人“照单全收”了。1946年之后,美国对接收的日本航空潜艇进行了一系列的研究。根据美国相关专家的拆解研究,发现伊十三型与伊四百型潜艇虽然没有成功的作战记录,但是根据其设计分析还是能对战略目标做出有效的打击。

二战中日本海军的伊四百型潜艇



伊四百型潜艇的机库门



伊四百型潜艇所用的晴岚攻击机


美国方面吃透技术之后,战后被美国接收的日本航空潜艇被拖船拖到夏威夷近海,清一色被当成靶舰击沉,最后“一家人走的整整齐齐”。
重拾设计的第一步:“格雷伯克”潜艇和道格拉斯-640
二战中的德国开创了很多划时代的武器:例如巡航导弹的祖宗V-1导弹。但是不代表同时期他国就没有类似的设计。1943年的时候,陆军就委托沃特飞机公司开发一种航程480英里的地对地导弹计划,但是一直拖了四年也没结尾。1947年,眼看着陆军航空兵找另一家马丁飞机公司开发出了斗牛士巡航导弹,急眼了的海军找到沃特公司,加钱改计划,将射程增加到930公里,弹头也从原来的1.8吨改成1.4吨,岸基改为舰载,称之为SSM-N-8“雷古鲁斯”舰载巡航导弹。并将其装在了自家的“大比目鱼”号潜艇上。

SSGN-587“大比目鱼”号核潜艇安装“雷古鲁斯”舰载巡航导弹


海军总算有了自己的潜艇海基打击力量,按理说已经可以跟陆军和新生空军平起平坐了。不过这时候美国人又发现了一个问题,潜艇上发射“雷古鲁斯”导弹的间隔实在是太长了。从准备时间到发射,两枚“雷古鲁斯”导弹全部射出的情况下,至少会浪费“大比目鱼”号一个小时的时间。在这一个小时当中,潜艇必须在海面静止,让操作人员对导弹进行调试设定,一旦遇到苏联潜艇那就是活靶子。面对这种尴尬的状态,海军又一拍脑瓜,想起了当初日本人用潜艇搭载攻击机的那种方式,决定发展航空潜艇,用舰载机为潜艇护航。

“大比目鱼”号发射“雷古鲁斯”导弹


潜艇方面,海军选择了同样计划搭载“雷古鲁斯”导弹的“格雷伯克”号潜艇,这种潜艇在发射器上跟大比目鱼号不同。“大比目鱼”号的发射器在指挥塔前方,看上去像长了个瘤子,而“格雷伯克”号的两个发射器呈圆筒状,长21米,位于潜艇尾部,不论布局还是长度都更合理一些,更适合改装成舰载机机库。

格雷伯克号潜艇,指挥塔后方是雷古鲁斯导弹的发射井



格雷伯克号发射雷古鲁斯-2型巡航导弹的场景,需要从发射井当中整体取出,难怪耗时长


舰载机方面,海军也找到了著名的道格拉斯飞机公司,委托他们以道格拉斯A-4“天鹰”攻击机为蓝本,开发一种尺寸更小的潜艇用舰载攻击机。1954年,道格拉斯拿出了一种称之为道格拉斯-640型攻击机的设计。与“天鹰”相比,道格拉斯-640型采用了全新的折叠翼设计,换装了推力可达15.12千牛的西屋J34-WE-36涡喷发动机。但是由于尺寸和技术要求限制,道格拉斯-640的作战半径仅有200公里,也没有副油箱,没有格斗用的航炮,甚至连正儿八经的起落架都没有,这一切都是为了3.2吨重的“苗条身材”考虑。

道格拉斯-640的前身,美国的A-4“天鹰”攻击机,因为成本低性能优秀也经常被各种改来改去



计划当中道格拉斯-640的相关参数和图纸



计划当中道格拉斯-640的相关参数和图纸


尽管只有3.2吨重,道格拉斯-640攻击机的设计载荷可是高达2.5吨,机翼两侧和机腹的三个挂架可以加挂“天鹰”攻击机所能用的所有武器,包括小型化的MK-11和MK-12核弹。这一设定意味着道格拉斯-640可以作为潜艇的核打击力量执行打击和威慑任务。

道格拉斯-640的三视图


按照道格拉斯公司的设计,道格拉斯-640可以装在由“雷古鲁斯”导弹发射井改装来的机库当中。平时水下环境可以通过发射井外壳以及舱门密封承压。在起飞时,由工作人员通过滑车将战机移到起飞位置的升起坡面,并借助2台助推火箭从坡面起飞。回收时,由于根本不可能在潜艇上降落,道格拉斯-640被要求像水上飞机一样在海面上降落,并由专门的回收驳船和登陆舰进行回收。不过按照发射后海面降落的设定,道格拉斯-640在降落之前就应该将所有武器抛掉,避免与海面接触的时候发生事故。

道格拉斯-640垂直起飞的计划图纸,采用类似雷古鲁斯-1导弹用的火箭助推斜面起飞



道格拉斯-640计划的历史文件



道格拉斯-640计划的历史文件





尽管前景美好,体积限制在道格拉斯-640上的影响太大,“雷古鲁斯”导弹的发射井难以容纳2架640战机,200公里的航程也严重限制了其可执行任务的范围。尽管道格拉斯又做了一些改进,甚至提出将全尺寸的A-4“天鹰”攻击机改装之后作为潜艇舰载机使用,以减轻成本,增进性能。但这个时候美国海军对这种鸡肋的设定已经没多少兴趣,1955年,道格拉斯-640的研发计划被海军断了经费,转而投资波音公司另一种“雄心勃勃”的计划,道格拉斯公司基于“格雷伯克”号潜艇的舰载机计划也从此就没了下文。

道格拉斯-640计划落空之后,只剩下了图纸和几个模型


波音的雄心壮志:AN-1航空核潜艇计划
在道格拉斯-640计划失败之后,波音公司着手进行了“飞毯(Flying Carpet)”项目。这个项目最初计划开发一种可用于拦截苏联岸基巡航导弹的截击机,为计划当中的大型航空潜艇编队做护航,起初的载具也是用的“格雷伯克”号潜艇。

于是格雷伯克号潜艇又被搬了出来


按照海军的计划,潜艇用的截击机应该是基于新装备的F-11F“老虎”战斗机为蓝本进行设计。但是常规的F-11F战斗机本身作为一种后掠翼的超/跨音速的战斗机,本身就需要一个较大的起飞速度,因此单就起飞来说,就是潜艇舰载机的一个最大难题。

海军当时装备的F-11F-1F“超级虎”曾经是这个项目的最佳战斗机选择


针对舰载机的潜艇发射方面,波音专门耗时2年进行了一系列研究。最初在1947年的时候,海军的航空局就专门制定了一个名为F3R战斗机的计划,测试战斗机垂直起飞的推重比问题。在1956年,又借用了瑞恩公司X-13垂直起降试验飞行器的相关测试数据,对潜艇舰载机垂直起飞做出了一系列的研究和测试。

关于垂直起飞的相关研究,波音从X-13飞行器上获得了“飞毯”项目所需的相关数据


计划用于潜艇发射的F-11F“老虎”战斗机被进行了舰载化改装,机翼可进行多次折叠以容纳在狭小的潜艇空间当中。在起飞时,飞行员先在潜艇内进入战斗机驾驶舱,然后潜艇返回水面,开启水密机库门,特制改装的F-11F“老虎”战斗机由发射托板托出,进入垂直的发射位置,并由2具可抛的助推火箭发射起飞。跟道格拉斯的计划相同,波音的计划当中对于舰载机的回收一样是个难题,执行完任务燃料耗尽的战斗机仍旧会落到水面,不过波音公司倒是专门设计了一种可随飞行员弹射的充气摩托艇,在一定程度上可以保证飞行员的返回。

波音对计划搭载的F-11F战斗机进行了多次折叠翼的改装设计



“飞毯”计划当中,为F-11F上舰准备的90度垂直起飞系统



“飞毯”计划当中,为F-11F上舰准备的90度垂直起飞系统



“飞毯”计划当中,为F-11F上舰准备的90度垂直起飞系统


到了1958年,伴随着潜射弹道导弹的问世,带斜角甲板和蒸汽弹射器的现代化航母也装备海军,成本剧增而且依旧没解决问题的波音计划跟道格拉斯的计划一道被美国海军放弃。不过财大气粗的波音跟道格拉斯不同,断了研发经费之后,波音选择了自行研究。

最初计划对XF-103超音速截击机进行舰载化改装,不过很快就放弃了


没了海军给的种种限制之后,波音的计划就放开了手脚,他们选择了建造一艘超大型的载机核潜艇。最开始的时候,波音计划采用改装之后的XF-103截击机作为舰载机。XF-103计划当中的4倍音速和2万米飞行高度都是拦截苏联轰炸机和导弹的绝佳选择,按照原先“飞毯”项目当中的火箭助推设计,起飞应该不成问题。但是由于XF-103功能过分单一,因此改装计划被取消,原有的设计人员转头去设计一种专用于载机核潜艇发射的多用途舰载机。

波音公司计划在AN-1潜艇上用的新式舰载机,由于计划流产当初很多设计图纸都涂黑了


新的多功能舰载机的设计思路主导为“以最小的起飞重量完成最大程度的多用途”。由于潜艇舰载机没了起落架设计,因此舰载机的底部被进一步降低,体积进一步变矮,重量也随之降低,仅重14.8吨。新舰载机的机身布局采用了鸭式布局和与XF-103接近的小三角翼设计,借助单发的莱特SE-105涡喷发动机和流线型的外表,最大设计速度可达3马赫,足够拦截苏联计划开发的超音速导弹和战略轰炸机。新舰载机没有机炮,导弹也只能安装在战机座舱后方的两个串联一起的弹舱当中,可以通过换装不同的空空导弹、空地导弹和反潜、反舰导弹实现不同的战略目的,部分导弹甚至可以安装核弹头承担核打击任务。



最初计划上舰的XF-103采用了座舱后方串联弹舱的设计,新舰载机在构思当中也有这种考虑


潜艇方面,波音公司的计划是开发AN系列载机核潜艇,共有AN-1和AN-2两种型号,并完成了AN-1的主要设计。AN-1核潜艇长152米,排水量1.47万吨,采用一台功率1.5万马力的S5W核反应堆以及两台涡轮机提供动力,航速可达16节,最大潜水深度200米。AN-1核潜艇为20架次飞行所需的燃料以及每架飞机执行5次任务所需的弹药。潜艇的机组人员共计163人,出去10名飞行员和2个工程师以外,还包括4个维修工,以便在90天的自持时间当中对受损舰艇和战机进行维修。

波音公司计划当中的AN-1载机核潜艇



波音AN-2核潜艇的构思则常规的多,利用弹道导弹发射井发射舰载机


AN-1核潜艇可容纳8架舰载机,分别容纳在潜艇前半部分的两个机库当中,在水下也能用舰首的4座鱼雷发射管进行自卫。AN-1潜艇充分继承了“飞毯”项目的垂直起飞研究,起飞之前飞行员在艇内进入到发射架内的舰载机当中,潜艇出水之后,机库舱门打开,承载舰载机的发射托板翻起90度至垂直位,启动发动机之后便可由助推火箭发射升空。AN-1潜艇的舰载机发射效率极高,一次耗时4分钟便可同时发射4架舰载机,算上准备时间,8架舰载机同时起飞也不过8到10分钟。舰载机起飞之后,潜艇便可下潜,以降低上浮带来的风险。

波音公司计划中的大型载机核潜艇AN-1


尾声
尽管AN-1计划体现了波音的“雄心壮志”,但是仅仅是潜艇1.5亿美元(1958年时)的造价就够海军喝一壶的,相比之下,这几乎到了北极星潜射导弹潜艇的1.5倍造价,而且这还不算舰载机的。最终,这个计划因为得不到海军的支持被迫取消,5年之后的1963年,通用动力也提出了参照传统航母建造可搭载40架舰载机,并具有起飞降落功能的的超大型核潜艇计划,不过一样“竹篮打水”,得不到海军的支持,最终不了了之。半个世纪之后,同样提出“鸬鹚”潜艇无人机计划的洛克希德马丁公司,研究了2年之后也因为得不到海军进一步的资金而流产,最终美国的航空潜艇计划全部梦碎,跌落进历史的深谷当中。

1963年通用动力提出的超大型载机核潜艇计划,可以看做潜艇和传统意义上航母的结合





洛克希德马丁的鸬鹚无人机计划,通过潜艇的导弹发射管发射,可以执行侦查或加挂导弹执行攻击任务,原本是很有前途的一种武器,不过同样是因为缺少后续资金而终止


鸬鹚无人机计划的想象图,水下发射,水面助推火箭升空,完成任务降落水面之后由无人机器人通过缆绳回收到潜艇当中,原本是很有前途的计划,但是“前途”最终败给了“钱途”
其实说起来,自从斜角甲板和舰载防空导弹发明之后,航母对于空中打击的应对能力已经大大加强,耗费大力气去研发隐蔽性高的水下航母已经没有多少必要。而且航母作为一个国家常规威慑的最主要部分,也完全没有必要潜入水下获得“隐身”能力。所以说航空潜艇的叫停也就不足为奇。

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