先進艦炮系統:發展沿革,研製背景,垂直艦炮,設計特點,炮塔設計,彈庫設計,彈藥設計

先進艦炮系統（英語：Advanced Gun System，AGS）是由英國BAE系統公司主導研發的海軍艦載155毫米垂直艦炮系統。

本系統將運用在美國海軍最新銳的朱姆沃爾特級驅逐艦上，最遠射程可達185公里，且採用模組化供彈系統與自動化彈庫，相較於美國海軍現役的MK-45 Mod4艦炮，AGS的裝藥量是其3倍，持續發射能力為2.5倍，齊射壓制能力為4.5倍。

基本介紹

中文名：先進艦炮系統
外文名：Advanced Gun System
研製：BAE系統公司、洛克希德·馬丁
設計：1996年

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發展沿革

研製背景

自從進入航空與飛彈時代之後，海軍朝陸地投送武力的主要工作落在可以長距離精準打擊敵方目標的飛機以及飛彈身上，傳統的艦炮轟擊由於戰鬥艦的式微而被束之高閣。不過在若干對地投送武力的場合，使用昂貴而數量相對稀少的飛彈並不能滿足需求，或者不符合成本效益；例如碰上敵方陸上部隊的大面積工事設施，往往就不適合使用以“點穴” (攻擊特定高價值定點)見長的飛彈，反倒是能在短時間內於一個區域內傾倒大量彈藥的大口徑艦炮更符合任務特性與成本效益。此外，炮彈的體積較小，火力密度比飛彈高，艦上可存放更多的火力。

美國海軍保留了具有九門16英寸巨炮的依阿華級戰列艦，在韓戰、越南戰爭都曾用來炮轟北越近岸。在波斯灣戰爭中，密蘇里號戰列艦的九門巨炮兩次齊放後，岸上的伊拉克防禦工事便告全毀。但是依阿華級戰列艦退役後，美國海軍馬上發現沒有適合的現役艦炮足以取代依阿華級巨炮的地位。設於美國主戰艦艇的MK-45五英寸艦炮威力與射程太小，根本無從進行岸轟任務。考慮到較佳的打擊效率，支援對地攻擊的火炮口徑至少必須提升到155mm。美國海軍希望AGS艦炮系統能有效攻擊距離41海里（76公里）到63海里（117公里外的目標，射程63海里的要求是基於從海岸線外25海里處攻擊深入內陸38海里處的敵方工事據點。

美國軍方資源需求評估委員會在1994年提出的費用與作戰需求效率分析（COEA）中提出了三階段的作法：首先是延長現役MK-45 5英寸艦炮的有效射程，推出配備62倍徑炮管的MK-45 Mod4增程艦炮，使用新開發的EX-171型火箭推進增程GPS制導炮彈(Extended Range Guided Munition，ERGM)，射程提升至63海里（117km），並從2001年開始部署；中程目標則是以現有技術發展一種可快速服役的中/短程艦載對地飛彈，考慮的包括由標準防空飛彈改裝的LASM對地型標準飛彈，以及陸軍戰術飛彈（ATACMS）的艦載衍生型。而最終目標則是開發嶄新的次世代對地艦炮，當時打算發展的是革命性的垂直艦炮(Vertical Gun for Advanced Ship，VGAS），預計2012年開始服役。

垂直艦炮

垂直艦炮的炮管十分類似於垂直發射裝置，乃以多管為一組的方式垂直植入艦體，炮管朝上；相較於裝填飛彈的垂直發射裝置，垂直艦炮的裝載密度、儲彈量都比較高。相較於傳統構型的艦炮，VGAS由於沒有炮塔尺寸、重力對炮管拉扯等限制，因此口徑可以大於AGS，炮管長度更可達AGS的兩倍，因而發射藥的作用時間可以增加，射程便跟著增加了；而由於后座力系施加於龍骨之上，其容許的量值比炮塔大，因此可容許比傳統火炮更大的膛壓與后座力，炮彈口徑與裝藥量都可大幅增加。此外，VGAS的炮彈儲存於甲板下方，儲量也大於AGS，整體結構也比較簡單，較無機械故障的問題。當然，如同垂直發射裝置，VGAS也沒有射擊角度限制的問題。根據美國海軍的評估，即便是發射傳統的無制導155mm炮彈，VGAS都能輕易達到96km的射程。

從1996年SC-21到之後的DD-21，VGAS都一直是艦上的標準武裝，但隨後卻在評估中遭到一連串質疑。首先，VGAS無法如傳統火炮般，預先將炮口指向目標，賦予炮彈初始的方向，意味著VGAS只能使用制導炮彈，不僅十分不合成本效益，而且也無法射擊近距離目標乃至於傳統的海上炮戰。如果DDG-1000以VGAS接戰近距離目標，其中的情景將有如鬧劇；首先，以GPS算出自己位置，再以艦上感應器算出敵方位置，等到雙方相對數十公尺的誤差算出之後，花至少一分鐘將資料輸入炮彈，炮彈發射後垂直上升數千米，然後啟動GPS，炮彈還要轉個幾圈才朝向敵艦位置俯衝而下，然而敵艦可能就在距離區區數公里之內。

VGAS的炮彈會先垂直上升到4500m的高度，然後再以2G的向心加速度轉向，因此發射藥許多能量都會浪費在垂直爬升階段，無法像傳統火炮一般選擇最佳的角度來發射炮彈，所以VGAS能容忍更高膛壓與后座力的優點將被抵銷不少；實際估算後，相關單位發現在使用相同裝藥與炮彈的情況下，VGAS的射程反而會比傳統火炮低5~10% 。因此，美國海軍於1999年8月放棄了時髦的VGAS，選擇傳統炮塔設計的先進艦炮系統(Advanced Gun System，AGS)作為DD-21的主炮。AGS由聯合防衛主導研發，1998年秋季首先提出概念方案，並於1999年展開實際設計工作。在2000年7月，聯合防衛向金隊與藍隊提交AGS的設計方案，作為兩組團隊的設計參考。

設計特點

炮塔設計

AGS使用具備高度隱身設計的多角型炮塔，整座炮塔空重87.5噸，比現役MK-45 Mod4艦炮多出近四倍。AGS的炮塔構型經過多次修改，原本炮管採用裸露在外的設計，並於炮管外部加裝隱身外罩；後來考慮到隱身外罩會增加不少重量，對炮管的舉升與維護造成不少困擾，遂改成可折收式，平時炮管折收於炮塔前方的整流罩內，此種設計類似瑞典維斯比級護衛艦的MK-3 SAK隱身艦炮。AGS的155mm炮管長度為62倍徑(各國陸軍新一代155mm自行炮也只使用52倍徑炮管)，炮膛藥室容量29.5公升，炮管俯仰範圍-5~+71度，最大射速約10~12發/分，相當於六門陸軍155mm火炮（每門炮每分鐘只能發射兩發）的火力

AGS炮彈射出炮口的初始動能則為35~36MJ，幾乎是過去MK- 45艦炮的二倍。AGS具有多發炮彈同時彈著（MRSI）能力，通過不同的發射參數（仰角、炮彈彈道設定等），每門火炮可讓4~6枚先後發射的炮彈在75海里的距離外同時落地，如此一艘DD（X）便具有同時讓8~12發炮彈同時落地的能力，一艘DD（X）上二門AGS的火力便抵得上一個由六門M-777 155mm榴彈炮組成的美國海軍陸戰隊炮兵營。

彈庫設計

AGS採用模組化供彈系統與自動化彈庫，每個供彈模組裝有八個彈頭與八個裝藥筒，重2.5噸，而所有的供彈模組都裝填於分成三層的下甲板自動化彈庫，每個供彈模組通過穿梭輸送機在彈藥庫的同一層中移動，並以垂直電梯進行上下移動；每座炮塔的旋轉基座中心下方裝有一個揚彈機，每次可將一枚彈頭與一個藥筒提到與炮塔內部與基座同一層甲板的位置，再由取彈機放入炮尾彈盤，隨即完成組合與上膛。

兩座AGS炮塔下方的三層主彈藥庫總共可攜帶300枚炮彈，緊鄰主彈藥庫處設有一個容量320發的輔助彈藥庫，通過自動傳輸機械以每小時240發的速率向主彈藥庫補充彈藥，能一面射擊，一面自動補充主彈庫；反觀現役的各型自動艦炮在備射彈鼓耗盡後，必須通過人力將備用彈庫里的彈藥補充至彈鼓內，主炮於再裝填期間完全無法操作。AGS的先進自動化彈庫設計將占用的體積重量降至最低，而且是是一個完整的模組，製造工作能與艦體建造同步進行，並以整體安裝的方式將整個火炮/彈庫模組直接插入艦體，節省了建造時間。

AGS由ISC整合射控系統指揮，系統運作完全自動化，炮塔內無須人員操作，只需通過戰情中心的遙控，且所有轉動組件(炮塔迴旋、炮身俯仰、揚彈裝填、彈庫輸彈等)均採用電動伺服裝置，而非傳統的液壓系統，因此簡化了機械結構、提升可靠度並降低火災危險，代價則是全炮用電量的增加，每座AGS的用電峰值高達800kW（M- 45 五英寸艦炮的功率峰值僅180kW）；然而由於DD(X)採用全電力推進系統，擁有很高的功率分配效率，要供應AGS運作並不成問題。AGS的火炮部分由聯合防衛公司(Unioted Defense)研製（該公司於2005年7月被英國BAE System購併），2000年開始設計工作，首先以電腦虛擬AGS的運作實況，包括炮身俯仰迴旋、火炮后座模型、內彈道以及艦艇搖晃振動等情況；雖然DD-21在2001年11月取消重整，但AGS的研發並不受影響。在2002年8月，AGS正式成為DD（X）的十大工程發展模型（EDM）項目之一。

彈藥設計

彈藥方面，AGS主要使用GPS制導的長程對地彈藥(Long Range Land Attack Projectile，LRLAP)，最初由洛馬/SAIC團隊以及雷神團隊進行競標，最後聯合防衛在2003年4月選擇了洛克希德·馬丁/SAIC團隊的方案。為了顧及研發的便利性，AGS火炮與LRLAP彈藥的研發與測試將分開進行，直到AGS火炮實地裝艦時才整合在一起進行測試。LRLA的技術由127mm的ERGM發展而來，技術特徵沿襲自美國陸軍新一代XM-982 GPS導向增程炮彈類似，採用彈頭、藥筒分離設計，兩者結合後全長2.23m，重113kg（炮彈重102kg，裝藥重11kg），彈頭由戰鬥部、GPS/INS制導段、火箭助推發動機與控制翼面組成，彈頭前部設有四面滑翔翼面，彈頭尾部設有八片控制面，一開始最大射程指標為83海里（150km），爾後增至100海里（185km），圓周誤差(CEP)僅20m。

LRLAP進行接戰時，先將目標的座標輸入GPS系統，然後以大仰角將炮彈射至30000m的高空，隨後調整飛行姿態朝目標轉向，展開彈翼以最節省力學能的方式滑翔，並啟動GPS接收衛星定位訊號，藉助INS慣性導航系統產生彈翼的控制信號，接近目標後開始俯衝。LRLAP的戰鬥部有多種選擇，包括採用近發與碰撞引信的高爆戰鬥部，或在目標上空釋放的EX-1子彈頭（改良自陸軍155mm自行炮的M-80 DPICM)，或者美國陸軍新發展的精靈反裝甲子母彈（SADARM），而在使用雙效傳統灑布彈藥（DPICM）時也有41km的射程。由於LRLAP的單價高昂（美國海軍規定的成本是一枚3..5萬美元），因此AGS還將搭配其他彈種，包括用來對付水面目標的毫米波雷達制導火箭助推彈（射程56km），以及無制導的普通炮彈（射程41km）等等。

研製歷程

聯合防衛首先建造39倍徑的AGS概念炮管，安裝在M-110自行炮進行測試，後來又製造了62倍徑的實驗性炮管，安裝在固定台座上進行測試。在2001年10月，AGS概念原型進行首次試射，以50%的膛壓與射程條件下發射11枚炮彈。在2004年10月，AGS完成了所有的電腦虛擬以及部分工程原型的測試，各項性能指標（包括反應速率、射速、射程、裝填時間）都符合標準。

2005年5月，AGS原型通過工廠測試，在7月13日進行首次試射，總共發射8枚炮彈，並在8月31日進行56發陸地測試，其中曾以10發/分的速率成功地連續發射八枚LRLAP炮彈。在2005年6月，美國海軍授予聯合防衛一份3.38億美元的後續發展測試契約，而洛馬也獲得一份1.2億美元的契約繼續發展LRLAP，而聯合防衛在同年7月被英國航太集團（BAE）購併。從2004年12月至2005年9月，AGS共進行7次飛行測試，除了第一枚由於舵面失效而測試失敗，後續6發均獲得成功，其中第4次試射以280秒的時間飛行了59海里（109km），並成功落入目標區，而第6次試射則飛行了63海里（116.7km）之遠，穩定翼展開、接收GPS訊號、制導控制等關鍵技術都獲得驗證。目前LRLAP的飛行測試已經達到154km，CEP在20~50m的水準。

第一門AGS的原型炮於2007年推出，LRLAP則預計在2009年生產出實用化的原型彈藥，在2010年結束前交付100枚測試用LRLAP給美國海軍，並在2011年進入全速量產。在2007年4月下旬，美國海軍正式與BAE System簽約，將AGS正式納為DDG-1000的一個發展子項目，價值1億890萬美元，整個研發工作將分別由明尼阿波利斯（占76 %）、伯靈頓（19%）、巴爾的摩（5%）等地進行，全部工作於2009年9月完成，而AGS的生產線則設於阿拉巴馬州。至2010年中旬，首艘DDG-1000所需的第一門AGS艦炮已經完成建造，此炮在2010年1月的試射中達到63海里（約114km）的射程。在2011年8月30日，AGS在白沙測試場進行實彈試射，兩發LRLAP炮彈在GPS的引導下都成功命中了距離45海里（83km）以外的目標。

2012年1月31日，美國海軍海上系統司令部（US Naval Sea Systems Command，NAVSEA）與BAE System正式簽署一紙價值7300萬美元的固定價碼契約（含激勵費用條款），為朱姆沃爾特級二號艦（DDG-1002）供應兩套AGS艦炮系統，於2018年1月交付；製造工作之中，30%在明尼蘇達州的明尼阿波利斯進行，另外30%則在阿拉巴馬州的科爾多瓦進行。在2012年12月1日，NAVSEA 與BAE System簽署為朱姆沃爾特級三號艦（DDG-1102）提供兩套AGS艦炮系統的修正契約，價值8030萬美元，製造工作在肯塔基州的路易斯維爾與阿拉巴馬州的科爾多瓦，於2018年1月完成。

先進艦炮系統