水面戰鬥艦艇

20世紀初，海上戰爭只是對付海面威脅，數萬噸的戰列艦、數千噸的巡洋艦是水面戰鬥的主力，艦上主要裝備的是大口徑火炮和魚雷。第一次世界大戰中，飛機開始投人海上戰鬥，隨着產生航空母艦，潛艇亦初露鋒芒。第二次世界大戰中，航空母艦成為水面戰鬥的主力，潛艇已對水面艦艇構成嚴重威脅，有攻無防的龐然大物戰列艦走向衰落。巡洋艦、驅逐艦、護衞艦從護衞戰列艦發展成護衞航空母艦。要滿足對空、對海、反潛、對陸攻擊等多種任務要求。隨着科學技術的發展和任務的變化，水面戰鬥艦艇由大艦巨炮向“平台、負載”全武器系統發展。

二戰後導彈技術不斷髮展，60年代各國水面視艇開始裝備導彈，導彈代替火炮成為艦上主要對海和防空武器。由於對空防禦的需要,1955年美國“基林”級“基阿特”驅逐艦卜安裝對空學彈發射架進行試驗、試驗成功後，將對空異彈安裝在“孔茨”級導彈驅逐艦上，蘇聯在60年代初首裝艦對艦導彈。在第3次中東戰爭中，埃及巡邏艇發則的“冥河”式艦對艦導彈擊沉以色列“埃拉特”號驅逐艦，引起各國極大震動。其後5年，法國研製出性能更好的“飛魚”導彈。導彈裝艦對水面艦艇產生重大影響，過去海戰依靠火炮，為了佔據有利陣位，艦的航速十分重要。對海導彈裝艦以後，由於射程遠，先期發現敵人並進行精確打擊，成為制勝的重要因素，高航速的重要性相對下降，艦的航速取決於編隊航行的需要，追求過高航速已沒有太大必要。導彈發射裝置起初安裝在上甲板並要求有較好射界，隨着技術的發展，垂直髮射系統能發射佈置在主甲板下彈庫內的導彈。

二戰後期雷達出現，很快成為預警警戒、搜索跟蹤、目標指示、導彈制導的主要手段。二戰中英、美、德、日戰艦均已裝備雷達、在大西洋、太平洋海戰中發揮重要作用。美國1940年開始建造的“弗萊徹”級驅逐艦，不單裝有雷達，還設置作戰情報中心。50年代，為防禦蘇聯實施核攻擊的轟炸機，美國將許多驅逐艦改裝成雷達哨驅逐艦。裝有龐大的對空預警雷達，使預警距離得到延伸。為了增大作用距離，警戒雷達(特別是三座標雷達)天線的體積和乖量大，並需安裝在艦的高處;跟蹤雷達天線佈置在上層建築頂部或桅杆上，並需有較好視界。50年代服役的美國“弗萊徹”和“基林”級驅逐艦均設有巨大的三角形桅杆，以安裝雷達天線。蘇聯70年代建造的“現代”級驅逐艦，在前桅杆頂部裝有巨大的三座標雷達天線。70年代初美國完成多功能相控陣雷達研製，安裝在“宙斯盾”級巡洋艦和驅逐艦上，其四個陣面天線需佈置在上層建築四周。

反潛是水面戰鬥艦艇的一項主要任務1916年，英國驅逐艦“盧培林”號首次使用娓部投放的深水炸彈擊沉德國UC19號潛艇一二戰時深水炸彈是水面艦艇對付潛艇的主要武器，60年代初美國在艦艇現代化改裝計劃中，對驅逐艦的反潛武器作了改進，開始裝備自導魚雷、“阿斯洛克”反潛導彈和無人駕駛反潛直升機。但到1969年，746架無人直升機已有416架墜毀，事故率達70%。無人直升機的失敗，使美國在70年代回頭又改用有人駕駛的艦載直升機。歐洲各國則在60年代為水面艦船上裝備反潛直升機。70年代，各國建造的驅逐艦和護衞艦幾乎都裝有直升機，機上裝有吊放聲納、反潛魚雷等裝備，控制海域廣，使艦具有遠程區域反潛能力。反潛導彈是中程反潛武器，也稱火箭助飛魚雷，彈佈置在彈庫內，可垂直髮射。在空中飛行一段距離後，以降落傘使自導魚雷減速人水攻擊潛艇。具有聲制導的自導魚雷是近程反潛武器，安裝在魚雷發射管內發射。蘇聯將娓部投放的深水炸彈發展成火箭式深水炸彈用於反潛和攔截敵魚雷，其發射裝置佈置在艦首部。

為了對付敵導彈攻擊，70年代起水面戰鬥艦艇開始裝備電子對抗設備。雷達對抗是電子對抗的主要內容，主要是針對敵制導雷達二起初艦上(如美國DD963驅逐艦)只安裝電於頂察攻備，役有十擾功能。其後，艦上裝備有雷達偵察機、干擾機(有源干擾)和干擾火箭(無源干擾)，三者有機結合，並與艦上硬武器(多管炮、反導導彈)綜合使用，達到反導目的。雷達偵察機天線安裝在艦最高處，能偵收各頻域的雷達信息。噪聲干擾和欺騙干擾是有源干擾的主要方式，干擾天線佈置在上層建築兩側，具有強大的發射功率，對本艦的電磁兼容性產生較大影響。艦的無源干擾武器主要是發射箔條彈和紅外曳光彈，發射裝置佈置在露天甲板兩弦。通信對抗包括通信偵察、干擾和反干擾設備。由於艦上空間有限，在通信偵察和於擾天線(特別是干擾天線)佈置，防止本艦通信設備受其干擾等方面，問題很多，水面戰鬥艦艇使用還不多。

20世紀內艦載武器經歷了由單個武器到系統的發展過程，20世紀初艦炮是用望遠鏡人工瞄準射擊。1923年英國“埃利奧特”公司製成首台機械式模擬計算機裝艦，協助火炮射擊運動目標。二戰後期雷達、聲納得到運用，由雷達、指揮儀和火炮組成火炮系統，由聲納、指揮儀和魚雷發射裝置組成反潛系統進行射擊，命中率大幅度提高。二戰後，隨着導彈出現，海戰向多目標、多批次、多方向，空、海、潛立體戰方向發展。另一方面，數字式電子計算機出現後，迅速代替了機電式模擬計算機。於是艦上火炮、反潛、導彈等武器系統與雷達、聲納、導航、通信、電子對抗等系統，通過作戰情報指揮系統有機結合成作戰系統，指揮員可在作戰指揮室進行集中指揮和控制。最早裝艦的作戰指揮系統是1961年美國的海軍戰術數據系統(NTDS )。隨着電子和計算機技術的進步，作戰系統對各電子、武器系統設備的綜合控制進一步加強，最有代表性的是美國70年代建造的“宙斯盾”作戰系統，其多功能相控陣雷達除了完成搜索任務外，還承擔了武器系統的跟蹤制導任務。垂直髮射裝置可以綜合發射艦艦、艦空、反潛導彈。艦上各雷達、聲納傳感器和艦外數據鏈傳來的目標信息可以綜合作相關處理。

20世紀初，水面艦艇動力採用往復式蒸汽機，其後採用柴油機和蒸汽輪機。二戰後，隨着航空燃氣動力的發展，水面艦艇開始使用燃氣輪機。1962年蘇聯建造的“卡辛”級驅逐艦是世界上第一艘以燃氣輪機為動力的艦艇，4個巨大的具有一定傾角的煙囱散開4台燃氣輪機產生的熱量。70年代各國建造的驅護艦，為了適應艦多工況和經濟性的需要，出現柴燃、燃燃等聯合動力裝置。蒸汽輪機由於啓動備航時間長、機動性差等缺點，20世紀後期新建造艦艇採用的已較少，大多采用CODOG(柴燃交替)、COGOG(全燃交替)、COGAG(全燃聯合)等形式。

巡洋艦、驅逐艦、‘護衞艦過去以排水量大小來劃分，二戰後，隨着技術發展，三者的界限愈來愈不易劃清。60年代導彈武器出現並裝艦後，世界各國重點發展的水面艦艇是驅逐艦和護衞艦，巡洋艦以上的大艦已很少建造。排水量較小的護衞艦，由於受到適航性和續航力的限制，適合在近海作戰，歐洲各國建造較多，驅逐艦則以其適中的排水量，既可在全球任意海區任意海情航行，又可執行各種任務，因此世界各國均重點研製發展。如美國以“宙斯盾”級驅逐艦作為水面艦艇的骨幹。由於賦予驅逐艦的任務繁多，80年代美國建造的“伯克”級、“基德”級、“斯普魯恩斯”級驅逐艦及前蘇聯建造的“現代”級、“勇敢”級驅逐艦，其排水量均在8000噸左右。驅逐艦、護衞艦主船體的船型變化不大。在船體結構方面，二戰中，縱向結構形式的驅逐艦在多次嚴重損傷中都倖存下來，於是，驅護艦均開始採用縱向結構形式建造，雖然這樣價格較貴些，為適應遠洋航行和作戰需要，本世紀後期注意適航性提高，注意在大風浪中能保持航速，而不過分追求最大航速;注意在風浪中仍能有效使用武器。本世紀內，小水線面雙體船型等尚處於研究試驗階段。

由於20世紀後期電子技術、導彈技術的快速發展，水面艦艇重視艦的生存能力和隱蔽性。為了達到雷達隱身，在艦體外形上，艦艇減小上層建築，甲板上力求乾淨，船體採用外飄、內傾、圓角等措施以減小雷達反射波強度。法國的“拉斐特”級護衞艦，由於採取了各種隱形措施，據報道3600噸級的該艦，其隱形特性相當於500噸級的巡邏艇。在紅外隱身方面，燃氣輪機採用紅外抑制裝置，在減小水下輻射噪聲方面，主機採用雙層隔振、採用卸載荷和大側斜螺旋槳等。為了提高生存能力，艦加強防沉、防火、防核武器、防化學武器、防生物武器能力，加強損管措施。 ^[1] 

水面戰鬥艦艇按其排水量大小分為大、中、小型：大型水面戰鬥艦有航空母艦、戰列艦、巡洋艦；中型水面戰鬥艦艇有驅逐艦、護衞艦等；小型水面戰鬥艦有護衞艇、魚雷艇、導彈艇、獵潛艇等。在水面戰鬥艦艇中標準排水量在500噸以上的，通常稱為艦；500噸以下的，通常稱為艇。

水面戰鬥艦艇,按其航行原理的不同,區分為排水型、滑行型、水翼型和氣墊型。 ^[2] 

現代化艦艇技術複雜、科技含量高，在艦艇設計中，艦艇總體是大系統，系統、設備是所屬的分系統。現代化艦艇的設計研究，是艦船總體、系統、設備間各種技術信息聯繫反饋、反覆迭代的過程。在艦船的各種性能以及艦船總體、系統、設備的性能之間都存在着矛盾，甚至相互制約，需要從比傳統方式更高的運作層面出發來開展協調;需要創新設計觀念，突破總體設計只搞船體平台設計和系統、設備安裝設計的落後理念和做法，改為以艦船總體設計為龍頭，按照系統工程觀點，進行全武器系統的設計並不斷進行優化。要將艦體平台和上面的負載(電子、武器裝備等)後作一個全武器系統，從設計頂層開始，自上而下進行而且貫穿始終。設計中的總體技術協調，要確保艦船性能優越，又能充分發揮系統、設備的作用;在矛盾難以統一時，要按照設備服從系統、系統服從總體需要的原則來處理，總目標是全艦綜合性能兼優，而並非單個設備系統的特別優良。

新型艦船設計應達到綜合性能兼優，做到在作戰能力、生存能力、快速性、操縱性、適航性、隱蔽性、電磁兼容性、居住性、維修保障性等方面均綜合性能兼優。快速性和適航性應綜合兼優，過去對快速性和最大航速較重視，還應注意波浪中失速;適航性還應考慮武器的使用海情。

近年來電子技術的高速發展，使水面艦船的隱身性、電磁兼容性顯得十分重要，即使是數萬噸的航空母艦，亦力求降低其雷達信號特徵，以延緩敵發現時機(降低信號特徵，等於贏得空間和時間)。新材料(能控制電磁信號吸收、反射和發射)的使用、物體的造型是控制和降低雷達信號特徵的主要方法。艦載雷達、通信和電子戰系統天線林立，更嚴重影響艦的隱身性和電磁兼容性。發展多功能相控陣天線、採取超寬帶和重構等技術手段，將艦載雷達、通信和電子戰系統形成艦載射頻集成系統，實現資源共享、統一調度，完成相應作戰任務能解決艦船天線擁擠、隱身性和電磁兼容性差的問題，從而提升艦艇的作戰能力。上層建築射頻綜合集成則是將一體化的射頻集成系統與艦上層建築(或桅杆)共外形於一體，以最優的方式實現艦的隱身，更是一個電子、結構、材料多學科交叉的科技創新項目，使甲板面目一新，達到隱身性、電磁兼容性兼優的目的。

近期艦船動力裝置、電站、損害管制設備均設置監控系統。隨着計算機網絡技術、智能技術和微機電系統技術的發展，艦船動力、電站、損管監控系統採用現場總線網絡，智能傳感器和執行機構，實現機艙自動化。艦船使用綜合船橋系統，實現綜合導航、自動操舵。艦船自動化、網絡化的發展趨勢是形成艦船的綜合平台管理系統,將艦船上的駕駛、動力、電力、損害管制、壓載調整、導航等系統與作戰系統聯接成統一網絡。艦艇作戰系統與平台機械控制系統，特別是損管方面聯成統一網絡，將使艦在戰鬥中受損傷後，具有快速重新組合機電設備能力，改善艦的生存能力;作戰系統與導航操舵系統聯成統一網絡，可提高指揮員的作戰指揮能力。

能單艦作戰、編隊協同作戰、三軍聯合作戰。驅逐艦向大型化、隱身化發展。

超級大國如美國發展大型航母作為強大攻擊力量(亦在考慮發展垂直起降機及亞音速輕型機以使航母的噸位和艦型多樣化),中等國家如法國研製中型航母,中小國家研製輕型航母或多用途兩棲攻擊艦。短距起降飛機、直升機、無人機進一步發展。

俄羅斯發展超音速導彈艇、隱身導彈艇。

爭取信息戰優勢,將與爭取水面戰、水下戰、防空戰的優勢同樣重要。從平台中心戰向網絡中心戰發展,形成三軍統一的信息傳輸、信息探測、作戰指揮和協同作戰網絡,指揮結構由寶塔式改變成扁平式。戰艦將從點防禦過渡到編隊區域防禦。艦信息系統(通信、探測、電子戰)實現網絡化、一體化,進行多信息源的信息融合,實現編隊內信息共享,形成編隊內外協同作戰能力發展艦艇外部探測(偵察衞星、預警機等)和目標定位技術(進行數據融合和目標自動識別)。應用衞星通信和光纖通信,滿足聯網所需增大帶寬和佈線的需要。

武器向制導化方向發展,安裝巡航導彈、艦艦導彈、艦空導彈、制導炮彈、制導魚雷、帶導彈和制導魚雷的直升機和無人飛行器、激光武器等,對敵進行精確打擊。通用的垂直髮射系統,發射效率高、艦上佈置方便,將優先獲得使用。艦載雷達增大作用距離(採用超視距雷達),艦艦導彈增大射程和飛行速度,降低飛行高度,巡航導彈將成為對陸攻擊的首選武器。大口徑火炮採用制導炮彈。提高相控陣雷達和對空導彈系統性能。海基戰區防空導彈系統將是21世紀對戰區(含戰艦)提出的新課題。具有反導能力的近程導彈系統和快速多管火炮系統將繼續使用。主動式低頻率(低於1000 Hz)大功率拖曳陣聲納將得到發展。聲納需要設置考慮環境數據的聲納信號綜合處理管理設備。艦載和機載水聲探測、反潛武器系統密切配合共同反潛。

無人飛行器在海戰中作為監視、通信、目標定位和武器制導平台能發揮重大作用,發展方向是增大續航時間、作戰能力和增強生命力。無人飛行器裝備雷達、光電傳感器、導航設備等,能對敵目標進行偵察和監視,並將情報通過數據鏈傳輸到戰艦。無人飛行器裝載導彈、炸彈可對敵艦進行攻擊,對敵雷達進行反輻射攻擊。無人飛行器、無人遙控投放器裝載電子干擾設備可對敵進行電子干擾和電子進攻。

雷達、激光、紅外、通信、水聲對抗集成在一起,組成綜合電子對抗系統。艦上偵察設備以及艦外地面偵察站、電子偵察飛機、無人機、偵察船、偵察衞星等構成一體化偵察系統。有源干擾採用相控陣技術,能同時對抗多個目標。無源干擾發展複合誘餌彈。安裝通信偵察和通信對抗設備。安裝新型電子攻擊設備如微波(超寬帶射頻脈衝信號)武器、激光武器、反輻射導彈、反輻射無人機。水聲對抗將提高聲納的魚雷告警性能,艦上拖曳或發射誘餌等水聲對抗設備。信息系統設備設置防禦軟件和加密系統,硬件作防電子進攻加固。

雷達波反射特性、電磁特性、聲特性、紅外特性等各種物理場的隱身性均應良好。新材料(能控制電磁信號吸收、反射和發射)的使用、物體的造型是控制和降低雷達信號特徵的主要方法。建立電磁波與物體相關性的計算機模型(以平台對入射電磁能量的響應來確定目標信號特徵)是隱形平台設計的有力工具,可減少試驗的次數。艦的外形將尋求對雷達波反射面積最小的結構形式,甲板上務求乾淨,採用組合式隱身桅杆(雷達天線設置在內),武器、救生艇收縮進船體或設隱身外殼。艦艇上層建築和殼體結構將尋求採用費用可承受的耐火複合材料代替鋼材或鋁材。艦艇將採用新型動力推進系統以降低紅外輻射和機械噪聲,螺旋槳採用水下降噪等新技術以降低水下噪聲。艦上動力機械如燃氣輪機、柴油發電機組等設置雙層隔振和隔聲罩,以達到減振降噪的目的。為減少交戰中己方艦艇的損失,必須着力提高作戰環境下的生存力。

戰艦仍將繼續採用燃氣輪機和柴油機等動力裝置。

自動化提高人員的效能和戰鬥力,能減少人員編制,改善工作條件,能執行超人力的和危險的作業。

動力、電站、損管監控系統採用現場總線網絡、智能傳感器和執行機構,實現機倉自動化。艦艇使用與綜合船橋系統相似的自動航行系統,實現綜合導航、自動操舵、自動監控。作戰指揮控制系統實現自動化、網絡化。

艦艇設計是平台與負載,線型、主尺度與艦總體各種性能間的平衡,可有數十、上百個方案,利用計算機作艦艇設計評估可容易得出優選方案;還可在計算機中對艦艇進行仿真設計、建造、試驗和維修。作戰模擬訓練設備可在不向外發射電波情況下,進行對模擬目標的跟蹤、威脅判斷、目標指示和武器射擊。模擬仿真設備還可在敵武器系統運行時,對其進行探測、跟蹤、記錄,此後可進行分析、作操作訓練,為作戰作準備。

雷達、通信干擾設備裝艦,帶來對本艦電子設備電磁兼容難題;大量新型電子、武器裝備上艦,艦上空間小,電磁兼容成為技術關鍵。設計初對艦佈置、系統設備電磁兼容性能提出電磁兼容設計控制要求;對雷達、通信、電子對抗設備的頻率分配作統籌考慮,不得已時設置電磁兼容管理系統,分時使用,解決同頻干擾問題。雷達、通信天線附近場強通過模擬試驗進行預測,保證人員、彈藥等安全。

艦的外表將有所改變,封閉的艦體、隱蔽的外形、體內藴藏着大量的武備(垂直髮射的艦艦、艦空、反潛、巡航導彈等)。應用計算流體力學仿真促進先進船型的開發。小水線面雙體船由於耐波性好,三體船由於生存能力和隱身性較好等優點,有可能為驅逐艦、護衞艦採用。美國認為穿浪船型、水翼小水線面船型對水面艦船有發展前景。美、日、俄等國開展的磁流體推進技術(使用強大的超導磁體,利用電磁線圈作用於海水形成噴水推進)近年來亦有所進展。

信息化帶來造船模式的改變。造船信息化的核心是人、技術、經營的計算機集成。現代化造船模式以統籌化理論為指導,應用成組技術原理,以中間產品為導向,按區域組織生產,殼舾塗作業在空間上分道,時間上有序,實現設計、生產、管理一體化,均衡連續地總裝造船。

要求艦全壽命期(含製造和使用週期)費用經濟。長期在海外服役,系統設備工作可靠性高,維修工作量小,希望2至3年無需維修。 ^[3]