來源：學術plus 作者：臨風
2020年4月16日，美國蘭德公司在官網上發佈了《海軍水面火力支援需求評估》報告。報告主要目的是根據自2005年以來發布的海軍作戰主管和海軍陸戰隊作戰指揮官最新NSFS要求更新的概念，對現有的海軍水面火力支援系統(NSFS)要求進行修改，如，在有爭議環境中的沿海作戰(LOCE)、分佈式海上作戰(DMO)和遠征高級基地作戰(EABO)。報告梳理了當前海軍水面火力支援的能力需求和缺陷，利用四個典型的場景進行模擬分析，進而提出美海軍水面火力支援能力重點發展方向。這項研究既解決了對岸上部隊支援的需求，也解決了水面艦艇產生這些影響的需求。這項研究可以形成需求文檔和基於能力的評估以作為長期投資的基礎。
海軍水面火力支援需求評估
一、當前能力分析
（1）五英寸口徑火炮
海軍的Mk45 5英寸口徑火炮，是一種主要用於海軍水面火力支援系統的全自動炮架。它最初部署於1971年，取代了傳統的Mk42 5英寸/54口徑火炮。Mk 45的設計主要是為了比其前身更輕，更容易維護。炮架包括一個20發自動裝彈鼓輪，最大射速為每分鐘16至20發。它可由Mk 160火炮計算機系統或Mk 86火炮火力控制系統操作。
艦隊中目前使用的Mk 45有三種變體:Mods 1、2和4。Mk 45 Mods 1和2是54口徑，槍管長度為270英寸。Mk 45 Mod 4包括對以前Mods的幾個改進，包括310英寸(62口徑)的長槍管。Mk 45 Mod 4也提高了火炮性能和可維護性。Mk 45 Mods 1、2和4被用在阿列克·伯克級驅逐艦(DDG 51)和提康德羅加級巡洋艦(CG 47)上。
5英寸炮
MK 45 庫存
（2）DDG 51級
DDG 51級導彈驅逐艦，也被稱為阿列克·伯克級驅逐艦，是能夠進行防空戰、反潛戰和反水面戰的多任務戰艦。船體於1991年交付，截至2019年6月，總共交付了67個船體(DDG 117於2019年6月7日交付)。DDG 51是在三個不同能力的階段完成生產的。船體繼續進行採購，另有21個船體獲准建造。DDG 51級的每個船體容納一個Mk 45火炮，彈匣容量為600發。其中30個船體安裝了Mk 45 Mod 2變體，而另外37個安裝了Mod 4。
（3）CG 47級
CG 47級導彈巡洋艦，也被稱為提康德羅加級巡洋艦，是首個搭載宙斯盾作戰系統的艦級。船身於1983年交付，1994年又交付了26艘。第一批五個船體，由於太貴無法進行現代化升級，已經退役了。因此，只有22個船體保持活動狀態。每個船體容納兩個Mk 45火炮系統，總彈匣容量為1200發。五個船體配備了Mk 45 Mod 1變體，五個配備了Mod 2變體，12個配備了Mod 4變體。
CG 47級
（4）能力缺陷
沿海環境的挑戰，提高了對NSFS系統有效範圍的需求。最大航行吃水深度在31到33英尺之間，DDG 51號和CG 47號船體不能過於靠近海岸。另外，5英寸口徑火炮最大射程為13英里，而且沿海地區經常擁擠不堪不易通航。考慮到這些因素，滿足NSFS任務的航程要求至關重要。
火力需求量雖然沒有明確的定義，但可能無法滿足當前NSFS的需求。DDG 51的轉速為20轉/分。憑藉其600發彈匣，可以達到60分鐘的連續壓制。同樣，CG 47的轉速為20轉/分(裝有兩把5英寸火炮)。擁有1200發子彈，可以連續壓制60分鐘。雖然這一要求沒有明確量化，但60分鐘的壓制可能無法滿足NSFS全面支持的需要。
DDG 51和CG 47是多任務水面戰艦，在許多作戰領域為海軍服務。因此，這些船隻需求量很大，這可能產生在需要海軍水面火力需要時供應不足的問題。與此同時，這些艦艇有多種彈藥需求，但船上彈匣儲存空間有限。由於需要實現較高的火力支援，這些艦船必須經常補給。補給可以在海上通過航行補給或者通過中轉到可用的港口來完成。這兩種方法都需要資源，否則將會中斷任務的完成。考慮到平臺火力的高需求和對再補給的頻繁需求，NSFS平臺的可用性面臨嚴峻挑戰。
DDG 1000被設計成一個專門提供火力支援的艦船平臺，它的作戰需求文件(ORD)要求其需要具備AGS發射LRLAP的能力。然而，由於該艦的費用和任務要求的變化，其從32艘減為目前的3艘。彈藥成本大幅增加，海軍失去了LRLAP彈藥訂單的預期規模經濟效益，導致2018年11月決定將AGS火炮上裝。同時，DDG 1000的任務從陸上攻擊轉移到了進攻性水面攻擊。海軍相應地修訂了DDG 1000作戰需求文件，並要求聯合需求監督委員會(JROC)對AGS的關鍵性能參數(KPP)進行研究。作戰需求文件第2版於2019年2月由聯合參謀部J-8領導的職能能力委員會批准。其結果是海軍的NSFS能力仍然完全屬於DDG 51和CG 47級。
二、典型場景分析
（1）情景1:菲律賓巴拉望
這一設想假設了一個有爭議的電磁環境，以及隨後克服目標、指揮和控制中斷的挑戰。由於著陸部隊分散在一個流動的環境中，知道在哪裡快速準確地開火是至關重要的，但也可能會帶來重大挑戰。這種特殊情況表明，海軍地面火力支援：評估ISR和C2的需求量可能對滿足NSF的需求特別重要。
（2）場景2:也門亞丁
也門場景，詳細的機場位置
也門場景，阿爾阿納德空軍基地
在這種情況下，NSFS的有效利用面臨幾個挑戰。鑑於導彈威脅的移動性和多重性，目標獲取將嚴重依賴於前方觀察員、地面無人駕駛航空系統以及地面部隊和海軍艦艇之間的有效協調，並沒有明顯有助於目標捕獲的有機系統。在巴拉望方案中，敵軍的地理分散構成了主要挑戰。相比之下，這種情況突出了高度機動和分散的敵軍的挑戰。這艘船的5英寸火炮根本無法對多個移動目標的支援做出足夠快的反應。
（3）場景3:敘利亞拉塔基亞
這種情況在幾個重要方面與上一個場景類似，因為火力系統的機動性對於瞄準和及時交戰產生了挑戰。有一艘水面艦艇在支援，該艦艇將不得不按順序執行壓制射擊任務。每個移動目標將需要大約六發彈來創建一個標準的200米效果區域。敵方部隊加強的防禦陣地使局勢進一步複雜化。除此之外，如果沒有任何彈藥，這艘船很可能無法對付戒備森嚴的防禦陣地。
（4）場景4:愛沙尼亞塔林
這種情況給有效的海軍水面火力支援系統帶來了幾個挑戰。就火力而言，該方案強調了瞄準和成功壓制移動目標，如BM-21梯度和2S23 Nona-SVKs。對於移動目標，傳感器到射手的鏈必須縮短和加速，尤其是在依賴氦彈的情況下。區域效應彈藥，可能有助於限制敵方的機動性。然而，正如在其他案例研究中指出的，船舶彈匣在很大程度上僅限於HE。最後，有限的彈匣尺寸以及由此導致的無法長時間持續維持火力是一個重大限制。在這種情況下，登陸部隊可能需要近乎連續的火力支援，一個導彈驅逐艦彈匣只能提供大約一個小時的連續火力。即使在其反應中對海軍火力進行了測量，在需要補給之前，單一的DDG51仍將面臨挑戰，以滿足長期交戰中所支援地面部隊的需求。
三、未來發展方向
（1）射程改進能力
海軍一直試圖通過多個發展項目來擴大射程和提高能力。與火炮和射彈相關的要求與艦船相關聯，海軍已經改變了該艦的任務，並要求解除射程要求。然而，還有其他發展方向。
火箭助推彈
火箭助推彈是裝有火箭發動機的彈藥，用於獨立推進。前面已經討論過的海軍LRLAP射彈是火箭輔助的，但由於成本過高項目被取消了。其他類型的區域行動方案正在由陸軍開發，包括HERA和XM1113系統。這些火箭助推彈有助於增加現有武器系統的射程，但生產成本都很高，需要改裝艦載彈匣，以適應高爆炮彈的儲存。高昂的生產和船隻改裝成本似乎使這些選擇不適用於運送用於海軍水面火力支援的船隻。
海軍的電磁軌道炮
電磁軌道炮（EMRG）是一種利用艦船電源產生的電磁力發射彈丸的炮。它從2005年開始研發，最初計劃成為一種NSF武器。迄今為止，已經採購了兩個原型，一個由英國宇航系統公司採購，另一個由通用原子航空系統公司採購。EMRG可能滿足“Hanlon letter”中規定的在50和100納米之間範圍要求。然而，EMRG計劃面臨許多挑戰。按照目前的設計，EMRG的射速很低。目標是達到每分鐘10次，但迄今為止只達到每小時幾次的速度。由於射彈的速度和熱量造成相當大的磨損，發射筒的壽命有限。此外，由於發射裝置利用了船上的電力，與平臺集成仍然是一個挑戰。
超高速彈
在EMRG的整個發展過程中，海軍認識到其射彈與其他武器系統兼容性的重要性。這種射彈被稱為GLGP或超高速彈，可以用5英寸的火炮(安裝在DDG 51和CG 47級船體上)或155毫米的火炮(安裝在DDG 1000級船體上)發射。如果和5英寸的火炮一起使用，GLGP的射程可以達到26到41海里。有了155毫米的炮，GLGP達到了40海里的射程。雖然這並沒有達到63海里的閾值，但這是對當前POR的重要改進。此外，由於GLGP的模塊化設計，這種射彈提供了一個節省成本的機會，因為它可以被配置為多槍系統。利用已有系統，可快速部署新項目，使其比新設計更快可用。GLGP可能為提高NSFS任務的性能提供一個快速部署的替代方案。
靶場改進技術的評估
海軍試圖滿足USMC概述的一般射程要求。然而，這些努力還沒有過渡到POR，並且都面臨技術或存儲問題。就EMRG而言，較低的觸發率實際上可能與容量和持久性的要求直接相反。可能有理由將GLGP作為一種提高射程的手段納入海軍作戰計劃中，我們從情景分析中知道，能夠到達多個目標點是一項重要的能力，不能完全移動到敵方海防交戰範圍之外也是可接受的。我們還沒有進行詳細的分析，以確定該系統是否是海軍POR的最佳補充。但這個系統至少有助於彌補能力差距。
（2）提高射彈和槍管性能的材料
這些材料可能有幾個潛在的應用。可以想象，它們可以製造更輕的射彈，這種射彈可以在不增加爆炸重量或火箭推進的情況下增加射程。他們也可能加強槍管，允許更高的射速。下面討論的材料並不是專門為NSFS應用開發的，但是它們已經成功地用於類似的應用中。
形狀記憶材料
形狀記憶材料是具有記憶性的材料，在變形後加熱時會恢復到其原始形狀。一些較新的材料也對磁場有反應。在現有的形狀記憶合金中，鎳鈦(也稱為鎳鈦諾)是研究得最好的，並且已經在生物醫學和工程應用中使用。由於這些材料在高溫下保持其初始形狀的能力，它們可能被證明是一種改進的拋射體材料，能夠在更長的範圍內保持形狀。可能的缺陷包括製造成本高和可能的疲勞失效。
石墨烯
石墨烯是碳的二維形式，其中碳原子排列成六邊形晶格。它的二維結構使它具有獨特的強度、導電性和導熱性。研究表明，與厚度成比例，石墨烯的強度大約是鋼的100倍。石墨烯可以用來製造更長的槍管，用於更長的射程。它也可以用來覆蓋槍管內部，以更有效地散熱，從而提高射速。儘管石墨烯創新用途的上限很高，但在實際應用中，石墨烯面臨著一些問題。它相當脆，缺乏韌性。此外，科學家們還沒有發現能夠大規模製造的有效的方法。最後，將固有的二維材料轉化為三維應用存在困難。正在進行的對複合材料的研究多少減輕了這些困難，複合材料有助於彌補材料的弱點，同時保持材料的強度。
自修復材料
自修復材料是一種人造材料，無需外部人工干預就能自動修復自身損傷。儘管大部分研究都是在聚合物上進行的，但它們在所有種類的材料(聚合物、金屬、陶瓷和水泥)中都有。通常，這些材料會被植入一種自我修復劑。可能的NSFS應用包括塗覆槍棒的內部，這將使射擊速度更快，因為這種材料能夠修復快速射擊造成的損傷。此外，這些材料可以通過逆轉磨損對設備的影響來減少與維護相關的需求。這種減少可以釋放船上寶貴的空間，用來儲存額外的彈藥。實現自愈材料的挑戰主要是困難的、特定材料的製造。此外，根據具體的材料，癒合可能由某些條件觸發(例如，溫度或熱閾值)，並且廣泛的癒合可能導致癒合劑的耗盡。
塊狀金屬玻璃/無定形金屬
塊狀金屬玻璃是具有非晶態晶體結構的固體金屬材料。大多數金屬在原子水平上自然形成晶粒。因為普通金屬傾向於沿著晶界斷裂，所以無定形金屬比那些有晶粒的金屬更堅固。由於成型和冷卻之間的容量沒有變化，所以BMGs也具有很好的熱成型性。由於其優越的強度和耐磨性，彈道導彈可以用來包覆槍管，從而提高射速。此外，它們的高彈性和強度重量比可以幫助射彈飛得更遠，增加有效射程。
雖然塊狀金屬顆粒確實增加了強度、韌性和彈性，但它也使材料更脆，更容易發生災難性的破壞。此外，給定時間和更高的溫度，使其傾向於回覆到它們的結晶狀態。它們還受到尺寸和製造成本的限制。然而，有人研究了BMG基複合材料的創造，這可以解決其中的一些問題。
海軍水面火力支援應用中新材料的評估
新材料可能有助於更輕的射彈，從而增加射程，但它們的主要可能應用是改進炮管，從而允許更長時間的使用，可能有更高的射速。這可能有助於解決持久性和容量問題，但這些能力的主要限制於可用的彈匣容量，而不是槍管發射壽命的限制。如果沒有明確的需求說明，這種技術的價值很難精確的評估。
（3）提高彈匣容量和容量的技術
船隻被設計成具有特定的彈匣尺寸，這需要滿足項目任務要求。正如我們在場景和容量分析中所看到的，進行火力壓制的能力是一個主要的限制因素，這主要是由於相對於需求而言可用的彈藥數量不足。這裡考慮的技術旨在更有效地利用現有空間或更容易製造彈藥。
集束彈藥
集束彈藥是釋放大量較小子彈藥的武器。自第二次世界大戰以來，集束彈藥一直在國際上使用。它們既可以是空投的，也可以是地面發射的，與發射同等數量的獨立子彈或導彈相比，仍然相對便宜。因此，它們是一種不需要部署額外火炮系統就能提高火力的經濟有效的方法。它們也是一種成熟的技術，不需要進行額外的開發。
集束彈藥的目標的確不太精確，因為其影響範圍很廣，這可能導致誤傷平民目標的可能性增加。此外，彈藥往往不會立即爆炸，缺乏自毀能力，產生的"啞彈"可能在衝突停止後幾年後爆炸。這個啞彈率仍然高達20%，儘管美國十年來一直倡議將啞彈率降至1%以下。
同時，也不能忽視使用這種武器的人道主義方面。然而，它們在我們研究過的各種壓力情境中的潛在效用也是如此。在高容量的情況下受影響的面積很大，目標眾多，無論使用何種彈藥，都很有可能造成附帶損害。擁有這些類型的彈藥將會增加靈活性，如果需要的是數量，而不考慮附帶責任的話。
巡飛彈
巡飛彈彈藥是自主式無人駕駛飛行器，在給定的區域內巡飛彈，直到發現威脅。管這本身並不增加體積或容量，但它確實有可能提高使用較少彈藥擊中目標的機會。巡飛彈型彈藥不是向分散的目標發射幾發子彈，而是在識別出具體的威脅參數後攻擊目標。彈藥使用光電、無線電、微波或紅外頻率傳感器來探測威脅。
它們可以飛出安全範圍，為海上平臺提供額外的火力支援。作為基準，IAI有100公里的航程，可以巡飛彈長達兩個小時。巡飛彈型彈藥便宜又精確，因為它們的容量更小，而且在系統上有制導。它們很難追蹤和殺死，因為它們的雷達、視覺和熱信號都很低。此外，他們已經在美國和其他幾個國家使用，最突出的是以色列，因此不需要額外的開發領域。
可能的問題包括航程和飛行時間。巡飛彈型彈藥一旦發射，就不是以槍炮彈藥的速度飛行，而是以正常的無人機速度飛行。如果在一個目標區域的軌道上，它們可以快速擊中目標。然而，如果火力打擊發生在意外區域，無人機需要時間才能到達目標。另一個問題是無人機比普通的火炮彈藥大，並且會佔用船上的空間。
3D打印
三維(3D)打印是從數字文件中製作物理對象。它可以通過允許在當地製造槍支彈藥來幫助解決彈匣產能不足的問題。增材製造是當今用於三維打印對象的主要技術，其中對象是逐層構建的。3D打印允許設計的快速原型製作，並減少了對長供應鏈的需求，因為產品可以在現場打印。3D打印還能適應複雜的幾何形狀，並且可高度定製。
由於生產的分散性和可生產多種設計的能力，3D打印可以通過在海軍平臺上生產射彈來潛在地提高彈匣容量的效率。例如，GLGP號使用穿甲彈來安裝每個推進系統。有了3D打印技術，可以按需打印適當系統的底板，而不是預先查詢每個系統的庫存。此外，平臺能夠存儲零件的基本材料，而不是維修和維護中使用的備件，從而騰出更多空間用於存放彈匣。增材製造的使用也可以減少廢料，因為物體是一層層建造的，而不是通過雕刻掉多餘的材料。
潛在的缺陷包括對可用材料類型和產品尺寸的限制。儘管3D打印技術可用於許多種類的材料，包括樹脂、陶瓷、塑料和金屬，但它們可能不適用於所需的特定材料。產品尺寸在很大程度上受到打印機尺寸的限制，而打印機尺寸對於板載製造至關重要。此外，3D打印不適合大規模生產。所需的特定零件數量越多，其他製造工藝就變得越有效。此外，增材製造的逐層性質會引入結構上的弱點。取決於製造工藝，還可能存在重要的後處理步驟(例如，噴水、砂磨、化學浸泡)和可能的排放危險。最後，即使有船上製造設備，船隻仍然需要儲存原材料用於生產。
（4）能力發展總結
這些技術中有幾項可能有助於NSFS任務，但目前沒有一項是任何POR的一部分。這是因為，除了其他因素之外，對於這些功能沒有明確的要求，因此，在給定的成本和工作量的情況下，沒有很好的方法來評估這些功能會增加多少價值。然而，某些功能在各種情況下可能都有價值，尤其是那些緩解容量和容量不足的功能。
在評估增加射程的能力時，重要的是要將足夠遠距離的概念分開，以避免海岸防禦的介入——這是任何能力都不可能實現的——從足夠的射程到服務多個分開的目標。因此，解決方案不需要尋求最大範圍，並且存在不容易獲得的能力，例如超高速投射，可能滿足場景中確定的要求。額外優勢是，這種類型的射彈特別適用於提供更輕更強的材料或允許本地製造的技術。
在解決短缺方面最有效的技術之一也是已經發展成熟但面臨政策限制的技術:集束彈藥。雖然我們並不質疑人道主義考慮的重要性，但集束彈藥應被視為用於軍事需求，任何彈藥的使用都有可能造成附帶損害的情況。儘量減少啞彈率和延遲爆炸的努力將是保持這一選擇的一個重要部分。
四、結論和建議
儘管NSFS是一個有著悠久歷史的任務——至少可以追溯到內戰時期——但它也是一個在需求開發方面沒有得到適當審查的任務。
（1）能力發現
我們已經提到，對NSFS的要求並不完善，因此除了提供一般能力之外，基本無法滿足。然而，我們的案例研究和建模確實表明了以下幾點:
瞄準，特別是在被拒絕的環境中，可能非常具有挑戰性，並且高度依賴有機資產，主要是無人機。這個問題不僅限於NSFS。把許多戰爭地區作為目標，在這可能是一個挑戰。然而，NSFS對快速準確射擊信息的要求使這個問題變得特別困難。
傳感器到射手的時間線太長，無法支持在多變的戰場上有效作戰。NSFS的岸上機動部隊必須能夠在很短的時間內響應炮火的召喚。
一艘船用一把槍發射幾發子彈，即使瞄準是最佳的，C2也執行得很好，但實際上它能到達的目標和同時服務的目標數量是有限的。這表明，無論單船的能力和容量如何，單船模型在競爭激烈的環境中可能根本行不通；自主船隻提案可以緩解這種不足。
海軍基於對其認為最有可能的作戰任務的考慮，選擇了彈藥組合，但結果低估了可能特別有價值的彈藥庫彈藥。此外，其彈藥部分不涉及面積效應。
我們考慮的大多數情況都涉及到相當大的開支，根據一個合理的目標集進行的正式建模表明，彈藥的開支非常大，通常超出了船上彈藥庫的容量。允許現場製造軍械的新技術，如3D打印，可以緩解彈匣尺寸的不足。
（2）建議
最明顯也是最有說服力的建議是，USMC應該利用一些情景和定量分析的結合來確定它需要從海軍那裡得到什麼。在沒有正式定義要求的情況下，海軍既沒有動機也沒有理由超越船舶基準ROC/POE文件中的規定。
無論最終批准什麼要求，USMC和美國海軍都應該繼續投資有機機載ISR，即使部分電磁規範被拒絕，也可以使用。
不管最終的需求決定如何，USMC和美國海軍都應該投資戰術C2解決方案，允許壓縮傳感器到射手的時間線。
假設需求確實是根據看似可能的情況確定的，則應考慮以下額外投資:
挑戰敵人機動能力的區域彈藥，允許擴大射程的輕型彈藥
允許船隻從一個位置服務多個登陸部隊目標
較大的彈匣
無人火力支援平臺，可以直接提供支援
允許增材製造生產火炮彈藥，以在高使用期增加彈藥的待命時間
注：原文來源網絡，文中觀點不代表本公眾號立場，相關建議僅供參考。
