以小搏大的利器:魚雷(下)從天而降的死神

  • 阿文開講
  • 撰文者:高崇文
  • 發文日期:2024-01-04
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封面圖片來源:Mark 46 torpedo launched by DD-980 1996.JPEG

上一回,阿文提到了魚雷如何成為海上令人聞風喪膽的可怕武器,這一回我們要從二維的海面上再加添一維,來談談由天而降的死神,魚雷轟炸機。

自從萊特兄弟在1903年發明了飛機以後,飛機就被投入軍事用途。一開始主要是擔任偵察工作,後來逐漸被用來攻擊地面部隊。而到了1910年代初,美國海軍軍官Bradley A. Fiske才首次提出從飛機上投放輕型魚雷的想法,並在1912年獲得專利。在飛機發射魚雷成功的關鍵是魚雷的重量、合適的附著點和投射魚雷的速度。 Fiske研究從轟炸機釋放空中魚雷的機制,並且設計了趁夜間逼近船艦展開魚雷攻擊的戰術,因為這時候船艦的自衛能力明顯地降低。Fiske認為魚雷轟炸機應該以陡峭的螺旋形快速下降方式來躲避敵方的砲火,然後當飛機高出水面約10到20英尺(3到6米)時,飛機拉直飛行足夠長的時間,然後對準魚雷的預定目標。飛機要在距離目標1,500至 2,000碼(1,400至1,800米)的距離處發射魚雷。Fiske後來在1915 年報告宣稱使用這種方法的話,只要魚雷有足夠的運行空間,甚至可以在敵方的港口內攻擊敵方的艦隊呢!事後證明,這不是吹牛!
最早積極嘗試從飛機投放魚雷的可能性的是英國皇家海軍航空隊。1914年,戈登·貝爾(Gordon Bell)進行了第一次成功的空中魚雷投放。他從一架Short S.64水上飛機上投放了一枚懷海德魚雷。那一次的投放十分成功,所以從1915年英國開始建造第一架專門施放魚雷的軍機,短型184,英國軍方訂購了10架。在第一次世界大戰期間,10家不同的英國飛機公司一共製造了936架這型的飛機。兩架原型機後來搭載在軍艦HMS Ben-my-Chree上,並於1915年3月21日駛往愛琴海,參加了加里波利戰役。1915年8月12日,由飛行指揮官查爾斯·埃德蒙茲(Charles Edmonds)駕駛的飛機,成為世界上第一架用空射魚雷攻擊敵艦的飛機。雖然它發射的魚雷擊中了土耳其商船,但是由於英國潛艇HMS E14.也擊中了同一艘船,所以不確定是誰的功勞。五天後,埃德蒙茲在達達尼爾海峽以北幾英里處用魚雷擊沉了一艘鄂圖曼土耳其帝國的運輸船,這次就完全是魚雷轟炸機的功勞了。他的同事 G.B. Dacre中尉由於發動機故障被迫降落在水面上,他看到附近有一艘敵人的拖船,於是便滑行過去釋放魚雷,將拖船擊沉。沒有魚雷的重量拖累,使得 Dacre 中尉能夠起飛並返回母艦 Ben-My-Chree上,平安脫險。至於第一架設計用於從航空母艦起飛的魚雷轟炸機則是索普威思布穀鳥(Sopwith Cuckoo)。它於1917年6 月首飛。它是設計從皇家海軍的新型航空母艦上起飛,但卻只能降落在機場,這是因為在艦艇上降落時需要阻止飛機的阻攔索尚未發展完善的緣故。英國海軍部計劃使用5艘航空母艦和100到120架布穀鳥攻擊德國公海艦隊,該艦隊自1916年日德蘭海戰以來一直躲在基爾港內,但戰爭結束時,僅有90架布穀鳥出場,其餘的並沒有機會一展身手。
第一次世界大戰之後,各國財政緊縮幾乎使得海軍在測試魚雷方面變得相當小氣,只有日本海軍相對積極。像是日本的91型魚雷就是從1931年開始使用的45厘米口徑魚雷。91型魚雷擁有先進的PID控制器(比例-積分-微分控制器)和可丟棄的木製空中尾部安定板(木製の着脱式尾部安定板),魚雷入水時就會脫離,使其成為一種強大的反艦武器;納粹德國甚至考慮在1942年8月之後將它製造成 Luftorpedo LT 850呢。日本的工程師在1930年代還為驅逐艦和巡洋艦開發了93式(美國官方歷史學家塞繆爾·E·莫里森戰後暱稱為“長槍”),其性能在二戰結束前是任何其它當代魚雷都無法比擬的。這是因為它使用純壓縮氧氣代替壓縮空氣,先前魚雷發動機(即濕式發動機)燃燒的燃料量受到它可攜帶氧氣量的限制,這是由於壓縮空氣僅含約21%的氧氣,所以93式魚雷是一大突破!最初,日本帝國海軍購買了懷海德和施瓦茨科普夫魚雷,但到1917年,他們開始使用純氧而不是壓縮空氣來進行實驗。後來由於試驗時發生爆炸意外,讓他們放棄了實驗,但在1926年他們又恢復了實驗,由此開發了93式魚雷。1933年,他們製造的魚雷終於可以派上用場了;此外他們還使用了傳統的濕加熱器魚雷。然而,氧氣系統對任何受到攻擊但仍攜帶此類魚雷的船隻構成嚴重危險。日本因此損失了幾艘巡洋艦,部分原因正是93型魚雷造成的爆炸。
隨著世界局勢逐漸動盪,各國重新回來開發武器,其中也包含魚雷。就在二戰開打前不久,德國推出了第一顆使用電池供電的G7e魚雷。與傳統的G7a魚雷相比,它速度較慢且射程較短,但是造價便宜得多,而且幾乎沒有聲音,也幾乎不會留下明顯的氣泡痕跡。但它的缺點是鉛酸充電電池對衝擊很敏感,使用前需要經常維護,並且還需要預熱才能獲得最佳性能。實驗性G7es是G7e的增強版,改用原電池(primary cell)也就是一次電池或稱初級反應電池,也就是不可充電的電池。
要改良武器不只是單純提高某件武器的性能,而是要針對戰場需要來調整。舉例而言,隨著軍艦的裝甲不斷改進,各國海軍開始擔心魚雷無法對戰艦的重型裝甲造成損壞;對此的解決方案是設法在船底引爆魚雷,如此就能嚴重損壞龍骨和船體中的其他結構部件,這個策略被稱為「斷背」。但是要設定魚雷在船正下方的深度處引爆,需要讓磁力爆炸裝置在適當時機準確地啟動,就像第一次世界大戰中使用的磁力影響水雷(magnetic influence mines)一樣。雖然德國、英國和美國獨立設計了方法來做到這一點;然而,德國和美國的魚雷在其保持魚雷深度的機制上遇到了問題,再加上他們在測試的時候,沒有考慮到他們測試的地點與後來使用這些魚雷的地點緯度有明顯的差距,沒有將地球磁場對船舶和爆炸裝置產生影響加以校正,所以導致魚雷過早爆炸,應而失去原先設定的目標。德國海軍和英國皇家海軍迅速發現並消除了這些問題。但是在美國海軍中,針對Mark 14魚雷及其Mark 6 爆炸裝置的問題存在著長期爭論。草率的試驗讓不良的設計投入使用,而美國海軍軍械局和美國國會都忙於保護自己的利益而無法糾正錯誤,搞到只有在太平洋戰爭開始21個月後才開始提供給美國海軍功能齊全的魚雷呢!
等到二戰爆發,魚雷已經成為許多級別的水面艦艇、潛艇的標準配備。魚雷快艇,例如:MTB、PT艇或S艇,使相對較小但速度較快的船隻能夠攜帶足夠的火力,理論上可以摧毀一艘更大的船隻,儘管這在實戰中並不常發生。
第二次世界大戰中被小型軍艦的魚雷擊沉的最大軍艦是英國巡洋艦曼徹斯特號,它是於1942年8月12日至13日晚上在基座行動期間(Operation Pedestal)被義大利MAS船所釋放的魚雷所擊沉。但是英國海軍在1943年12月的北角海戰(Battle of the North Cape),驅逐艦薩維奇Savage和索馬雷斯Saumarez的魚雷,擊中了德國戰列艦沙恩霍斯特號Scharnhorst,有效減緩它的速度,讓英國戰列艦約克公爵追上並擊沉它,算是扳回一城。至於在太平洋海戰的部分,在二戰末期的薩馬島海戰(Battle off Samar)中,美國特遣隊太妃糖3 (Taffy 3)護航驅逐艦的魚雷攻擊,造成的破壞和混亂有助於壓制日本的戰列艦和巡洋艦。1945年5月,英國第26驅逐艦艦隊(巧合的是又是索馬雷斯號領軍)甚至伏擊並用魚雷擊沉了日本重巡洋艦羽黑。潛艇使用魚雷的戰績相較之下也不遑多讓;英國潛艇使用魚雷攔截軸心國派去北非的補給運輸,在大西洋海戰和太平洋戰爭中,攜帶魚雷的潛艇便常常擊沉大噸位的商船。但是相較下最令人印象深刻的,還是魚雷轟炸機(torpedo bomber)的輝煌戰績了,這與航空母艦的發展有密切的關聯。
1940年11月,二次大戰初期,英國皇家海軍對塔蘭托的義大利皇家海軍進行在歷史上首次航空母艦的艦載機對海軍艦隻的進攻,是為塔蘭托戰役。義大利的3艘戰艦被癱瘓,1艘重巡洋艦與2艘驅逐艦受損,英軍有兩架戰機被擊落,兩名飛行員被俘,另外兩人失蹤。幾乎所有現代海軍的空中攻擊專家,在這戰役以前均認為魚雷攻擊要求有足夠深水度,最少有30公尺,而塔蘭托只有12公尺水深,但是皇家海軍使用了改良版魚雷轟炸機及其從超低空投擲解決了困難。這次戰役成為日本在籌劃1941年偷襲珍珠港行動的範本。
論起魚雷轟炸機最輝煌的紀錄,應該是太平洋戰爭爆發初期。大日本帝國海軍航空隊在珍珠港事件採用九七式艦上攻擊機,搭載經過改造而適合淺水前進的魚雷,對美國太平洋艦隊駐夏威夷艦艇發動攻擊。這次行動中,日本海軍共派出了6艘航空母艦、300多架戰機,分兩波進行奇襲,第一波攻擊包含了40架九七式魚雷攻擊機,裝備九一式魚雷,還有49架九七式魚雷攻擊機,作為水平轟炸機,攜帶1760磅重穿甲彈。第二波攻擊則有54架九七式艦上攻擊機,攜帶550磅和132磅炸彈,81架九九式俯衝轟炸機,攜帶550磅炸彈,在第一波的攻擊中,日機對當時停泊的美軍艦隊擊中了36發魚雷(美軍資料23發),但是此戰也損失了5架九七艦攻。
就在日本襲擊珍珠港三天後,日軍在東南亞戰場上與駐防馬來亞的英軍艦隊爆發馬來亞海戰,日軍以九六式陸上攻擊機和一式陸上攻擊機搭載魚雷和炸彈擊沉了英國海軍的「威爾斯親王號」戰艦與「反擊號」戰鬥巡洋艦。「威爾斯親王號」曾與胡德號戰鬥巡洋艦一道參與俾斯麥號戰艦的截擊行動,之後還搭載邱吉爾前往紐芬蘭島參與制定大西洋憲章。沒想到居然遭此噩運!在第二波空襲時,「威爾斯親王號」被一發魚雷打中渦輪主機連接螺旋槳大軸的艙間,魚雷造成的爆炸與震波讓艦體大量進水,方向舵全毀;浸水同時讓艦內發電機停機,因此艦尾4具雙連裝5.25英寸高平兩用炮的動力來源中斷,無法迎擊空中威脅。第三波攻擊時,舵機失靈的「威爾斯親王號」被兩發魚雷命中了早前在德國空襲時被炸傷的左舷部分,這一部分一直未得到完全的修復;除此之外轟炸機將一枚500公斤炸彈以水平投彈的方式直擊戰艦。「威爾斯親王號」最終沉沒,船上幾百人也隨船葬身大海,其中包括艦隊司令菲利普中將和艦長約翰·里奇(John Leach)上校。邱吉爾後來回憶當他得知這個消息時:在整個戰爭過程中,我從未收到比這個更直接的衝擊……
這次事件是海戰史上第一次航行中的戰艦被飛機給獨力擊沉。這兩艘艦艇是第一批在積極防衛下被純空中力量擊沉的主力艦。這一事件表明即使是最先進的水面艦艇在面對空中攻擊時,還是極為脆弱,空中掩護艦隻航行變成是不可或缺。
到了1942年6月日本與美國在珊瑚海發生海戰,這場海戰是世界上首次交戰雙方的作戰艦艇都沒有直接目視到對方、也未能直接向對方開火的海上作戰;在進攻中將作戰艦艇的火炮取而代之的是各種作戰飛機。因此參戰各方的指揮官是在進行著一場從未有過的航空母艦之間的對決,雖然美軍的列星頓號航空母艦最後還是被魚雷擊中,最後沉沒,日軍的魚雷機在航空母艦上空被空中巡邏的戰鬥機和高射炮攻擊,損失慘重,一共損失了10架九七艦攻。日軍的3艘航艦皆受重創或擊沉,其艦載機大多損失殆盡。日軍的精英飛行員即持續不斷地被消耗掉,終至1942年10月幾近損失殆盡。在駕駛員經驗不足加上美軍艦隊防空網的強大攔截能力下,日軍魚雷攻擊任務,形同自殺任務。由於魚雷轟炸機獨特的攻擊方式所造成的高折損率,再加上反艦飛彈這類武器的逐漸興起,導致此類機種很迅速地在二戰結束之後就停止發展,並且消聲匿跡。
雖然魚雷轟炸機的黃金時代很短,但是魚雷依然是潛艇與船艦配備的重要武器。魚雷相關的科技隨著二戰的戰況愈來愈激烈,也變得更加成熟。像是原本在較大的艦船和潛艇中,有所謂的火控計算器能夠考慮目標的速度、距離和航向與射擊 船的速度和航向,連同其魚雷的性能,提供一個射擊解決方案。但是到了第二次世界大戰的時候,各方都開發了自動機電計算器,例如美國海軍的魚雷數據計算機。
在二戰中的另一個新發明則是德國人引入了可編程模式運行魚雷,這種魚雷會按照預定模式運行,直到燃料耗盡或擊中某物。較早的版本FaT在發射後直線運行,然後平行於初始路線開始交互向後和向前行進,而更先進的LuT甚至可以在發射後轉換到不同的角度,然後進入更複雜的行動模式。
至於如何設置魚雷管,在二戰期間也有所改進,英國和美國在二戰都試驗過外置管(external tubes)。外置發射管提供了一種無需徹底重新設計即可增加魚雷容量的廉價而簡單的方法,而在二戰之前或戰爭初期,這種方法既沒有時間也沒有資源可做,直到二戰中期才終於採用。後來英國T級潛艇就攜帶多達13個魚雷發射管,其中5個都在外部。美國的使用主要限於早期的海豚級、鮭魚級和薩爾戈級船。在 Tambors出現之前,大多數美國潛艇只攜帶4個船頭管和2個或4個船尾管,許多美國潛艇軍官認為火力不足。Mark14魚雷惡名昭彰的不可靠性使這個問題更加複雜。到了二戰後期,美國採用了一種16英寸(41厘米)自導魚雷(稱為”可愛”)來對抗護航。它基本上是經過改進的Mark 24 Mine,帶有木軌,可以從21英寸(53厘米)魚雷發射管發射。
但是論到魚雷最大的技術突破,還是非開發出自主導引魚雷莫屬。由於使用多枚魚雷攻擊單個目標,會耗盡魚雷補給,還會大大降低潛艇的戰鬥力。為了確保單個魚雷能夠有效地攻擊目標,擁有自主尋敵功能的魚雷自然就應運而生了。魚雷可以使用被動或主動制導,或兩者結合使用。被動聲學魚雷是追蹤目標發出的聲波,主動聲學魚雷則是根據來自魚雷或其載艦或載機的信號反射來追蹤目標;主動制導的缺點是會洩露魚雷的存在。在半主動模式下,魚雷可以發射到目標的最後已知位置上,或是目標可被聲學偵測到的範圍與魚雷的攻擊範圍交集內,到達該位置再開啟被動制導。到了二戰後期,配備了聲學(尋敵)引導系統的魚雷有美國Mark 24水雷和Mark 27魚雷以及德國G7es魚雷。
還有一項創新則是利用無線電來遙控魚雷。早在1897年左右,尼古拉·特斯拉為一艘遙控船申請了專利,後來向美國軍方證明了無線電導引魚雷的可行性,但遭到拒絕。特斯拉實在是超前太多,因為要等到第一次世界大戰期間,美國海軍才開始評估一種從水面艦艇發射,名為哈蒙德魚雷(Hammond Torpedo)的無線電控制魚雷。據稱在1930年代測試後期版本的有效射程為6英里(9.7公里)。二戰期間,海蒂·拉瑪和作曲家喬治·安泰爾為盟軍魚雷開發了無線電引導系統,旨在利用跳頻技術來抵禦軸心國的干擾威脅,儘管美國海軍從未採用該技術就是了。
二戰結束之後,冷戰接著登場,魚雷的改進當然也持續進行,由於潛艇強度和速度的提高,魚雷必須配備改進的彈頭和更好的發動機。在冷戰期間,隨著核動力潛艇的出現,它們不必經常浮出水面,尤其是那些攜帶戰略核導彈的潛艇。因應潛艇強度和速度的提高,魚雷必須配備改進的彈頭和更好的發動機。現代潛艇利用高壓氣體或是用水脈衝將魚雷推出發射管;這兩種系統的優點是比以前的系統安靜得多,有助於避免被動聲納探測到。
魚雷的尋敵系統通常是聲學的,但也會使用其他類型的目標傳感器。船艦的聲學特徵並不是魚雷唯一能夠追蹤的信號:二戰之後為了與美國超級航空母艦交戰,蘇聯開發了53-65尾流自導魚雷。由於標準的聲學誘餌無法分散尾流自導魚雷的注意力,美國海軍在航空母艦上安裝了水面艦艇魚雷防禦系統,該系統可以用來反制反魚雷追蹤並摧毀攻擊魚雷。所以尋敵魚雷還必須能夠反擊反制系統。由於魚雷儲存的能量有限,因此它需要良好的流體動力學才能有效地獲得高速度並提供遠距離,所以雙方在冷戰時期也投如許多人力研究流體力學。
另一個創新方向是發展火箭推進魚雷,雖然在懷海德發明魚雷後不久,人們就嘗試了許多實驗性火箭推進魚雷,但要等到在六〇年代蘇聯才成功達成,例如在VA-111 Shkval 中最近又重新被使用,因為它特別適用於超空泡裝置。超空穴效應(Supercavitation)利用空穴效應製造了含有氣體的泡沫膜,而這個泡沫膜大到足以包含物體本身,使其在泡沫膜中行駛減少摩擦力,來達到極高速度。除去移動方向的部分,物體因為不與水接觸,基本上不會與水摩擦,因此能在水中超高速前進。
現代魚雷使用多種推進劑,包括電池(與法國F21魚雷一樣)、單組元推進劑(例如:奧托燃料II與美國Mark 48魚雷一樣)和雙推進劑(例如:過氧化氫加煤油與瑞典魚雷一樣62,六氟化硫加鋰,如美國Mark 50魚雷,或Otto Fuel II加高氯酸羥銨,如英國Spearfish魚雷)。美國有一個電動設計,即Mark 18,主要是從德國魚雷(儘管使用改進的電池)和FIDO(一種用於反潛用途的空投聲學自導魚雷)複製而來。現代電動魚雷,例如:Mark 24 Tigerfish或DM2系列,通常使用無需維護的氧化銀電池,因此魚雷可以存放多年而不會性能變差。
沒想到看似平常的魚雷,背後居然藏著這麼多故事。現代戰爭與科學技術之間的複雜關係,還真不是三言兩語能說清楚的。最近我們自製的潛艇海鯤號舉行了擲瓶禮,想來魚雷也將會是它未來的標準配備,阿文花了三篇文章的篇幅,就是要說服大家,魚雷的性能裡頭藏有許多物理,其實物理研究也是國防的一環,千萬不要小覷了!您說是不是呢?