传感器斜角 美国海军舰艇的升级改装（下） - 从80年代到未来，循序渐进

美国海军舰艇的升级改装（下） - 从80年代到未来，循序渐进

经过冷战期间近30年的高速发展，美国海军在里根时代迈上历史巅峰，舰队规模、装备水平、新老交替都达到理想状态。在长期、稳健的海军发展规划指导下，50年代应急改造旧式战舰这种打补丁式的升级情况已经不复存在。6、70年代，美国海军的发展思路也是“小步快跑”，每个型号建造数量不多，比如“企业”号和“长滩”号都只造了1艘，两型常规航母各自造了4艘就转向下一级；“莱希”级和“贝尔纳普”级巡洋舰各是9艘常规版加1艘核动力版，之后是2艘“加利福尼亚”级和4艘“弗吉尼亚”级核动力巡洋舰。

> 1987年的美国航母战斗群与战列舰战斗群混合编队，居中的从前向后分别是“威斯康辛”号战列舰、“突击者”号航母和“长滩”号核动力巡洋舰

从70年代末开始，随着造舰技术日臻成熟，主战舰艇的同型舰批量迅速放大，建造时间跨度拉长。“尼米兹”级首舰“尼米兹”号于1972年下水，最后一艘“布什”号下水则在34年后的2006年；“伯克”级驱逐舰规划建造82艘，已建成67艘，跨度将超过40年。

建造期如此之长，如何应对国际环境和战略战术的不断变化，如何适应新装备、新技术的迅猛发展呢？美国海军采取了两种策略。一种是分批次建造 ，根据上一个批次的实际使用经验和作战需求变化调整新批次的细节设计，依托相同的平台，在同一个级别内循序渐改，“尼米兹”级、“伯克”级、“弗吉尼亚”级都是如此。第二种是变更整体设计 ，当某项技术在建造过程中实现突破或者作战需求发生重大变化时，果断改变原始设计，实现作战性能上的飞跃，“斯普鲁恩斯”级、“提康德罗加”级和“洛杉矶”级都是典型的例子。

“尼米兹”级

曾经占据世界最大战舰宝座长达42年（直到2017年“福特”号入役为止）的“尼米兹”级共建造了10艘，首批三艘“尼米兹”号、“艾森豪威尔”号和“卡尔·文森”号也被非官方地称为“尼米兹”型 ，满载排水量为9.65万吨（关于“尼米兹”的吨位，因为公吨、长吨、短吨的问题有非常多的版本，我查了很多美国海军官方资料，下面写到的应该是比较准确的公吨数据了，而且各舰不同时期排水量一直在动态变化）。前2艘设计相同，在６０年代末编列预算时归类为攻击型航母（CVA）。1975年6月30日，美国海军取消了反潜型航母（CVS）这个类别，统一为多用途航母（CV），“尼米兹”级和“企业”号则变成了CVN，其中的N代表核动力。

>1968年的“尼米兹”级手绘效果图

“卡尔·文森”号是第一艘在规划时就按CVN设计的核航母，具备前两艘缺乏的反潜战能力，包括能探测潜望镜的新型水面搜索雷达和“CUP- 通用水下景象系统”，这是一套专用反潜作战软件，旨在帮助航母战斗群指挥官分析水下作战态势，根据威胁分配反潜兵力，可以更好地支持S-3反潜机和SH-60F反潜直升机作业，日后成为“尼米兹”级的标准配置，前两舰在大修时也升级到相同标准。

> 2005年6月1日“卡尔·文森”号在波斯湾同时弹射2架S-3反潜机

第二批自4号舰“罗斯福”号开始有相当大的改进，这5艘也被称为“罗斯福”型 ，首次采用模块化建造，预制分段最大起吊重量达到900吨，建造周期缩短了16个月。舰体两舷增设隔舱，机库和弹药库等重要部位三面增设64mm厚的凯夫拉装甲强化防御，反应堆燃料棒寿命增长到15年，飞行甲板前方的回收角被拆除，满载排水量增加到9.8万吨。此外航母作战系统用全新的“AcDs - 海军战术与先进战斗指挥系统”替代了过去的“NTDS- 海军战术资料系统”，配备了Link-4A/11/14/16数据链，增强了战区级指挥控制和通信能力。

5号舰“林肯”号强化了飞行甲板下层的走廊甲板；从6号舰“华盛顿”号开始飞行甲板加强了防弹能力，舰岛增设凯夫拉装甲；7号舰“斯坦尼斯”号开始采用高强度、低合金的HSLA-100型钢材建造，和过去的HY-100高张力钢保持相同物理性能的前提下降低了建造工艺难度，焊接前无需预热，节省了大量工时，降低了成本。每艘新舰的满载排水量都在逐步增加，自“林肯”号开始超过10万吨大关。

> 由上至下依次为“卡尔·文森”号、“林肯”号和“斯坦尼斯”号

最后两艘“里根”号和“布什”号被称为“里根”型 ，采用的新型燃料棒工作寿命达到23年，全寿命期更换燃料棒的次数减半仅需一次，节省了换料大修的经费和数年的工期。

“里根”号最大的变化是舰岛，首次采用3D数字模型设计，航海舰桥右侧向舷外延伸，扩大了瞭望、警戒的视野；舰岛尺寸缩小，位置进一步后移，把原来独立的后桅整合在上层建筑上，节省了甲板空间，降低了雷达反射面积，减轻了电磁干扰；更新了导航系统和通信系统，所有舷窗改为防弹玻璃。

> “尼米兹”级舰岛的变化

“里根”号安装了一个更大更长的新型球鼻艏，可以降低航行阻力，增加艏部浮力和航行稳定性，减轻纵摇幅度，避免了三部弹射器同时弹射时舰艏下沉的情况（印度人显然没有注意到这点）。该舰安装了“ICAN - 整合指挥网络”，是美国海军第一艘网络化航母，把动力、导航、通信、作战、动力、航空等部门整合为一体，大幅提高了指挥运作效率。

“里根”号采用新型Mk-7 Mod4型阻拦系统，阻拦索从4根减少为3根，节省了内部空间和人力资源。飞机升降机的提升能力得到提高，斜角甲板宽度略有增加，倾斜角度从9.5°增加到10°，斜角甲板前端加宽加长，降低了甲板产生的絮流对舰载机着舰的影响。

最后一艘“布什”号在“里根”号的基础上又有更多改进，为新一代“福特”级航母验证相关技术：飞行甲板边缘改为弧形，降低雷达反射面积；重新规划舰内航空燃油储存/分配系统，提高了安全性；将过去分散配置在甲板各处的众多维修、加油、挂弹工作区整合为多个“一站式”保障工作站，可以进行半自动化加油和维护作业，减少了舰面作业人员，提高了维护效率，压缩了降落和再次起飞之间的时间间隔。新型挡焰板采用航天绝热材料，不再需要沉重复杂的水管冷却系统，几乎不用维护。

“布什”号的主桅也有改进，采用了新型螺旋桨，新的下水道系统，动力系统在舰桥和主机舱实现全自动操作，并用“拉姆”近程导弹替代了“密集阵”近防系统。为了节省资金，“布什”号的主锚和锚链都取自退役的“独立”号航母。每一艘新舰的改进措施也都会在老舰大修时得到应用，如此才能保证长达50年的服役全寿命周期内维持先进的作战能力。

> 由近到远分别为“罗斯福”号（1986年服役）、“里根”号（2003年）和“尼米兹”号（1975年）

“伯克”级

“伯克”级是战后产量最高的驱逐舰，到目前共发展了4个批次，扔在建造中。“伯克”级诞生于冷战末期，当时航母战斗群中仍然有多艘“斯普鲁恩斯”级驱逐舰和“佩里”级护卫舰，具备强大的反潜和直升机操作能力，因此以防空为主要目标的“伯克”级第一批次Flight I 虽然满载排水量达到8315吨，为了降低造价却没有配备直升机库，只设有直升机甲板，也没有安装助降设备。舰上安装了“拉姆普斯III”反潜作战系统的相关电子设备，可以配合舰队的反潜作战，并为直升机提供起降、加油、补弹等服务。这个批次共建造21艘，其搭载的宙斯盾系统也有两个版本，DDG-51~67为基线4，DDG-68~71则率先应用了下一批次的基线 5.1/5.2。

> 因在亚丁湾遇袭而闻名于世的DDG-67“科尔”号就属于Flight I型

1992年建造的第22号舰“马汉”号是Flight II型 的第一艘，宙斯盾系统正式升级到基线5.3版本，兼容新一代“标准”SM-2 BlockIV舰空导弹；采用“JTID – 联合战术数据分配系统”即Link-16数据链，增强了三军协同作战能力；配备了TADIX-B数据链和SRS-1无线电测向系统，支持战斧巡航导弹标定超视距目标；电子战系统升级到SLQ-32(V)3主动电子对抗装置。Flight II规划于1986年，和Flight I比较外观变化很小，满载排水量略增至8432吨。随着冷战结束，海上作战环境发生巨变，它也成为一个过渡型号，只建造了7艘，DDG-72~78。

> 2018年12月，Flight II型“迪凯特”号在阿拉伯海为“斯坦尼斯”号护航

Flight IIA 虽然从名称上看属于第二批次，但为了适应冷战后的新形势改进幅度却非常大，共建造34艘，DDG-79~112，是数量最大的一个批次。此时“斯普鲁恩斯”级和“佩里”级已经开始大规模退役，美国航母战斗群正缩编为打击群，“伯克”级将承担更加繁重的作战任务，尤其是反潜。为此“伯克”的舰长增加了1.2米，增设了直升机机库，可容纳两架MH-60R“海鹰”反潜直升机，增加了20人的直升机操作团队，舰员总数达到323人。反潜作战系统升级到SQQ-89(V)10版本，但因为成本原因取消了舰艉的SQR-19拖曳线列阵声纳。

> 2016年7月，Flight IIA型“劳伦斯”号

2部朝后的SPY-1D相控阵雷达安装位置抬高2.4米以避开机库的遮挡。宙斯盾系统升级到基线6并持续升级，首次大规模采用商用组件和光纤局域网。从DDG-88起采用基线6.3，增加了CEC协同交战能力和TBMD反弹道导弹能力，兼容末段反导的“标准”SM-2 Block4A导弹。

> 左侧为Flight I型DDG-59“拉塞尔”号，右侧为Flight IIA型DDG-86“肖普”号，艉部结构差别明显

DDG-91~102采用基线7.1，具备更先进的分布式系统架构，支持具备中段反导能力的“标准”SM-3导弹和新一代Mk-50/54轻型反潜鱼雷，将TBMD能力整合到CEC中；DDG-103~112升级为基线7.2，改进了舰炮和舰空导弹的火控系统以及反潜作战系统。DDG-92开始配备双波束功能的SPY-1D(V)型相控阵雷达。

机库和加高的雷达导致重心大幅度上升，稳性下降，作为补偿加厚了占全长3/4长度的舰壳水下部分，同时也增强了水下抗爆防护能力和舰体强度，所以Flight IIA的线形显得特别肥大，排水量增加到9245吨。

> Flight 2A线型的变化

FlightIIA的Mk-41垂直发射装置保持96单元不变，但是取消了前后两组不实用的再装填吊车模块，增加了6枚的储弹量。加装机库以后后甲板变得非常拥挤，已经无法布置2座4联装“捕鲸叉”反舰导弹，于是撤装，“伯克”级也仅剩舰炮作为唯一的反舰手段。

从DDG-80起换装62倍口径的Mk-45 Mod4型127毫米舰炮，炮塔采用隐身化设计，可发射射程117公里的ERGM增程型GPS制导跑道，弥补了“衣阿华”级战列舰退役后对岸火力支援能力的下降。从DDG-89开始，烟囱改为内埋式，降低了雷达反射面积。

近防系统原本计划采用“ESSM先进海麻雀”导弹替换“密集阵”，但因为ESSM开发超期，Flight IIA建造时仍然保留了“密集阵”系统安装平台，前4艘DDG-79~82保留了Mk-15 Block 1B“密集阵”炮，DDG-83开始取消，完全依靠Mk-41垂直发生装置一坑四弹携带的ESSM进行近程防御。

多次针对美国战舰的恐怖袭击和日益严峻的反导形势让美国海军认识到“密集阵”仍然具有不可代替的作用，于是服役时没安装“密集阵”的各舰在大修时又重新加装，DDG-83/84两舰安装2座，其余舰只在直升机库上方安装了1座。2016年，第6舰队驻西班牙罗塔海军基地的4艘“伯克”级将1座“密集阵”系统更换为“海拉姆”近程防御导弹，提高了拦截距离。

> 前为DDG-101“格里德利”号，舰桥前没有安装“密集阵”，后为DDG-83“霍华德”号，安装了“密集阵”

美国海军曾计划将现役的“伯克”级全部升级到宙斯盾基线9，这个版本将和负责反弹道导弹任务的BMD 5.0系统完全融合，解决过去只能在防空和反导模式之间二选一的问题，并支持射程更远的“标准”SM-3Block 2A和主动寻的的“标准”-6舰空导弹。但因为海军预算削减，2014年决定全部28艘Flight I/II中只为7艘早期型Flight I实施升级。

到2008年，“伯克”级已经服役了17年，原定从2020年开始由后续的“朱姆沃尔特”级替代。但后者因为种种原因建造数量从初期规划的28艘减少到仅仅3艘，必须增购“伯克”级以填补驱逐舰的缺口，这就是2010年开始规划的Flight III 。

> 在通用动力巴斯造船厂建造中的“伯克”级“皮拉塔”号（左）和“朱姆沃尔特”级“蒙苏尔”号，前者原已经准备下岗由后者替代，结果还得硬着头皮继续改进接后者的班

Flight III中将采用氮化镓收发模组的SPY-6有源相控阵雷达代替SPY-1D无源相控阵雷达，天线直径从3.66米扩大到4.27米，搜索能力增加30倍。相应的发电和冷却系统都会得到大幅增强，3座SPG-62照射雷达也将取消。SPY-6为双波段体制，S波段AMDR-S雷达负责远距离搜索跟踪，X波段AMDR-X雷达负责目标照射和低空补盲，同时强化了防空和反弹道导弹能力。

> 完整版Flight III的雷达布置效果图

但是因为预算原因，预计采购的22艘Flight III中，前11艘的X波段雷达只能配备机械旋转的SPQ-9B单面阵，后11艘才会是全固态的AMDR-X三面阵，满载排水量将增加到9753吨。

> 位于主桅上部的SPQ-9B单面阵，都2020年代了这个大型倾斜主桅如今显得过分凌乱且不隐身

在Flight III之前，美国海军先采购了3艘Flight IIA“重新启动版”DDG-113~115，采用开放架构计算机环境等少量升级；之后是10艘Flight IIA“技术增强版“DDG-116~124和DDG-127，部分采用Flight III的技术；2018年5月10日开工建造的DDG-125“卢卡斯”号是第一艘Flight III，预计2023年服役。

> 2021年6月5日在英格尔斯造船厂下水的“卢卡斯”号

“伯克”级在基础舰型没有改变的情况下排水量从8300吨猛增到9700吨，舰体空间、动力、电力等方面的潜力已经被彻底压榨干净，没有进一步改进的空间。在中国海军055型大驱已经批量建造并开始服役的情况下，美国海军主力战舰第一次陷入尚未服役就已落后的尴尬境地。

> 在南海巨浪中艰难前行的“霍华德”号，摄于2004年8月29日，当时该舰正准备接受“雷尼尔”号快速战斗支援舰的补给

“斯普鲁恩斯”级

“斯普鲁恩斯”级驱逐舰诞生于冷战高峰期，面对苏联红海军庞大的核潜艇部队，美国海军承受着越来越大的反潜压力，而大批老式驱逐舰超龄严重亟需替换。所以“斯普鲁恩斯”级的建造速度非常惊人，1975-1983年8年间服役了31艘，其中的1977年入役6艘，1978年8艘，1979年7艘，迅速成为航母战斗群的反潜中坚。

按照初始设计，“斯普鲁恩斯”级着重于反潜战，在美国主战舰只上首次采用全燃联合动力，机舱、轴系乃至全舰舱室都采用了严格的减震降噪措施，是美国当时最安静的水面舰艇，同时还配备了先进的AN/SQS-53舰艏主动声纳和AN/SQR-19拖曳线列阵被动声纳（1984年后加装）。

武备是2座Mk-45型127毫米主炮，1座8联装“阿斯洛克”反潜导弹发射架和 2座三联装324毫米轻型鱼雷发射管，2架SH-2或SH-60反潜直升机。除了强大的反潜能力外，该级舰的防空和反舰能力几乎为零，受到海军的广泛批评。为此在1976年到1978年间，已经建成的前13艘在艉部直升机平台后方加装了1座8联装“北约海麻雀”舰空导弹发射架，在上层建筑中部前烟囱后面加装了2座四联装“捕鲸叉”反舰导弹发射架，14-22号舰在建造中进行了改装。

> 服役初期的“斯普鲁恩斯”号，直升机平台后尚未安装“北约海麻雀”发射装置

首舰服役10年后，从1986年开始“斯普鲁恩斯”级实施了大规模现代化改装，其核心是导弹垂直发射化。“斯普鲁恩斯”级是美国最早采用模块化设计的大型舰船，尽可能把功能体包含在一个模块内，比如舰艏声纳模块容纳了全部声纳设备，可以整体更换升级，前后的“阿斯洛克”模块和“海麻雀”模块都可以和Mk-26导弹发射模块互换，在改装升级时不用变动舰体结构，提高了费效比。因此 “斯普鲁恩斯”级优秀的舰体设计可以很便捷地改装为防空型的“基德”级驱逐舰和“提康德罗加”级巡洋舰。

> 改装垂直发射系统后的“斯坦普”号，后主炮和直升机平台之间为“北约海麻雀”发射架

具备划时代意义的Mk-41垂直发射装置在经过“诺顿海湾”号试验舰试用成功后开始正式装舰，第1艘配备的是当年服役的“提康德罗加”级“邦克山”号，第2艘就是进行大修的“斯普鲁恩斯”号。“斯普鲁恩斯”级拆除了前甲板的“阿斯洛克”发射架和底下的弹库，改装64具垂直发射单元，其中3个单元容纳海上再装填吊车，实际备弹61枚。

和配备宙斯盾系统的“提康德罗加”级不同，“斯普鲁恩斯”级缺乏相应的“标准”防空导弹火控和制导设备，因此只能搭载“战斧”巡航导弹和“阿斯洛克”反潜导弹。此后共有24艘“斯普鲁恩斯”级接受了改装，满载排水量增加到8040吨。

没有接受垂直发射系统改装的7舰则在“阿斯洛克”发射架两侧各安装了1座四联装“ABL – 装甲箱式发射架”，以倾斜方式发射“战斧”巡航导弹，这7舰最终提前5年以上退役。此外本级各舰还改进了反潜指挥能力和电子战能力，加装了2部“密集阵”近防系统。9号舰“戴维·雷”号在80年代曾经测试过“拉姆”近程导弹系统，但在完成试验后拆除。之后至少有10艘接受垂直发射系统改装的舰在舰艉右舷加装了一具21单元“拉姆”发射架。6号舰“雷德福”号则为“圣安东尼奥”级测试过先进封闭桅杆。“斯普鲁恩斯”级的成功改装令它从纯粹的反潜驱逐舰一跃成为反潜、防空、反舰、对陆攻击面面俱到的高性能通用驱逐舰。

“提康德罗加”级

“提康德罗加”级的升级和“斯普鲁恩斯”级相当类似，只不过实施得更早。它采用“斯普鲁恩斯”级的舰体和动力系统，因为吨位更大吃水加深，在舰艏加装了挡浪板而增长了1.2米。在1977年开始规划时它是和CSGN核动力打击巡洋舰高低搭配的低端传统动力版防空驱逐舰，当CSGN和CGN 42等核动力宙斯盾巡洋舰项目因技术和预算原因取消后才于1980年升格为导弹巡洋舰。

> CSGN巡洋舰效果图，舰体布局和“弗吉尼亚”级核动力巡洋舰类似

“宙斯盾”系统于1977年在“诺顿海湾”号试验舰上完成长达3年的海试，和当年投产的“标准”SM-2舰空导弹一起成为同年列编预算的“提康德罗加”级的核心装备。首舰“提康德罗加”号于1983年初服役时，凭借革命性的“宙斯盾”系统为新一代主战舰艇设立了标杆，成为航母战斗群的防空指挥中心。

但与之相配套的另一关键设备Mk-41垂直发射系统在1976年才提出构想， 1986年达到实用化状态。于是“提康德罗加”级前5艘CG-47~51安装的仍然是和“弗吉尼亚”级核动力巡洋舰相同的Mk-26 Mod5双臂导弹发射架，可共架发射“标准”SM-2和“阿斯洛克”，每座弹库备弹44枚；舰艉左舷安装2座四联装“捕鲸叉”反舰导弹。

3号舰“文森斯”号开始进行了小幅改进，主要升级了直升机支援设备以搭载“拉姆普斯III”系统的SH-60B反潜直升机，采用了多项措施改善上层建筑结构过重的问题，包括更换舰体材料、修改部分隔舱、前后主桅由四角桅改为轻型三角桅、更换重量较轻且无毒的AMC电缆等。

> 曾于1998年7月3日误击伊朗客机的“文森斯”号

从1986年9月服役的CG-52“邦克山”号开始，“提康德罗加”级将前后两座Mk-26换装为2套64单元Mk-41垂直发射系统，去除各3单元的再补给吊车后全舰共备弹122枚，标准搭载比例为80枚“标准”SM-2、16枚“阿斯洛克”和26枚“战斧”，“捕鲸叉”发射架仍然保留，改装后满载排水量达到9753吨。Mk-41的发射速率达到每秒1枚，比Mk-26快12倍以上，唯一的射速限制因素是舰上可用的火控通道数，配合“宙斯盾”系统第一次实现了抗饱和攻击能力，而且在完全相同的舰体里扩大了近40%的备弹量，还增加了“战斧”导弹的对地攻击能力，作战效能实现了质的飞跃。

> 2012年9月26日，“考彭斯”号在西太平洋发射“标准”SM-2

“提康德罗加”级内部的子型号就是根据“宙斯盾”的系统版本划分的：前5艘CG-47~51为基线1型 ，但CG-49~51进行了部分升级，扩大了CIC战情中心内的显示屏，加装战术情报系统和SQQ-28直升机数据链及声纳信号处理系统，实现了电子作战程序自动化，因此未升级的头2艘又被称为基线0型。

CG-52~58为基线2型 ，除了适配垂直发射系统，也加强了反潜能力。“宙斯盾”系统内增添了“战斧”巡航导弹的火控系统，反潜作战系统升级为SQQ-89型，安装了Link-11数据链。从CG-54“安提坦”号开始配备SQR-19拖曳阵声纳，从CG-56“圣哈辛托”号开始将舰艏声纳升级为SQS-53B型，反潜作战系统升级为SQQ-89(V)3。

CG-59~64为基线3型 ，换装了SPY-1B型相控阵雷达，具备目标自动锁定能力，更新了部分战术显示器。

CG-65~73为基线4型 ，升级了运算速度更快的计算机和战术显示器。从CG-68开始采用SQS-53C型舰艏声纳和SQQ-89(V)6反潜作战系统。

> 舰体比“伯克”级（左）还窄的“提康德罗加”级（右）已经没有继续升级的空间

前5艘没有垂直发射系统的“提康德罗加”级在2004-2006年间退役，现役22艘中的前13艘也从去年开始退役，后9艘将升级延寿，原计划服役到2038年，但根据这两年海军预算的情况很可能会提前退役以节省高昂的维护开支。其中CG-53 “莫比尔湾”号已经在2017年安装了最新的基线9版本，成为作战能力最强的“宙斯盾”舰。可以说正是在服役初期的彻底改装成就了“提康德罗加”级跨越半个世纪的威名。

"衣阿华”级

二战之后各个海军列强都将幸存的战列舰退役拆解或作为博物馆保存，只有美国海军封存了4艘“衣阿华”级，维持着作战能力。

> 1954年航行在弗吉尼亚外海的第2战列舰分队“衣阿华”级4姐妹，从前到后分别是“衣阿华”号、“威斯康辛”号、“密苏里”号和“新泽西”号

在二战期间，美国海军就曾打算将还没上船台的5号舰“伊利诺伊”号和6号舰“肯塔基”号改装成类似“埃塞克斯”级的舰队航母，不过后来没有实施，而是将9艘“克利夫兰”级轻巡洋舰改建为“独立”级轻型航母。

> 1942年6月的“衣阿华”级航母草图

二战后这两艘“衣阿华”级先后停工，“伊利诺伊”号首先被拆解，完成度较高已经下水的“肯塔基”号则计划拆除3号炮塔，携带8枚射程1900公里的“天狮星”巡航导弹，并安装“小猎犬”或者“黄铜骑士”防空导弹，改装为一个新的舰种 - BBG导弹战列舰 ，两座前主炮将配备核装药炮弹。最终这个计划也没有实现，“肯塔基”号于1958年被出售拆解，不过它的舰艏部分被切割下来安装在1956年5月发生碰撞事故的“威斯康辛”号上，后者因此获得了一个绰号“Wisky” – 威斯康辛和肯塔基的组合单词。

1958年，海军造舰局再次计划将全部4艘封存的“衣阿华”级改装成导弹战列舰，将所有主炮和127毫米副炮拆除，安装2座双联装“黄铜骑士”发射架和2座双联装“小猎犬”发射架，一座“阿斯洛克”反潜导弹发射架和1座备弹4枚的“天狮星”巡航导弹发射系统，此外还将增设旗舰设施、声纳系统、直升机起降设施和导弹的火控系统。因为新增设备重量较大且安装位置较高，又额外增加8700吨燃油作为压舱物，并可向舰队中的巡洋舰和驱逐舰供油。该计划耗资达到1.7-1.9亿美元，因为过于高昂而没有通过。

> 1956年“肯塔基”号还有一个安装AN/SPS-32/33相控阵雷达的全导弹方案

海军随即将防空导弹系统砍去一半，造价降低到8500万美元，之后又改为安装“北极星”舰队弹道导弹系统。

不过这些五花八门的改造计划都没有得到批准，到1960年后因为舰体开始老化，海军已经逐渐失去了继续改装战列舰的兴趣。1962年、1974年和1977年仍然有一些改装方案被提出来，其中之一是安装“宙斯盾”作战系统，但是因为娇贵的电子系统在距离主炮炮口61米范围内会被炮口超压损坏而作罢。

4艘“衣阿华”级中“新泽西”号在朝鲜战争和越南战争中两次启封投入实战，其余三舰则只参加了朝鲜战争，两次战争中这4艘战列舰几乎都还保持着二战的状态。

> 1950年10月，“密苏里”号炮击朝鲜清津

1980年里根总统上台后推行600舰海军计划，为了对抗苏联新入役的“基洛夫”级核动力巡洋舰，决定重新启封全部4艘战列舰并进行了大规模的现代化改装。美国海军考虑了多个改造方案，马丁·玛丽埃塔公司提出拆除后主炮，在后甲板安装可支持12架AV-8B运作的航空设施。

另一个方案则建议在后主炮位置安装导弹垂直发射系统和直升机平台：

还有更激进的计划安装斜角甲板、蒸汽弹射器和阻拦索以配备F/A-18战斗机：

最后实施的改装计划是相对最保守也是耗费最低、施工速度最快的。在舰桥和烟囱两侧共安装了4座“密集阵”近防炮，1988年最后接受改装的“威斯康辛”号安装的是Block 1型，其余3舰为Block 0型，这也是配备“密集阵”数量最多的战舰了。

在拆除两舷各2座127毫米副炮后，2座烟囱之间和后主炮指挥仪两侧各安装了4座4联装ABL装甲盒“战斧”对地攻击巡航导弹发射架，全舰备弹32枚。后烟囱两侧各安装了2座4联装MK.141“捕鲸叉”反舰导弹，共备弹16枚。

> 这张著名的照片拍摄于1984年7月1日，当天“衣阿华”号在波多黎各别克斯岛附近进行炮术训练，右舷9门主炮和6门副炮同时开火

“衣阿华”级原来的MK. 7型406毫米主炮射程仅为38.7公里，而“战斧”射程为1250-2778公里，可携带核弹头，“捕鲸叉”射程119-158公里，这两种导弹极大地延伸了“衣阿华”级战列舰的火力覆盖范围。

> 1983年10月5日，“新泽西”号在加木古角太平洋导弹测试中心靶场发射“战斧”巡航导弹，目标是东北方460公里外的内华达州托纳帕测试靶场

原本还计划安装8联装“北约海麻雀”近程防空导弹系统，但是因为无法抵御主炮炮口超压而放弃。为了弥补防空火力的不足，增设了5套“毒刺”轻型防空导弹用于近程防空。

过于老旧的雷达和火控设备都被拆除，安装了AN/SPS-49两座标远程对空搜索雷达和AN/SPS-67水面搜索雷达，SWG-1火控系统用于制导“捕鲸叉”，SWG-2/3火控系统用于制导“战斧”。此外还配备了AN/SLQ-25反鱼雷诱饵系统、SLQ-32电子战系统和MK. 36 SRBOC干扰弹发射器。四艘战列舰加装了当时巡洋舰上标准的OE-82卫星通信系统，但没有包括海军战术数据链。

“衣阿华”级没有直升机库，但在舰艉设置了直升机平台，可以支持SH-60B、CH-46、CH-53等大中型直升机起降。随舰配备的是RQ-2“先锋”无人机，由火箭助推起飞，阻拦网捕获着舰，通过机载摄像设备进行侦察和火炮校射。在海湾战争中“密苏里”号和“威斯康辛”号的RQ-2都发挥了相当大的作用。

> 1984年1月7日，一架CH-53“超级种马”降落在“衣阿华”号上

4艘战列舰从1981年到1988年完成改装，共耗资17亿美元，约等于4艘“佩里”级护卫舰的造价。改装完毕后满载排水量计划没有变化，维持在5.84万吨。

美国海军围绕这4艘战列舰组建了4个战列舰战斗群，各包括1艘“提康德罗加”级巡洋舰、1艘“基德”级或“伯克”级防空驱逐舰、1艘“斯普鲁恩斯”通用驱逐舰、3艘“佩里”级护卫舰和1艘支援舰。但随着苏联解体和冷战的结束，1991年美国海军调整了舰队规划，重新回到313舰的规模，“衣阿华”级的使用和维护过于昂贵，于是海湾战争就成了世界战列舰史的绝唱，4艘战列舰于1990年到1992年间退役，但都保存了下来成为四座战列舰博物馆。

>1986的“新泽西”号战斗群，阵中包括“长滩”号核动力巡洋舰和“美林”号驱逐舰（“斯普鲁恩斯”级）

“洛杉矶”级和“弗吉尼亚”级

除了水面舰艇，美国海军当代的几型核潜艇也通过现代化改装提高了战斗力，延长了寿命。篇幅所限，简单地写一笔。

1976年开始服役的62艘“洛杉矶”级攻击核潜艇中，前30艘SSN-688~718为采用围壳舵的Flight I 基本型；SSN-719~725及SSN-750这8艘艇为Flight II 垂直发射改进型，在艇艏安装了12具“战斧”巡航导弹垂直发射装置；后23艘SSN-751~773为688I型 ，采用破冰性能更好的艏水平舵，加装消声瓦，配备BSY-1整合式声纳战斗管理系统，静音性能和作战能力得到大幅提高。

> 2004年7月12日，参加“雄鹰2004”多国演习的SSN-706“阿尔伯克基”号在摩洛哥海岸浮出水面

> 2005年11月30日，SSN-758“阿什维尔”号在完成部署后返回圣迭戈洛马角海军基地母港，688I型取消围壳舵后围壳变化很大

“弗吉尼亚”级采用了模块化设计，大量设备事先安装在减震浮阀上然后水平装入耐压壳分段中，最后再总装成艇，相较于传统潜艇先完成耐压壳体再向内安装设备的流程效率大幅提高。前4艘SSN-774~777为Block I型 ，分为10个分段，建造周期约为7年。

Block II 型有6艘，SSN-778~783，配置与I型基本相同，但优化了建造流程，将10分段减少到4个，节约370万个工时，工期缩短15个月（减少20%），单艇建造成本降低5亿美元。

> SSN787“华盛顿”号的一个分段进入纽波特纽斯船厂的总装厂房

2019年2月2日服役的SSN-790“南达科他”号属于Block III型 ，共8艘，SSN-784~791，改进幅度达到20%。艇艏声纳用新型“LAB-大孔径共形阵列声呐”取代了传统的BQQ-10球形声纳，共形阵为浸水式，声纳整流罩内不必维持球形阵所需的水密结构，每艇可降低造价1100万美元，寿命和声纳性能都得到提高；12具独立安装且只能发射“战斧”的Mk-45垂直发射装置被2座六联装“VPT – 弗吉尼亚载荷发射筒”代替，不但节省了空间和结构重量，还能发射不同规格的新型导弹、传感器和水下潜航器，增强了任务弹性。

之后的10艘为Block IV型 ，主要改进是可维护性，大修次数从4次减少到3次，全寿命周期的战斗部署次数从14次增加到15次，提供了费效比。在此之后“弗吉尼亚”级将迎来重大升级，后10艘Block V型 将在艇体中部插入25米长的“VPM- 弗吉尼亚载荷模块舱段”，内置4具7联装VPT发射筒，加上艏部的2具6联装VPT，最多共能携带40枚“战斧”巡航导弹，以弥补4艘“俄亥俄”级巡航导弹核潜艇退役后的陆上目标打击能力空缺，水下排水量也将增加到1.02万吨。

经过5个阶段的持续改进，“弗吉尼亚”级将在2030年代继续保持先进的作战效能，这大概是美国海军目前相对最放心的一个舰种了。

这两篇文章实际上是舰船知识在去年春节疫情之前约的稿（恍如隔世啊），但是因为过去一年多来世界上发生了太多热点事件，杂志文章排期不断推迟，所以拖到现在才能发。

最近忙得四脚朝天，没时间写新文章，所以先拿这些“旧文”充数了。好多读者留言希望写一写海四，本来是有些想法的，不过这两天听到一些“风闻”，忽然发现这个话题一言难尽没法写了。是好是坏现在不方便评说，就说一点几乎没人具体写到的，从下面这张图粗略量了一下，海飞丝的长度比超级虫还长0.2米左右（照片精度和两机角度、距离问题不是很准确），和鹘鹰1.0、2.0差别很大。

F-14D的机长是19.13米，F/A-18E是18.3米，F-35C是15.5米，意味着什么大家自己品吧。

用于地面时域天文学的COSMOS

　　图1：艺术家对超新星的再现，这是时域天文学感兴趣的天文物体的一个例子

　　介绍

　　时域天文学是研究天文物体和独特事件如何随时间变化的学科。它通过研究超新星和伽马射线暴等事件，以及可变脉冲星和恒星等物体，提供了一种理解星系和恒星演化极端阶段的替代方法。这些事件的特征可以是周期性的、随机的和突发性的，在所有对象和事件中都有变化。这使得时域天文学成为天文学和天体物理学中一个具有挑战性的关键领域。

　　时域天文学涵盖了大部分电磁波谱。它既利用专门的卫星来观察被大气层吸收的电磁频谱区域，也利用专门的地面全机器人望远镜。这些系统协同工作，捕捉光学、红外和无线电波，描述与每个天文物体或事件相关的完整电磁剖面。通常，专用卫星会检测到一个新的事件，触发远程机器人望远镜指向事件(或物体)并开始采集。

　　有不同的方法用于捕捉这些可变对象的时间信息。成像是可视化这些时间变化的有用技术，光谱学通常用于观察每个物体或事件的化学成分。偏振测量是时域天文学中另一种常用的技术，用于了解磁场的相关变化。这对伽马射线爆发特别有用，偏振光突出了爆发磁场内的变化。

　　这些事件在时间尺度上可能会有很大的变化，有些事件只持续几毫秒，有些则持续几年。由于这些事件是独特的，因此优化用于在非常小的时间尺度上捕捉任何变化的设备至关重要。

　　摄像头/传感器要求

　　由于这些天文事件之间有很多差异，每一个都是真正独特的，因此光源的光强通常是未知的。为了避免传感器可能饱和，通常在短曝光时间内拍摄大量帧。尽管这种方法降低了饱和的可能性，但较短的曝光时间限制了可以检测到的光子数量。因此，高量子效率对于确保检测到的高比例光子被转换为光电子并因此转换为信号是至关重要的。

　　高量子效率也很重要，因为在时域天文学中，长时间的积分是不可行的。一旦天文事件结束，它们通常会消退，有时会在几分钟内消退。更高的量子效率允许即使事件已经结束(即，测量来自事件的残余信号)，仍然可以检测到这些较微弱的信号。

　　为了最大限度地利用在事件消退期间收集的信息，采集的图像通常是堆叠的。为了保持这些堆叠图像的高信噪比，需要低读取噪声，以便仍然可以检测到较暗的恒星或事件/物体的各个方面。当堆叠帧时，不仅对信号求和，而且对读取噪声求和，因此低读取噪声是必不可少的。计算堆叠还允许对大气湍流进行部分校正，使低读取噪声与高量子效率一样积分。

　　由于这些事件/物体是独特的，并且在如此短的时间尺度上成像，因此真实的亮度是未知的。为了确定真正的亮度，具有已知亮度的参考恒星也会在帧内成像。通过测量较短的曝光时间如何影响任何参考恒星的亮度，并与参考恒星的已知亮度进行比较，可以获得事件/物体的真实亮度。每个图像中的参考恒星越多，图像校准就越好。因此，传感器的物理面积越大，图像和亮度比较就越好。

　　时域天文学COSMOS

　　COSMOS是Teledyne Princeton Instruments的大幅面背光CMOS相机，具有时域天文学所需的许多相机质量。当它被背光照射时，COSMOS在可见光范围内具有高量子效率，峰值量子效率>90%，如图2所示。这意味着它将能够将高百分比的光子转换为光电子，即使曝光时间更短。COSMOS还具有低读取噪声，能够实现低至0.7的电子读取噪声。这使得COSMOS不仅适用于对事件或物体的早期阶段进行成像，还适用于检测任何事件的余辉。这种低读取噪声对于帧的堆叠也是有利的，即使在对帧读取噪声求和的情况下也保持高信噪比。

　　图2:COSMOS相机的量子效率曲线，显示了在可见光范围内的高量子效率和>90%的峰值量子效率。

　　COSMOS具有大的成像面积，具有3k x 3k、6k x 6k和8k x 8k格式，均具有10μm像素。COSMOS的传感器对角线分别为43 mm、92 mm和115 mm，如图3所示。这些大的成像区域允许在每个帧内捕获多个参考恒星，确保高水平的图像比较和校准。

　　图3：三种COSMOS传感器型号的代表性传感器尺寸，3k x 3k的传感器对角线为43 mm，6k x 6k的传感器对角为92 mm，8k x 8k的传感器斜角为115 mm。

　　由于暗电流低和传感器面积大，传统上在时域天文学中使用全帧CCD。为了在读出期间完全阻挡任何入射光，全帧CCD使用机械快门。机械快门的使用寿命有限，在相机大量使用时经常需要更换。这对时域天文学中使用的望远镜来说可能是个问题，因为它们通常是全机器人的远程望远镜，这意味着维护可能很有挑战性。

　　此外，打开和关闭机械快门相对较慢，这对时域天文学至关重要的较短曝光时间会带来定量误差。由于COSMOS是一种CMOS探测器，它利用了一个快速的电子快门，在读出之前，通过将检测到的光电子转移到帧存储区域来停止曝光。电子快门不仅比机械快门更精确，而且可以减少检测器的死区时间，在此期间相机不会暴露在光线下。这意味着，当信号从存储区域读出时，后续曝光就可以开始了，从而可以对整个事件进行图像捕获，而不是周期性的片段。

　　由于时域天文学依赖于专用卫星和地面望远镜之间的协同作用，因此望远镜通常是机器人和远程控制的。因此，关键是任何相机或设备都可以轻松地集成到现有的软件中。COSMOS将完全由Teledyne Princeton Instruments的软件开发套件PICam控制。PICam可用于Linux和64位Windows，允许在这两种操作系统中完全控制COSMOS。PICam提供对相机的直接控制，具有灵活的配置和与Python等其他语言的集成。通过这种方式，COSMOS可以很容易地集成到控制任何远程机器人望远镜的软件中。

　　结论

　　时域天文学是研究天文物体和事件如何随时间变化的学科。这是一个利用许多不同技术来了解每一个独特事件的研究领域。

　　通常，时域天文学以短曝光时间拍摄多个图像，以防止传感器饱和，这需要具有高量子效率和低读取噪声的相机/设备(以在堆叠帧时保持高信噪比)。此外，由于每个事件都是唯一的，真实亮度是未知的，因此需要多颗参考恒星来确保感兴趣物体的校准。为了测量图像中的多个参考恒星，需要一个大的物理传感器区域。

　　COSMOS的峰值量子效率>90%，读取噪声低至0.7 e-，传感器尺寸在8k x 8k像素下可达115 mm对角线，满足时域天文学的基本参数。此外，其电子快门的误差减少，以及与Linux等操作系统集成的用于完全控制的软件开发套件，使COSMOS成为时域天文学的理想选择。

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