美国Mk30系列靶雷技术与应用*

（中国船舶重工集团公司七五〇试验场 昆明 650051）

1 引言

水下自航式靶雷能逼真模拟潜艇的机动特性、声学特性和磁异常特性等，具备使用方便、效费比高等特点，是目前各国海军反潜训练的主力装备。

美海军自1974年起研制了Mk30 Mod 1靶雷用于开展反潜战训练，主要用于航空兵、潜艇和水面舰编队的联合反潜训练，后续又于1996年研制开发了MK30 Mod 2靶雷，在Mod 1的基础上提高了靶雷的可靠性、测试性和维修性，新增了自主规避、逼真噪声模拟并随方向变化的声学应答和瞬态噪声模拟等新功能。

本文较详细地介绍了MK30 Mod 2靶雷的功能、组成、配套设备，以及使用、维护、培训情况，从中不仅可了解该靶雷的组成与技术特点，还可了解美军对靶雷的使用方法，对我国靶雷的设计和使用具有一定的参考意义。

2 靶雷系统组成及功能

Mk 30 Mod 2靶雷系统由靶雷（TUV）和为完成训练任务而配备的辅助设备组成，辅助设备包括外部控制设备（ECE）、支持和测试设备（S&TE）两类。

2.1 靶雷（TUV）

靶雷（TUV）是一种可重复使用的无人水下航行器，由动力推进、航行控制和声磁载荷组成，载荷包括潜艇声学和磁异常模拟功能，具备反潜战（ASW）训练任务所需的潜艇特性模拟能力。靶雷机动能力需进行合理设定，速度一般5至20节，其上浮、下潜以及转弯速率与潜艇机动特性相当；通过预先编程设定，靶雷具备噪声模式、声反射模式和联合工作模式，噪声模式发射窄带或宽带噪声，声反射模式可以对鱼雷主动声信号进行反射，联合工作方式则为两种同时工作；同时靶雷可接收主动声呐探测信号并进行规避机动；通过水声发射机发射声学通信指令可以远程改变靶雷的航速、航深以及方向、任务停止等；通过一根大电流拖缆，靶雷可模拟潜艇的磁异常特性，供航空反潜训练。

靶雷直径533mm，长6250mm（无拖曳线列阵），由头段、电池段、导航与控制段（G&C）、声学段、电机段和后段共6个段组成（具体见图1）。

图1 Mk30 Mod 2靶雷结构

第1段为头段，安装有紧急脉冲发射器、左右接收换能器和回收信标。在头段前部安装有鼻环，可方便打捞回收。

第2段为电池段，安装有容量为39kW时的MR-200锌银电池。该段中的电源开关组件（PSA）包括一组密封型继电器，负责航行体其他组件的电源控制。在电池两端安装有纵倾调整系统（TAS），可使靶雷在回收时保持30°以内的垂直角度漂浮，方便打捞回收。

第3段为导航与控制段（G&C），安装有磁异常电源、惯性导航单元（INU）、电源转换组件、航行体控制及声学处理组件（VCAP）、任务执行信息记录器（MPI）、意外网络组件（CNE）和可选数据记录器。可选数据记录器只在测试、故障排除和有特别记录要求的情况下使用。意外网络组件（CNE）监视航行体内部的各种参数，并向VCAP报告状态，CNE可响应VCAP的命令执行结束任务操作（EOR）或作为VCAP的备份。

第4段为声学段，安装有宽频带声学发射换能器、3D信标以及相应的功率放大组件和其他电子组件。

第5段为电机段，安装有推进电机和控制器，此外还安装有绝缘耦合器和冷却泵。

第6段为后段，安装有螺旋桨、轴和舵机，以及舵片和鳍。为防止螺旋桨意外激活，设计了一根保护拉绳。尾鳍后段安装有盘绕固定好的拖曳线列阵。Mk30 Mod 2靶雷的拖曳阵与Mk30 Mod1的一致。拖曳线列阵和MAD电缆缠绕在一个筒上，使靶雷在发射期间保持拖缆整齐。

综上所述，Mk30 Mod 2靶雷的原理、组成与结构可用图2来表示。

图2 Mk30 Mod 2原理及组成

2.2 外部控制设备（ECE）

靶雷配套的外部控制设备有发射控制系统（LCS）、岸基声学指令控制器（ACLSBC）和紧急停车系统（ESS），如图3所示。

图3 MK30 Mod 2的外部控制设备组成

2.2.1 发射控制系统（LCS）

发射控制系统（LCS）置于发射平台上，用于传递执行发射指令。在任务完成后，LCS还可用于读取靶雷的任务性能信息（MPI）和可选数据记录器（ODR）数据。靶雷还可通过LCS与全球定位系统（GPS）连接。

发射控制系统（LCS）是一个加固的商用便携式计算机，能够适应直升机和水面舰的严酷使用环境。LCS主要由发射平台提供电源，它也有一个电池备份。LCS配置电磁干扰/射频干扰（EMI/RFI）防护、LYNX操作系统和Mk30 Mod 2任务支持软件。

2.2.2 岸基声学指令控制器（ACLSBC）

岸基声学指令控制器（ACLSBC）用于在训练任务执行过程中通过水下定位系统向靶雷发出指令。

岸基声学指令控制器（ACLSBC）基于一台台式个人计算机，安装在各训练基地的水下跟踪定位基站中。配置命令信号产生模块、LYNX操作系统、Mk30 Mod 2声学遥控软件等。

2.2.3 紧急停车系统（ESS）

紧急停车系统（ESS）可从水面船或飞机上投放，通过水声遥控命令靶雷进入停机（EOR）状态，有效作用时间长达3h，作用距离达5000m。

2.3 支持和测试设备（S&TE）

支持和测试设备由靶雷测试设备（ATE）、任务准备和分析系统（MPAS）、支持和处理设备（SHE）组成。

图4 MK30 Mod 2的支持和测试设备组成

2.3.1 靶雷测试设备（ATE）

靶雷测试设备（ATE）通过脐带缆直接与靶雷连接，可进行靶雷功能和故障定位测试。靶雷测试设备作为使用基地的维修设备，可对所有靶雷进行准备和修复。

靶雷测试设备基于PC机，采用机架式安装，配置了商用货架系统日志和电子交互技术手册（IETM）软件、Windows NT操作系统和用于条形码阅读器的LABVIEW软件。靶雷测试设备配备在使用基地的维修部门。

2.3.2 任务准备和分析系统（MPAS）

任务准备和分析系统（MPAS）用于分析靶雷的声学和运动情况。系统有预定义任务库，有任务场景功能来支持新增任务预定义的需求。

MPAS是一台台式PC，配置了LYNX操作系统、以太网、Mk30 Mod 2任务支持软件、用于靶雷任务规划以及任务后置数据分析的Matlab软件。MPAS部署在使用基地的办公区域。

2.3.3 支持和处理设备（SHE）

支持和处理设备（SHE）为辅助设备，用于在运输过程中对靶雷和外部控制设备提供保护，以及处理、组装和拆卸。

3 靶雷的使用与维护

Mk30 Mod 2靶雷的使用与维护可分为六个运行状态和四个维护状态。如图5所示。

图5 Mk30 Mod 2靶雷System状态图

下面分别从靶雷操作、维修、培训等方面介绍靶雷的详细使用方法。

3.1 靶雷使用

3.1.1 任务准备

每次训练之前，由训练基地的任务规划人员与训练舰队代表之间进行会议沟通。任务规划人员可以创建新任务，也可以修改现有任务库中的任务，或直接使用满足要求的库中已有任务。

3.1.2 发射准备

当靶雷置于水面发射平台或直升机上，靶雷进入预发射状态。在水面发射平台上，靶雷将通过脐带缆直接连接到发射控制系统（LCS）。在直升机上，靶雷与LCS之间的脐带缆要经过转接电缆以保障直升机发射。

发射人员通过LCS为靶雷供电，执行上电快速自检、选择合适的水下航行轨迹UTR、选择发射平台、初始化定位跟踪信标、初始化靶雷惯性导航单元（INU）等操作。任务计划从LCS上传到靶雷，上传完成后在LCS上进行确认。在靶雷启动之前，LCS将继续查询靶雷的状态直到发射。

3.1.3 发射

发射人员按下发射控制系统（LCS）的发射按钮来启动靶雷发射，靶雷用湿度探测器启动推进系统，开始训练任务。

发射人员和发射平台工作人员要观察靶雷的入水过程，如推进器开始推进、拖曳阵列展开，表明靶雷成功发射。如果可能的话，水面发射平台应回收拖曳线列阵的布放滚轮。

3.1.4 训练

在达到最小航行深度和速度后，靶雷会航行到它的第一个路径点，并开始执行预设任务。在一定范围内，通过岸基声学指令控制器，可以将靶雷的任务改变为靶雷预设定的三个任务之一，也可以命令靶雷等待或者结束任务。

3.1.5 结束航行

在靶雷完成设定任务后，进入结束航行状态。也可以通过岸基声学指令控制器或者水面船、直升机上的紧急停车系统（ESS）来控制靶雷进入结束航行状态。

3.1.6 打捞回收

水面发射平台通过靶雷头段的鼻环将靶雷拉回到回收平台上。直升机回收将通过一个喇叭状的回收笼完成。

3.1.7 任务完成后

靶雷被回收到水面平台上或由直升机运回到使用基地或前方基地，首先要用清水对靶雷进行冲洗；卸下已展开的拖曳阵和磁异常模拟电缆；用脐带电缆连接靶雷和发射控制系统（LCS），通过脐带缆将仍在工作的定位发射信标关闭；通过发射控制系统（LCS）读取靶雷的任务执行信息（MPI）数据。任务执行信息（MPI）数据将被发送到使用基地，用任务准备和分析系统（MPAS）进行辅助分析，分析训练目标达成情况或失败原因、评估靶雷性能情况及训练方案。

如果安装了可选数据记录器（ODR），它的记录数据可通过发射控制系统（LCS）读取到外部存储设备。ODR可能包含机密数据，需要妥善处理。

3.2 靶雷维修

Mk 30 Mod 2靶雷系统在使用基地和前方基地分别进行预防性/计划性维修、修复维修，不需要进行中间级别维修。维修还可能发生在靶雷准备阶段和完成任务后的水面发射平台（SLP）。

3.2.1 预防性/计划性维护

预防性/计划性维护包括例行的任务前/后检查、每条靶雷每年的最低可更换单元（LRU）级预防性维护两类。对每一台外部控制设备（ECE）、支持和测试设备（S&TE）也要进行计划性维修。

3.2.2 修复性维修

靶雷的修复性维修可以在使用基地进行，使用靶雷测试设备（ATE），利用交互式电子技术手册（IETM），结合靶雷的上电快速自检、性能检查功能进行故障定位。当靶雷测试设备（ATE）识别出一个故障时，会向操作员提示故障发生条件；通过故障定位功能，可找出发生故障的靶雷最小可替换单元（LRU）进行替换、重新测试。对于不能将故障定位到LRU的情况，需要作其他的故障排除操作，靶雷测试设备（ATE）可以对独立的段进行测试。被替换下来的LRU将被转到指定的仓库进行维修，对不可修复的零部件要记录每个LRU的具体编码和故障现象。

3.2.3 其他维修

仓库维修只限于最低可替换件（LRU）的更换，维修结果数据会提供给Mk30 Mod 2的维护计划小组，用于评估Mk30 Mod 2靶雷的使用成本。

临时维修由系统设计商雷声公司负责，从靶雷系统投入使用开始，直到形成永久的基地维修能力。

靶雷在生产/投入使用阶段就开始策划全寿命周期维护计划。

3.3 靶雷培训

Mk30 Mod 2靶雷的培训包括工程和制造（E&MD）阶段培训、初始培训、熟练培训和升级培训四个部分，定期的在职（OJT）培训也提供学习机会。

3.3.1 工程和制造阶段（E&MD）培训

E&MD培训将在Mk30 Mod 2生产制造阶段进行。主承包商雷声公司开发了一种基于计算机的培训课程，便于熟悉Mk30 Mod 1靶雷的人员学习操作和维修Mod 2靶雷。

在E&MD培训中使用的主要文件是交互式电子技术手册（IETM）。交互式电子手册安装在靶雷测试设备（ATE）中，与测试设备共用屏幕和键盘。电子交互手册与靶雷诊断测试程序是相互独立的软件，靶雷测试设备（ATE）执行测试和故障定位，交互式电子技术手册（IETM）提供执行测试和维护的操作规程。

3.3.2 初级培训

当Mk30 Mod 2靶雷安装在一个使用基地时，要在该基地开展初始培训。第一个接受初始培训是波多黎各的大西洋舰队武器测试设施（AFWTF）。培训提供了四门课程：

1）直升机发射和回收；

2）水面舰船发射平台操作和维护；

3）精通Mk30 Mod 2靶雷；

4）Mk30 Mod 2靶雷的操作与维护。

直升飞机机组人员将接受课堂培训，以了解Mk30 Mod 1靶雷和Mod 2在发射和回收操作之间的不同。

在水面发射平台，Mk30 Mod 2靶雷将使用与Mod 1靶雷相同的发射装置。水面发射平台操作人员要接受新发射控制系统（LCS）的操作训练，并熟悉、掌握Mk30 Mod 2靶雷和Mod 1的不同要求。

3.3.3 熟练培训

Mk30 Mod 2的熟练培训内容包括靶雷性能和岸基声学指令控制器（ACLSBC）的操作。

使用基地的靶雷操作人员如果在一段时间内没有操作或维护过靶雷，必须接受熟练培训来更新他们的技能，包括休假病假、临时调离Mk30 Mod 2岗位，或由于其他原因不接触Mk30 Mod 2靶雷的人员。

3.3.4 升级培训

Mk30 Mod 2靶雷的寿命周期达20年，期间的技术状态改变需要进行相应的升级培训。这种培训的时间一般需一天时间，指导人员在熟练培训课程基础上进行更新，以反映Mk30 Mod 2的当前状态。据估计，课程更新内容为10%，每三年需要培训一次。

3.3.5 在职培训

以前接受过培训的人员可以用计算机的交互式电子技术手册进行熟练级培训。被培训人员要通过所有操作和维修的实操测试。培训合格人员可颁发上岗证。

3.4 七性三化设计

在Mk30 Mod 2靶雷的演示与验证（D&V）阶段，七性三化工作与系统设计一起开展，明确了标准化要求，制定硬件标准，对新设计的尽量采用成熟技术，使用商用现货/非开发品（COTS/NDI），还确定了七性三化设计目标和设计约束。同时，在整个演示和验证阶段（D&V）记录了故障模式、影响和危害分析（FMECA）和可靠性中心维护（RCM）数据，并持续执行到整个E&MD阶段，以达到Mod 2靶雷提高可靠性的要求。

3.5 靶雷安全等级规定

Mk30靶雷的安全等级是根据不同的任务来规定的，对于可从靶雷中识别出潜在信息的被定义为保密等级，潜在信息包括靶雷模拟的目标或使用靶雷训练的美国潜艇、水面舰艇或飞机的作战能力、弱点、战术、技术和战术条例等。

3.5.1 硬件保密等级

所有Mk30 Mod 2硬件在没有加载任务软件或数据时是非密的，Mk30 Mod 2系统和子系统的外部视图是非密的。但是即使Mk30 Mod 2靶雷在未安装任务时是非密的，它也必须通过物理和操作安全措施进行适当的保护。

3.5.2 声学性能和功能保密等级

靶雷声学组件的一般性描述，包括对关键部件的描述和它们的物理特性（例如，大小、重量）是非密的。

声学发射、声学接收的频谱是保密的，系统的接收带宽也是保密的。

4 结语

Mk30系列靶雷作为美国高频次使用的反潜训练装备，其可靠性、环境适应性设计，以及维修体制、培训机制、保密规则已通过大量实际应用验证，是美国海军不断探索、改进的成果，对我国靶雷发展而言，具有较高的参考价值。