鱼雷的制导系统是什么样的？
常看我文章的人知道我是一个彻彻底底的潜艇爱好者，当然对于潜艇必备的武器——鱼雷也不例外。我在之前几篇文章强调鱼雷的难点主要是讲鱼雷动力总成的复杂度，今天就给大家科普一下现代鱼雷最难的部分——鱼雷制导系统。
鱼雷导航系统构成
1、自动航行系统
甲午战争时代的早期鱼雷并无任何控制系统，因此那时候鱼雷仅仅能够行驶数百米，只能打击固定不动的舰艇——如威海卫被铃木贯太郎偷袭沉没的定远号。后来，人们认识到，鱼雷必须要有能够控制自己航向的系统，让鱼雷识别各种海水扰动，始终指向正确方位，并保持一定深度以打击敌舰最薄弱的区域。因此，从1900年代开始，鱼雷开始配备现代化的自主航行系统，比起飞机的自动驾驶系统早了40年。
最基本的鱼雷制导系统是惯性导航系统，由陀螺仪、定深器、测程器以及动作阀门构成。
陀螺仪为惯性导航核心零件，其母体是一个高速旋转的陀螺球，由于惯性较大，任何轻微的加速度改变都会被其测定出来，根据其传出的扰动信号，就可以控制舵片做出相反动作。同时，陀螺仪还可以设置鱼雷发射后的偏转量和转向角度等数值。
定深器是鱼雷维持准确水深的前提。在二战时代，通常采用气模式水压计，内部气室封装一标准大气压的空气，然后鱼雷入水后压力计测定水压和标准大气压的差距，对比输入值，输出控制量，进而控制鱼雷水平舵进行仰俯动作，逐渐使得鱼雷接近设定深度。
测程器通常连接在鱼雷主驱动轴上。鱼雷发射后，根据螺旋桨旋转的转数和螺旋桨桨距，即可测定出鱼雷前进的大致距离。该设备主要是让鱼雷能够在射程末端自毁，不让鱼雷被敌人俘虏或产生其他问题。
以二战鱼雷为例，鱼雷在发射前，由鱼雷手为鱼雷装订回转角和鱼雷深度，然后发动鱼雷发动机，用高压气体将鱼雷射入海水。在鱼雷入水后，测程器便开始计算鱼雷行驶距离，在行驶到转向点时，鱼雷就会在陀螺仪控制下，按预设的回转角输出控制动作，操控尾部翼面让鱼雷转向指定方向，同时定深器让鱼雷驶入规定深度，此时鱼雷便开始直线航行。当鱼雷遇上海流、风浪、船体涌浪等外界干扰时，陀螺仪就会测出让鱼雷偏转的力矩，驱动尾部控制系统做出反方向调整量，让鱼雷始终按照初始方向前进，直到击中目标或者抵达终点时自毁。这就是二战典型直航鱼雷的使用模式。
直航鱼雷还有一种变形。德国人在1943年开始，为了有效应对护航队进行集体规避动作的货轮，他们在传统直航鱼雷进行了小规模改造，就是著名的FAT鱼雷。
G7a FAT鱼雷将测程计和陀螺仪连锁，除了鱼雷发射后完成转向外，它还会设置若干个转向点，鱼雷发射后会在指定点转向180度，然后行驶一段距离后再转向180度，这就有利于让鱼雷射入敌方密集船舶编队后，错失第一目标后，还可以掉头过来再撞击一次，当然实际效果并不怎么理想，因此这种技术使用不久，美国和德国就开始开发真正的制导系统了。
整体来说，直航鱼雷的制导系统并不难做，由于只需要让鱼雷克服偏航阻力直线前进，因此这种鱼雷简单到甚至无需任何电子设备（陀螺仪的动力可以用发动机带动）。但是由于二战前各国不舍得在训练中发射昂贵的携带战雷头的鱼雷，使得很多问题并未在战前检测出来，因此二战美国和德国人多次发生磁性引信失灵、定深器失灵、鱼雷发射后原地打转的问题，而日本人则出现了鱼雷在34节航速下落水自爆的问题。究其原因，还是和二战时代机械加工技术和电子引信技术不过关导致。下面介绍几个典型问题：
1、定深器错误
1942年下半年，德国人在一次非例行测试中意外发现了定深器问题根源：因为当时定深器的空气盒密封不严，和潜艇内部空气联通，因此潜艇频繁上浮，下潜时，由于不断向潜艇内部喷射压缩空气，所以内部大气压实际上高于一个标准大气压，因此定深器的基础参考值错误，必然导致定深失误。
美国的问题略有不同。主要是美国人定深器忽略了鱼雷战雷头和操雷头的密度问题，导致鱼雷控制力矩不够抵消密度更大的战雷头下沉力量，因此导致鱼雷总往水里钻。
2、原地打转问题
该问题主要是和陀螺仪连接控制阀门出现问题，导致鱼雷发射后舵片调整后卡死，无法回到0位。这问题主要是美国战时仿制德国G7E鱼雷的MK18鱼雷有。
3、93鱼雷自爆
早期7500转陀螺仪惯性不足，在落水速度超过34节时冲击力过大，很容易导致陀螺仪测出过大偏差数值，无法纠正而启动自毁系统。
所以直航鱼雷的自动驾驶仪也不是很简单的东西。
2、被动声学探测系统
二战中，美国的MK24鱼雷和德国G7ES鱼雷先后实现了被动声呐导向技术。
我们都知道，任何机械化船舶行驶中都会有噪音，甚至高速游动的海豚也会因为尾巴拍打海水产生的空泡产生噪音。因此鱼雷可以用收听机械噪声来为自己寻找目标。
G7ES是实际上第一款投入实战的被动声导鱼雷（在此之前还有实验性的G7E/T4 FALKE鱼雷），主要用于打击货轮和护卫舰。该鱼雷以德国常用的G7E电动鱼雷为基础，只不过在弹头前端增加了一个集音器和声波换能阵列（可以理解为一组朝向不同方向的麦克风，根据传来声音的大小测定目标方位），当鱼雷驶过敌方军舰和货轮附近后，它上面的收音系统会感知到声波的方向，然后输出电信号，控制系统比对各个角度传来的电信号强度（代表不同方向的声音强度），发出尾舵控制信号，让鱼雷转向目标。由于鱼雷会不断搜索信号，直到目标声波位于鱼雷收音系统正前方，所以鱼雷实际上是蛇形前进的。不过，早期的被动声导鱼雷没有计算机系统，只能机械地根据声波强度航行，所以英国人发明了一个拖曳式反鱼雷螺旋桨，用护卫舰拖带在舰尾一段距离，不断发出比船本身螺旋桨还要大的噪音（据德国人回忆这种噪音甚至能传播100海里），然后没有电脑的G7ES就会被他吸引离开军舰。所以在使用该系统后G7ES声导鱼雷命中率急剧下降到7%，和直航鱼雷没有区别，整个战争仅击沉6艘货轮和3艘护卫舰。所以二战声导鱼雷并未有效改变战果。
更为严重的是，德国G7ES鱼雷由于早期缺乏保险系统，发射后就会朝着噪音最大的方位开去——包括发射它的U艇。在战后调查中，至少有2艘U艇——U-972和U-377被自己发射的声导鱼雷击沉。所以德国人必须在静止状态发射鱼雷，并且立即下潜到60米进行规避，所以这种鱼雷更是一种“对自己人比敌人还要危险”的武器。
在二战之后，各国很少使用完全被动声呐的鱼雷，只有中国因为技术不足，在1980年代短暂改造了一批二战级别的鱼1鱼雷，搭载被动声呐，名为鱼-1乙。
3、主动声呐导航系统
由于被动声呐鱼雷极易受到干扰，因此二战后主流鱼雷全部改用主被动声呐一体化的制导系统。
主动声呐制导鱼雷主要用于反潜作业，亦可对付水面舰艇。它在收音阵列后安装了一个声纳系统（即超声波发射器），工作原理和潜艇主动声呐一致，在进入导引头工作距离后，主动声呐发射超声波，遇上物体反射回收音阵列，控制鱼雷进行转向。由于自己携带声纳系统，一般的干扰弹制造的噪声不会干扰它自己接受自己的声波，所以抗干扰更强，也是目前最常见的鱼雷控制系统。
当然，潜艇和军舰也不会束手就擒。在主动声呐鱼雷出现后，各种技术被用于对抗主动声呐鱼雷：
一、消音瓦
消音瓦是潜艇用来隔绝内部声音和外部主动声呐最有效的材料。这种材料就和隐形飞机的隐形涂料一样，能够让声波被“吸收”。它主要是多层橡胶和海面的多孔结构，声波入射后会在孔洞里多次反射而消耗掉，不会反射出去。当然，消音瓦的安装也是需要一些功夫的，二战时的德国人就因为解决不了水下粘结剂而未能作出实用的消音瓦，而冷战中不使用消音瓦的美国，在冷战后的弗吉尼亚级使用消音瓦也出现大面积脱落的问题。
二、气雾弹
水下产生的密集气泡会改变海水密度，从而使得主动声呐的声波被阻断，进而逼迫鱼雷绕过气泡。二战时期，德国人最早将BOLD气雾弹作为声纳诱饵投入使用，该诱饵通过潜艇废弃物抛射系统投放，入水后水压推开盖子，和里面的化学物质生成大量气泡，遮挡主动声呐的信号。不过现代先进的鱼雷控制系统也能够识别气幕弹，绕过气雾弹继续追击。
三、拖带诱饵
现代新式鱼雷诱饵比起二战的鱼雷诱饵先进很多，不但可以录制和被保护军舰一模一样的声波信号，同时还可以录制敌方潜艇、敌方鱼雷导引头的主动声呐信号，并欺骗对方鱼雷和发射潜艇，让它们误以为这才是真正目标，从而保护目标舰艇远离鱼雷。
四、硬杀伤
当软杀伤失败时，就剩一条路可用——用硬杀伤摧毁鱼雷。如同对付导弹有机关炮弹幕和导弹打导弹两个方法一样，对抗鱼雷也有弹幕打鱼雷和鱼雷打鱼雷两个套路。第一种常见于水面舰艇，鱼雷冲过来时可以用火箭深弹甚至炮弹打出弹幕，在鱼雷来袭方向引爆，试图诱爆鱼雷战斗部；反鱼雷鱼雷则是制造一种比来袭鱼雷更小，机动性更高的小型鱼雷，在末端迎头撞击鱼雷将其摧毁。不过，考虑到反鱼雷鱼雷锁定直径只有533mm的，速度却高达50节的鱼雷非常困难，反鱼雷鱼雷成本相当高昂，并未普及。
虽然目前主被动复合制导声导鱼雷非常强大，但是使用条件也是很严格的。由于主动声呐回波会被海底地形干扰，因此长期以来主动声呐鱼雷不能在浅水区使用，一直到1988年美国才在MK48解决了滤波器的问题。同时，由于主动声呐耗电量很大，现实中除了近距离发射外，主被动复合制导鱼雷绝大部分航程还是得依靠被动信号前进，这就导致配备消声瓦的潜艇仍有较大几率驶出被锁定范围。因此为了解决这问题，又推出了线导鱼雷系统。
4.线导/光导鱼雷
线导鱼雷的思路甚至比起直航鱼雷还要早，早在19世纪末还没解决陀螺仪的时候，就有人想用两根线拉着鱼雷的舵片，让它保持一定的航向。这个技术理所应当被后来的陀螺仪和声呐制导淘汰了，但是到了1960年代后，随着干扰技术增加，缺乏电脑的早期制导鱼雷经常脱靶，于是各国联想到线导反坦克导弹的用法，把导线搬上了鱼雷。当然，鱼雷的导线比线导导弹多得多，甚至长达10公里以上。MK48鱼雷就是线导复合声导鱼雷。
线导鱼雷的操作类似于反坦克导弹，潜艇声纳定位目标后，发射鱼雷，鱼雷拖着导线驶出潜艇，操作手或计算机将鱼雷控制在敌方声纳信号的方向，当进入主动导引头有效范围后，就启动主动导引头让鱼雷奔向目标。这种技术可以有效避免拖带诱饵或者“鱼雷屏障”（指的是航母边上用来挡枪的小型舰艇）将鱼雷骗走。后来，随着光纤技术发展，光纤制导鱼雷也开始出现在市面上，其数据传输更快，衰减更少，还可以一边搜索一边回传信号，成为目前最有效的鱼雷。
不过，线导鱼雷也有些问题。第一，线导鱼雷发射后，潜艇不能大角度变换航向和航速，也不能关闭鱼雷管再次装填，防止扯断导线；第二，线导鱼雷无法克服海水声波传输的声速较慢的缺陷，由于水下声速是1440米左右，在距离超过20公里后，潜艇本身收听到的信号就有显著延迟，所以指望潜艇将鱼雷导引到击中是不可能的，还是得依靠导引头自己末端搜索能力。尽管如此，线导鱼雷仍然是现代主流型号。
5、尾流自导鱼雷
尾流自导鱼雷增加了一对感知海水波浪冲击的换能器。由于军舰劈波斩浪航行会产生一条长长的航迹，里面布满气泡和浪花，会对卷入其中的物体产生明显的冲击感，因此苏联人想到利用它作为引导鱼雷的信号。在鱼雷发射后，鱼雷升到水面，开始感受浪花的强度，当军舰的浪花触发设定值后，鱼雷便驶入尾流，蛇形前进，最终撞上军舰的尾部对动力系统和舵机造成破坏。由于不受声音干扰，该鱼雷可以对抗大部分声音干扰系统，也可以对付大部分拖带诱饵。不过，由于尾流自导鱼雷必须要有明显的尾流才能够识别目标，不适合对付慢速舰艇和潜艇。
尾流自导典型例子是苏联/俄罗斯UGST/UEST-80鱼雷和美国MK45 MOD1 Freedom鱼雷，都是1978年前后服役，不过美国这种鱼雷只供出口，本国装备的MK45是线导核战斗部鱼雷，并在此后被MK48取代。目前除了俄罗斯外，目前没有国家使用该种鱼雷，而且尾流自导鱼雷本身也不能放弃声纳和线导模式——因为舰体尾流有效范围比起声波范围小多了，因此这种技术鱼雷相当昂贵。而且，尾流自导鱼雷穿梭在尾流中需要不断做蛇形机动，其有效射程会大大折扣。
结语——小鱼雷大难度
鱼雷虽然是世界上最早出现的自航式武器，但是其难度从诞生之日起就一直不低。迄今为止，能够研发现代鱼雷的国家仍然远低于能够生产导弹的国家，但就算鱼雷如此昂贵，它也是必要的——因为它是打击敌国洲际弹道导弹核潜艇唯一有效的武器。因此迄今为止，绝大多数鱼雷的数据仍然是国家机密。
