先进舰炮系统

研制背景

自从进入航空与导弹时代之后，海军朝陆地投送武力的主要工作落在可以长距离精准打击敌方目标的飞机以及导弹身上，传统的舰炮轰击由于战斗舰的式微而被束之高阁。不过在若干对地投送武力的场合，使用昂贵而数量相对稀少的导弹并不能满足需求，或者不符合成本效益；例如碰上敌方陆上部队的大面积工事设施，往往就不适合使用以“点穴” (攻击特定高价值定点)见长的导弹，反倒是能在短时间内于一个区域内倾倒大量弹药的大口径舰炮更符合任务特性与成本效益。此外，炮弹的体积较小，火力密度比导弹高，舰上可存放更多的火力。

美国海军保留了具有九门16英寸巨炮的依阿华级战列舰，在朝鲜战争、越南战争都曾用来炮轰北越近岸。在波斯湾战争中，密苏里号战列舰的九门巨炮两次齐放后，岸上的伊拉克防御工事便告全毁。但是依阿华级战列舰退役后，美国海军马上发现没有适合的现役舰炮足以取代依阿华级巨炮的地位。设于美国主战舰艇的MK-45五英寸舰炮威力与射程太小，根本无从进行岸轰任务。考虑到较佳的打击效率，支援对地攻击的火炮口径至少必须提升到155mm。美国海军希望AGS舰炮系统能有效攻击距离41海里（76公里）到63海里（117公里外的目标，射程63海里的要求是基于从海岸线外25海里处攻击深入内陆38海里处的敌方工事据点。

美国军方资源需求评估委员会在1994年提出的费用与作战需求效率分析（COEA）中提出了三阶段的作法：首先是延长现役MK-45 5英寸舰炮的有效射程，推出配备62倍径炮管的MK-45 Mod4增程舰炮，使用新开发的EX-171型火箭推进增程GPS制导炮弹(Extended Range Guided Munition，ERGM)，射程提升至63海里（117km），并从2001年开始部署；中程目标则是以现有技术发展一种可快速服役的中/短程舰载对地导弹，考虑的包括由标准防空导弹改装的LASM对地型标准导弹，以及陆军战术导弹（ATACMS）的舰载衍生型。而最终目标则是开发崭新的次世代对地舰炮，当时打算发展的是革命性的垂直舰炮(Vertical Gun for Advanced Ship，VGAS），预计2012年开始服役。

垂直舰炮

垂直舰炮的炮管十分类似于垂直发射装置，乃以多管为一组的方式垂直植入舰体，炮管朝上；相较于装填导弹的垂直发射装置，垂直舰炮的装载密度、储弹量都比较高。相较于传统构型的舰炮，VGAS由于没有炮塔尺寸、重力对炮管拉扯等限制，因此口径可以大于AGS，炮管长度更可达AGS的两倍，因而发射药的作用时间可以增加，射程便跟着增加了；而由于后座力系施加于龙骨之上，其容许的量值比炮塔大，因此可容许比传统火炮更大的膛压与后座力，炮弹口径与装药量都可大幅增加。此外，VGAS的炮弹储存于甲板下方，储量也大于AGS，整体结构也比较简单，较无机械故障的问题。当然，如同垂直发射装置，VGAS也没有射击角度限制的问题。根据美国海军的评估，即便是发射传统的无制导155mm炮弹，VGAS都能轻易达到96km的射程。

从1996年SC-21到之后的DD-21，VGAS都一直是舰上的标准武装，但随后却在评估中遭到一连串质疑。首先，VGAS无法如传统火炮般，预先将炮口指向目标，赋予炮弹初始的方向，意味着VGAS只能使用制导炮弹，不仅十分不合成本效益，而且也无法射击近距离目标乃至于传统的海上炮战。如果DDG-1000以VGAS接战近距离目标，其中的情景将有如闹剧；首先，以GPS算出自己位置，再以舰上感应器算出敌方位置，等到双方相对数十公尺的误差算出之后，花至少一分钟将资料输入炮弹，炮弹发射后垂直上升数千米，然后启动GPS，炮弹还要转个几圈才朝向敌舰位置俯冲而下，然而敌舰可能就在距离区区数公里之内。

VGAS的炮弹会先垂直上升到4500m的高度，然后再以2G的向心加速度转向，因此发射药许多能量都会浪费在垂直爬升阶段，无法像传统火炮一般选择最佳的角度来发射炮弹，所以VGAS能容忍更高膛压与后座力的优点将被抵销不少；实际估算后，相关单位发现在使用相同装药与炮弹的情况下，VGAS的射程反而会比传统火炮低5~10% 。因此，美国海军于1999年8月放弃了时髦的VGAS，选择传统炮塔设计的先进舰炮系统(Advanced Gun System，AGS)作为DD-21的主炮。AGS由联合防卫主导研发，1998年秋季首先提出概念方案，并于1999年展开实际设计工作。在2000年7月，联合防卫向金队与蓝队提交AGS的设计方案，作为两组团队的设计参考。

炮塔设计

AGS使用具备高度隐身设计的多角型炮塔，整座炮塔空重87.5吨，比现役MK-45 Mod4舰炮多出近四倍。AGS的炮塔构型经过多次修改，原本炮管采用裸露在外的设计，并于炮管外部加装隐身外罩；后来考虑到隐身外罩会增加不少重量，对炮管的举升与维护造成不少困扰，遂改成可折收式，平时炮管折收于炮塔前方的整流罩内，此种设计类似瑞典维斯比级护卫舰的MK-3 SAK隐身舰炮。AGS的155mm炮管长度为62倍径(各国陆军新一代155mm自行炮也只使用52倍径炮管)，炮膛药室容量29.5公升，炮管俯仰范围-5~+71度，最大射速约10~12发/分，相当于六门陆军155mm火炮（每门炮每分钟只能发射两发）的火力

AGS炮弹射出炮口的初始动能则为35~36MJ，几乎是过去MK- 45舰炮的二倍。AGS具有多发炮弹同时弹着（MRSI）能力，通过不同的发射参数（仰角、炮弹弹道设定等），每门火炮可让4~6枚先后发射的炮弹在75海里的距离外同时落地，如此一艘DD（X）便具有同时让8~12发炮弹同时落地的能力， 一艘DD（X）上二门AGS的火力便抵得上一个由六门M-777 155mm榴弹炮组成的美国海军陆战队炮兵营。

弹库设计

AGS采用模块化供弹系统与自动化弹库，每个供弹模组装有八个弹头与八个装药筒，重2.5吨，而所有的供弹模组都装填于分成三层的下甲板自动化弹库，每个供弹模组通过穿梭输送机在弹药库的同一层中移动，并以垂直电梯进行上下移动； 每座炮塔的旋转基座中心下方装有一个扬弹机，每次可将一枚弹头与一个药筒提到与炮塔内部与基座同一层甲板的位置，再由取弹机放入炮尾弹盘，随即完成组合与上膛。

两座AGS炮塔下方的三层主弹药库总共可携带300枚炮弹，紧邻主弹药库处设有一个容量320发的辅助弹药库，通过自动传输机械以每小时240发的速率向主弹药库补充弹药，能一面射击，一面自动补充主弹库；反观现役的各型自动舰炮在备射弹鼓耗尽后，必须通过人力将备用弹库里的弹药补充至弹鼓内，主炮于再装填期间完全无法操作。AGS的先进自动化弹库设计将占用的体积重量降至最低，而且是是一个完整的模组，制造工作能与舰体建造同步进行，并以整体安装的方式将整个火炮/弹库模组直接插入舰体，节省了建造时间。

AGS由ISC整合射控系统指挥，系统运作完全自动化，炮塔内无须人员操作，只需通过战情中心的遥控，且所有转动组件(炮塔回旋、炮身俯仰、扬弹装填、弹库输弹等)均采用电动伺服装置，而非传统的液压系统，因此简化了机械结构、提升可靠度并降低火灾危险，代价则是全炮用电量的增加，每座AGS的用电峰值高达800kW（M- 45 五英寸舰炮的功率峰值仅180kW）；然而由于DD(X)采用全电力推进系统，拥有很高的功率分配效率，要供应AGS运作并不成问题。AGS的火炮部分由联合防卫公司(Unioted Defense)研制（该公司于2005年7月被英国BAE System购并），2000年开始设计工作，首先以电脑虚拟AGS的运作实况，包括炮身俯仰回旋、火炮后座模型、内弹道以及舰艇摇晃振动等情况；虽然DD-21在2001年11月取消重整，但AGS的研发并不受影响。在2002年8月，AGS正式成为DD（X）的十大工程发展模型（EDM）项目之一。

弹药设计

弹药方面，AGS主要使用GPS制导的长程对地弹药(Long Range Land Attack Projectile，LRLAP)，最初由洛马/SAIC团队以及雷神团队进行竞标， 最后联合防卫在2003年4月选择了洛克希德·马丁/SAIC团队的方案。为了顾及研发的便利性，AGS火炮与LRLAP弹药的研发与测试将分开进行，直到AGS火炮实地装舰时才整合在一起进行测试。LRLA的技术由127mm的ERGM发展而来，技术特征沿袭自美国陆军新一代XM-982 GPS导向增程炮弹类似，采用弹头、药筒分离设计，两者结合后全长2.23m，重113kg（炮弹重102kg，装药重11kg），弹头由战斗部、GPS/INS制导段、火箭助推发动机与控制翼面组成，弹头前部设有四面滑翔翼面，弹头尾部设有八片控制面，一开始最大射程指标为83海里（150km），尔后增至100海里（185km），圆周误差(CEP)仅20m。

LRLAP进行接战时，先将目标的座标输入GPS系统， 然后以大仰角将炮弹射至30000m的高空，随后调整飞行姿态朝目标转向，展开弹翼以最节省力学能的方式滑翔， 并启动GPS接收卫星定位讯号，借助INS惯性导航系统产生弹翼的控制信号，接近目标后开始俯冲。LRLAP的战斗部有多种选择，包括采用近发与碰撞引信的高爆战斗部，或在目标上空释放的EX-1子弹头（改良自陆军155mm自行炮的M-80 DPICM)，或者美国陆军新发展的精灵反装甲子母弹（SADARM）， 而在使用双效传统洒布弹药（DPICM）时也有41km的射程。由于LRLAP的单价高昂（美国海军规定的成本是一枚3..5万美元），因此AGS还将搭配其他弹种，包括用来对付水面目标的毫米波雷达制导火箭助推弹（射程56km），以及无制导的普通炮弹（射程41km）等等。

联合防卫首先建造39倍径的AGS概念炮管，安装在M-110自行炮进行测试，后来又制造了62倍径的实验性炮管，安装在固定台座上进行测试。在2001年10月，AGS概念原型进行首次试射，以50%的膛压与射程条件下发射11枚炮弹。在2004年10月，AGS完成了所有的电脑虚拟以及部分工程原型的测试，各项性能指标（包括反应速率、射速、射程、装填时间）都符合标准。

2005年5月，AGS原型通过工厂测试，在7月13日进行首次试射，总共发射8枚炮弹，并在8月31日进行56发陆地测试，其中曾以10发/分的速率成功地连续发射八枚LRLAP炮弹。在2005年6月，美国海军授予联合防卫一份3.38亿美元的后续发展测试合约，而洛马也获得一份1.2亿美元的合约继续发展LRLAP，而联合防卫在同年7月被英国航太集团（BAE）购并。从2004年12月至2005年9月，AGS共进行7次飞行测试，除了第一枚由于舵面失效而测试失败，后续6发均获得成功，其中第4次试射以280秒的时间飞行了59海里（109km），并成功落入目标区，而第6次试射则飞行了63海里（116.7km）之远，稳定翼展开、接收GPS讯号、制导控制等关键技术都获得验证。目前LRLAP的飞行测试已经达到154km，CEP在20~50m的水准。

第一门AGS的原型炮于2007年推出，LRLAP则预计在2009年生产出实用化的原型弹药，在2010年结束前交付100枚测试用LRLAP给美国海军，并在2011年进入全速量产。在2007年4月下旬，美国海军正式与BAE System签约，将AGS正式纳为DDG-1000的一个发展子项目，价值1亿890万美元，整个研发工作将分别由明尼阿波利斯（占76 %）、伯灵顿（19%）、巴尔的摩（5%）等地进行，全部工作于2009年9月完成，而AGS的生产线则设于阿拉巴马州。至2010年中旬，首艘DDG-1000所需的第一门AGS舰炮已经完成建造，此炮在2010年1月的试射中达到63海里（约114km）的射程。在2011年8月30日，AGS在白沙测试场进行实弹试射，两发LRLAP炮弹在GPS的引导下都成功命中了距离45海里（83km）以外的目标。

2012年1月31日，美国海军海上系统司令部（US Naval Sea Systems Command，NAVSEA）与BAE System正式签署一纸价值7300万美元的固定价码合约（含激励费用条款），为朱姆沃尔特级二号舰（DDG-1002）供应两套AGS舰炮系统，于2018年1月交付；制造工作之中，30%在明尼苏达州的明尼阿波利斯进行，另外30%则在阿拉巴马州的科尔多瓦进行。在2012年12月1日，NAVSEA 与BAE System签署为朱姆沃尔特级三号舰（DDG-1102）提供两套AGS舰炮系统的修正合约，价值8030万美元，制造工作在肯塔基州的路易斯维尔与阿拉巴马州的科尔多瓦，于2018年1月完成。