AA82276761 2014-11-8 08:27
戰鬥機利器——機砲
自1920年代戰鬥機問世後，機砲就一直是戰鬥機不可或缺的左右手，二次大戰時期由於機砲是戰鬥機唯一具備作戰效益的武器，其重要性更到達極至。不過到了20世紀50年代中期飛彈問世後，卻有人忘了機砲的存在。當時一些戰鬥機的武器就只裝備飛彈，最著名的是F-4幽靈式（Phantom）。越戰（1964年8月2日~1973年1月7日）初期的幽靈式雖然可掛載8枚空對空飛彈彈，但當時飛彈的獵殺率（kill probability）奇差無比，AIM-9B/E響尾蛇飛彈平均為16%，AIM-7E1/E2改進型麻雀飛彈約10.6%，換言之機上8枚飛彈彈全數發射完畢後，敵機很有可能仍然毫髮無損。而越戰後期完成空戰性能提升的F-4E，其所配備的固定式機砲獵殺率則高達50%，可惜直到1969年才開始服役，否則一定改寫越戰的空戰歷史。
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F-4E機鼻安裝的M61機砲
經過越戰的教訓後，美軍飛行員認定戰鬥機上一定要有機砲。因此在20世紀70年代的戰鬥機上，機砲的地位穩如泰山，讓人驚異的是在20世紀80年代開始研製的F-22，以及90年代研製的聯合打擊戰鬥機（Joint Strike Fighter）上，情況依舊如此。
有人懷疑一架超音速隱身戰鬥機有必要裝上機砲嗎？現今的空對空飛彈性能已非昔日吳下阿蒙，早期的飛彈要發射時，非追著敵機的尾巴不可，而最新的第五代空對空飛彈，如美國的AIM-9X、歐洲多國合作研製的IRST…，幾乎已無發射角度、距離的限制，若再搭配上頭盔顯示器（helmet-mounted display），飛彈發射區幾乎涵蓋了載機前方整個半球面，加上射程遠，機砲似乎已無用武之地。但事實上，在後來演變成為F-22的先進戰術戰鬥機（Advance Tactical Fighter）項目裡，機砲就一直牢牢地列在該項目的基本需求項目之下，這說明了即使在飛彈當道的今日，機砲仍然擁有其一席之地。
機砲的研製
現代意義上的戰鬥機機砲最早出現在20世紀30年代末到40年代初期的二戰期間。第一種可靠、高速發射、皮帶進彈的機槍於1930年服役，具有7.62毫米和12.7毫米兩種口徑；之後出現的是20至30毫米的中口徑機砲，可發射高爆彈頭，適合對付大型目標，但射速較慢，因此對付目標小且動作靈活的戰鬥機時命中率較差。
1942年德國空軍為了全世界第一架噴氣式戰鬥機Me 262，要求毛瑟（Mauser）公司研製一門射速每分鐘1,000發、砲口初速1,000米/秒的新型機砲。毛瑟公司根據左輪手槍的原理，在1943年推出了20毫米的MG213轉膛式加農炮，只有一根砲管，但有五個砲膛，因此同一時間內可完成進彈、擊發、退彈的動作，可以在小空間低重量的限制下提高砲彈的射速。二次大戰後許多國家的機砲，如：美國的M39、英國的阿登（Aden）、法國的DEFA、瑞士的206RK，都是MG213的仿製品。
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五個砲膛同一時間內可完成進彈、擊發、退彈的動作
1946年美國通用電氣公司（General Electric）獲得國防部火神項目（Project Vulcan）的一紙合約，負責研製一種射速破紀錄的機砲，項目的成果就是根據南北戰爭期間加特林（Gatling ）機槍原理所研製的20毫米六砲管M61機砲。M61首先裝備了1954年首飛的F-104星式戰鬥機（Starfighter）， 射速每分鐘4,000發，砲口初速1,030米/秒。改進型M61A1機砲目前裝在F-15、F-16、F/A-18、F-22等戰鬥機上，射速提高到每分鐘6,000發。M61系列是全世界最多戰鬥機使用的機砲。
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不帶供彈系統的M61機砲
此後，機砲技術的研製就停滯不前，只有美國因為M61的進彈系統屢次發生問題，研製了較佳的無彈鏈進彈系統（linkless feed system），從此機砲的設計就沒有根本性的改變。美國曾於1984年開展先進機砲技術（Advanced Gun Technology）項目，曾試圖為F-22研製新型的加特林機砲，具備伸縮式砲膛、射速每分鐘6,000發、砲口初速1,500米/秒，但因為價格昂貴可靠性欠佳，很快就從F-22項目的需求項目中消失了。
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早期型M61採用彈鏈供彈方式，在高射速下容易卡彈
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最後改用線性無彈鏈砲彈輸送系統
機砲的得與失
機砲的效能多年來沒什麼長進，但空對空飛彈的性能則今非昔比，因此機砲在空戰中的表現日趨低調。1973年的以阿戰爭裡，以色列戰鬥機擊落的敵機中有70%是機砲的功勞；到了1982年以色列與敘利亞的貝卡谷地（Bekaa valley）戰役中，飛彈則擊落了93%的敵機；而同年的英國與阿根廷的福克蘭群島戰役中，機砲未立寸功；1991年初的波斯灣戰爭中，機砲也沒有任何表現。
機砲較飛彈便宜，但機砲的間接使用成本高，也影響了部分國家的使用意願。英國接收的第一批歐洲戰鬥機（Eurofighter）上，機砲只是個配重，不會有任何相關的後勤支持或訓練，主要原因就是出於成本考慮：機砲在實彈射擊訓練時除了消耗靶機外還需要拖靶機的支持；測試空域會有環境污染的問題；機砲擊發時機體會承受複雜的應力，後座力會損及結構及電子裝備；機砲射擊產生的熱、重擊、震動，對隱身塗層及密封會造成潛在性的損傷；廢氣具有腐蝕性；砲彈也不輕，需要特殊的裝備來搬運…，這些都增加了飛機的操作成本。
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機砲射擊需要動用拖靶，時常有誤擊拖靶機的新聞
但機砲也不是一無是處，直升機、運輸機、以及其它低速飛機都比較適合裝備機砲。1991年的波斯灣戰爭中，由於沙漠地面酷熱，紅外空對空飛彈對低飛的伊拉克飛機幾乎一籌莫展，若碰上超低空飛行且裝備紅外抑制裝備的伊拉克直升機，不論是紅外導引或雷達導引空對空飛彈都是一籌莫展。
另外機砲還有一個根本性的優點，就是砲彈不受電子干擾。現在的紅外導引飛彈雖可抗電子干擾，但新一代戰鬥機將會廣泛使用高能量的反制措施，屆時紅外導引飛導彈就無法囂張了。
機砲系統的改進
一般都認為機砲的技術已經相當成熟，但機砲的研製仍有相當的風險，最基本的安全顧慮就是砲彈在飛機內爆炸。狂風（Tornado）戰鬥機在研製27毫米毛瑟加農炮時（為歐洲戰鬥機和鷹獅（Gripen）戰鬥機的機砲系統打基礎）所花的時間就比預期來得久。M61的新一代PGU-28/B砲彈與老式20毫米M56砲彈相比改善了氣動特性、縮短飛行時間、彈道不易下墜、殺傷力更強，但曾發生幾次在砲管內提前引爆的事件，因此在2000年時被限定在戰爭緊急時才能使用。
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PGU-28/B問題兒童
最失敗的案例是英國空軍在1982年採購鷂式（Harrier）GR.5戰鬥機後不久，選定安裝高砲口速度（初速1,050米/秒）、高射速（每分鐘1,850發）、單管連發式25毫米的阿登加農炮吊艙。原型機砲在1987年完成試射並在1988年正式服役，但因為機砲可靠性欠佳，砲彈擊發後拋投的彈殼會傷及戰機，因此服役後一直未能發揮戰鬥力，且持續改進的成效顯然不彰，導致英國國防部在1999年宣布鷂GR.7不安裝機砲吊艙。
機砲的瞄準系統則持續在改進中。F-16有個綜合了雷達、火控系統、慣性參考系統、抬頭顯示器的增強型包線機砲瞄準（Enhanced Envelope Gun Sight）軟體，在抬頭顯示器上提供更精確、更容易使用的瞄準圖像。此軟體會在平顯（Head-Up Display）上顯示代表砲彈彈道的十字交叉線以及圍成通道狀的兩條弧線，弧線的曲度隨著F-16的飛行動作而改變，當目標機落於兩弧線之內時，表示目標機與F-16在同一平面上，易於進行追擊；當目標機翼展佔滿弧線寬度時，表示已進入射程，此時若十字交叉線在目標機的上方，F-16飛行員只需保持飛機姿態穩定，扣下板機，砲彈流就會直奔目標。
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增強型包線機砲瞄準也就是機砲漏斗
新一代機砲
基於種種理由，機砲仍是新型戰鬥機不可或缺的基本裝備。俄羅斯和歐洲空軍認為：瞄準系統讓機砲威力發揮得更淋漓盡致時也使機砲效能更佳，所以無需攜帶很多砲彈。米格-29、 蘇-27、以及歐洲戰鬥機都只攜帶150發砲彈，與美製戰鬥機少則五、六百發，多則上千發的容量相比真是無法同日而語。這樣做還帶來一個好處，就是降低了機砲射擊訓練的時數。
F-22的M61A2機砲系統非常複雜，機砲艙門能在數毫秒內開啟及閉合，露出砲管和排出廢氣的自動門，艙門下方有個不銹鋼片以防止砲彈誤擊機身結構。由通用動力公司武器系統（GD Armament System）部門研製的線性無彈鏈砲彈輸送系統（Linear Linkless Ammunition Handling System）有一個整體進彈單元，裝載480發的砲彈，大約可供F-22完成5次、每次持續1秒鐘的射擊。
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射擊機炮中的F-22
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F-22的輕量化M61A2機砲以及線性無彈鏈砲彈輸送系統
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機砲艙門
通用動力公司還為F/A-18E/F超級大黃蜂（Super Hornet）研製M61A2改進型機砲，於2002年12月開始交付。新機砲的一些鋼質零件改用複合材料及鈦合金製造，減輕了重量、縮小了體積，內裝412發砲彈，整體可靠性較佳。
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超級大黃蜂的M61A2機砲
通用動力公司也為南韓飛機公司（KAI）/洛馬（Lockheed-Martin，也就是F-16的製造廠家）合作的TA-50研製新的機砲系統。TA-50是T-50教練機的武裝型前導戰鬥機，安裝一門特別研製的三砲管、每分鐘射速3,000發的20毫米機砲。該砲採用M61A2機砲的砲管，部分部件則取自直升機用的三砲管M197機砲，配備一套線性無彈鏈閉合迴路式進彈系統，攜帶205發砲彈，重約134公斤。
法國的GIAT公司為陣風（Rafale）多用途戰鬥機特別研製了新型的30毫米機砲，命名為30M791。該炮是一門火藥氣體驅動的單管轉膛式加農炮，重120公斤、威力強大。30M791有七個砲膛， 射速高達每分鐘2,500發，是射速最高的單管機砲。砲口初速1,025米/秒，因此彈道非常平直，要擊中運動中的空中目標只需很小的射擊窗口（firing window），平直的彈道結合極高的射速，因此命中率極佳。此炮可摧毀空中目標，並可射擊地面及海面上的目標，其配備的穿甲燃燒彈和高爆砲彈會爆炸成大小適中的破片， 可確保摧毀典型的輕型戰鬥機。
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30M791 30毫米機砲
30M791機砲正常擊發每次持續0.5秒，射出21發砲彈，不像F-22一次射擊就得消耗100發，因此機上125發砲彈可提供六次的射擊。較短的射擊時間可減少砲管的磨損，避免高速射擊所產生的一些問題。
GIAT公司宣稱30M791機砲在空對空的情況下有效射程為2,500米，幾乎是其它單管機砲的兩倍，當然目標的特性和接戰情況都會影響到這個數值。30M791機砲內有一排彈裝置，會在射擊發生時間延滯後，迅速自動排除啞彈，重新裝填新砲彈再次射擊，因而提高了機砲的整體可靠性。
歐洲戰鬥機上的毛瑟BK27機砲沿用自狂風戰鬥機，2002年3月完成地面測試。BK27機砲具有兩段式的射速（每分鐘1,000發或1,700發），分別對付地面及空中的目標。歐洲戰鬥機上的BK27首次使用了一套無彈鏈封閉式進彈系統，避免了排放的彈殼和彈鏈撞擊機身的風險，也使系統佔用空間減少了將近60%。
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颱風戰鬥機的BK27機砲
BK27機砲在歐洲相當受歡迎，使用機種包括狂風戰鬥機、阿爾發噴氣（Alpha Jet）、歐洲戰鬥機、瑞典JAS-39鷹獅戰鬥機，另外美國F-35A最初也打算採用此機砲。現今BK27機砲的使用壽命已由最初的5,000發提升到10,000發，未來可望進一步提升到15,000發。目前所使用的砲彈至少有七種：空對空的兩種高爆砲彈、對地攻擊有三種（穿甲彈、穿甲高能量彈、穿甲高能量自爆引信彈）、以及兩種訓練彈。
俄羅斯蘇-27系列戰鬥機安裝的是該國於1993年研製的30毫米GSh-301單砲管機砲，機上裝載150砲彈，射速每分鐘1,600發，砲口初速860米/秒。它的砲彈重達390公克，為現役戰鬥機機砲中重量最重的，一旦被擊中，不死也重傷。
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GSh-301單砲管機砲
波音和洛馬當初在競爭聯合打擊戰鬥機項目時，都選用毛瑟BK27機砲，這是自20世紀50年代以來，美國戰鬥機首次選用加特林系列以外的機砲。其中的原因有二：首先是重量的考慮，這對短場起飛、垂直降落的飛機尤其重要；其次是毛瑟機砲的擊殺率（致命性和準確性的綜合表現）在遠射程時也比加特林20毫米機砲好。
不過事情在2002年中有了變化，毛瑟BK27機砲的27毫米砲彈在設計射速下無法提供所需的擊殺率，因此必須研製新砲彈，這不但提高了機砲研製成本及研製風險，美國空軍後勤單位對此也大表不滿。美國空軍已經有三種不同的中口徑砲彈（M61系列的20毫米砲彈、A-10的30毫米GAU-8/A砲彈、AC-130的25毫米GAU-12/U砲彈），沒興趣和精力再去研製第四種。
因此聯合打擊戰鬥機項目在2002年9月重新選定通用動力公司來整合機砲系統，新機砲在AV-8B戰鬥機和AC-130U飛行砲艇（Gunship）裝備的25毫米GAU-12/U五管加特林機砲基礎上改進，儘管單發砲彈命中精確度不如27毫米砲彈，但射速則提升到每分鐘4,200發，同時間內可對目標投射較多的砲彈，以此來達到規定的擊殺率。毛瑟機砲的單管砲管壽命有限， 加特林機砲則沒有這種問題，因此全壽期成本（total cycle cost）比較便宜，而且25毫米砲彈有現貨供應，包括多用途彈藥在內的各式彈藥應有盡有。
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F-35A內置一門GAU-22/A機砲
由於聯合打擊戰鬥機的全機重量已超出原設計規範，故機內空間使用和裝備重量有很嚴格的限制，機砲不但佔空間重量又不輕，自然引起很大的爭議，最後只能妥協：傳統起降型F-35A在左側機背上有一門內置式機砲；而短場起飛、垂直降落（STOVL）型F-35B則沒有內置機砲，而是另外研製一型“任務導向”保形吊艙機砲系統，吊艙內自備砲彈，內裡一應俱全，載機無需考慮砲彈供輸的問題。機砲吊艙可掛在F-35B/C的機腹中央掛架上。
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F-35B/C的機砲吊艙
未來前景
機砲還有長期性的未來嗎？許多人以今日空對空飛彈性能來分析，認為未來的空戰大概都會發生在視距外，在雙方尚未看到對方前就已發動攻擊，甚至擊落敵機了，問題是在各國競相研製戰鬥機隱身技術下，有一天終將無法享有以飛彈先發製人的優勢，大家也許會回到從前目視接戰、以機砲和纏鬥技巧來決定生死的日子。
英國國防部在20世紀90年代末期開始研究導引砲彈的潛力，2001年美國陸軍提供經費進行低成本彈道改正（Low Cost Course Correction）項目，配合大多數現代戰鬥機上（F-22例外）已安裝的激光目標指示器（laser designator）研製激光導引砲彈，由小型推進器來控制飛行方向，砲彈可小至25毫米。另外還有一種原理與JDAM炸彈相仿的砲彈也正在研製之中，以軟體控制砲彈循著預訂的航向直奔目標，大機動動作下的戰鬥機只要被擊中一發，就足以致命。
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美國已經成功測試了激光制導子彈
因此未來的每架戰鬥機可能只攜帶十發左右的砲彈，一次射擊一發。機砲不需複雜的進彈系統，砲管也不重，整體重量輕了許多，因此射擊時對機體造成的震動就比較小，後勤負擔也因而輕鬆許多。機砲的前途可能比許多人想像中的還更光明呢！