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1906年英国“无畏”号战列舰的入役正式标志着世界海军进入无畏舰时代,在此后的十多年时间里,世界各海军强国间展开了建造无畏舰的海军军备竞赛。作为当时的新兴海军强国,美国在这场造舰竞赛中也毫不示弱,建造了多型无畏舰,为日后成为世界头号海军强国奠定了坚实的基础,而美国无畏舰的始祖便是两艘并不怎么起眼的南卡莱罗纳级战列舰。它们的出现标志着美国海军新时代的开始。
整整一个世纪之前,两艘灰色的巨舰悄然加入了美国海军的战斗序列。这两艘战舰就是“南卡罗来纳”号和“密歇根”号战列舰,这两艘常常被现代海军迷所忽视的战舰却是当时美国海军最大、最先进的主力舰。两艘南卡罗来纳战列舰入役之时,英国海军划时代的“无畏”号战列舰已经加入现役,在不少漫不经心的观察者看来,两舰的建成仅仅是象征着保守的美国海军终于跟上了英国海军的发展步伐。很少有人注意到的是,两艘“南卡罗来纳”级战列舰实际是美国海军技术的一次飞跃式的进步,标志着美国战列舰设计思想大幅度领先于英国海军,走在了世界的前列。
但从性能数据上来看,“南卡罗来纳”号和“密歇根”号并不怎么出色,排水量、航速和主炮数量相比同时代无畏舰并无什么优势。然而,南卡罗来纳舰却采用了将主炮塔以背负式方式布置在战舰的中轴线上这一突破性布局,结果这两艘8门主炮的南卡罗来纳战列舰在排水量比10门主炮的“无畏”号在主炮数量少两门、排水量少2000吨的情况下,仍与后者具有相同舷侧火力和舷侧装甲带。而这种布局此后也成为世界各国主力舰的基本布局。南卡莱罗纳级战列舰的设计思想虽然先进,但受制于当时美国船舶工业的能力,两艘战舰虽然早在1904年秋就開始策划设计方案,但直到近6年后才加入现役。舰炮技术的革命性发展
20世纪初,全球范围内出现了为战列舰安装单一口径重型舰炮的趋势,英国海军的“无畏”号战列舰通常被视为这种变革的象征,而这种变革本身也是始于19世纪末的战列舰舰炮技术发展态势的必然结果。大约在19世纪80年代,大型战舰通常仅配备少数射速极慢的大口径舰炮,但是只有它们发射的炮弹才能够穿透敌方战舰的重型防护装甲。当时的一些海军专家认为,这些重型舰炮的射击速度过慢,以至于它们在很大程度上无法有效攻击敌舰(尤其是航速较高的型号)。别出心裁的意大利人设计出了几乎不安装防护装甲但是航速较高的战列舰,它们装备了当时口径最大的重型舰炮。
19世纪80年代末,使用黄铜弹壳的速射(QF)舰炮研制成功,这种舰炮能够大幅度提高射速。当战列舰采用了中等口径速射舰炮后,它们能够击穿敌方战列舰防护装甲较薄的部位。1890年,世界海军强国已普遍为其战列舰安装7"4门重型(通常为305毫米或343毫米)慢射速舰炮,再加上多门中等口径速射炮。美国最初不具备制造速射炮的能力,因此美国海军只得选择203毫米舰炮作为速射炮的替代手段。虽然这种过渡型舰炮的射击速度远高于大口径主炮,但射速仍然低于速射炮。1898年,随着美国工业技术水平的提升,已经没有必要在新建的战列舰上保留203毫米过渡型舰炮。然而在美西战争中,这种过渡型舰炮的表现却好于重型舰炮。在没有进行深入分析的情况下,美国海军决定在未来新建的战列舰上仍然保留这种过渡型舰炮。因此,1898年之后的美国战列舰设计方案将舰炮口径分为三种主要类型:重型(305毫米);中型(203毫米);轻型(当时的6英寸152毫米以及此后的7英寸/178毫米)。
与此同时,大口径舰炮的射击速度也得到了提高,从过去的每5分钟发射1发炮弹提高至每分钟发射一发炮弹(甚至更快)。口径较小的二级主炮(如203毫米和254毫米)虽然射速更快,但在这方面的优势已经大幅度降低。19世纪90年代中期开始使用的克虏伯和卡内基防护装甲能够在作战射程内防护152毫米和203毫米舰炮的攻击。由于新式防护装甲的质量较好,因此能够降低厚度,同样重量的装甲可用于为舰体其他部分提供防护。这种变化使得此前以混合方式配备中型速射舰炮与重型舰炮的做法已没有太大意义。
1900至1904年,在主要海军强国订购(或至少设计)的战列舰中,至少将部分此前配备的中等口径速射舰炮代之以重量大得多的非速射舰炮。合乎逻辑的下一步骤是放弃所有未被列入二级主炮,同时配备部分用于防范敌方鱼雷艇攻击的超轻型舰炮。
鱼雷和舰炮火控技术的飞速进步同样指明了类似发展方向。当时普遍接受的观点是,在海战中舰炮射击的毁伤效应具有累积性——战舰的受损程度不断增大并最终沉没。另一方面,如果战舰在水下遭受敌方攻击,一或两次此类攻击就能够造成致命毁伤。由于战列舰同时配备鱼雷和舰炮,并且有可能在海战中使用这两种武器,因此较为明智的做法是在敌方大型战舰发射鱼雷之前将其击沉。因此,一些国家的海军(尤其是美国和英国海军)对射程超过鱼雷的舰炮产生了兴趣。
在这种射程(1902年对于美国海军而言是2740米,大约相当于4年前舰炮射程的两倍),即使是当时配备的203毫米舰炮也无法击穿战列舰的防护装甲。因此,美国海军在其大型装甲舰上配备了254毫米舰炮,它预计这种战舰将在未来海战中与战列舰共同实施作战行动。
失误不断的设计流程
1900年前后很长一段时间内,美国海军的装备采购、建造主要是受一些直接听命于海军部长的局级部门的控制。在19世纪80年代,美国为现代化“新海军”建造第一批战舰的设计工作不尽人意,这部分是因为海军部所属各局的协调存在问题。为解决该问题,时任美国海军部长的本杰明·特雷西于1889年组建了负责协调各局行动的造舰委员会。
此后,美国海军在美西战争中的经历使海军部长约翰·朗相信,当时已经有必要建立一个主要负责在和平时期制定战争计划的顾问委员会一一被称为美国海军总委员会,该委员会最初由杜威担任主席。建立于1884年的海军作战学院主要是作为美国海军思想库发挥作用,该学院的高级班负责在战术兵棋推演中测试新式战舰的设计构想。每年夏天,该学院都在位于罗德岛州的纽波特举行一次会议,主要研究美国海军面临的重要问题。美国政府很自然地对海军施加了影响,而当西奥多·罗斯福1901年开始担任总统后,美国海军有了一位对发展海上作战力量具有浓厚兴趣且精力充沛的强势支持者。
在通常情况下,总委员会主席向海军部长提出建议,再由后者向建造委员会提出一般性要求。在海军技术发展相对稳定的时期,这种体制不会造成严重问题;提出要求的对应该建造具备哪些性能的战舰具有相当清楚的认识。建造委员会通常会基于“要么接受要么放弃”的原则提供替代设计方案;当美国海军选择其中某种战舰后,海军部各局负责提出设计方案。
而在技术突然发生变化的情况下,事态就变得相当复杂,例如1902年发生的相关情况。在这种背景下,设计人员虽 然能够提供在名义上符合特定需求的方案,但这些方案实际上很难令人满意。此外,在19世纪末至20世纪初,美国海军内部出现了某种越来越强烈的情绪,即担负一线作战任务的部队认为,它们对海军部各局的影响几乎微不足道,后者被视为极端保守的部门。战列舰设计思想的突然转变使得这种不满情绪逐渐公开化,并且由此改变了美国海军在此后90年的基本运行方式。
在上述力量平衡体系中,国会成为重要因素之一。从19世纪90年代末到1902年,美国战列舰的排水量从12500吨增大至16000吨。国会非常想控制造舰成本及排水量。根据1903年春达成的一项妥协条件,国会批准向海军提供2艘小型战列舰(排水量为13000吨的爱达荷级)以及3艘排水量16000吨级的型号。
走向“全重型舰炮”战列舰
在海军部各局提供的替代上述两艘13000吨级战列舰的所有方案中,有一份于1902年5月起草,依据该方案设计的战列舰配备12门254毫米舰炮(美国设计人员此前一直受命研制小型战列舰,这主要是因为国会可能强行要求呈报它批准建造的所有战舰降低排水量)。因为相关部门倾向于采用混合口径舰炮的常规战列舰,因此该方案被拒绝。
最重要的是,国会可能不愿意接受排水量超过16000吨的战列舰。即便如此,当时普遍形成的共识是,战列舰设计应该采取有别于混合口径舰炮的重大调整,即采用类似于10门254毫米舰炮的单一口径设计。在这方面最有名的公开理论表述源于意大利海军首席造舰专家维托里奥·库尼伯蒂,他在1903年版《简氏战舰》上撰文指出,英国皇家海军应该建造一种全部装备305毫米舰炮的战舰。可以说,早在“无畏”号下水两年多前,此类战列舰的设计构想已经在国际海军界广泛流行。
在美国国内支持建造单一口径舰炮战列舰的人士中,最著名的要数美国海军的霍默·庞德斯通少校。1902年12月,他向罗斯福总统呈交了一份报告,在该报告中,庞德斯通强烈要求建造排水量大幅度增加的战列舰。在该报告的附件中,庞德斯通建议将当时的305毫米与203毫米口径舰炮的组合更换为280毫米和228毫米舰炮组合。1903年6月,美国海军造舰专家华盛顿·埃尔文·钱伯斯进一步发展了庞德斯通的设计思路,并向海军作战学院提交了一份“全重型舰炮”设计方案。钱伯斯的建议之所以具有重要意义,是因为他是一位训练有素的海军技术专家,一直向该军种提供切实可行的设计方案。1903年夏季,在海军作战学院举行会议期间进行的兵棋推演表明,1艘配备12门280毫米或305毫米舰炮(其中8门位于舷侧)的战列艦的综合作战能力相当于3艘常规战列舰。最终,此次会议倾向于建造新型战列舰并提出了相应设计需求。
基于上述情况,总委员会于1903年10月正式提出了实施新式战列舰可行性研究项目的要求,该舰配备12门305毫米舰炮以及数量尽可能多的76.2毫米反鱼雷艇舰炮。上述要求成为“南卡罗来纳”号和“密歇根”号设计方案的起源。明确设计需求是总委员会担负的新职责,它此前的主要职能是制定作战计划,但也提出了一份与美国国家战略相匹配的长期造舰计划。该委员会采取了前所未有的举动,在可行性研究需求中强调了舰炮性能,由此表明了研发新式战列舰的重要性。设计流程进展趋缓
在收到可行性研究需求之后,建造维修局并未按相关要求行事。该局当时人手有限,而它还担负着为已经获准建造和签署建造合同的多艘战舰提供详细设计方案的任务。建造维修局或建造委员会当时都没有意识到“全重型舰炮”战列舰作为一种创新的重要程度。建造维修局在1904年之前已经详细审查了三种型号战列舰(弗吉尼亚级、康涅狄格级和“密西西比级)的设计方案,该局抱怨它提出的唯一的单一口径舰炮设计方案最终被否决。基于美国海军的组织结构,总委员会虽然能够向海军部长提出建议,但无法强迫后者按其意愿行事。
然而,总委员会在1904年1月再次提出TAn述要求,这一次是要求配备各4门305毫米和254毫米主炮。即便这种战列舰无法全部安装305毫米主炮,但继续配备203毫米主炮已经显得毫无意义。1904年夏季,在海军作战学院举行的会议上,与会人员将这种战列舰(此时已被命名为“南卡罗来纳”号)分别与1903年战列舰(全部安装305毫米)和采用混合式舰炮的康涅狄格级(4门305毫米、8门203毫米以及12门178毫米舰炮)进行了对比。
在1903和1904年举行的会议上都提出了以下观点,即在当时的鱼雷射程(2740米)下,203毫米舰炮无法穿透大多数的中型战列舰防护装甲。即便是254毫米舰炮也可能无法穿透厚度最大的战列舰防护装甲;只有305毫米舰炮肯定能够实现这种毁伤效应。针对鱼雷射程可能增大至8910-7320米,采用305毫米舰炮的呼声更为强烈。
1904年9月,建造维修局根据建造委员会的建议,开始设计激进程度最低的战列舰——安装4门305毫米和8门254毫米舰炮,其中后者用于替代8门203毫米和12门178毫米舰炮。然而,1门305毫米舰炮可以替代2门254毫米舰炮。初始设计方案要求在舷侧设置主炮塔,而这种结构使得舰体的拉伸强度急剧增大,并且需要在甲板上切开大洞用于容纳炮台。
1905年3月3日,当建造维修局仍旧纠缠于设计问题时,国会批准建造2艘新式战列舰“南卡罗来纳”号和“密歇根”号。然而,国会议员们仍然强调了16000吨的排水量上限,这使得设计人员面临着极为艰巨的任务。在这种情况下,为其配备舷侧主炮塔显得不切实际。
凯普斯的创新
时任美国海军首席造舰专家兼建造维修局局长的华盛顿·凯普斯海军少将选择了一种激进的解决方案:这两艘战列舰只装备8门305毫米主炮——并将其安装在位于中轴线的四座炮塔内,其中两座可以从另外两座炮塔的上方进行射击。凯普斯清楚的知道,战列舰舰队通常会采用一字纵队航行,编队中的战舰向一侧射击,有多少门舰炮实施舷侧射击非常重要。最经济的方式是将所有舰炮均安装于中轴线上,其中两座炮塔的安装位置高于其他炮塔。与此同时,军械局重新设计了瞄准设备,并把这些设备从炮塔顶部移至炮塔侧面。以免它们受到上方舰炮开火时产生的炮口暴风的冲击,南卡罗来纳级也是美国首批采用这种布局的战列舰。
在几年内,其他国家海军虽然也都选择了背负式炮塔,但它们仍未放弃安装于炮塔顶部的瞄准设备。凯普斯提出的最终设计方案显然是一系列“全重型舰炮”战列舰设计方案之中的第十九种(s方案)。背负式炮塔的构想最初可能是在1905年4月提出,设计人员当时请求工程局压缩轮机舱的空间,从而为主炮提供更多的中心线空间。该设计方案于1905年6月底完成。
采用“全重型舰炮”以及将舰炮安装 于中轴线有助于节省装甲重量,主要是因为在这种情况下已没有必要为内置178毫米舰炮的较长炮室提供中型防护装甲,而且此时仅需安装四座炮塔一炮台组合结构(而不是以前的八座)。
防护装甲的改进和缺陷
凯普斯还思考了防护装甲的结构问题。此前建造的战列舰采用下倾式甲板,并与吃水线以下装甲带的下侧相交;在上方,吃水线以下装甲带是厚度较薄的防护装甲(用于防护轻型舰炮)。倾斜式甲板不仅用于防止穿透吃水线以下装甲带的敌舰炮弹破坏轮机舱和弹药库,而且用于防护击中上侧吃水线以下装甲带的炮弹所形成的破片。敌舰显然会使用重型舰炮攻击吃水线以下装甲带和主炮炮塔;重型舰炮的射速不足以使它有时间攻击次要目标,如为轻型舰炮提供防护的炮室和炮塔。
然而,随着304.8毫米舰炮的射速提高且射程增大,上述观点显然不成立。在凯普斯看来,厚度较大的吃水线以下装甲带将能够防护大口径炮弹的攻击。由此,他采用平面甲板(与吃水线以下装甲带上侧相交)替换老式倾斜甲板,并由此节省了一些重量。节省的重量主要用于增大吃水线以下装甲带的厚度(但其宽度减少)。主炮之所以有必要采用防护装甲较薄的炮台,是因为较高的炮台导致重量大幅度增加。按照降低重量的要求,舰首和舰尾防护装甲被取消,而凯普斯得出了正确结论,即此类防护装甲的作用仅仅是引爆穿甲弹。
虽然与此前建造的战列舰防护装甲结构相比,南卡罗来纳级取得了明显进步,但仍然存在重大缺陷。根据美国海军有意实施的设计射程较大战列舰的计划,该级战列舰只能配备305毫米舰炮(或更大口径)。凯普斯认识到轻型防护装甲毫无用处,而此时的明智做法是,在某些区域尽可能增加厚度最大防护装甲的宽度,同时在其他区域根本不安装防护装甲。
当总委员会在几年后讨论最终演变为内华达级战列舰的设计方案时,也得出与凯普斯完全相同的结论。凯普斯预测,敌方舰炮在进行远程射击时,炮弹将以较为陡直的角度进行俯射,因此他保留了上层吃水线以下装甲带,而炮弹击中装甲带形成的破片将由吃水线附近的装甲实施防护。大约在1910年,当舰炮真正具备了远程射击能力之后(或是至少具备了发展潜力),选择变得简单:吃水线以下装甲带采用厚度最大的防护装甲,并且尽可能增大宽度,同时安装较薄的低层防护装甲,用于防护穿透主甲板的炮弹破片。
甲板下方和上方的调整
与此前建造的战列舰相比,在将两座以上的炮塔安装于中轴线上后,用于轮机舱的空间受到了压缩。凯普斯考虑到排水量的限制,以及预计南卡罗来纳级将与此前已服役的战列舰共同实施战术作战行动,因此认为增大该级战列舰的输出功率及航速没有意义。
然而,凯普斯必须在轮机舱空间较小以及动力系统技术未进行调整的情况下,使南卡罗来纳级具备与其他美国大型战舰相同的输出功率。他还希望减少锅炉房的空间,从而为增强鱼雷防护能力提供更大空间。在理想状态下,凯普斯可以采用大功率锅炉并将锅炉总数减少三分之一,但是工程局却无法为其提供这种锅炉。凯普斯最终采取的解决办法是取消中心线舱壁。凯普斯将此前建造的康涅狄格级战列舰的平面甲板替换为切削式舰尾。由于用作军官舱室的舰体空间减少,因此凯普斯将此类舱室移至舰体中部的上层建筑内。
在南卡罗来纳级战列舰建造期间,其设计方案又进行了调整,使其它们成为首批采用笼式桅杆的战列舰。美国海军于1904年进行了首次特殊射击测试,发现只有能够在从水面观测到舰炮齐射弹着点的情况下,才能进行有效的远程射击。1905年12月,火控委员会建议加大观测平台的高度,这种平台可能安装于某种格架式桅杆上,即便敌方炮弹打断了这种桅杆的某些支架,平台也能保持在原处。
这种桅杆当时并不受欢迎。军械局倾向于在烟囱顶部下方的位置加装一座轻型舰桥(不至于受到烟雾的干扰)。远程射击的支持者指出,观测点的位置越高,有效射程越大,这意味着在海战中取得优势。领航局不顾建造维修局和军械局的反对(后两者认为在建造流程的后期调整舰体结构将付出较高代价),坚持采用笼式桅。海军部长作出了最终决定,他在大西洋舰队举行的海战演习后批准采用观测点位置较高的笼式桅,由此充分显示了这种结构的重要程度。2艘在建的南卡罗来纳级随即进行了改装;凯普斯原来安装的桅杆被截短,在共顶部安装了起重机,同时在舰体中心线安装了笼式桅。美国此前建造的所有战列舰也都改装了这种新式桅杆,其中许多是在它们于1909年2月结束“大白舰队”全球巡航之后实施改装。
重演历史教训
经过一番波折后,两艘南卡罗来纳级战列舰终于在1906年12月开工建造,并在3年后的1910年1月建成服役。两艘战舰服役后的经历可谓平淡无奇,在全球性的无畏舰建造热潮推动下,美国将一艘艘更加先进的主力舰送上船台,而两艘南卡罗来纳级战列舰很快便相形见绌,在舰队中的地位也随之下降。美国于1917年参加第一次世界大战后,两舰主要参与了新兵训练和护航任务。一战结束后,随着《华盛顿海军条约》的签订,南卡罗来纳级被列入拆毁名单,两舰随即退出现役,并在1923年拆除,从而结束了美国无畏舰开山之作的一生。
虽然南卡罗来纳级在设计过程出现了不少问题,但其最终结果却显得非常幸运。凯普斯无疑是一位杰出的造舰专家,但他并未充分认识到当时在舰炮技术领域发生的变革,军械局同样如此。凯普斯的设计方案实际上未能反映对远程射击观测(笼式桅杆)不断增加的需求,其防护装甲方案也只能应付射程较短的炮弹的攻击。在南卡罗来纳级的设计过程中,国会放松了排水量限制,但该设计方案仍然被证明无法令人满意。针对该级战列舰的批评意见(包括西姆斯)认为,导致这些问题的主要原因并非设计人员缺乏能力,而主要是设计流程存在缺陷。他们说服罗斯福总统参加了1908年夏季在海军作战学院举行的会议,有关各方对战列舰设计的争议成为此次会议的主题。
这次会议得出的结论是,美国海军一线部队军官未来将对战舰设计应具有更大的发言权。总委员会被赋予了研究并提出战舰“性能特点”即设计需求的职责。它还将负责监督初始设计方案的不断完善,并且在制定详细设计方案之前确定初始设计方案是否能够满足作战需求。首先受到上述变化影响的战列舰是纽约级和得克萨斯级,但真正受到深刻影响的是内华达级,后者的综合设计方案反映了舰炮远程射击技术的影响。
在二战期间,总委员会不再行使界定性能需求以及设计监督职能,但相互协调而不是“要么接受要么放弃”的机制却仍然得以保留。一线军官在得知战列舰性能指标确定后,通常会要求增加一些实际上并不需要的性能。设计人员对真正的设计需求缺乏相应了解。只有经过多次反复才能厘清以下事实,即类似于南卡罗来纳级战列舰這样的战舰实际上是一种矛盾的统一体一一在设计时部分考虑让其担负未来的远程海战任务,部分性能(如近程防护)又要满足与前无畏舰共同实施作战行动的需求。
与此类似,也只有通过相互协调,才能让那些确定此后建造战列舰性能指标的军官充分意识到提高航速或增大舰炮重量所需付出的代价。他们要么改变立场,要么在战列舰上加装原本不需要的设备。在美国海军内部保留这种传统显得至关重要。只有如此,才能够在作出重大调整时不至于付出巨大代价,或是在当某人的“好主意”被实践证明缺乏成效的情况下不至于产生尴尬。
当前,美国海军的运行机制类似于建造南卡罗来纳级战列舰时采用的“要么接受要么放弃”的模式。在上世纪90年代,美国国防部长办公室(OSD)决定在美军各军种对多种武器装备系统实施标准化采购流程。这些武器装备的性能指标由高级官员确定,工程师负责提出各种可以相互替代的设计方案。前者在后者提供的方案中进行选择。这种运行机制的基础类似于美国海军早在1908年就已放弃的“要么接受要么放弃”模式。在这种情况下,负责研究性能指标的设计人员无法真正理解这些指标的实际含义。性能指标的微小调整可能会对战舰的排水量及建造成本造成巨大影响,而美国海军似乎忘记了这种曾经令其付出高昂代价的教训。
OSDD希望将所有设计工作转交私营承包商,并指望能够充分发挥这些承包商的自由创造精神。然而,一旦确定了设计需求,进行调整将付出极其高昂的代价。美国按照这种思路设计的第一种战舰是朱姆沃尔特级驱逐舰(即DD-21)。该舰较大的排水量可直接追溯至降低雷达反射截面的严格要求。一旦美国海军采购了这种驱逐舰,它会想到降低对雷达反射载面需求可能是一种更好的主意。这种情况类似于美国海军当年在设计“南卡罗来纳”级战列舰过程中留下的遗憾:虽然背负式主炮塔象征着最先进的设计方案,但该舰的防护能力却无法满足实际需求。
整整一个世纪之前,两艘灰色的巨舰悄然加入了美国海军的战斗序列。这两艘战舰就是“南卡罗来纳”号和“密歇根”号战列舰,这两艘常常被现代海军迷所忽视的战舰却是当时美国海军最大、最先进的主力舰。两艘南卡罗来纳战列舰入役之时,英国海军划时代的“无畏”号战列舰已经加入现役,在不少漫不经心的观察者看来,两舰的建成仅仅是象征着保守的美国海军终于跟上了英国海军的发展步伐。很少有人注意到的是,两艘“南卡罗来纳”级战列舰实际是美国海军技术的一次飞跃式的进步,标志着美国战列舰设计思想大幅度领先于英国海军,走在了世界的前列。
但从性能数据上来看,“南卡罗来纳”号和“密歇根”号并不怎么出色,排水量、航速和主炮数量相比同时代无畏舰并无什么优势。然而,南卡罗来纳舰却采用了将主炮塔以背负式方式布置在战舰的中轴线上这一突破性布局,结果这两艘8门主炮的南卡罗来纳战列舰在排水量比10门主炮的“无畏”号在主炮数量少两门、排水量少2000吨的情况下,仍与后者具有相同舷侧火力和舷侧装甲带。而这种布局此后也成为世界各国主力舰的基本布局。南卡莱罗纳级战列舰的设计思想虽然先进,但受制于当时美国船舶工业的能力,两艘战舰虽然早在1904年秋就開始策划设计方案,但直到近6年后才加入现役。舰炮技术的革命性发展
20世纪初,全球范围内出现了为战列舰安装单一口径重型舰炮的趋势,英国海军的“无畏”号战列舰通常被视为这种变革的象征,而这种变革本身也是始于19世纪末的战列舰舰炮技术发展态势的必然结果。大约在19世纪80年代,大型战舰通常仅配备少数射速极慢的大口径舰炮,但是只有它们发射的炮弹才能够穿透敌方战舰的重型防护装甲。当时的一些海军专家认为,这些重型舰炮的射击速度过慢,以至于它们在很大程度上无法有效攻击敌舰(尤其是航速较高的型号)。别出心裁的意大利人设计出了几乎不安装防护装甲但是航速较高的战列舰,它们装备了当时口径最大的重型舰炮。
19世纪80年代末,使用黄铜弹壳的速射(QF)舰炮研制成功,这种舰炮能够大幅度提高射速。当战列舰采用了中等口径速射舰炮后,它们能够击穿敌方战列舰防护装甲较薄的部位。1890年,世界海军强国已普遍为其战列舰安装7"4门重型(通常为305毫米或343毫米)慢射速舰炮,再加上多门中等口径速射炮。美国最初不具备制造速射炮的能力,因此美国海军只得选择203毫米舰炮作为速射炮的替代手段。虽然这种过渡型舰炮的射击速度远高于大口径主炮,但射速仍然低于速射炮。1898年,随着美国工业技术水平的提升,已经没有必要在新建的战列舰上保留203毫米过渡型舰炮。然而在美西战争中,这种过渡型舰炮的表现却好于重型舰炮。在没有进行深入分析的情况下,美国海军决定在未来新建的战列舰上仍然保留这种过渡型舰炮。因此,1898年之后的美国战列舰设计方案将舰炮口径分为三种主要类型:重型(305毫米);中型(203毫米);轻型(当时的6英寸152毫米以及此后的7英寸/178毫米)。
与此同时,大口径舰炮的射击速度也得到了提高,从过去的每5分钟发射1发炮弹提高至每分钟发射一发炮弹(甚至更快)。口径较小的二级主炮(如203毫米和254毫米)虽然射速更快,但在这方面的优势已经大幅度降低。19世纪90年代中期开始使用的克虏伯和卡内基防护装甲能够在作战射程内防护152毫米和203毫米舰炮的攻击。由于新式防护装甲的质量较好,因此能够降低厚度,同样重量的装甲可用于为舰体其他部分提供防护。这种变化使得此前以混合方式配备中型速射舰炮与重型舰炮的做法已没有太大意义。
1900至1904年,在主要海军强国订购(或至少设计)的战列舰中,至少将部分此前配备的中等口径速射舰炮代之以重量大得多的非速射舰炮。合乎逻辑的下一步骤是放弃所有未被列入二级主炮,同时配备部分用于防范敌方鱼雷艇攻击的超轻型舰炮。
鱼雷和舰炮火控技术的飞速进步同样指明了类似发展方向。当时普遍接受的观点是,在海战中舰炮射击的毁伤效应具有累积性——战舰的受损程度不断增大并最终沉没。另一方面,如果战舰在水下遭受敌方攻击,一或两次此类攻击就能够造成致命毁伤。由于战列舰同时配备鱼雷和舰炮,并且有可能在海战中使用这两种武器,因此较为明智的做法是在敌方大型战舰发射鱼雷之前将其击沉。因此,一些国家的海军(尤其是美国和英国海军)对射程超过鱼雷的舰炮产生了兴趣。
在这种射程(1902年对于美国海军而言是2740米,大约相当于4年前舰炮射程的两倍),即使是当时配备的203毫米舰炮也无法击穿战列舰的防护装甲。因此,美国海军在其大型装甲舰上配备了254毫米舰炮,它预计这种战舰将在未来海战中与战列舰共同实施作战行动。
失误不断的设计流程
1900年前后很长一段时间内,美国海军的装备采购、建造主要是受一些直接听命于海军部长的局级部门的控制。在19世纪80年代,美国为现代化“新海军”建造第一批战舰的设计工作不尽人意,这部分是因为海军部所属各局的协调存在问题。为解决该问题,时任美国海军部长的本杰明·特雷西于1889年组建了负责协调各局行动的造舰委员会。
此后,美国海军在美西战争中的经历使海军部长约翰·朗相信,当时已经有必要建立一个主要负责在和平时期制定战争计划的顾问委员会一一被称为美国海军总委员会,该委员会最初由杜威担任主席。建立于1884年的海军作战学院主要是作为美国海军思想库发挥作用,该学院的高级班负责在战术兵棋推演中测试新式战舰的设计构想。每年夏天,该学院都在位于罗德岛州的纽波特举行一次会议,主要研究美国海军面临的重要问题。美国政府很自然地对海军施加了影响,而当西奥多·罗斯福1901年开始担任总统后,美国海军有了一位对发展海上作战力量具有浓厚兴趣且精力充沛的强势支持者。
在通常情况下,总委员会主席向海军部长提出建议,再由后者向建造委员会提出一般性要求。在海军技术发展相对稳定的时期,这种体制不会造成严重问题;提出要求的对应该建造具备哪些性能的战舰具有相当清楚的认识。建造委员会通常会基于“要么接受要么放弃”的原则提供替代设计方案;当美国海军选择其中某种战舰后,海军部各局负责提出设计方案。
而在技术突然发生变化的情况下,事态就变得相当复杂,例如1902年发生的相关情况。在这种背景下,设计人员虽 然能够提供在名义上符合特定需求的方案,但这些方案实际上很难令人满意。此外,在19世纪末至20世纪初,美国海军内部出现了某种越来越强烈的情绪,即担负一线作战任务的部队认为,它们对海军部各局的影响几乎微不足道,后者被视为极端保守的部门。战列舰设计思想的突然转变使得这种不满情绪逐渐公开化,并且由此改变了美国海军在此后90年的基本运行方式。
在上述力量平衡体系中,国会成为重要因素之一。从19世纪90年代末到1902年,美国战列舰的排水量从12500吨增大至16000吨。国会非常想控制造舰成本及排水量。根据1903年春达成的一项妥协条件,国会批准向海军提供2艘小型战列舰(排水量为13000吨的爱达荷级)以及3艘排水量16000吨级的型号。
走向“全重型舰炮”战列舰
在海军部各局提供的替代上述两艘13000吨级战列舰的所有方案中,有一份于1902年5月起草,依据该方案设计的战列舰配备12门254毫米舰炮(美国设计人员此前一直受命研制小型战列舰,这主要是因为国会可能强行要求呈报它批准建造的所有战舰降低排水量)。因为相关部门倾向于采用混合口径舰炮的常规战列舰,因此该方案被拒绝。
最重要的是,国会可能不愿意接受排水量超过16000吨的战列舰。即便如此,当时普遍形成的共识是,战列舰设计应该采取有别于混合口径舰炮的重大调整,即采用类似于10门254毫米舰炮的单一口径设计。在这方面最有名的公开理论表述源于意大利海军首席造舰专家维托里奥·库尼伯蒂,他在1903年版《简氏战舰》上撰文指出,英国皇家海军应该建造一种全部装备305毫米舰炮的战舰。可以说,早在“无畏”号下水两年多前,此类战列舰的设计构想已经在国际海军界广泛流行。
在美国国内支持建造单一口径舰炮战列舰的人士中,最著名的要数美国海军的霍默·庞德斯通少校。1902年12月,他向罗斯福总统呈交了一份报告,在该报告中,庞德斯通强烈要求建造排水量大幅度增加的战列舰。在该报告的附件中,庞德斯通建议将当时的305毫米与203毫米口径舰炮的组合更换为280毫米和228毫米舰炮组合。1903年6月,美国海军造舰专家华盛顿·埃尔文·钱伯斯进一步发展了庞德斯通的设计思路,并向海军作战学院提交了一份“全重型舰炮”设计方案。钱伯斯的建议之所以具有重要意义,是因为他是一位训练有素的海军技术专家,一直向该军种提供切实可行的设计方案。1903年夏季,在海军作战学院举行会议期间进行的兵棋推演表明,1艘配备12门280毫米或305毫米舰炮(其中8门位于舷侧)的战列艦的综合作战能力相当于3艘常规战列舰。最终,此次会议倾向于建造新型战列舰并提出了相应设计需求。
基于上述情况,总委员会于1903年10月正式提出了实施新式战列舰可行性研究项目的要求,该舰配备12门305毫米舰炮以及数量尽可能多的76.2毫米反鱼雷艇舰炮。上述要求成为“南卡罗来纳”号和“密歇根”号设计方案的起源。明确设计需求是总委员会担负的新职责,它此前的主要职能是制定作战计划,但也提出了一份与美国国家战略相匹配的长期造舰计划。该委员会采取了前所未有的举动,在可行性研究需求中强调了舰炮性能,由此表明了研发新式战列舰的重要性。设计流程进展趋缓
在收到可行性研究需求之后,建造维修局并未按相关要求行事。该局当时人手有限,而它还担负着为已经获准建造和签署建造合同的多艘战舰提供详细设计方案的任务。建造维修局或建造委员会当时都没有意识到“全重型舰炮”战列舰作为一种创新的重要程度。建造维修局在1904年之前已经详细审查了三种型号战列舰(弗吉尼亚级、康涅狄格级和“密西西比级)的设计方案,该局抱怨它提出的唯一的单一口径舰炮设计方案最终被否决。基于美国海军的组织结构,总委员会虽然能够向海军部长提出建议,但无法强迫后者按其意愿行事。
然而,总委员会在1904年1月再次提出TAn述要求,这一次是要求配备各4门305毫米和254毫米主炮。即便这种战列舰无法全部安装305毫米主炮,但继续配备203毫米主炮已经显得毫无意义。1904年夏季,在海军作战学院举行的会议上,与会人员将这种战列舰(此时已被命名为“南卡罗来纳”号)分别与1903年战列舰(全部安装305毫米)和采用混合式舰炮的康涅狄格级(4门305毫米、8门203毫米以及12门178毫米舰炮)进行了对比。
在1903和1904年举行的会议上都提出了以下观点,即在当时的鱼雷射程(2740米)下,203毫米舰炮无法穿透大多数的中型战列舰防护装甲。即便是254毫米舰炮也可能无法穿透厚度最大的战列舰防护装甲;只有305毫米舰炮肯定能够实现这种毁伤效应。针对鱼雷射程可能增大至8910-7320米,采用305毫米舰炮的呼声更为强烈。
1904年9月,建造维修局根据建造委员会的建议,开始设计激进程度最低的战列舰——安装4门305毫米和8门254毫米舰炮,其中后者用于替代8门203毫米和12门178毫米舰炮。然而,1门305毫米舰炮可以替代2门254毫米舰炮。初始设计方案要求在舷侧设置主炮塔,而这种结构使得舰体的拉伸强度急剧增大,并且需要在甲板上切开大洞用于容纳炮台。
1905年3月3日,当建造维修局仍旧纠缠于设计问题时,国会批准建造2艘新式战列舰“南卡罗来纳”号和“密歇根”号。然而,国会议员们仍然强调了16000吨的排水量上限,这使得设计人员面临着极为艰巨的任务。在这种情况下,为其配备舷侧主炮塔显得不切实际。
凯普斯的创新
时任美国海军首席造舰专家兼建造维修局局长的华盛顿·凯普斯海军少将选择了一种激进的解决方案:这两艘战列舰只装备8门305毫米主炮——并将其安装在位于中轴线的四座炮塔内,其中两座可以从另外两座炮塔的上方进行射击。凯普斯清楚的知道,战列舰舰队通常会采用一字纵队航行,编队中的战舰向一侧射击,有多少门舰炮实施舷侧射击非常重要。最经济的方式是将所有舰炮均安装于中轴线上,其中两座炮塔的安装位置高于其他炮塔。与此同时,军械局重新设计了瞄准设备,并把这些设备从炮塔顶部移至炮塔侧面。以免它们受到上方舰炮开火时产生的炮口暴风的冲击,南卡罗来纳级也是美国首批采用这种布局的战列舰。
在几年内,其他国家海军虽然也都选择了背负式炮塔,但它们仍未放弃安装于炮塔顶部的瞄准设备。凯普斯提出的最终设计方案显然是一系列“全重型舰炮”战列舰设计方案之中的第十九种(s方案)。背负式炮塔的构想最初可能是在1905年4月提出,设计人员当时请求工程局压缩轮机舱的空间,从而为主炮提供更多的中心线空间。该设计方案于1905年6月底完成。
采用“全重型舰炮”以及将舰炮安装 于中轴线有助于节省装甲重量,主要是因为在这种情况下已没有必要为内置178毫米舰炮的较长炮室提供中型防护装甲,而且此时仅需安装四座炮塔一炮台组合结构(而不是以前的八座)。
防护装甲的改进和缺陷
凯普斯还思考了防护装甲的结构问题。此前建造的战列舰采用下倾式甲板,并与吃水线以下装甲带的下侧相交;在上方,吃水线以下装甲带是厚度较薄的防护装甲(用于防护轻型舰炮)。倾斜式甲板不仅用于防止穿透吃水线以下装甲带的敌舰炮弹破坏轮机舱和弹药库,而且用于防护击中上侧吃水线以下装甲带的炮弹所形成的破片。敌舰显然会使用重型舰炮攻击吃水线以下装甲带和主炮炮塔;重型舰炮的射速不足以使它有时间攻击次要目标,如为轻型舰炮提供防护的炮室和炮塔。
然而,随着304.8毫米舰炮的射速提高且射程增大,上述观点显然不成立。在凯普斯看来,厚度较大的吃水线以下装甲带将能够防护大口径炮弹的攻击。由此,他采用平面甲板(与吃水线以下装甲带上侧相交)替换老式倾斜甲板,并由此节省了一些重量。节省的重量主要用于增大吃水线以下装甲带的厚度(但其宽度减少)。主炮之所以有必要采用防护装甲较薄的炮台,是因为较高的炮台导致重量大幅度增加。按照降低重量的要求,舰首和舰尾防护装甲被取消,而凯普斯得出了正确结论,即此类防护装甲的作用仅仅是引爆穿甲弹。
虽然与此前建造的战列舰防护装甲结构相比,南卡罗来纳级取得了明显进步,但仍然存在重大缺陷。根据美国海军有意实施的设计射程较大战列舰的计划,该级战列舰只能配备305毫米舰炮(或更大口径)。凯普斯认识到轻型防护装甲毫无用处,而此时的明智做法是,在某些区域尽可能增加厚度最大防护装甲的宽度,同时在其他区域根本不安装防护装甲。
当总委员会在几年后讨论最终演变为内华达级战列舰的设计方案时,也得出与凯普斯完全相同的结论。凯普斯预测,敌方舰炮在进行远程射击时,炮弹将以较为陡直的角度进行俯射,因此他保留了上层吃水线以下装甲带,而炮弹击中装甲带形成的破片将由吃水线附近的装甲实施防护。大约在1910年,当舰炮真正具备了远程射击能力之后(或是至少具备了发展潜力),选择变得简单:吃水线以下装甲带采用厚度最大的防护装甲,并且尽可能增大宽度,同时安装较薄的低层防护装甲,用于防护穿透主甲板的炮弹破片。
甲板下方和上方的调整
与此前建造的战列舰相比,在将两座以上的炮塔安装于中轴线上后,用于轮机舱的空间受到了压缩。凯普斯考虑到排水量的限制,以及预计南卡罗来纳级将与此前已服役的战列舰共同实施战术作战行动,因此认为增大该级战列舰的输出功率及航速没有意义。
然而,凯普斯必须在轮机舱空间较小以及动力系统技术未进行调整的情况下,使南卡罗来纳级具备与其他美国大型战舰相同的输出功率。他还希望减少锅炉房的空间,从而为增强鱼雷防护能力提供更大空间。在理想状态下,凯普斯可以采用大功率锅炉并将锅炉总数减少三分之一,但是工程局却无法为其提供这种锅炉。凯普斯最终采取的解决办法是取消中心线舱壁。凯普斯将此前建造的康涅狄格级战列舰的平面甲板替换为切削式舰尾。由于用作军官舱室的舰体空间减少,因此凯普斯将此类舱室移至舰体中部的上层建筑内。
在南卡罗来纳级战列舰建造期间,其设计方案又进行了调整,使其它们成为首批采用笼式桅杆的战列舰。美国海军于1904年进行了首次特殊射击测试,发现只有能够在从水面观测到舰炮齐射弹着点的情况下,才能进行有效的远程射击。1905年12月,火控委员会建议加大观测平台的高度,这种平台可能安装于某种格架式桅杆上,即便敌方炮弹打断了这种桅杆的某些支架,平台也能保持在原处。
这种桅杆当时并不受欢迎。军械局倾向于在烟囱顶部下方的位置加装一座轻型舰桥(不至于受到烟雾的干扰)。远程射击的支持者指出,观测点的位置越高,有效射程越大,这意味着在海战中取得优势。领航局不顾建造维修局和军械局的反对(后两者认为在建造流程的后期调整舰体结构将付出较高代价),坚持采用笼式桅。海军部长作出了最终决定,他在大西洋舰队举行的海战演习后批准采用观测点位置较高的笼式桅,由此充分显示了这种结构的重要程度。2艘在建的南卡罗来纳级随即进行了改装;凯普斯原来安装的桅杆被截短,在共顶部安装了起重机,同时在舰体中心线安装了笼式桅。美国此前建造的所有战列舰也都改装了这种新式桅杆,其中许多是在它们于1909年2月结束“大白舰队”全球巡航之后实施改装。
重演历史教训
经过一番波折后,两艘南卡罗来纳级战列舰终于在1906年12月开工建造,并在3年后的1910年1月建成服役。两艘战舰服役后的经历可谓平淡无奇,在全球性的无畏舰建造热潮推动下,美国将一艘艘更加先进的主力舰送上船台,而两艘南卡罗来纳级战列舰很快便相形见绌,在舰队中的地位也随之下降。美国于1917年参加第一次世界大战后,两舰主要参与了新兵训练和护航任务。一战结束后,随着《华盛顿海军条约》的签订,南卡罗来纳级被列入拆毁名单,两舰随即退出现役,并在1923年拆除,从而结束了美国无畏舰开山之作的一生。
虽然南卡罗来纳级在设计过程出现了不少问题,但其最终结果却显得非常幸运。凯普斯无疑是一位杰出的造舰专家,但他并未充分认识到当时在舰炮技术领域发生的变革,军械局同样如此。凯普斯的设计方案实际上未能反映对远程射击观测(笼式桅杆)不断增加的需求,其防护装甲方案也只能应付射程较短的炮弹的攻击。在南卡罗来纳级的设计过程中,国会放松了排水量限制,但该设计方案仍然被证明无法令人满意。针对该级战列舰的批评意见(包括西姆斯)认为,导致这些问题的主要原因并非设计人员缺乏能力,而主要是设计流程存在缺陷。他们说服罗斯福总统参加了1908年夏季在海军作战学院举行的会议,有关各方对战列舰设计的争议成为此次会议的主题。
这次会议得出的结论是,美国海军一线部队军官未来将对战舰设计应具有更大的发言权。总委员会被赋予了研究并提出战舰“性能特点”即设计需求的职责。它还将负责监督初始设计方案的不断完善,并且在制定详细设计方案之前确定初始设计方案是否能够满足作战需求。首先受到上述变化影响的战列舰是纽约级和得克萨斯级,但真正受到深刻影响的是内华达级,后者的综合设计方案反映了舰炮远程射击技术的影响。
在二战期间,总委员会不再行使界定性能需求以及设计监督职能,但相互协调而不是“要么接受要么放弃”的机制却仍然得以保留。一线军官在得知战列舰性能指标确定后,通常会要求增加一些实际上并不需要的性能。设计人员对真正的设计需求缺乏相应了解。只有经过多次反复才能厘清以下事实,即类似于南卡罗来纳级战列舰這样的战舰实际上是一种矛盾的统一体一一在设计时部分考虑让其担负未来的远程海战任务,部分性能(如近程防护)又要满足与前无畏舰共同实施作战行动的需求。
与此类似,也只有通过相互协调,才能让那些确定此后建造战列舰性能指标的军官充分意识到提高航速或增大舰炮重量所需付出的代价。他们要么改变立场,要么在战列舰上加装原本不需要的设备。在美国海军内部保留这种传统显得至关重要。只有如此,才能够在作出重大调整时不至于付出巨大代价,或是在当某人的“好主意”被实践证明缺乏成效的情况下不至于产生尴尬。
当前,美国海军的运行机制类似于建造南卡罗来纳级战列舰时采用的“要么接受要么放弃”的模式。在上世纪90年代,美国国防部长办公室(OSD)决定在美军各军种对多种武器装备系统实施标准化采购流程。这些武器装备的性能指标由高级官员确定,工程师负责提出各种可以相互替代的设计方案。前者在后者提供的方案中进行选择。这种运行机制的基础类似于美国海军早在1908年就已放弃的“要么接受要么放弃”模式。在这种情况下,负责研究性能指标的设计人员无法真正理解这些指标的实际含义。性能指标的微小调整可能会对战舰的排水量及建造成本造成巨大影响,而美国海军似乎忘记了这种曾经令其付出高昂代价的教训。
OSDD希望将所有设计工作转交私营承包商,并指望能够充分发挥这些承包商的自由创造精神。然而,一旦确定了设计需求,进行调整将付出极其高昂的代价。美国按照这种思路设计的第一种战舰是朱姆沃尔特级驱逐舰(即DD-21)。该舰较大的排水量可直接追溯至降低雷达反射截面的严格要求。一旦美国海军采购了这种驱逐舰,它会想到降低对雷达反射载面需求可能是一种更好的主意。这种情况类似于美国海军当年在设计“南卡罗来纳”级战列舰过程中留下的遗憾:虽然背负式主炮塔象征着最先进的设计方案,但该舰的防护能力却无法满足实际需求。