新概念潛艇及其技術(shù)展望

1 引 言

潛艇具有隱蔽性好、突擊力強(qiáng)的特點(diǎn)。潛艇作為攻擊性武器是對(duì)抗航空母艦和進(jìn)行核威懾的重要軍備力量，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)和戰(zhàn)略中發(fā)揮著日益突出的作用。一直以來(lái)，各軍事強(qiáng)國(guó)都希望獲得性能更優(yōu)異的潛艇，不斷采用新的突破性技術(shù)，而新概念潛艇往往為這些關(guān)鍵技術(shù)上的技術(shù)飛躍提供了思路，從而推動(dòng)了高性能潛艇的發(fā)展。以下分別對(duì)新概念潛艇以及相關(guān)的武器和通信技術(shù)進(jìn)行介紹。

2 磁流體推進(jìn)潛艇

與現(xiàn)役的常規(guī)潛艇或核潛艇相比，磁流體推進(jìn)潛艇具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、振動(dòng)小、噪聲低和操縱靈活等特點(diǎn)，也具備高速推進(jìn)的能力。磁流體推進(jìn)器無(wú)空泡，不產(chǎn)生空泡噪聲，也不采用通常的機(jī)械部件和減速齒輪，因而也不產(chǎn)生機(jī)械噪聲[1-4]。此外，這種推進(jìn)器還因推力集中、水的紊流較小而減弱了磁通量的變化，可以避免被敵方磁探儀探測(cè)跟蹤。日本比較重視磁流體推進(jìn)的實(shí)用化技術(shù)研究，1985年日本成立了“超導(dǎo)電磁推進(jìn)船開發(fā)研究委員會(huì)”，決定建立超導(dǎo)電磁推進(jìn)試驗(yàn)船，1992年研制的“大和一號(hào)”試驗(yàn)船在海上自航試驗(yàn)成功[5]，雖然該船的推進(jìn)器超導(dǎo)磁體的磁場(chǎng)未達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)定的4T指標(biāo)就出現(xiàn)失超，但只需進(jìn)一步提高超導(dǎo)磁體的磁場(chǎng)強(qiáng)度，完善磁體制造技術(shù)，減輕推進(jìn)器、動(dòng)力和制冷等設(shè)備的重量，就可以使船速和效率達(dá)到實(shí)用化的水平。磁流體推進(jìn)器還能減少水動(dòng)力阻力，減少維護(hù)量及降低可檢測(cè)性。文獻(xiàn)[6]指出，目前應(yīng)用螺旋槳推進(jìn)器系統(tǒng)的潛艇已經(jīng)獲得20～42 kn的航速，利用稍作修改的壓水堆作為動(dòng)力源的磁流體推進(jìn)器，可獲得此范圍內(nèi)的速度。如果同時(shí)采用液態(tài)金屬增殖反應(yīng)器，可達(dá)到更大的水下航速。由于潛艇的聲隱蔽性在隱身性中最為重要，磁流體推進(jìn)潛艇運(yùn)動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生空泡和機(jī)械噪聲的顯著優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是未來(lái)潛艇的重要發(fā)展方向。采用磁流體推進(jìn)和螺旋槳結(jié)合構(gòu)成的混合式推進(jìn)潛艇也是一種構(gòu)想方案。

3 燃?xì)廨啓C(jī)和燃料電池混合推進(jìn)系統(tǒng)的英國(guó)新概念潛艇

2004年在悉尼舉辦的太平洋海事展覽會(huì)上，英國(guó)BMT國(guó)防服務(wù)有限公司推出一種非核、電潛艇模型SSGT，該潛艇采用燃?xì)廨啓C(jī)和燃料電池的混合推進(jìn)。該設(shè)計(jì)包括換氣裝置和燃料電池的不依賴空氣推進(jìn)(AIP)[7-9]系統(tǒng)以及專供水下高速航行使用的鈉鎳氯化物電池，該潛艇水下機(jī)動(dòng)性接近核潛艇，但造價(jià)和噪聲比核潛艇低。這使?jié)撏軌蛞?0 kn航速半潛航行數(shù)千海里，在進(jìn)入戰(zhàn)區(qū)后使用燃料電池或蓄電池轉(zhuǎn)入長(zhǎng)達(dá)30天的隱蔽航行。對(duì)于更隱蔽的但速度較慢的經(jīng)航要求，艇上的工作用電和動(dòng)力用電靠燃料電池提供。其燃料電池通過(guò)潛艇的水下通氣桅桿吸入的空氣與從精制煤油中獲得的氫發(fā)生反應(yīng)，精制煤油由裝在潛艇露天甲板下的外部燃料袋運(yùn)載。到達(dá)指定水域后，該潛艇以AIP方式使用燃料電池，煤油中的氫與艇載液罐中的液氧發(fā)生反應(yīng)。最高至30 kn的短時(shí)戰(zhàn)術(shù)沖刺由鈉氯化鎳電池組提供動(dòng)力。由于在所有模式下發(fā)電采用相同的燃料和設(shè)備，所以該潛艇在經(jīng)航和戰(zhàn)區(qū)執(zhí)行任務(wù)時(shí)在速度和自持力上相當(dāng)靈活。為消除推進(jìn)裝置在高速時(shí)的空化效應(yīng)，設(shè)計(jì)采用涵道式噴水推進(jìn)。該新概念潛艇有望在2012年研制成功[10]。

4 無(wú)人潛器

無(wú)人水下航行器(UUV)[11]靠遙控或自動(dòng)控制在水下航行，用于高風(fēng)險(xiǎn)作戰(zhàn)區(qū)執(zhí)行任務(wù)或高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)區(qū)作業(yè)。無(wú)人潛器取消了艇員，能深入敵群，可避免艇員承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)，是隱蔽性好、效費(fèi)比高的作戰(zhàn)工具。核潛艇所裝備的無(wú)人水下航行器，既可以作為水下武器平臺(tái)，實(shí)施水下隱蔽突擊，參加潛艇戰(zhàn)、反潛戰(zhàn)、水雷戰(zhàn)等作戰(zhàn)，又可作為傳感器平臺(tái)，實(shí)施偵察、監(jiān)視、收集情報(bào)、海洋觀察，以及執(zhí)行其它許多作戰(zhàn)使命。美國(guó)海軍研制的近期水雷偵察系統(tǒng)(NMRS)，已于1998年開始裝備“洛杉磯”級(jí)核潛艇。NMRS的主要任務(wù)是作為隱蔽的水雷偵察工具，可執(zhí)行偵察任務(wù)，為潛艇在雷區(qū)航行提供安全引導(dǎo)。美軍正在研制用于探雷的遠(yuǎn)期水雷偵察系統(tǒng)(LMRS)，但LMRS不能滅雷。此外，美軍正在進(jìn)行“曼塔”(Manta)無(wú)人水下航行器的設(shè)計(jì)研究，希望在2010年投入使用[12]。Manta嵌入潛艇殼體內(nèi)，在淺水區(qū)執(zhí)行危險(xiǎn)任務(wù)時(shí)釋放，利用探測(cè)器和攻防武器，進(jìn)行水下監(jiān)視發(fā)現(xiàn)敵方水雷場(chǎng)，跟蹤和攻擊敵潛艇，完成任務(wù)后返回母艇[13]。

5 仿生潛艇

2名密歇根大學(xué)的學(xué)生根據(jù)魚類潛游狀態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)想建造一種“仿魚潛艇”，這種潛艇外層包裹著1層由特殊材料制成的彈性外表，用貫穿艇體的彈性棒帶動(dòng)的尾巴周期性變化成為有規(guī)律的擺動(dòng)推動(dòng)潛艇前進(jìn)，能提高潛艇的水下機(jī)動(dòng)性和隱蔽性。他們的這一設(shè)計(jì)已得到美國(guó)海軍的肯定，并批準(zhǔn)立項(xiàng)[14]。

國(guó)外研究發(fā)現(xiàn)，在艇體表面噴注聚合物就像海豚和魚在其身體上分泌降阻油一樣可減小摩擦阻力。這種技術(shù)能使?jié)撏Р恍枰黾庸β示湍芴岣吆剿佟?艘航速30 kn的核潛艇，如果推進(jìn)功率增大1倍能提高航速至38 kn，如果阻力減小一半航速同樣能達(dá)到38 kn。俄羅斯已經(jīng)開始利用在艇體上涂敷層的技術(shù)，包括有消聲能力的障礙涂料，對(duì)邊界層壓力作出反應(yīng)的嵌入式軟質(zhì)多孔材料，對(duì)邊界層加熱控制的電毯，以及向涂層表面添加聚合物，可減小摩擦阻力60%[15]。

6 水泥潛艇

俄羅斯海軍正在研制的水泥潛艇靠自身重量能下潛到深海，這種潛艇能夠下潛到目前的潛器不能達(dá)到的深度，并能以垂直發(fā)射的魚雷攻擊其上方的艦船。由于聲吶無(wú)法發(fā)現(xiàn)這種水泥船體和接近靜音的推進(jìn)系統(tǒng)，這種潛艇在海底活動(dòng)范圍很廣。水泥潛艇以電池為動(dòng)力，同普通潛艇不同，水泥潛艇沒(méi)有重量限制，可以有許多分艙，只需要最低限度數(shù)量的艇員操作，水泥潛艇也便于采用“狼群”戰(zhàn)術(shù)攻擊目標(biāo)[16]。

7 航母潛艇—航母和潛艇結(jié)合

潛艇隱蔽性好，能夠在水下作戰(zhàn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)突襲，但水下航速低，制空能力差，對(duì)陸攻擊和支援能力較弱，航空母艦的特點(diǎn)恰恰相反，航母續(xù)航力強(qiáng)、機(jī)動(dòng)快速，攜帶的艦載機(jī)具有作戰(zhàn)半徑大、攻擊力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但航母出動(dòng)必須是戰(zhàn)斗群，隱蔽性差，是水面上最明顯的攻擊目標(biāo)，極其依賴飛機(jī)與其他艦艇防護(hù)。潛艇與航母兩者的優(yōu)缺點(diǎn)恰好可以相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，設(shè)計(jì)一種既能夠潛航又能夠攜帶攻擊性艦載機(jī)的新式艦船—航母潛艇(也被稱為潛艇航母等)是一種新的發(fā)展概念。二戰(zhàn)期間，日本曾經(jīng)使用這種潛航母艦對(duì)美國(guó)進(jìn)行過(guò)突襲，但當(dāng)時(shí)這種潛艇一方面沒(méi)有解決好飛機(jī)的回收問(wèn)題，另一方面最多僅能攜帶3架飛機(jī)(1945年的I-400型航母潛艇[17])而限制了戰(zhàn)斗力。目前英國(guó)、美國(guó)均對(duì)航母潛艇的可行性做了大量論證和一些關(guān)鍵性試驗(yàn)。

8 相關(guān)的武器和通信技術(shù)

8.1 武器裝備

一種革命性的魚雷武器技術(shù)就是蘇聯(lián)/俄羅斯的“暴風(fēng)”高速火箭魚雷[18,19]。20世紀(jì)70年代末蘇聯(lián)海軍接收了第一條該魚雷。這種魚雷由于超空化效應(yīng)使速度達(dá)到了200 kn[20-22]，但該魚雷缺乏制導(dǎo)能力，僅根據(jù)來(lái)自艦殼聲吶的數(shù)據(jù)發(fā)射，是直航魚雷，目前該魚雷的自導(dǎo)問(wèn)題尚待解決，也僅用于潛艇。俄羅斯由于經(jīng)費(fèi)短缺，已把這種魚雷投放市場(chǎng)。目前美國(guó)和德國(guó)正在進(jìn)行超空化研究的合作，已經(jīng)開始了新型速度極快的魚雷的試驗(yàn)，這種新型魚雷將具有自導(dǎo)系統(tǒng)，安裝在艏部空化錐尖上[23]。

除火箭魚雷外，美國(guó)正在開發(fā)的艇外儲(chǔ)存發(fā)射魚雷技術(shù)極具創(chuàng)新性。美國(guó)的Tango-Bravo計(jì)劃的目的是尋找突破潛艇現(xiàn)有設(shè)計(jì)障礙的新技術(shù)，從根本上重新思考潛艇的設(shè)計(jì)方法。美國(guó)期望建造一級(jí)能力與“弗吉尼亞”級(jí)潛艇相當(dāng)、但成本、尺寸僅為其1/2的新一代潛艇。從2005年開始，DARPA分別與通用動(dòng)力、諾思羅普·格魯曼等公司相繼簽署合同，開始進(jìn)行Tango-Bravo計(jì)劃中相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)和論證工作。該計(jì)劃的主要目標(biāo)是降低未來(lái)潛艇的采辦和支持成本，主要在5個(gè)關(guān)鍵的潛艇技術(shù)領(lǐng)域開展研究，其中包括艇外武器儲(chǔ)存和發(fā)射。該技術(shù)取消傳統(tǒng)發(fā)射管和垂直發(fā)射系統(tǒng)，而將武器裝載在耐壓殼外部。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)為：1)不用占據(jù)艇內(nèi)空間，有利于減小艇體尺寸，降低成本；2)可以自由選擇武器的尺寸，極其有利于無(wú)人潛器的使用；3)沒(méi)有了產(chǎn)生噪聲的魚雷管門；4)不需要復(fù)雜的水下發(fā)射技術(shù)。負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的諾思羅普·格魯曼公司等已在淺海區(qū)成功發(fā)射了全尺寸的MK48魚雷以展示此設(shè)計(jì)理念。2007年2月進(jìn)行的第二階段開發(fā)和測(cè)試是在最大作業(yè)深度發(fā)射全尺寸武器，驗(yàn)證了有能力從艇殼外部裝載和發(fā)射魚雷，且發(fā)射時(shí)艇的速度和深度可與“弗吉尼亞”級(jí)相當(dāng)。該技術(shù)的難點(diǎn)在于當(dāng)武器在耐壓殼外部時(shí)如何接近、裝載和輸送武器[24]。

8.2 通信設(shè)備技術(shù)

潛艇處于水下潛航狀態(tài)時(shí)對(duì)岸通信主要使用超長(zhǎng)波，但采用藍(lán)綠激光有更好的傳輸性能。從20世紀(jì)70年代起，各國(guó)對(duì)藍(lán)綠激光通信進(jìn)行了大量的開發(fā)工作。激光通信通頻帶窄，被截獲的可能性小，抗干擾能力強(qiáng)，不受核爆炸的影響，數(shù)據(jù)傳輸率高，信息容量大，能在電磁對(duì)抗環(huán)境下安全隱蔽地傳輸數(shù)據(jù)和話音，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，對(duì)處在水面下300 m深度的接收機(jī)發(fā)送信息是完全可能的。由于潛艇藍(lán)綠激光通信系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜，耗資大，所以還沒(méi)有進(jìn)入實(shí)用階段[25]。

9 結(jié) 論

本文對(duì)未來(lái)超導(dǎo)磁流體推進(jìn)潛艇、混合動(dòng)力潛艇、無(wú)人潛器、仿生潛艇、水泥潛艇、航母潛艇、自導(dǎo)超空化高速魚雷、武器艇外布置發(fā)射、水下藍(lán)綠激光通信等新概念潛艇和相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了介紹，揭示了未來(lái)潛艇的發(fā)展方向，盡管其中一些技術(shù)可能在保密的狀態(tài)下已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但有些概念的關(guān)鍵技術(shù)仍需要不斷突破和創(chuàng)新，未來(lái)潛艇也必將對(duì)世界科學(xué)技術(shù)進(jìn)步起到極大的促進(jìn)作用。

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