國外核潛艇大潛深技術(shù)發(fā)展趨勢

張彩坤，陳國琳，王 磊

(武漢第二船舶設(shè)計研究所，湖北 武漢 430064)

國外核潛艇大潛深技術(shù)發(fā)展趨勢

張彩坤，陳國琳，王 磊

(武漢第二船舶設(shè)計研究所，湖北 武漢 430064)

簡要介紹了國外主要海軍強國大潛深核潛艇現(xiàn)狀，從大潛深材料技術(shù)、大潛深結(jié)構(gòu)技術(shù)、大潛深系統(tǒng)技術(shù)三方面，認(rèn)真分析核潛艇實現(xiàn)大潛深的技術(shù)難點和重點，展望了核潛艇大潛深技術(shù)的發(fā)展趨勢。通過該文可了解世界各海軍強國發(fā)展核潛艇大潛深技術(shù)的思路，以及各國對當(dāng)今世界核戰(zhàn)略的不同認(rèn)識，特別是對核潛艇裝備發(fā)展方向的調(diào)整，從中得到有益的啟示。

外國海軍;核潛艇;大潛深;發(fā)展趨勢

1 國外核潛艇大潛深技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及特點

核潛艇采用大潛深、超大潛深技術(shù)是提高其隱蔽性的重要途徑之一。隨著現(xiàn)代對潛探測技術(shù)的不斷改進完善，核潛艇被探測到的概率不斷增加，除了傳統(tǒng)的聲吶探測技術(shù)日臻完善外，磁探測技術(shù)、熱探測技術(shù)、尾跡探測技術(shù)、流體內(nèi)部擾動探測技術(shù)、激光探測技術(shù)等也取得突飛猛進的發(fā)展，核潛艇受到的威脅日趨嚴(yán)重。而大潛深技術(shù)則能比較有效地應(yīng)對這些威脅，甚至能有效地規(guī)避反潛武器的攻擊。因此，當(dāng)今世界主要核潛艇大國，都比較重視對核潛艇大潛深技術(shù)的研究和應(yīng)用［1］。

對大潛深的概念有不同的理解，一般認(rèn)為超過300 m下潛深度的潛艇就可稱為大潛深潛艇，下潛深度超過450 m，則可稱為超大潛深［2］。

1.1 美國核潛艇的下潛深度回歸傳統(tǒng)

美國在役的核潛艇中，“俄亥俄”級彈道導(dǎo)彈核潛艇的最大潛深為400 m，可以稱為大潛深潛艇。美國的戰(zhàn)略核潛艇目前還未見開發(fā)新型號的報道，其原因是現(xiàn)役14艘“俄亥俄”級戰(zhàn)略核潛艇正值當(dāng)年，且受制于第二階段戰(zhàn)略武器限制條約，美國已不能再裝備更多的?；鶓?zhàn)略導(dǎo)彈核潛艇?！岸砗ザ怼奔墤?zhàn)略導(dǎo)彈核潛艇采用的是20世紀(jì)70、80年代的大潛深技術(shù)，現(xiàn)在看來，雖然有一定的先進性，但與俄羅斯相比有些落后［3］。

最新的美國攻擊型核潛艇“弗吉尼亞”級，極限下潛深度已由第五代“洛杉磯”級的450 m、第六代“海狼”級的600 m減少到傳統(tǒng)的300 m［4］。美國之所以沒有進一步增加攻擊型核潛艇的下潛深度，究其原因可能有以下3方面:一是世界冷戰(zhàn)時代的結(jié)束，美國海軍發(fā)展的指導(dǎo)思想發(fā)生了根本轉(zhuǎn)變，特別是“9·11”事件以后，美國將反恐、情報搜集、戰(zhàn)略威懾、特種作戰(zhàn)、對陸目標(biāo)常規(guī)打擊等多用途、多功能任務(wù)賦予攻擊型核潛艇，更強調(diào)近海作戰(zhàn)，而不是大洋深處的捉迷藏式的對抗;二是高新技術(shù)的發(fā)展，為攻擊型核潛艇實現(xiàn)多功能轉(zhuǎn)換和電子武備系統(tǒng)的更新?lián)Q代提供了方便條件，可以在現(xiàn)有平臺的基礎(chǔ)上大幅度提高潛艇的綜合作戰(zhàn)性能;三是近年來美國經(jīng)濟發(fā)展停滯，甚至出現(xiàn)了危機，削減核潛艇研制成本成為政府不得不考慮的因素［1］。

1.2 俄羅斯仍堅持走大潛深路線

俄羅斯是目前世界上在大潛深核潛艇領(lǐng)域技術(shù)最為先進的國家。俄羅斯的核潛艇曾經(jīng)達到1 250 m極限下潛深度，“麥克”級685型核潛艇成為名副其實的超大潛深核潛艇［5］。

在戰(zhàn)略導(dǎo)彈核潛艇方面，俄羅斯最新的第四代戰(zhàn)略核潛艇“北風(fēng)之神”級955型最大下潛深度為450 m，作為大潛深核潛艇，將成為未來俄戰(zhàn)略核潛艇的主力，目前首制艇“尤里·多爾戈魯基”號于2009年底服役，“亞力山大·涅夫斯基”號和“弗拉基米爾·莫諾馬赫”號正在建造。而第4艘改進型955U“圣·尼古拉”號于2010年初開工［6］。各種情況表明，俄羅斯戰(zhàn)略核潛艇大潛深技術(shù)已經(jīng)成熟。

在攻擊型核潛艇方面，俄羅斯從第2代V級(下潛深度400 m)開始，就掌握了大潛深技術(shù)，到第3代“阿爾法”級(下潛深度900 m)和“塞拉”級(下潛深度750 m)，掌握了超大潛深技術(shù)。目前在建的“亞森”級核潛艇(首制艇“北德文斯克”號于2010年6月15日下水，將于2011年交付俄羅斯海軍。該級第2艘“喀山”號正在建造中)潛深為600 m［7］。

1.3 其他國家

英國目前無論戰(zhàn)略核潛艇，還是攻擊型核潛艇潛深均為300 m，沒有在大潛深技術(shù)方面花費太多精力，一是因為國家經(jīng)濟實力有限，二是因為有牢固的美、英同盟關(guān)系，在核潛艇技術(shù)方面英國可完全采取拿來主義。

法國已經(jīng)掌握了核潛艇大潛深技術(shù)，與英國不同，法國堅持獨立自主的核潛艇發(fā)展戰(zhàn)略，完全依靠本國力量開展大潛深技術(shù)研究。目前法國最新的戰(zhàn)略核潛艇“凱旋”級下潛深度為500 m，攻擊型核潛艇“梭魚”級的下潛深度也達到350 m［8］。

2 核潛艇大潛深技術(shù)發(fā)展關(guān)鍵

實現(xiàn)核潛艇的大潛深、超大潛深，必須突破一系列關(guān)鍵技術(shù)，概括起來主要有三大關(guān)鍵技術(shù)，即大潛深材料技術(shù)、大潛深結(jié)構(gòu)技術(shù)以及大潛深系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)［9］。

2.1 大潛深材料技術(shù)

大潛深潛艇在深?；顒樱枰惺芫薮蟮暮Ｋ畨毫?，潛艇下潛得越深，承受的壓力越大。圖1［10］給出了潛艇下潛深度和船體質(zhì)量/排水量的關(guān)系，在作戰(zhàn)潛艇的船體質(zhì)量不超過潛艇排水量的40%的假設(shè)前提下，采用HY－80鋼(屈服強度549MPa)作為耐壓艇體材料的潛艇下潛深度的合理值在300 m左右，采用HY－100鋼(屈服強度703 MPa)作為耐壓艇體材料的潛艇下潛深度的合理值在450 m左右。為保證潛艇不被破壞，對建造潛艇耐壓殼體材料的強度、韌性、塑性、耐疲勞性、耐海水腐蝕性、可焊接性以及工藝性等就提出了很高甚至是苛刻的要求。

圖1 下潛深度和船體重量/排水量的關(guān)系Fig.1 Relation between hull weight and diving depth

目前，世界上普遍采用的是屈服強度大的合金鋼作為核潛艇艇體材料。屈服強度越高，潛艇的下潛深度就可越大。因此，大潛深材料技術(shù)的發(fā)展難點就是研制屈服強度更大的合金鋼，同時要研制與高強度合金鋼材料相匹配的焊接材料，還要開展大量的焊接模型試驗，以驗證材料的焊接性能是否滿足要求，這需要具有先進的冶煉手段和焊接工藝。此外，研制一種新型耐壓殼體材料，需要反復(fù)多次冶煉成千上萬噸的鋼材，以求得合金鋼各組成元素的最佳匹配，這需要龐大的資金支持。

在當(dāng)今世界上，美、俄等國已掌握了大潛深及超大潛深材料技術(shù)。如美國的HY系列合金鋼，其屈服強度已達到820 MPa，用HY100型高強度合金鋼制造的“海狼”級核潛艇下潛深度達到了600 m;俄羅斯采用高強度的鈦合金鋼建造的“麥克”級試驗核潛艇下潛深度達到了 1 250 m［5］。

在大潛深潛艇材料需要滿足對于屈服強度的高要求的同時，還要兼顧考慮耐腐蝕性能。世界上的核潛艇大國在潛艇防腐蝕方面都投入了大量人力、財力攻關(guān)，采取防腐涂料防護，陰極防護等措施，但還是不能從根本上解決艇體材料的防腐難題，只能依靠增大腐蝕余量的辦法來被動克服，這直接導(dǎo)致艇體重量的增加。隨著潛深增大原本就會帶來艇體重量不斷增加的問題，防腐措施使得這一問題更加突出。研制耐腐蝕的艇體材料一直是人們關(guān)注的重大問題。俄羅斯采用鈦合金材料建造核潛艇，經(jīng)長期使用證明，鈦合金是1種防腐性能十分優(yōu)良的材料，特別適于用作核潛艇艇體材料及通海管系材料，但價格昂貴，限制了其廣泛應(yīng)用。在第4代“亞森”級核潛艇的第2艘“喀山”號上，潛艇殼體材料將采用更先進的特種材料，其消磁效果與承壓能力等各方面的性能都接近于鈦合金，價格只有鈦合金的幾分之一，加工難度也比鈦合金小得多。未來的核潛艇也可能采用性能優(yōu)異的復(fù)合材料建造［11］。

2.2 大潛深結(jié)構(gòu)技術(shù)

大潛深潛艇除了要采用高強度材料外，還要攻克采用這些高強度材料形成艇體的結(jié)構(gòu)技術(shù)。這是一項更加復(fù)雜、攻關(guān)難度更大的關(guān)鍵技術(shù)。形成艇體的不僅是殼體，還有與殼體密切相關(guān)的支撐結(jié)構(gòu)。艇體的耐壓能力固然與艇體線型有關(guān)(潛艇多采用圓柱形艇體以提高承壓能力)，但是選擇合理殼體支撐結(jié)構(gòu)才是突破大潛深技術(shù)的關(guān)鍵［12］。對加強肋骨結(jié)構(gòu)，耐壓艙段結(jié)構(gòu)，耐壓液艙結(jié)構(gòu)，耐壓殼體錐環(huán)柱過渡段結(jié)構(gòu)，以及艇首、尾端艙壁結(jié)構(gòu)分析研究等，都需要開展耗資巨大的理論分析計算、仿真試驗以及縮比模型試驗，對從事研究、設(shè)計的科技人員要求甚高，對試驗條件的要求也十分苛刻。美、俄兩國最先掌握大潛深結(jié)構(gòu)技術(shù)與其科研實力和高投入不無關(guān)系。

2.3 大潛深系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)

核潛艇大潛深相關(guān)系統(tǒng)技術(shù)主要包括通海系統(tǒng)及設(shè)備的承壓技術(shù)、密封技術(shù)、防腐技術(shù)，通海閥門技術(shù)等。特別是大口徑通海系統(tǒng)管路及閥門的研制難度極大，大口徑海水管路破損或密封失效是以往核潛艇發(fā)生沉沒事故的原因之一［13］。因此，美、俄等核潛艇大國把大潛深系統(tǒng)技術(shù)與大潛深材料、結(jié)構(gòu)技術(shù)等同對待，通過大量技術(shù)攻關(guān)，以及在試驗艇上開展嚴(yán)格的演示驗證，最先突破了大潛深系統(tǒng)技術(shù)［1］。

3 核潛艇大潛深技術(shù)的發(fā)展趨勢

從上述分析可看到，美國雖然在大潛深技術(shù)研究上有所突破，其強大的國防實力、先進的科學(xué)技術(shù)仍可支撐美國在該領(lǐng)域不斷研究和探索，但事實上，美國似乎暫時停止了對超大潛深技術(shù)的追求。美國似乎完全拋棄了冷戰(zhàn)思維，預(yù)計將來，美國也不會在該領(lǐng)域與另一核潛艇大國俄羅斯展開競賽，反過來追求更靈活、更實用、更廉價的核潛艇，而不把超大潛深作為核潛艇的必要指標(biāo)。

反觀俄羅斯的核潛艇的發(fā)展思路，則與美國不同。俄羅斯在未來可能仍將超大潛深作為核潛艇發(fā)展的重要目標(biāo)。盡管經(jīng)過40多年的努力，俄式“雙殼體”核潛艇在水動力性能、隱身效果、作戰(zhàn)能力方面已經(jīng)大踏步追趕上了美國核潛艇，但其電子技術(shù)明顯落后美國，觀通導(dǎo)航各系統(tǒng)與美國明顯存在技術(shù)差距;同時，俄羅斯具有強烈的大國復(fù)活情結(jié)，不甘落于人后，在恢復(fù)強大的海軍裝備方面，核潛艇將作為重要的發(fā)展方向。因此，俄羅斯會繼續(xù)研究和采用超大潛深技術(shù)，充分利用這一技術(shù)彌補在其他技術(shù)上的不足。有資料顯示，俄羅斯將在21世紀(jì)初期研制先進的復(fù)合材料代替合金鋼用于核潛艇建造，以進一步減輕結(jié)構(gòu)重量，增加內(nèi)部耐壓艙壁結(jié)構(gòu)強度，進一步增加核潛艇下潛深度和艇體抗沖擊強度，還可降低潛艇磁性特征，對抗西方國家的反潛戰(zhàn)略［5］。

估計未來英、法等國將保持目前核潛艇的大潛深技術(shù)狀態(tài)，由于北約和歐盟的存在，西方國家在核潛艇大潛深、超大潛深技術(shù)領(lǐng)域成果共享相對容易，重復(fù)研究的必要性不大。

縱觀世界各海軍大國核潛艇大潛深技術(shù)發(fā)展趨勢，有的國家核潛艇下潛深度增加到一定深度，又回歸到傳統(tǒng)的300 m，如美國;有的國家似乎無意繼續(xù)在該方面投入過多精力，主張維持現(xiàn)狀，如英國和法國;有的國家則義無反顧地追求更大的下潛深度，如俄羅斯。之所以出現(xiàn)這種狀況，是因為各國的戰(zhàn)略思想及領(lǐng)導(dǎo)人對未來戰(zhàn)爭的認(rèn)識不同，也與各國的經(jīng)濟承受力有關(guān)，不能據(jù)此判定國外核潛艇在未來大潛深技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展方面一定是一成不變的，在滿足其基本的作戰(zhàn)使用要求的前提下，世界各國肯定要在費效比方面進行綜合權(quán)衡，選取最適合本國的核潛艇下潛深度?？偠灾?，適合的就是最好的。

［1］2004年核潛艇及相關(guān)技術(shù)重大發(fā)展.國防科技信息網(wǎng)《中國船舶工業(yè)年鑒——2009年》深海裝備［EB/OL］.www.dsti.net/Special/NewsView/121.

［2］大潛深技術(shù).國防科技信息網(wǎng)《中國船舶工業(yè)年鑒——2009年》深海裝備［EB/OL］.www.dsti.net/Special/NewsView/121.

［3］陳虹，等.美、俄核潛艇技術(shù)發(fā)展述評［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，2008，30(2):39 －44.

CHEN Hong，et al.Comments on the nuclear submarine technology development of the US and Russia［J］.Ship Science and Technology，2008，30(2):39 －44.

［4］王曉鋒，等.大潛深潛艇設(shè)計中計算深度的探索與建議［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，2004，26(3):13 －15.WANG Xiao-feng， et al. Exploration and suggestion of calculation depth in high submergence depth submarine design［J］.Ship Science and Technology，2004，26(3):13 －15.

［5］張雅礱.高速度 +大潛深——蘇聯(lián)661型、685型試驗核潛艇揭秘［J］.艦載武器，2007，(12):87 －90.ZHANG Ya-long.Soviet Navy's 661 type and 685 type testing a-propelled submarines［J］.Shipborne Weapons，2007，(12):87 －90.

［6］ВЫВОД ИЗ ЭЛЛИНГА ГОЛОВНОЙ АПЛ.СЕВЕРОДВИНСК［J］.Журнал《Судостроение》，2010，(4):3－4.

［7］汪宏偉，王立峰.俄羅斯?jié)撏Ъ夹g(shù)［M］.哈爾濱:黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

［8］李國興，徐曉明.現(xiàn)代潛艇技術(shù)及發(fā)展［M］.哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社，1999.

［9］崔維成，等.國外潛艇設(shè)計和性能研究的一些新動態(tài)［J］.船舶力學(xué)，2000，(2):65 －80.

CUI Wei-cheng，et al.Some new trends on submarine design and performance studies abroad［J］.Journal of Ship Mechanics，2000，(2):65 －80.

［10］JACKSON H A.Fundamentalsofsubmarine concept design［J］.SNAME Transactions，1992，100:419 －448.

［11］張金麟，等.“北德文斯克”號核潛艇述評［J］.潛艇技術(shù)，2010，(4):1 －7.

［12］唐俊娟，等.新型大潛深平臺多耐壓體連接結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］.江蘇船舶，2010，(1):1 －6.

TANG Jun-juan，et al.Design on a new-type large diving depth platform multi poressure shells bonded structure［J］.Jiangsu Ship，2010，(1):1 －6.

［13］蔡民.俄羅斯現(xiàn)代潛艇設(shè)計管窺［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，2002，24(3):18 －21.

CAI Min.Some theories and views of Russian modern submarine design［J］.Ship Science and Technology，2002，24(3):18－21.

Developing trend on deep diving technology of foreign nuclear submarines

ZHANG Cai-kun，CHEN Guo-lin，WANG Lei
(Wuhan Second Ship Design and Research Institute，Wuhan 430064，China)

In this paper，present situation of deep diving technology of foreign naval nuclear submarines is introduced，including it's materials，structures and vessel systems being analyzed pointedly，and the developing trend on deep diving technology of nuclear submarines is looked forward to.Therefore the developing train of thoughts of deep diving technology of foreign naval nuclear submarines can be showed before readers clearly，as well as different nuclear weapons strategies of every states，especially the adjustments of nuclear submarines equipments，which will be provoking on the nuclear submarines developing.

foreign navy;nuclear submarine;deep diving;developing trend

U674.76

A

1672－7649(2011)12－0134－04

10.3404/j.issn.1672－7649.2011.12.032

2011－03－07;

2011－05－06

張彩坤(1963－)，女，研究員，從事潛艇技術(shù)情報研究工作。

book=39,ebook=139