鋰電池潛艇將引領(lǐng)未來水下力量發(fā)展

石江月

近日，在常規(guī)動力潛艇領(lǐng)域掀起了一場新的風(fēng)暴。2018年10月初，日本宣布第一艘由鋰電池驅(qū)動的蒼龍級潛艇下水，11月中旬韓國方面也透出消息，“韓國研制的下一代潛艇將采用鋰電池，性能超群”。據(jù)韓國消息人士稱，一旦2024年該潛艇建造完成，將超過日本的蒼龍級成為世界最大的常規(guī)動力潛艇。

面對這樣的態(tài)勢，已經(jīng)有不少美國防務(wù)媒體和專家建議，美國海軍也應(yīng)該拿出一部分精力和資金，重新啟動以鋰電池潛艇為代表的常規(guī)動力潛艇研究。鋰電池潛艇到底有什么優(yōu)勢？其技術(shù)劣勢又在哪？此前風(fēng)靡世界的不依賴空氣推進(jìn)（AIP）潛艇技術(shù)會被完全取代嗎？

?日韓爭先恐后

2018年10月4日，日本神戶造船廠不只是下水了一艘新潛艇凰龍?zhí)?，而且似乎正在拉開潛艇戰(zhàn)爭的一個新時代序幕——用我們?nèi)粘Ｊ謾C(jī)和筆記本電腦使用的鋰電池技術(shù)驅(qū)動潛艇。凰龍?zhí)柺堑谝凰沂褂娩囯姵氐拇笮蜐撏А?/p>

凰龍?zhí)柺侨毡旧n龍級潛艇的第11艘，對于一艘常規(guī)動力潛艇來說，它的尺寸并不小。艇長84米，艇上成員65人，潛入水下時排水量4200噸。在許多方面，蒼龍級的能力都堪稱常規(guī)動力潛艇的典型代表：配備6個533毫米的魚雷發(fā)射管，可以發(fā)射多達(dá)30枚89型魚雷或魚叉反艦導(dǎo)彈，最高水下速度20節(jié)。雖然6100海里的航程遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于同行，但600米或更大的潛水深度遠(yuǎn)高于平均水平，甚至超過了一些反潛魚雷的沖擊深度。

凰龍?zhí)栐靸r約5.36億美元，只是美國弗吉尼亞級核動力攻擊潛艇成本的1/4～1/6。

作為商業(yè)鋰電池領(lǐng)域的另一個強(qiáng)國，韓國也不甘落后。11月17日，韓國國防采辦項目管理局“下一代潛艇工程”項目主管丁一植少將在接受美國防務(wù)新聞網(wǎng)站采訪時稱，韓國自行設(shè)計制造的新型柴電動力潛艇首艇已于2018年9月下水，另外兩艘將于2024年前建造完成。該型柴電動力潛艇是韓國海軍下一代攻擊潛艇，將安裝由全球最大鋰電池供應(yīng)商韓國三星公司研發(fā)的鋰電池。該項目發(fā)布的資料顯示，新型鋰電池為潛艇專用，替換鉛酸電池后可將潛艇水下作戰(zhàn)時間延長1倍。

據(jù)悉，韓國這款潛艇專用鋰電池的研發(fā)工作持續(xù)近30個月，目前已通過技術(shù)評估，向武器平臺實用化整合邁出了重要一步。丁一植聲稱：“韓國公司擁有世界上最出色的鋰電池技術(shù)。我們向研發(fā)工作提出的要求之一，就是將安全和可靠置于首位。為此，甚至不惜降低電池性能，確保其達(dá)到更高、更嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)。”不過，出于保密原因，丁一植沒有透露鋰電池的性能數(shù)據(jù)，但表示該電池在定型前經(jīng)歷了模擬爆炸、水淹、火燒以及極寒極熱等苛刻惡劣環(huán)境的考驗。

雖然在韓國之前，日本已將鋰電池應(yīng)用于蒼龍級潛艇上，但韓國人認(rèn)為“搶先”并不代表“領(lǐng)先”。丁一植稱，“韓國的鋰電池技術(shù)會比競爭對手更好”。日韓爭鋒的結(jié)果如何，讓我們拭目以待。

技術(shù)優(yōu)勢明顯

現(xiàn)代常規(guī)動力潛艇通常使用電力來轉(zhuǎn)動螺旋槳提供動力，并為其作戰(zhàn)系統(tǒng)提供能量。這種電力由柴油發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)產(chǎn)生，并存儲在數(shù)百個鉛酸電池中。然而，柴油發(fā)動機(jī)需要消耗潛艇的空氣供應(yīng)，迫使?jié)撏Р坏貌恢芷谛缘馗〕鏊?，或者靠近水面浮潛，然后在“暴露時期”給電池充電，這就使?jié)撏Ц菀妆粋刹觳⒃獾酱驌簟?/p>

此外，當(dāng)前常規(guī)動力潛艇的發(fā)電機(jī)會產(chǎn)生相當(dāng)大的噪音。因此，靠近敵軍位置航行的潛艇，可能需要關(guān)閉柴油發(fā)動機(jī)并純粹依靠電池供電。

蒼龍級潛艇

韓國KSS-Ⅲ型潛艇應(yīng)用了鋰電池技術(shù)

但是一艘潛艇的電池消耗速度非常快。在最快航行速度（通常約20節(jié)）條件下，目前的常規(guī)動力潛艇將在1～2個小時內(nèi)耗盡電池的電能。在5～10節(jié)的可持續(xù)巡航速度下，續(xù)航時間可延長至幾天。解決這個問題的一種方法是使用核電，這樣不但能提供接近無限的水下持久性和允許潛艇以更高的速度航行，而且比柴油發(fā)動機(jī)更安靜。然而，核潛艇并不能像純粹依靠電池運行的常規(guī)動力潛艇那樣實現(xiàn)極低的噪音，也無法在運行中關(guān)閉反應(yīng)堆。更重要的是，核潛艇的成本是純電池動力常規(guī)潛艇的4～6倍。即使對于能獲得核反應(yīng)堆技術(shù)的國家來說，用核潛艇進(jìn)行短程巡邏也是“奢侈”的。

在過去20年中，常規(guī)動力潛艇的進(jìn)步一直集中在采用各種更安靜和更持久的AIP方案來提供動力。此前，蒼龍級已是一種非?，F(xiàn)代化的常規(guī)動力潛艇，在10多年前投入使用。作為親潮級潛艇的替代者，蒼龍級并非小型潛艇，是日本自二戰(zhàn)結(jié)束以來建造的最大型潛艇，具有“X”尾舵配置，可在狹窄的沿海環(huán)境中實現(xiàn)極佳的機(jī)動性。

如今，蒼龍級潛艇有近10艘處于部署狀態(tài)，均采用瑞典斯特林發(fā)動機(jī)AIP技術(shù)。日本是一個擁有漫長而復(fù)雜海岸線的島國，需要利用潛艇巡邏其領(lǐng)海并保護(hù)海岸安全。基于斯特林發(fā)動機(jī)的AIP技術(shù)經(jīng)過驗證且經(jīng)濟(jì)實惠，與蒼龍級的大尺寸和充足的燃料儲存器配合使用，可以滿足日本海上自衛(wèi)隊的需求。

AIP潛艇可以比核潛艇更安靜地運行，并且在需要浮出水面之前可以保持在水下航行數(shù)周時間，不過條件是只有在以4～6節(jié)的低速行駛時。然而，這種AIP系統(tǒng)的缺點源于膨脹性和用于操作它們的揮發(fā)性流體所帶來的風(fēng)險。所以，日本希望在不失去AIP技術(shù)優(yōu)勢的情況下，又不完全依賴AIP技術(shù)。如此，既可騰出空間發(fā)展其他能力，還可簡化未來潛艇的設(shè)計、建造和維護(hù)。最重要的是，這種新配置會比大多數(shù)采用AIP系統(tǒng)的潛艇在航行時更加安靜。

這種想法在改進(jìn)型蒼龍級潛艇中得以實現(xiàn)。設(shè)計人員通過安裝數(shù)千個鋰電池、強(qiáng)大的柴油發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)，以及大型排氣和進(jìn)氣口堆疊，將這一想法變成了現(xiàn)實。這個概念還包括一個新的動力處理系統(tǒng)，可以處理高功率負(fù)載，并且優(yōu)化效率。

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與傳統(tǒng)的鉛酸電池相比，鋰電池具有許多優(yōu)勢。例如，即使在充電不足時也能保持輸出;比鉛酸電池更輕;可以非常快速地完成充電;可以儲存更多能量。鋰電池可以80%～90%的效率釋放能量，而鉛酸電池的能量釋放效率大約為60%～70%。

據(jù)報道，凰龍?zhí)柌捎玫?72鋰電池模塊的電池壽命，是之前改進(jìn)中的480鉛酸電池的2倍，這意味著它可以在不得不浮出水面之前，進(jìn)行更大范圍的巡航。此外，可以更快地為電池充電，意味著潛艇在給電池充電時的風(fēng)險期更短。根據(jù)計算，更換鋰電池的潛艇充電時間可從2.7小時減少到1.4小時。當(dāng)然，鋰電池的成本更高，達(dá)到9700萬美元，而鉛酸電池的成本為1300萬美元。

此外，與AIP潛艇相比，鋰電池潛艇的整體推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計將不那么復(fù)雜和笨重，更長的電池壽命將使?jié)撏е笓]官更靈活地使用更多的電力，實施更長時間的關(guān)閉發(fā)電機(jī)的超靜音潛航，或者更長時間的高速機(jī)動。不僅如此，鋰電池還可以根據(jù)需要提供大量輸出，與運行中的AIP系統(tǒng)相比，可以讓潛艇快速下降至水下?？偟膩碚f，如果僅就短程巡邏而言，鋰電池潛艇可能比AIP潛艇更有用。

??? 技術(shù)缺點得以克服

1888年，西班牙建造的佩拉爾號小型潛艇是世界上最早的電力推進(jìn)潛艇之一。在一戰(zhàn)前，大多數(shù)潛艇都是僅靠電池供電。為什么之后純電動潛艇一度不被看好？原因在于其存在一些技術(shù)能力上的限制。同樣，許多人對鋰電池技術(shù)運用于潛艇也存在擔(dān)心。

2013年1月7日，由于鋰電池過熱，日本航空公司一架由東京飛抵波士頓的波音787客機(jī)下客數(shù)分鐘后輔助動力系統(tǒng)電瓶組件起火，客艙內(nèi)冒出煙霧。同樣是鋰電池，使三星Note7手機(jī)頻頻發(fā)生自燃而被列為危險品。

顯然，鋰電池容易失控和燃燒的危險性對于裝有數(shù)百個鋰電池的潛艇來說，是一個噩夢般的隱患！一旦鋰電池失控燃燒，立刻會產(chǎn)生非常高的熱量，釋放有毒煙霧并排放出導(dǎo)電塵埃，傳統(tǒng)方法很難撲滅它們。事實上，2008年美國海豹特種部隊的運輸器迷你潛艇的鋰電池就曾發(fā)生著火。這就是鋰電池技術(shù)為何在商業(yè)中使用這么長時間，卻遲遲沒有在大型潛艇上采用的癥結(jié)所在。

為了解決這個風(fēng)險，日本投入多年努力和數(shù)十億美元用于技術(shù)攻關(guān)。鋰電池技術(shù)供應(yīng)商與日本海上自衛(wèi)隊合作，通過構(gòu)建更大的鋰電池矩陣來克服這些問題，這些基質(zhì)具有增強(qiáng)的邊界化學(xué)性質(zhì)，穩(wěn)定性更好。供應(yīng)商還進(jìn)行了廣泛的短路、鹽水侵入、跌落和沖擊測試，以證明鋰電池適合潛艇的應(yīng)用。此外，還將在先進(jìn)的蒼龍級潛艇上安裝專門的滅火系統(tǒng)，以便在發(fā)生火災(zāi)時迅速自動消除火災(zāi)。這些措施使鋰電池?fù)碛辛烁叩陌踩院涂煽啃?。?jù)報道，日本測試配置時非常嚴(yán)格，考慮到了要面臨的各種高壓力情況?；她?zhí)柕南滤砻?，日本對鋰電池改進(jìn)后的可操作性、安全性能滿意。

美國海軍洛杉磯級攻擊核潛艇SSN-700達(dá)拉斯號

??? 市場前景被看好?

在未來的道路上，作為世界上最好的兩種常規(guī)潛艇動力方案，鋰電池與AIP技術(shù)很可能被組合配置在潛艇中，從而為用戶提供兩全其美的產(chǎn)品。例如，鋰電池和燃料電池組合配對，可以產(chǎn)生功能強(qiáng)大、樣式眾多的潛艇，具有極高的持續(xù)行動能力、低噪音、更快的沖刺速度。

有消息稱，日本正在做技術(shù)嘗試，第7艘蒼龍級很有可能與早期型號中的斯特林發(fā)動機(jī)組合使用鋰電池。這艘采用鋰電池配置的潛艇，可能是作為與之前采用AIP配置的蒼龍級之間的橋梁，也或許作為技術(shù)演示，用于在潛艇上部署較小規(guī)模的新電池。川崎重工將使用鋰電池建造第12艘蒼龍級潛艇，此后日本將開始開發(fā)下一代鋰電池潛艇。此外，一些消息人士透露，早期采用斯特林AIP動力的蒼龍級潛艇也可能升級為鋰電池潛艇。

通過新蒼龍級潛艇的配置，日本有可能樹立自己“優(yōu)秀的攻擊型潛艇建造者”的形象，提升自己在新型常規(guī)動力潛艇技術(shù)領(lǐng)域的世界領(lǐng)先地位。如果該型號被證明是可靠和安全的，這可能會帶動可觀的出口。

有傳言稱澳大利亞重新對蒼龍級潛艇抱以非常大的興趣。2016年，澳大利亞在選擇下一代常規(guī)動力潛艇時最后放棄了日本的蒼龍級，轉(zhuǎn)而選擇了法國梭魚級，計劃建造12艘以替代現(xiàn)有的柯林斯級潛艇。然而，在這個項目的合作程度上法國與澳大利亞存在分歧：澳大利亞希望能有更多的技術(shù)轉(zhuǎn)移方面的合作，巴黎和堪培拉政府的變化都使這一安排受到質(zhì)疑。與日本對潛艇的需求相比，澳大利亞潛艇需要遠(yuǎn)離本土水域進(jìn)行巡邏，如果以蒼龍級為基礎(chǔ)為澳大利亞設(shè)計潛艇，需要加大潛艇的長度，以便容納更多的燃料和更多的船員住宿空間。

無論如何，日本部署技術(shù)可靠的鋰電池潛艇，是過去20年來實用型常規(guī)動力潛艇技術(shù)迎來第二次重大飛躍的標(biāo)志。

??? 美國悄然心動

幾十年來，雖然美國海軍一直堅持發(fā)展更昂貴的核動力攻擊型潛艇和戰(zhàn)略核潛艇，并不斷提升潛艇能力，但仍然無法擁有足夠的資金和足夠快的建造速度，以實現(xiàn)66艘潛艇艦隊的目標(biāo)。一些美國防務(wù)專家認(rèn)為，鑒于與中國和俄羅斯的安全競爭越來越激烈，鋰電池潛艇是美國海軍另一個可重新評估的選擇。

美國《國家利益》雜志認(rèn)為，如果日本成功證明鋰電池動力這一技術(shù)含量更高、價格更便宜的潛艇可以獲得與裝備AIP系統(tǒng)的潛艇具有相似或更好的性能，且具有與核潛艇相當(dāng)?shù)穆晫W(xué)特征，美國應(yīng)該采用這項技術(shù)。

一些美國專家認(rèn)為，美國海軍完全有理由投資發(fā)展常規(guī)動力潛艇，因為這種潛艇在過去30年中已經(jīng)得到快速和充分的技術(shù)發(fā)展。美軍海洋任務(wù)眾多，有些并不需要核潛艇去完成。如今，一旦鋰電池技術(shù)得到完善，美國海軍可以通過采用日本技術(shù)并在獲得許可下建造自己的鋰電池潛艇，以此來解決攻擊型潛艇能力不足的問題。眼下，一艘弗吉尼亞級攻擊型核潛艇的價格可以購買約4艘蒼龍級潛艇。如果日本的鋰電池潛艇投入更廣泛的批量生產(chǎn)，其價格將進(jìn)一步下降。這將是以盡可能低的成本提供盡可能高的技術(shù)含量潛艇的解決方案。

但是，更多美國防務(wù)人士也指出核心問題所在，美國海軍造船業(yè)的背后是復(fù)雜的政治因素和特殊利益集團(tuán)，并非簡單地出于成本因素考慮。特別是在潛艇建造方面，幾十年來美海軍盲目不愿偏離其“核惟一”的潛艇戰(zhàn)略，可能使得一個合乎邏輯的主張幾乎無法實現(xiàn)。

責(zé)任編輯：葛? 妍