美國核潛艇裝備技術(shù)未來發(fā)展研究

韓小溪，劉 洋

(1.海軍裝備部，北京100036；2.中國船舶集團公司第七一四研究所，北京100101)

0 引言

美國非常重視水下戰(zhàn)，認(rèn)為水下戰(zhàn)是未來海戰(zhàn)取得優(yōu)勢的關(guān)鍵，未來將繼續(xù)保持水下能力優(yōu)勢，甚至美國智庫將其定義為游戲規(guī)則的改變者。當(dāng)前，美國海軍頂層戰(zhàn)略正發(fā)生變化，同時不斷努力推動水下作戰(zhàn)模式的轉(zhuǎn)型，潛艇的作用正在發(fā)生變化，水下戰(zhàn)作戰(zhàn)方式從“平臺密集型”向“傳感器密集型”轉(zhuǎn)變，注重海域內(nèi)的集群效力。美海軍下一代核潛艇將在2040年至21世紀(jì)末（2034-2060年采購）巡航部署。美國海軍宣稱，新一代攻擊型核潛艇方案將于2024年開始評估分析，于2034年采購新一代攻擊型核潛艇。新一代攻擊型核潛艇需要評估2050年攻擊型核潛艇的作戰(zhàn)部署環(huán)境、作戰(zhàn)概念、建造成本和所需技術(shù)，并促進相關(guān)技術(shù)成熟。盡管美軍現(xiàn)役“弗吉尼亞”級攻擊型核潛艇具有強大的反潛、反艦、遠程偵察以及執(zhí)行特種作戰(zhàn)的能力，但美軍顯然并不滿足，新一代攻擊型核潛艇需要替代“弗吉尼亞”級核潛艇，使“深海殺手”更具隱身攻擊能力。目前，美海軍正在重點開展隱身性與多負(fù)載控制能力研究，新一代攻擊型核潛艇在裝備水下無人系統(tǒng)后，戰(zhàn)場控制力與攻擊力會得到大幅提升。其作戰(zhàn)效能將明顯不同于當(dāng)前水下作戰(zhàn)力量，將采用更多的新技術(shù)、具備更強的水下作戰(zhàn)能力。同時，為了促進潛艇裝備的發(fā)展，需要研發(fā)大量新型尖端技術(shù)、全面評估潛艇性能與軍事用途[1]。

1）隱身性方面

為增強新一代核潛艇隱身性能，美軍不只局限于改進潛艇發(fā)動機或推進器，而是對整套推進系統(tǒng)進行全新改進，計劃采用電力推進模式，全面消除齒輪傳動所帶來的機械噪聲。2015年，美國海軍完成了潛艇綜合電力系統(tǒng)兼容性測試相關(guān)設(shè)施的配置工作，用于潛艇綜合電力系統(tǒng)兼容性檢測；2016年3月，美海軍提出安靜型推進系統(tǒng)項目，正式計劃在“俄亥俄”級替代艇及新一代攻擊型核潛艇上采用綜合電力推進系統(tǒng)，全面消除當(dāng)前存在的齒輪傳動噪聲，測試工作將在第5批以后的“弗吉尼亞”級潛艇上進行；2016年10月首艘采用綜合電力推進的DDG-1 000正式服役，為美海軍未來艦艇采用電力推進提供有效的保證。此外，美國海軍正在為新一代攻擊型核潛艇設(shè)計的新型永磁發(fā)動機，可以使新型核潛艇在執(zhí)行任務(wù)過程中一直保持隱身能力[2]。

2）無人系統(tǒng)控制方面

新一代核潛艇具備同步控制多種水下無人系統(tǒng)的能力。目前，美國海軍已有能力利用潛艇魚雷發(fā)射管、3 in誘餌發(fā)射器、垃圾處理設(shè)備等發(fā)射UUV，但每次僅能發(fā)射1艘，美國海軍未來將突破這種限制。下一代攻擊型核潛艇將把UUV作為一項擴展活動范圍的重要手段。未來美國海軍將在多UUV聯(lián)合指控系統(tǒng)方面開展進一步的工作，提高通信、數(shù)據(jù)傳輸和充電速率，利用潛艇或海底充電樁實現(xiàn)UUV的快速充電。美國海軍將可能在未來“弗吉尼亞”級潛艇上試驗上述技術(shù)，而不會等待下一代攻擊型核潛艇項目啟動。目前“弗吉尼亞”級潛艇Blocks VI與VII型的改進方案仍未最終敲定，推測這兩型潛艇將可能成為多UUV部署的試驗平臺[3]。

1 影響潛艇未來發(fā)展的主要因素

美海軍傳統(tǒng)水下戰(zhàn)力量主要由潛艇、水雷與固定式水下傳感器組成，所有裝備均具備獨特的作戰(zhàn)使命及能力。目前，美海軍水下戰(zhàn)裝備發(fā)展趨勢是不斷改變傳統(tǒng)作戰(zhàn)模式、豐富裝備體系[4–5]。推動水下戰(zhàn)備發(fā)展的多種因素主要包括：

美海軍空中與水面部隊在反介入/區(qū)域拒止（A2/AD）作戰(zhàn)面臨著越來越大的壓力，需要海軍更多地依賴水下部隊發(fā)揮作用，未來水下部隊將成為反介入/區(qū)域拒止作戰(zhàn)系統(tǒng)的主要力量；

大量無人系統(tǒng)的出現(xiàn)及應(yīng)用，對水下作戰(zhàn)環(huán)境造成顛覆性影響，使得水下裝備體系構(gòu)成發(fā)生改變；

通信、能源（石油、天然氣和風(fēng)力）及運輸（隧道和橋梁）的需求，水下基礎(chǔ)設(shè)施正成為美國發(fā)展全球經(jīng)濟越來越重要的組成部分，需要水下力量進行保護，并具備在受到威脅時對敵方系統(tǒng)防御能力；

水下作戰(zhàn)環(huán)境正變得越來越重要，水下作戰(zhàn)的任務(wù)范圍也在不斷擴大，美國海軍要在潛艇部隊規(guī)?？s小的情況下，滿足國家要求，因此必須實現(xiàn)單艇作戰(zhàn)能力的提升，擴大每艘潛艇水下控制范圍，增強水下無人系統(tǒng)部署與作戰(zhàn)應(yīng)用能力，并不斷開發(fā)實用性的水下獨立作戰(zhàn)無人系統(tǒng)。

2 未來攻擊型潛艇的設(shè)計方案

未來水下戰(zhàn)環(huán)境的變化及新任務(wù)的出現(xiàn)，給水下裝備發(fā)展帶來了新的挑戰(zhàn)，同時也為未來潛艇作戰(zhàn)能力提出了新要求，需要其具備延伸至近水面、海底的廣闊水下控制能力，從而確定了未來水下無人系統(tǒng)越來越重要的作用，將無人系統(tǒng)納入未來水下戰(zhàn)裝備體系的重要發(fā)展方向，形成以潛艇為后方遙控指揮及遠程打擊核心、以各類功能無人系統(tǒng)為前出外圍力量的水下作戰(zhàn)集群[6]。

目前，美國海軍計劃通過設(shè)計兼具執(zhí)行常規(guī)與擴展水下任務(wù)的復(fù)合平臺，以解決潛艇對新增能力的需求。由于傳統(tǒng)支援任務(wù)及無人系統(tǒng)的搭載，均會對潛艇平臺作戰(zhàn)能力產(chǎn)生較大影響，因此并不需要每艘潛艇都成為無人系統(tǒng)遠赴前線的水下樞紐，采用由大型無人系統(tǒng)補給平臺與小型作戰(zhàn)平臺組成編隊作戰(zhàn)形式成為未來潛艇設(shè)計最佳方案之一。該編隊形式能夠最大限度發(fā)揮各潛艇的作用，大型潛艇平臺主要用于搭載有效載荷、執(zhí)行特定作戰(zhàn)任務(wù)；小型潛艇平臺則主要執(zhí)行和平時期的緊急作戰(zhàn)和常規(guī)威懾任務(wù)，形成功能互補的水下作戰(zhàn)編隊，豐富水下戰(zhàn)作戰(zhàn)樣式。而未來潛艇平臺仍將以承擔(dān)傳統(tǒng)藍海與開放水域作戰(zhàn)以及海上控制等作戰(zhàn)任務(wù)為主，僅部分作為水下無人系統(tǒng)母艇的潛艇平臺將具有多任務(wù)執(zhí)行能力，比常規(guī)潛艇具備更大的有效載荷量、更廣的海洋信息接口及更多的支援系統(tǒng)。

1）大型潛艇平臺概念

該潛艇不注重深海作戰(zhàn)，強調(diào)遠程航行，并作為水下基地具備強大的傳統(tǒng)負(fù)載及舷外負(fù)載能力，此外還具備以下能力：

將水下作戰(zhàn)范圍擴展到瀕海及近海海床水域；能夠搭載大量的任務(wù)載荷；搭載大量的水下武器、負(fù)載及傳感器，擴大潛艇水下控制深度及瀕海拒止范圍；艇載及舷外負(fù)載具備強大的情報監(jiān)視偵查能力，并能夠維護美國與同盟的水下系統(tǒng)；對抗敵方水下反介入/區(qū)域拒止力量；與海底固定設(shè)施及系統(tǒng)實現(xiàn)信息交互。

圖1 大型潛艇平臺作戰(zhàn)概念Fig.1 Operational concept of large submarine platform

2）小型攻擊型潛艇概念

該潛艇具備有限的舷外載荷搭載能力，但具備執(zhí)行海上控制、全水域航行及其他機動性相關(guān)任務(wù)，主要作戰(zhàn)能力包括：具備最佳的海上機動及情報監(jiān)視偵

察任務(wù)執(zhí)行能力；具備長期（長達12 h）、安靜、定深、穩(wěn)定的零速懸停能力；具備靈活的載荷搭載能力；能夠?qū)崿F(xiàn)與戰(zhàn)場支援設(shè)施及系統(tǒng)的信息交互。

圖2 小型攻擊型潛艇作戰(zhàn)概念圖Fig.2 Conceptual diagram of small attack submarine operations

混合型潛艇編隊既能維持2條生產(chǎn)線（即直徑10.4 m攻擊型核潛艇生產(chǎn)線以及直徑13.1 m彈道導(dǎo)彈核潛艇生產(chǎn)線）的正常運轉(zhuǎn)，又能根據(jù)外交政策和任務(wù)需求對任意一條線加以優(yōu)化、精簡或增產(chǎn)，使?jié)撏壸兊酶哽`活性，但會增大現(xiàn)有“弗吉尼亞”級或“俄亥俄”級替代艇生產(chǎn)線的壓力。同時，下一代潛艇將借鑒“弗吉尼亞”級和“俄亥俄”級替代艇研發(fā)過程中的先進技術(shù)，從而減少新型潛艇研發(fā)經(jīng)費。

圖3 未來潛艇無人水下航行器投放回收艙概念原理圖Fig.3 Conceptual schematic diagram of thefuture submarine unmanned underwater vehicle release and recovery capsule

此外，雖然新型潛艇會優(yōu)先采用已經(jīng)成熟的設(shè)計、技術(shù)及經(jīng)驗來降低研制計劃中技術(shù)、進度和成本風(fēng)險，但并不會以犧牲潛艇先進性能為代價。新型潛艇不僅僅需要滿足水下戰(zhàn)需求，更要以國家安全為基礎(chǔ)，設(shè)計選擇、技術(shù)選擇與建造決策將基于國家形式分析，保證對關(guān)鍵技術(shù)的經(jīng)費支持，而主要技術(shù)挑戰(zhàn)主要包括在以下方面：支持全方位作戰(zhàn)模式的綜合設(shè)計；用于振動、結(jié)構(gòu)、隱身及維護的建模、仿真與預(yù)測；全艇通信與能量轉(zhuǎn)移；非艇載系統(tǒng)的隱身性；無人系統(tǒng)的布放與回收；主蓄電池解決方案；艇體材料；模塊化設(shè)計與平臺升級。

未來潛艇作戰(zhàn)能力同樣將驅(qū)動下一代潛艇設(shè)計，未來潛艇編隊作戰(zhàn)模式的形成，需要完成以下幾個方面的技術(shù)開發(fā)，主要包括：固定和/或近海底航行；安全的武器發(fā)射；武器防御；分布式推進系統(tǒng)；靈活的水平、垂直有效載荷布放與回收；固定的態(tài)勢感知；作戰(zhàn)環(huán)境下的隱身能力；自動化及其對艇員數(shù)量的影響；增加潛艇直徑為34 in（10.36 m）和43 in（13.1 m）有效載荷；維護及其對使用壽命的影響。

3 結(jié)語

美海軍水下力量的角色正在發(fā)生變化，擔(dān)負(fù)的任務(wù)也不斷擴大。目前，美海軍正在確定潛艇特有的作戰(zhàn)角色、任務(wù)和能力，因為潛艇會受到其他系統(tǒng)的影響，當(dāng)前，下一代潛艇發(fā)展重點是確定和規(guī)范未來的能力需求，以此發(fā)展有前景的潛艇技術(shù)。水下作戰(zhàn)中心未來能力小組正在確定美海軍未來水下將面臨的挑戰(zhàn)，從而推動下一代潛艇的能力需求并同步研發(fā)工作；潛艇概念項目執(zhí)行辦公室正在權(quán)衡下一代潛艇的設(shè)計空間；海軍研發(fā)企業(yè)與行業(yè)合作伙伴正繼續(xù)新技術(shù)開發(fā)并甄別未來具有前景的潛艇技術(shù)。識別能力需求、評估權(quán)衡設(shè)計方向與開發(fā)新技術(shù)將成為標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展形式，推動下一代潛艇詳細(xì)設(shè)計理念的發(fā)展。