作为名副其实的“大国重器”,各大军事强国的核潜艇部队反而是最隐秘和最不为外界所了解的存在。
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■美国海军俄亥俄级战略核潜艇。
这是由她们的作战模式所决定的。与“耀武扬威”,横行于四海的海上巨无霸航空母舰不同,潜艇对敌方的巨大威慑恰恰来自于她们的隐秘性。这实际上使她们成为比航母更加令人生畏的兵器。因为你不知道从哪里刺出的一剑,才是最可怕的杀招。
即便是从破坏力的角度来衡量,战略核潜艇的威力也不是看似气势汹汹的航母打击群/战斗群所能比拟的。以美国海军现役的俄亥俄级战略核潜艇为例,其水下排水量接近两万吨,每艘潜艇携带多达20枚“三叉戟Ⅱ”D-5潜射洲际弹道导弹,最大射程约为7400千米。一枚导弹就能携带12枚当量约为十万吨TNT的分导式W76核弹头,或者是八枚当量约为47.5万吨TNT的分导式W88核弹头。
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■美国海军俄亥俄级战略核潜艇内部结构示意图。1. 声纳罩;2. 主压载舱;3. 计算机室;4. 综合无线电室;5. 声纳室;6. 指挥控制中心;7. 导航中心;8. 导弹控制中心;9. 发动机舱;10. 反应堆舱;11. 二号辅助机械室;12. 艇员休息区;13. 一号辅助机械室;14. 鱼雷室;15. 军官舱;16. 士官舱;17. 导弹舱。
如果只论破坏力,可以说战略核潜艇上一枚潜射弹道导弹携带的一个弹头,就远远胜过一整个航母打击群/战斗群。因为一艘核动力超级航母的排水量也不过才十万吨,所携带的弹药总量满打满算只有2000吨上下,根本无法与核弹头相提并论。
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■一枚正在进行试射的美国海军UGM-133A“三叉戟Ⅱ”D-5潜射洲际弹道导弹。
因此与热衷于“看热闹”的普通军迷们不同,这些潜伏于大洋深处的水下隐秘杀手,才是各国军事专业人士的重点关注领域之一。而近年来随着各方面技术的突飞猛进发展,潜艇设计也摆脱了原来的沉闷局面,呈现出越来越多新颖的特色。
一、无围壳新潜艇?
其中一个潮流是,很多国家新建成下水的潜艇艉部普遍采用了新型的X型尾舵。由于是四个舵面同时发挥作用,这种设计能够为潜艇提供更加出色的机动性、更高的控制效率和更大的安全冗余,而且当潜艇在浅水区或接近海床活动时更有利于保护舵面。其次,很多潜艇艉部开始采用带有导流罩的泵喷推进装置,与传统的大斜叶螺旋桨相比,这种动力设计的降噪效果更加明显。
但光凭这些特点还不足以引发外界的惊讶。最炸裂的是,一些新出现的潜艇,甚至是各国海军中最尖端最先进的核潜艇,似乎取消了传统的指挥台围壳!如果这种设计最终被证实,那么在潜艇发展史上绝对具有极大的标志性意义。
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■巨大的蓝鲸背部非常光滑,连背鳍都没有。
我们知道,海里的鱼类只有用来保持航向稳定的背鳍,但没有类似于潜艇指挥台围壳这样的生理构造。如果潜艇能够取消围壳,将会极大降低水下阻力,从而大幅提升水下航速,这无论对于攻击型核潜艇还是战略核潜艇来说,都具有极高的战术价值。
同时高高耸立于潜艇背部的指挥台围壳,是潜艇在水下航行时产生涡流和流体噪声的主要来源之一。取消围壳,意味着潜艇能够极大地降低自己的声学特征,使对手的被动声纳更难捕捉到自己的踪迹。而且取消围壳还能让潜艇在浅水区作业时更不容易暴露,有利于潜艇在复杂近海环境下活动。
在2024年11月的第十五届中国国际航空航天博览会(珠海航展)上,中国船舶工业集团对外公开展示了一艘被称为“小型特种作战无人潜艇”的无围壳柴电动力无人潜航器,根据不同配置长度约为38~43米,水面排水量约为380~450吨,在传统的围壳位置同样只有略微凸起,艇背后部具有一根大型可折叠桅杆。它的尺寸已经超过一些小型载人潜艇。当然,在相对比较简单的无人潜航器上实现这种设计更为容易一些,它也是大型无人潜航器的典型特征。
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■出现在2024年珠海航展中船集团展位上的“小型特种作战无人潜艇”。
由于取消围壳具有如此之多的好处,世界各国海军都在进行着这方面的尝试与探索。
美国海军早在上世纪60年代后期就开始研究名为CONFORM的取消指挥台围壳潜艇设计。这个概念预计水下排水量约为4800吨,配备S5G自然循环核反应堆,水下航速超过30节。由于取消了指挥台围壳,潜望镜和桅杆改为放倒收纳在艇背凹槽中。
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■CONFORM概念潜艇的模型。
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■CONFORM概念潜艇小型舰桥、潜望镜和桅杆升起时的状态。
然而美国核海军之父海曼·乔治·里科弗海军上将利用其影响力推动国会选择洛杉矶级攻击型核潜艇而非CONFORM。后者最终于1969年被放弃。
此外美国海军声学研究支队曾经在爱达荷州湾景市的彭德奥雷湖中,对具有异形围壳结构的小型技术验证潜艇进行过长期测试。2021年,美国海军对外发布了一份潜艇充气式围壳结构的概念征集合同。
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■美国海军声学研究支队在爱达荷州彭德奥雷湖中测试的异形围壳结构小型技术验证潜艇。
其具体要求是能够提供至少4.88米(16英尺)的干舷(从水面到围壳顶部的距离);前部的舰桥舱口可至少容纳两名艇员,后部可容纳另外两名艇员进行作业;具备必需的电力、照明和通信设备以及可收纳的挡风玻璃和储物柜等;可以通过梯子上下,整套模块的重量不超过1.8吨(4000磅),允许在寒冷水域工作并提供对小型火力的防护能力。其他要求还包括至少一万次的充气收拢工作循环、在一分钟之内完成展开或收拢、能够在潜望镜深度的水下保持形状、可以在六级海况条件下操作以及零下51°C~65°C的工作温度范围等。
这个项目的当前进展情况还不清楚,但可以说明美国海军正在认真考虑在未来潜艇上取消永久式指挥台围壳的可能性。如果它能够取得成功,则我们或许可以在美国海军计划未来接替弗吉尼亚级攻击型核潜艇的SSN(X)型核潜艇上看到它。
在2018年的欧洲海军大会上,法国军工企业海军集团展示了一款新型概念潜艇SMX31,其设计非常激进,外形采用类似于抹香鲸的仿生学设计,取消了指挥台围壳和艉部的推进螺旋桨。两年后的2020年欧洲海军大会上,这个概念进化为更加务实且具备实现可能性的SMX31E。
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■法国海军集团在2018年展示的SMX31概念潜艇设计。
根据法国海军集团的介绍,SMX31E长约77米,宽度超过十米,排水量约为3200吨,属于一种比较大型的常规潜艇。由于采用全电设计,潜艇的自动化程度相当高,只配备了15名艇员包括军官。与原始设计相比,SMX31E恢复了指挥台围壳位置的某种凸起,但整体仍然保持高度的仿生学特征,艇身覆盖类似于鱼鳞的消声瓦。法国海军集团认为,这个概念很可能会在20年后成为一艘实用化的作战潜艇。
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■进化版的SMX31E概念潜艇。
苏联同样很早就研究过无指挥台围壳的潜艇设计概念。1960年,由第112特别设计局(OKB-112)提出的673项目是一种小型无指挥台围壳核动力攻击潜艇,水面排水量可能只有1500吨。不过这个项目只停留在概念图纸阶段,并没有进入实质性研发。
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■苏联第112特别设计局提出的673项目概念图,没有指挥台围壳。
俄罗斯海军也在2022年8月开幕的俄罗斯陆军2022展览会上,展出了一款采用低矮指挥台围壳设计的大型核潜艇Arktur。这个名字的意思是牧夫座最亮的那颗恒星。
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■俄罗斯海军展示的新型Arktur潜艇。从模型上可见其指挥台围壳非常低矮,几乎与艇身融为一体。左下方的小潜艇模型是她携带的“代理人-5”(Surrogat- Ⅴ)大型无人潜航器。后面的潜艇模型是俄罗斯海军现役的北风之神-A级战略核潜艇。
按照展会模型前面的说明,Arktur应该是一种战略核潜艇,针对北冰洋的特点进行了专门的优化。她的指挥台围壳非常低矮,并且与艇身融合为一体,艉部采用了某种类型的泵喷推进器以及独特的尾鳍设计,艇体中后部还设有两个大型侧开式有效载荷舱,可携带大型无人潜航器。
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■从模型中可见,在凸起的指挥台围壳顶部设有多个供潜望镜和桅杆等装置伸缩的小窗口。艇艏上部的舱口可能是武器装卸操作用途。
种种迹象都表明,对潜艇传统的指挥台围壳进行现代化改进甚至取消这个设计,已经成为当前世界各国海军潜艇发展的某种潮流趋势之一。因此我们有必要对潜艇上这个重要部位的来龙去脉以及所发挥的作用,进行一番深入的了解和讨论。
二、指挥台围壳的变迁
中文称呼的潜艇指挥台围壳,在英语里的单词是“Sail”(帆),在港台用语里也被称为“帆罩”,这很奇怪有没有?因为在水下航行的潜艇跟“帆”有什么关系?你还别说,最早的潜艇确实有帆,而且在水面用风帆作为动力。
1799年至1800年期间,在法国工作的美国工程师罗伯特·富尔顿建造了“鹦鹉螺”号潜艇。她长约6.5米,艇身带有铜制护套,背部设有带风帆的桅杆,用于水面航行,下潜之前会被放倒。潜艇在水下使用两套手摇螺旋桨推进,可以容纳四名艇员,由压缩气瓶提供呼吸用的空气。
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■罗伯特·富尔顿设计的“鹦鹉螺”号潜艇。
不要小看这艘潜艇。“鹦鹉螺”号于1801年7月在法国布勒斯特港口进行测试时下潜到约九米深度,并且在水下停留了超过一个小时。在后续的测试中,她利用某种装置将炸药固定在一艘单桅帆船的船底并安全离开,随后炸药引爆将这艘测试用的帆船炸毁。
现代潜艇也曾经在某种特殊情况下使用过帆。
1921年5月,美国海军太平洋舰队的R-14号潜艇离开夏威夷前去参加搜救失踪的远洋拖船“康内斯托加”号(Conestoga)。然而在航行了大约260千米之后,潜艇上的燃油管路被海水污染失去动力,当年非常不可靠的无线电通讯也出现故障无法向基地求救。
在随波逐流的潜艇上,食物仅能维持五天,仅靠蓄电池那点有限的能量根本无法使潜艇开回夏威夷。危急关头,潜艇上的技术军官罗伊·特伦特·加勒摩尔(Roy Trent Gallemore)想出了用风帆来推动潜艇的主意。
说干就干!不甘心等死的艇员们用管子制作了一个框架,然后将八个吊床绷在框架上,利用艇上的鱼雷装载起重机作为桅杆将土法制造的风帆竖立起来,风力如约推动潜艇,使R-14号获得了大约一节的速度,舵面也恢复了一定的控制功能。兴奋的艇员们很快又用六块毛毯制作了另外一面风帆并将其竖立在潜艇的无线电桅杆上,并且用八块毛毯制作的风帆竖立在指挥台围壳后端充当后桅,使潜艇的航速增加到大约两节。
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■正在利用风帆航行的美国海军R-14号潜艇。固定在无线电桅杆上的是主帆,下方挂在指挥台围壳后端的是后桅。另外一面风帆竖立在艇艏的起重机上。
此时在水中被动转动的螺旋桨开始带动发电机为潜艇上的蓄电池缓慢充电。经过大约64个小时的艰难爬行,R-14号潜艇最终依靠蓄电池的动力驶入夏威夷希洛港。艇长亚历山大·迪恩·道格拉斯海军上尉因为此事,获得了当时在美国海军太平洋舰队负责潜艇训练和作战的切斯特·W·尼米兹海军中校的书面嘉奖。
1. 指挥台与指挥台围壳
早期的潜艇大部分时间还是在水面上航行,因此与普通的船舶一样,需要在耸立在艇体上方的舰桥上指挥航行。但由于在下潜时舰桥会被淹没,所以演变出非水密性的指挥台围壳与水密性的指挥台。潜艇下潜时水流会充满指挥台围壳,艇员在水密性的耐压指挥台里操纵潜艇。
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■在尼米兹出生地美国得克萨斯州弗雷德里克堡太平洋战争国家博物馆后院陈列的,美国海军二战时期巴劳级潜艇“斑点鱼”号(SS-387)的指挥台围壳。
最初的密封指挥台是包裹在围壳中的垂直圆柱体。美国海军1928年服役的“阿尔戈”号潜艇(SS-166)将指挥台改为水平圆柱体,此后这种形式成为建造标准。
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■“阿尔戈”号潜艇设计蓝图。注意指挥台围壳内的水平圆柱体耐压指挥台。