新概念潜艇及其技术展望

1 引 言

潜艇具有隐蔽性好、突击力强的特点。潜艇作为攻击性武器是对抗航空母舰和进行核威慑的重要军备力量，在现代战争和战略中发挥着日益突出的作用。一直以来，各军事强国都希望获得性能更优异的潜艇，不断采用新的突破性技术，而新概念潜艇往往为这些关键技术上的技术飞跃提供了思路，从而推动了高性能潜艇的发展。以下分别对新概念潜艇以及相关的武器和通信技术进行介绍。

2 磁流体推进潜艇

与现役的常规潜艇或核潜艇相比，磁流体推进潜艇具有结构简单、振动小、噪声低和操纵灵活等特点，也具备高速推进的能力。磁流体推进器无空泡，不产生空泡噪声，也不采用通常的机械部件和减速齿轮，因而也不产生机械噪声[1-4]。此外，这种推进器还因推力集中、水的紊流较小而减弱了磁通量的变化，可以避免被敌方磁探仪探测跟踪。日本比较重视磁流体推进的实用化技术研究，1985年日本成立了“超导电磁推进船开发研究委员会”，决定建立超导电磁推进试验船，1992年研制的“大和一号”试验船在海上自航试验成功[5]，虽然该船的推进器超导磁体的磁场未达到设计预定的4T指标就出现失超，但只需进一步提高超导磁体的磁场强度，完善磁体制造技术，减轻推进器、动力和制冷等设备的重量，就可以使船速和效率达到实用化的水平。磁流体推进器还能减少水动力阻力，减少维护量及降低可检测性。文献[6]指出，目前应用螺旋桨推进器系统的潜艇已经获得20～42 kn的航速，利用稍作修改的压水堆作为动力源的磁流体推进器，可获得此范围内的速度。如果同时采用液态金属增殖反应器，可达到更大的水下航速。由于潜艇的声隐蔽性在隐身性中最为重要，磁流体推进潜艇运动时不产生空泡和机械噪声的显著优点被认为是未来潜艇的重要发展方向。采用磁流体推进和螺旋桨结合构成的混合式推进潜艇也是一种构想方案。

3 燃气轮机和燃料电池混合推进系统的英国新概念潜艇

2004年在悉尼举办的太平洋海事展览会上，英国BMT国防服务有限公司推出一种非核、电潜艇模型SSGT，该潜艇采用燃气轮机和燃料电池的混合推进。该设计包括换气装置和燃料电池的不依赖空气推进(AIP)[7-9]系统以及专供水下高速航行使用的钠镍氯化物电池，该潜艇水下机动性接近核潜艇，但造价和噪声比核潜艇低。这使潜艇能够以20 kn航速半潜航行数千海里，在进入战区后使用燃料电池或蓄电池转入长达30天的隐蔽航行。对于更隐蔽的但速度较慢的经航要求，艇上的工作用电和动力用电靠燃料电池提供。其燃料电池通过潜艇的水下通气桅杆吸入的空气与从精制煤油中获得的氢发生反应，精制煤油由装在潜艇露天甲板下的外部燃料袋运载。到达指定水域后，该潜艇以AIP方式使用燃料电池，煤油中的氢与艇载液罐中的液氧发生反应。最高至30 kn的短时战术冲刺由钠氯化镍电池组提供动力。由于在所有模式下发电采用相同的燃料和设备，所以该潜艇在经航和战区执行任务时在速度和自持力上相当灵活。为消除推进装置在高速时的空化效应，设计采用涵道式喷水推进。该新概念潜艇有望在2012年研制成功[10]。

4 无人潜器

无人水下航行器(UUV)[11]靠遥控或自动控制在水下航行，用于高风险作战区执行任务或高风险作业区作业。无人潜器取消了艇员，能深入敌群，可避免艇员承担的风险，是隐蔽性好、效费比高的作战工具。核潜艇所装备的无人水下航行器，既可以作为水下武器平台，实施水下隐蔽突击，参加潜艇战、反潜战、水雷战等作战，又可作为传感器平台，实施侦察、监视、收集情报、海洋观察，以及执行其它许多作战使命。美国海军研制的近期水雷侦察系统(NMRS)，已于1998年开始装备“洛杉矶”级核潜艇。NMRS的主要任务是作为隐蔽的水雷侦察工具，可执行侦察任务，为潜艇在雷区航行提供安全引导。美军正在研制用于探雷的远期水雷侦察系统(LMRS)，但LMRS不能灭雷。此外，美军正在进行“曼塔”(Manta)无人水下航行器的设计研究，希望在2010年投入使用[12]。Manta嵌入潜艇壳体内，在浅水区执行危险任务时释放，利用探测器和攻防武器，进行水下监视发现敌方水雷场，跟踪和攻击敌潜艇，完成任务后返回母艇[13]。

5 仿生潜艇

2名密歇根大学的学生根据鱼类潜游状态运动规律，设想建造一种“仿鱼潜艇”，这种潜艇外层包裹着1层由特殊材料制成的弹性外表，用贯穿艇体的弹性棒带动的尾巴周期性变化成为有规律的摆动推动潜艇前进，能提高潜艇的水下机动性和隐蔽性。他们的这一设计已得到美国海军的肯定，并批准立项[14]。

国外研究发现，在艇体表面喷注聚合物就像海豚和鱼在其身体上分泌降阻油一样可减小摩擦阻力。这种技术能使潜艇不需要增加功率就能提高航速。1艘航速30 kn的核潜艇，如果推进功率增大1倍能提高航速至38 kn，如果阻力减小一半航速同样能达到38 kn。俄罗斯已经开始利用在艇体上涂敷层的技术，包括有消声能力的障碍涂料，对边界层压力作出反应的嵌入式软质多孔材料，对边界层加热控制的电毯，以及向涂层表面添加聚合物，可减小摩擦阻力60%[15]。

6 水泥潜艇

俄罗斯海军正在研制的水泥潜艇靠自身重量能下潜到深海，这种潜艇能够下潜到目前的潜器不能达到的深度，并能以垂直发射的鱼雷攻击其上方的舰船。由于声呐无法发现这种水泥船体和接近静音的推进系统，这种潜艇在海底活动范围很广。水泥潜艇以电池为动力，同普通潜艇不同，水泥潜艇没有重量限制，可以有许多分舱，只需要最低限度数量的艇员操作，水泥潜艇也便于采用“狼群”战术攻击目标[16]。

7 航母潜艇—航母和潜艇结合

潜艇隐蔽性好，能够在水下作战地点发动突袭，但水下航速低，制空能力差，对陆攻击和支援能力较弱，航空母舰的特点恰恰相反，航母续航力强、机动快速，携带的舰载机具有作战半径大、攻击力强的优点，但航母出动必须是战斗群，隐蔽性差，是水面上最明显的攻击目标，极其依赖飞机与其他舰艇防护。潜艇与航母两者的优缺点恰好可以相互取长补短，设计一种既能够潜航又能够携带攻击性舰载机的新式舰船—航母潜艇(也被称为潜艇航母等)是一种新的发展概念。二战期间，日本曾经使用这种潜航母舰对美国进行过突袭，但当时这种潜艇一方面没有解决好飞机的回收问题，另一方面最多仅能携带3架飞机(1945年的I-400型航母潜艇[17])而限制了战斗力。目前英国、美国均对航母潜艇的可行性做了大量论证和一些关键性试验。

8 相关的武器和通信技术

8.1 武器装备

一种革命性的鱼雷武器技术就是苏联/俄罗斯的“暴风”高速火箭鱼雷[18,19]。20世纪70年代末苏联海军接收了第一条该鱼雷。这种鱼雷由于超空化效应使速度达到了200 kn[20-22]，但该鱼雷缺乏制导能力，仅根据来自舰壳声呐的数据发射，是直航鱼雷，目前该鱼雷的自导问题尚待解决，也仅用于潜艇。俄罗斯由于经费短缺，已把这种鱼雷投放市场。目前美国和德国正在进行超空化研究的合作，已经开始了新型速度极快的鱼雷的试验，这种新型鱼雷将具有自导系统，安装在艏部空化锥尖上[23]。

除火箭鱼雷外，美国正在开发的艇外储存发射鱼雷技术极具创新性。美国的Tango-Bravo计划的目的是寻找突破潜艇现有设计障碍的新技术，从根本上重新思考潜艇的设计方法。美国期望建造一级能力与“弗吉尼亚”级潜艇相当、但成本、尺寸仅为其1/2的新一代潜艇。从2005年开始，DARPA分别与通用动力、诺思罗普·格鲁曼等公司相继签署合同，开始进行Tango-Bravo计划中相关关键技术的开发和论证工作。该计划的主要目标是降低未来潜艇的采办和支持成本，主要在5个关键的潜艇技术领域开展研究，其中包括艇外武器储存和发射。该技术取消传统发射管和垂直发射系统，而将武器装载在耐压壳外部。该技术的优点为：1)不用占据艇内空间，有利于减小艇体尺寸，降低成本；2)可以自由选择武器的尺寸，极其有利于无人潜器的使用；3)没有了产生噪声的鱼雷管门；4)不需要复杂的水下发射技术。负责该项目的诺思罗普·格鲁曼公司等已在浅海区成功发射了全尺寸的MK48鱼雷以展示此设计理念。2007年2月进行的第二阶段开发和测试是在最大作业深度发射全尺寸武器，验证了有能力从艇壳外部装载和发射鱼雷，且发射时艇的速度和深度可与“弗吉尼亚”级相当。该技术的难点在于当武器在耐压壳外部时如何接近、装载和输送武器[24]。

8.2 通信设备技术

潜艇处于水下潜航状态时对岸通信主要使用超长波，但采用蓝绿激光有更好的传输性能。从20世纪70年代起，各国对蓝绿激光通信进行了大量的开发工作。激光通信通频带窄，被截获的可能性小，抗干扰能力强，不受核爆炸的影响，数据传输率高，信息容量大，能在电磁对抗环境下安全隐蔽地传输数据和话音，具有较强的实用性，对处在水面下300 m深度的接收机发送信息是完全可能的。由于潜艇蓝绿激光通信系统技术复杂，耗资大，所以还没有进入实用阶段[25]。

9 结 论

本文对未来超导磁流体推进潜艇、混合动力潜艇、无人潜器、仿生潜艇、水泥潜艇、航母潜艇、自导超空化高速鱼雷、武器艇外布置发射、水下蓝绿激光通信等新概念潜艇和相关技术进行了介绍，揭示了未来潜艇的发展方向，尽管其中一些技术可能在保密的状态下已经实现，但有些概念的关键技术仍需要不断突破和创新，未来潜艇也必将对世界科学技术进步起到极大的促进作用。

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