“弗吉尼亚”级核潜艇项目的“方案探索”工作

王光荣

冷战结束后，美国海军战略重点由远洋作战向近海作战转移，原有的“洛杉矶”级、“海狼”级攻击型核潜艇均为冷战思维的产物，不适应新的作战环境要求。因此美国海军决定发展新一代攻击型核潜艇，并计划用其逐步替代“洛杉矶”级攻击型核潜艇，作为未来美国海军攻击型核潜艇部队的主力装备。

1988年新一代攻击型核潜艇开始初始概念研究，1991年正式立项进入采办流程，1992年完成方案探索，1994～1995年间完成工程设计和演示验证，1994年8月获准进行建造。同时明确了以电船公司作为唯一的设计商和建造主承包商，纽波特纽斯公司作为主要分包商的项目建设策略。这是美国核潜艇建造历史上，两家公司首次以合作而非竞争的关系完成核潜艇的设计建造工作。这也为最终该项目确保进度，降低成本创造了良好的工业环境。1998年，新一级核潜艇被正式命名为“弗吉尼亚”级，同年首艇“弗吉尼亚”号（SSN-774）开工，2004年10月服役。

“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇项目最重要的发展理念是被称为“螺旋式升级”的建造策略。美国海军将整个项目共30艘艇长达20多年的建造划分为3个项目“阶段”和5个采购“批次”，不同“项目阶段”建造的艇在关键系统上有着较大的设计更改，也就是利用该级核潜艇开放式结构的设计特点，允许后续“项目阶段”建造的潜艇根据新技术的成熟度相较前阶段艇进行较大程度的技术改进，不断“植入”新技术，从而使该级艇一直保持技术领先的地位。而“采购批次”是指同批被批准订购的潜艇（如第Ⅰ批次4艘艇均为1998年9月被批准定购），隶属相同“项目阶段”下不同“采购批次”的潜艇，在建造经费、建造方法、模块数量等方面略有不同，但在关键技术系统上基本没有变动。这种批量采购的方法从客观上消除了建造厂家的订单顾虑，便于厂家集中安排原材料批量采购、人员调配等工作，从而节省成本。

“弗吉尼亚”级核潜艇设计使用寿命33年，装备S9G型压水堆（第三阶段艇可能采用“转型技术堆芯”（TTC）），在整个服役期内无须换料。截至2014年5月，第一阶段两个批次的10艘艇均已服役。

方案探索工作

2001年以前，美国海军重大装备的全寿命周期过程如下图所示，需要经历需求确定阶、方案探索、确定计划与降低风险、工程建造、生产部署和使用保障、退役处理等六个阶段，除了第一、第六两个阶段外，其他四个阶段纳入采办管理。

“方案探索”是“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇项目进入采办程序后的第一个阶段，主要完成了三大任务：首先是细化装备需求，论证新型核潜艇的基本图像；第二是多方案评估，确定最终技术方案；第三是制定采办策略，指导后续的研制建造工作。上述工作交叉开展，无线性先后关系。

细化需求形成“弗吉尼亚”级基本图像

美国海军需要完成的首要任务就是进一步明确需求：“乍看之下，需求似乎界定得很明确，但是仔细审查一些需求参数就会发现界定范围很宽泛，并没有具体明确下来。为此，海军成立了一个需求说明小组，利用一周的时间排除需求中一切不确定性的成份。该小组还形成了一份作战需求文件说明报告，以确保开发机构和作战试验人员对需求有相同的理解”。

根据“弗吉尼亚”级的作战任务以及前期需求论证的结果，此阶段的需求论证结果可概括为：

为满足近海作战的灵活性要求，“弗吉尼亚”级的排水量应小于“海狼”级核潜艇。

* “海狼”级在航速、潜深、隐身性等方面的技术指标已经完全能够满足作战要求，“弗吉尼亚”级在这些指标上不需要进行超越，能够达到与“海狼”级一样的性能即可。

* 为保证该级艇能够适应未来不断变化的任务需求，该级艇设计上必须具备灵活性，能够不断嵌入新技术。

* 能够满足节约经费的要求。

同时，要求在设计中尽可能消除核潜艇运行时的“瞬态空泡”现象，这一需求对该级艇的减振降噪设计提出了新的要求。根据经验，改善潜艇声学性能的技术属于高风险的技术领域，所以“弗吉尼亚”级核潜艇水声需求的改变也必然会带来后续设计上的创新。

多方案分析评估（AOA）确定建造全新潜艇

多方案分析是指对各种方案的技术、经费、风险进行综合评估，对成本与作战效能进行综合平衡，以确定最终的技术方案。评估工作在1991～1992年间进行，期间军方采办机构和工业部门、部队合作对“弗吉尼亚”级核潜艇的9个备选方案进行了研究。这些备选方案包括：“海狼”级改进型方案、“洛杉矶”级改进型方案、“俄亥俄”级改进型方案、常规潜艇方案以及若干全新设计新型攻击型核潜艇方案等：

●继续建造SSN-21“海狼”级核潜艇方案：假设从1996财年或1998财年开始，继续在一家船厂以每年一艘的速度建造“海狼”级核潜艇。

●SSN-21（V）“海狼”级改进型方案：假设至少开发两型SSN-21“海狼”级核潜艇的改进型，排水量在1万吨以内。

●SSN-688I“洛杉矶”级改进型方案：假设从1996财年或1998财年开始，建造一型集成了各种可用技术的“洛杉矶”级改进型潜艇。

●新型攻击型核潜艇（百人队长）方案：对各种备选的新型设计方案进行评估，对新设计的要求一是经济可承受性更好（10亿美元）；二是成本低于或与“洛杉矶”级相当；三是排水量小于5000吨；四是减少或取消任务功能；五是1998年、2002年和2006年开始建造。

●“俄亥俄”级改进型方案：考虑以“俄亥俄”级设计为基础设计建造改进型核潜艇，包括对现役潜艇进行改装，改变导弹发射管体积，强调力量投送能力等。

●常规潜艇方案：各种常规动力潜艇设计方案（柴电潜艇、燃料电池潜艇、混合动力潜艇等）。

最终选择的方案是设计建造全新的攻击型核潜艇，而不是现役任何艇的改进型，并对新艇设计明确提出了降低经济可承受性、降低技术风险的基本要求。endprint

经济可承受性与降低技术风险密切相关，在此前的“海狼”级攻击型核潜艇项目中，由于同时采用了大量的新技术，增加了项目实施的不确定性，导致进度大幅延期，经费大幅上涨。因此，美国海军在多方案分析阶段，将新型核潜艇上可能应用的各种技术按照成熟度分成四类：

经过对技术和风险的综合评估，美国海军对新型攻击型核潜艇的方案提出总体要求为：尽可能采用前三类技术，侧重采用前两类技术，对第三类技术要有一旦失败后的替代方案。在此基础上，形成了“弗吉尼亚”级核潜艇的性能参数指标。

为降低采用创新技术带来的风险，“弗吉尼亚”级核潜艇项目采取了利用原型样机“先成型后买”的采办思想。这种采办策略要求核潜艇设计中采用新技术之前，先在陆上或海上进行这种新技术的试验，并且不断修正完善，成熟后再应用到核潜艇总体设计中。美国海军同时还退回到其长期坚持的“在一级新核潜艇上只采用一种重大新技术”的思想中。为使项目的可行性最大化，“弗吉尼亚”级核潜艇采用的全部技术均已经在海上进行过原型验证。因此，宽孔径声纳、非穿透艇壳桅杆、海水反向渗透淡化系统、推进器和作战系统等在应用于“弗吉尼亚”级核潜艇之前，均已经过验证（大部分技术在“洛杉矶”级核潜艇上验证）。

在经费分析方面，美国海军认为，如果每两年建造1艘“海狼”级核潜艇，那么就能有效保留劳动力。“海狼”级核潜艇的单艇成本为23.5亿美元，与之相比，新潜艇的单艇成本大约为14亿美元，每年可以建造1.5艘或2艘。但是，新潜艇需要投入35亿美元的设计和开发成本，而且作战能力弱于“海狼”级核潜艇，因此，在该阶段明确了减少投入的目标，使核潜艇的成本能够有实质性地削减。

制定采办策略降低技术和成本风险，并保留工业基础

多方案的评估实质上包括了对项目成本的评估，美国海军以此为基础制定了“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇的采办策略，可以归纳为以下两点：

一是“先成型后买”。为降低采用创新技术带来的风险，“弗吉尼亚”级核潜艇项目采取了利用原型样机“先成型后买”的采办策略。这要求在设计中采用新技术之前，先在陆上或海上进行这种新技术的试验，并且不断修正完善，成熟后再应用到核潜艇总体设计中。美国海军在该级艇设计中贯彻了在“海狼”级项目之前长期坚持的“在新型核潜艇上只谋求一个领域的重大技术突破而不是各领域全面突破”的思想。为最大程度提高项目的可行性，“弗吉尼亚”级核潜艇采用的全部技术均已在海上进行过原型验证。

二是建立两家船厂共同完成项目的新型伙伴关系。此前在“海狼”级核潜艇项目中，设计和建造分别交付纽波特纽斯公司和电船公司两家，这种采办策略造成进度和成本的双上涨。但是在没有其他新型核潜艇项目上马的前提下，仅由其中一家公司总揽“弗吉尼亚”级核潜艇的全部设计和建造工作，势必会影响另外一家企业的生存，使之无法保持核潜艇的设计建造能力，影响全美国的核潜艇工业基础。为此，经过海军和工业部门的联合论证评估，最终确定了以电船公司作为唯一的设计商和建造主承包商、纽波特纽斯公司作为主要分包商的项目建设策略，同时规定，无论工作量如何分配，利润均为五五开。这是美国核潜艇建造历史上，两家公司首次以合作而非竞争的关系完成核潜艇的设计建造工作。这也为最终该项目确保进度，降低成本创造了良好的工业环境。

经过“方案探索和评估”阶段的论证工作，美国国会对于“弗吉尼亚”级核潜艇的技术风险和成本方面存在的担忧基本消除。1994年8月，项目通过国防采办委员会的“里程碑1审查”，获准进行设计建造。endprint