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潜艇用的动力燃料一般是什么?
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真正长期地潜游于水下,以发挥其隐蔽的特.常规潜艇以柴电推进系统作动力,只能在水下航行几天就必须浮出水面,采用柴油机推动,同时给蓄电池充电,这对提高潜艇的隐蔽性极为不利.不能设想将所有的潜艇都采用核动力推进,也不能设想无限制地增大柴油机功率和蓄电池容量,因此,寻找不依赣空气的常规潜艇推进系统,一直是许多国家追求的目标.潜艇用AIP系统基本类型有：燃料电池、斯特林发动机系统、闭式循环柴油机系统和小型核动力装置.以上众多不依赖空气的动力装置中,哪种最有前途,未来的常规潜艇采用哪种最为合适,这要根据潜艇的使命任务和各种不依赖空气系统的性能、结构、体积(重量)、经济性、安全性等指标综合考虑才能决定.德国海军为了研制2000年以后新一代的常规潜艇,对已进入实用阶段的各种不依赖空气的推进系统的信号特征、艇主尺度、潜水深度、性能限制、燃料供应、维修、适应性、研制周期、研制经费和设备采购费等一系列性能、指标进行了分析比较,认为燃料电池和闭式循环柴油机最为优越.对这两种推进系统的性能参数和优缺点再作进一步的比较后．他们认为两种系统对新潜艇主尺度和排水量的增加、航速的下降,以及水下巡航距离与自持力的增加、暴露率的减少等影响不相上下,但燃料电池总功率高、热扩散小、噪声低、研制周期短、实用性更强.据资料估算,对于输出功率1MW的柴油发电机和燃料电池系统,整个使用期间费用均需560万英磅…,但燃料电池总功率高、热扩散小、噪声低、研制周期短、实用·陛更强,因此,德国海军决定支持在新一代的潜艇上发展燃料电池系统.燃料电池有以下优点：燃料电池是一种由化学能直接转换为电能的电解转换装置,系统除燃料／空气供给泵外,无转动机械部件；不会产生象柴油燃烧后所剩下的燃料残渣,因此,没有必要在潜艇上使用压缩机将残渣压出艇外,因而没有噪音据对美国40kW级燃料电池系统韵测定结果,距离10英尺处的噪声只有68dB_2J.红外特征弱,艇外不会有热迹,隐蔽性好.燃料电池输出直流电,可直接供电给直流推进电机,无需配置发电机和变压器等能量转换机构．因而也无机械能和电能的损耗,装置效率可高达50％～60％,而柴油发电机仅25％～35％…1,这样,可提高舰艇的续航力.图1所示为火电、核电和燃料电池三种发电方式的能量转换过程比较.由于燃料电池能量转换过程的直接性,使得它的转换效率大为提高氢氧燃料电池唯一的副产品是水及热量：水可以贮存利用,无需排污设备；燃料余热可以加以利用,几乎无热量损耗.整个系ZHONGWAICHUNBOKEJI总第28期中外船舶科技统结构紧凑.水在能量转换过程中作为反应产物保留在潜艇舱内,这样．可以确保系统的整个重量不变.燃料电池能量转换温度低,仅70一锅炉(燃烧)匡—蕊(棱反应)旋转(汽轮发电机)圈幽擞回丽图1火电、核电、燃料电池三种发电方式能量转换过程比较80℃,工作环境比较安全.固态燃料聚合物电池被认为是燃料电池的发展方向,它具有外型尺寸小、功率大、无腐蚀、使用寿命长等特点.以下对燃料电池的分类、电池原理以及燃料电池、储氢材料和氢储存系统的发展作一介绍.1燃料电池的分类燃料电池主要由能促使燃料(阳极)和氧化剂(阴极)起催化作用的电极和在两极之间传导离子的电解质等组成.由于燃料电池的工作条件(尤其是温度)和电极的成分在很大程度上取决于电解质,所以一般根据使用的电解质类型来对燃料电池进行分类.下面对几种燃料电池作一简介：(1)碱性燃料电池(AFC)该电池用含水的氢氧化钾(KOH)溶液作电懈液,以纯氢为燃料,以纯氧为氧化剂.碱性燃料电池为空间轨道飞行器提供电力.碱性燃料电池的工作温度121．1℃,效率为77％,也可用空气作氧化剂,但要求从空气中除去CO2.研制铝燃料电池是美国能源部的一个发展项目.(2)离子交换膜燃料电池(PEMFc)亦称固体聚合物燃料电池(SPFC).该电池与其他电池的不同之处在于它采用碳氟化物离子交换膜作为电解质代替流动的电解液.工作温度低于100℃,室温下就可引出有用的电功率.此外,这种电池尺寸较小,重量较轻．经进一步发展后价格还可更加低廉.(3)固体氧化物燃料电池(SOFC).该电池是一种紧凑的高温陶瓷装置,工作温度为1000℃.其效率随所用的燃料和氧化剂不同而变化,用碳氢化合物和氧时,效率为55％.(4)磷酸燃料电池(PAFC)该电池的工作温度约1767℃.用碳氢化合物燃料和液氧,效率为50％；用碳氢化合物和空气,效率则为41％.(5)熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)该电池的工作温度约6489"C,效率为58％__65％,研制风险较低,但功率密度也低.熔融碳酸盐型燃料电池中,用固体氧化物作电解质的燃料电池在国外被称为第二代燃料电池.业已取得巨大进展并有希望商业化的,是可熔融碳酸盐型燃料电池,它与磷酸(盐)型相比有很多优点,如设计简单、成本低廉等.2燃料电池原理之所以称之为燃料,是因为能量的来源是一些可燃烧物质的化学能.经过电池内复杂的电化学反应,化学能直接转变为电能,电化学反应的最终产物和燃烧过程的最终产物相同.现代燃料电池的基本结构象普通电池一6ZHONGWAICHUNBOKEJI中外船舶科技1997年第1期样,也具有正、负两个电极以及电池内部传输电流所必需的电解质.燃料电池电解液由氢氧化钾或氢氧化钠的碱性溶液组成,也可由酸性溶液(如磷酸溶液)或各种能以氢氧离子、氢离子形式携带电流的陶瓷和聚台体组成.氢一空气燃料电池的结构及原理如图2所示.电动机圈2氢一空气燃料电池的结构及原理示意图氢和氧分别进入电池的阳极和阴极.氢在阳极发生氧化反应,生成氢离子和电子：t-h(气)一一2H+2一电子通过外电路驱动作功,最终到达阴极和氧与电解液在阴极发生还原反应,生成氢氧离子：1／42O+寺O2十2e～一一2OH一氢离子向阳极迁移．相遇而生成水：H++OH一一一H,O全反应过程如下：1H2(气)+÷02(气)～一H2O(27'U)燃料电池反应的特点是氢和氧直接进行化学反应,是唯一的消耗品,而电池本身并不参与.3燃料电池的进展燃料电池作为电池家族的一员,早在150年以前就已问世.1938年,科学家维利安·格罗布利用电解水的“逆反应”,首次将氢和氧还原成水和电流.只是因为受到当时科技水平的局限,试制出的燃料电池效率过低．体积过于庞大,无法应用于工业及日常生活中,使这项本来可以造福于人类的研究长期没有什么进展.到了本世纪50年代,科学家们为了寻求将燃料的化学能直接转化为电能,以提高转换效率,对冷落多年的燃料电池进行了多方面的探索,终于在1960年首次将其成功地用于美国的宇航领域.近20年来,能源危机和环保问题促使科学家们研究开发燃料电池技术的兴趣更趋浓厚,并已取得显著的成就.在美国,早期的燃料电池是专门为“双子星座和“阿波罗”宇宙飞船提供电力而设计制造的由于飞船在太空运行中,必须同时携带燃料电池所需的氢和氧,因而宇宙飞船上专用的燃料电池又称氢一氧燃料电池,它与氢一空气燃料电池工作原理完全相同．只不过前者是纯氧．而后者是空气中的氧.太空燃料电池中与电力共生的水是极纯的,无需处理就可为宇航员饮用.太空燃料电池造价极高,一是因为这种电池设计和制造要求十分严格,必须保证绝对安全；二是电池电极的催化剂(铂)价格昂贵.自从太空燃料电池应用成功以来,电池的结构设计又取得了很大进展,费用也不断降低.1973年．在美国通用公司的赞助和支持下．有6O座12．5kW的燃料电池投入大规模的实验,用以进行先进的气体能量转换研究的目的.潜艇燃料电池是在60年代宇航技术上ZHONGWAICHUN130KEJI7总第28期中外船舶科技成功应用燃料电池后才迅速发展起来的一种新型动力源.由于燃料电池适合用作潜艇的水下动力,因此受到各国海军的重视,很多国家都投入了大量人力和物力进行研究,其中美国、日本、德国、瑞典和法国等,都积极投入这一工作.美国是最早研究潜艇燃料电池的国家.1963年开始进行氢氧燃料电池反潜潜艇的研究.燃料电池使用由甲醇或氨制成的氢,曾经作了2600小时的陆上试验,后因美国的核动力政策,停建了常规动力装置潜艇,故停止了研制.法国阿斯通公司研制的一种联氨一过氧化氢燃料电池其反应物分别溶于稀薄的氢氧化钾中,电池依靠电解液的循环工作.由于它采用齿轮泵输送电解液,噪音很大.此外,联氨和过氧化氢的运行费用高,所需电解热量大．所以潜艇上应用比较困难.日本曾用了大量经费开展潜艇燃料电池的研制,从1969年起研究氢氧燃料电池,主要研究艇内氢气重整系统、氢源的储存和循环系统,但困中间试验体积过大和过于复杂等技术上的原因,致使研究中断.晟后提出八种制氢方案,但仅停留在陆上试验阶段.德国对燃料电池的研究一直没有停止,而且取得重要进展.德国工业集团经过初步技术设计,便开始研制各种水下系统.在潜艇舱内通过低温合金态氢化物,贮存大量的氢,在冷冻箱中贮存大量的氧,是一个全新的技术突破.1980年,德国IKL公司、霍互兹船厂、费斯塔尔和西门子公司组成一个工业集团,决定在燃料电池的基础上,发展一种混合推进系统.在这种系统中,氧以液态氧(一180℃)的形式贮存在耐压容器中,氢则存在于(Fe／Ti)合金的氢化合物中目前,最有发展前途的仍然是2o年前预测过的碱性、低温、氢氧型电池.直到现在,研究工作取得效果最好的是德国,1980年开始进入研制实用产品阶段.用氢气和氧气作为燃料,燃料电池组有六块电池,每块电池有70个电池对,功率为7kw.1984年进行了陆上试验,表明电池是安全可靠的.1987年开始用它改装205型U1潜艇,1988年进行了6个月的海上运行,输出功率为1OOKW,速度5kn.试航结果表明．燃料电池发出的直流电,可不经过变压器而直接供电给直流推进电机,也可根据需要与蓄电池组并网用作动力源,还可使蓄电池边放电边充电,使潜挺保持良好的作战状态l4J.由于燃料电池混合推进装置在潜艇上的成功试验,德国海军决定在1990年一2∞5年发展新的U212型燃料电池潜艇12艘,以取代目前的205型、206型和209型J.为了与瑞典在潜艇出口市场上竞争,还要把燃料电池安装到最新型的2000型出口潜艇上,以供澳大利亚海军选择.
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未来常规潜艇的主动力源：锂离子电池前景一片光明
作为柴电潜艇水下航行动力的来源，电池性能对柴电潜艇的航速、续航力、水下航行时间等多方面产生影响，直接制约着柴电潜艇的实际作战能力。目前，铅酸蓄电池作为柴电潜艇的传统电池能源，构型笨重，容易释放有毒易爆气体，越来越不能适应现代海战的需求。现代柴电潜艇迫切需要进行一次“能源革命”，而锂离子电池将成为这场革命的引领者。
锂离子电池的构造和优势
相对于传统的铅酸蓄电池，锂离子电池具有更好的性能：比容量高，这是锂离子电池最大的优势，无论是单位质量的能量，还是单位体积的能量，均比铅酸蓄电池高出至少2倍；单电池输出电压高，平均输出电压值是铅酸蓄电池的3倍；自放电率低，自放电率是电池内自发反应引起的化学能损失，其自放电率小于每月2%；使用寿命长，锂离子电池的循环次数高达1000次，是铅酸蓄电池的4倍；安全性好，锂离子电池在充、放电过程中，只需锂离子的嵌入和脱出，将电池过热和内部短路的概率降到最低。
锂离子电池原理图
一般来说，锂离子电池主要由正极板、负极板、电解质、隔膜纸、钢壳及盖板等组件构成。正极板由氧化钴锂、氧化镍锂、氧化锰锂等材料组成；负极板由碳材料（包括石墨、软碳和硬碳）制成。电解质是电池内化学反应工程中锂离子来回移动的载体，其主要材料是碳酸酯类有机溶剂。处于正、负极之间的分离隔膜纸通常采用聚丙烯和聚乙烯制成，防止两极直接接触而导致的电池内部短路。钢壳是锂离子电池化学反应的容器，盖板在整个电池系统中起到密封和输出电源的作用，它们均由不锈钢或者高级铝材采用激光焊接成形。
锂离子电池的工作原理是建立在“摇椅理论”上的，充电时锂离子从正极脱出，通过电解质到达负极，得到电子后与碳材料结合变为钴酸锂。放电时，锂离子从负极析出，通过电解质到达正极，重新回到层状钴酸锂骨架中，恢复到充电前的状态。由于锂离子电池在充、放电过程中，锂离子在正负极之间往返嵌入和脱出，就像摇椅一样摇来摇去，所以又被称为“摇椅电池”。
日本未来锂离子电池同现有蓄电池的对比
得益于锂离子电池的体积小、质量轻、能量密度高、循环寿命长、无毒无污染等优点，已经被各海军强国所重视。各国海军都希望能够将锂离子电池应用于新一代的柴电潜艇。据估算，如果柴电潜艇应用了锂离子电池之后，全速航行和经济航速航行下的水下续航力将分别提高3倍和5倍；如果非核AIP潜艇应用了锂离子电池，将使非核AIP潜艇在上述两种工况下的续航力提高3倍和7倍。这将极大的提高常规动力潜艇在现代海战条件下的作战效能、隐蔽性和生存能力。
发展现状和前景
目前，德国、法国在常规动力潜艇应用锂离子电池技术上处于世界领先地位。德国在20世纪90年代初开始探索潜艇用锂离子电池技术，霍瓦兹德意志造船公司和蒂森克虏伯海事系统公司以及GAIA公司密切合作，研发出潜艇用锂离子电池模块，总容量达到485安-小时。而且，该电池已经通过了关键技术评审，并且按照常规潜艇抗冲击、磁特征信号以及操作使用安全性进行了验证测试。
与同样容积的铅酸蓄电池相比，在水下全速航行工况下，锂离子电池放电量高出约4倍；在经济航速航行工况下，锂离子电池放电量高出约2.5倍。德国海军已经决定将该锂离子电池模块集成到新建的216型AIP潜艇。此外，法国舰船建造局DCNS与萨福特蓄电池公司从2000年开始研究用于常规潜艇的锂离子电池，目前已经完成锂离子电池陆基技术测试、锂离子电池的安全性测试、锂离子电池与柴油机的耦合试验、锂离子电池与AIP系统的耦合试验等。
在不久的将来，随着潜艇用锂离子电池技术的日臻成熟，很可能将彻底取代铅酸蓄电池，成为未来常规动力潜艇的主动力源。
本作品为“科普中国-军事科技前沿”原创 转载时务请注明出处
作者： 军事科技前沿
[责任编辑: 吕芮光]
离子,潜艇,蓄电池辽宁舰航行中是谁在暗中保护？这一武器才是航母舰队的攻击主力！|武器|核潜艇|辽宁舰_新浪网
辽宁舰航行中是谁在暗中保护？这一武器才是航母舰队的攻击主力！
辽宁舰航行中是谁在暗中保护？这一武器才是航母舰队的攻击主力！
国家与国家之间的较量并不一定是在战场上，因为有战争就会有损失，而受影响最严重的还是普通老百姓，所以现在的国家较量除了在常见的经济上以外更多的体现在军事武器上，有了先进武器设备就证明具备了相应的作战能力，这种较量远比真刀实枪的上战场来的容易多，而且对黎民百姓的生活也不会造成任何影响。近日，有关媒体称，中国海军辽宁舰在进行训练时被一艘核潜艇在暗中保护着，露出水面的只有一艘核潜艇，有关人士分析认为辽宁舰航母编队应该还有一艘攻击型的核潜艇在水下潜伏着，这次训练它并没有露出水面。核潜艇在航母编队中的任务十分明确，保护航母安全，攻击敌方，发射巡航导弹，潜射核导弹，目的就是袭击敌方陆上设施，表明上看是航母在作战，其实核潜艇的作用更加重要。此次训练当中露出水面的核潜艇为093型，该潜艇为攻击型核潜艇，由中国自主研发制造，它的威力也十分惊人，排水量8000吨，自持力80天，全艇长106米并且还配有六个鱼雷发射管，其中四个是533毫米，两个650毫米，还有一个导弹垂直发射舱，可以发射远程反舰HHN-3型反舰导弹，该类型导弹可以一次搭载12颗，震慑力十足。该核潜艇的优势是噪音比较小，隐蔽性能高，高科技含量足等。中国航母编队之所以选择093型核潜艇是因为它要比常规潜艇速度快，攻击性强，能够在各种高难度环境下执行作战任务，其作战强度和自持力都要高于常规核潜艇，这也是为什么美国要摒弃所有的常规潜艇全力发展核潜艇的主要原因。中国海军的现状是常规潜艇和核潜艇按不同比例进行配比，在数量上是不足以和美国相比的，但是中国也正在朝这个方向发展，相信未来中国也将会不断地装备上各种先进的核潜艇，增加海上军事作战能力。
特别声明：以上文章内容仅代表作者本人观点，不代表新浪看点观点或立场。如有关于作品内容、版权或其它问题请于作品发表后的30日内与新浪看点联系。2016年国外潜艇装备发展综述
本文由大柳树防务（dlswinds）授权转载，作者： 周伟，周明贵等
2016年，各国充分认识潜艇装备的地位与作用，综合采取各种手段，扎实推进弹道导弹核潜艇、攻击型核潜艇、常规潜艇、无人潜航器、潜射武器等潜艇装备的建设发展，稳步推进其升级换代，不断提升水下威慑与打击能力。
在弹道导弹核潜艇方面，一是正式启动下一代弹道导弹核潜艇项目，将采用多种先进技术。6月中旬，美国启动下一代弹道导弹核潜艇替代艇的核反应堆，新反应堆可在42年的寿命期内不需要换料。7月，美海军发布了30年造舰计划，明确指出“俄亥俄”替代艇是未来美国海基核威慑的核心，并将之命名为“哥伦比亚”级，同时提出958亿美元的采办计划，将在2021财年采购首艇，在2031年开始替代“俄亥俄”级，至少服役至2085年。该级潜艇排水量2万吨，将采用全电推进、泵推和X舵等先进技术，可携载16枚改进型“三叉戟-2/D5”潜射弹道导弹，将为美国提供持续可靠的二次核威慑与打击能力。二是升级现役弹道导弹核潜艇的通信和指挥控制系统，确保安全可靠性。2月17日，美海军宣布授出一份合同，用于在2021年2月之前完成升级AN/BYG-1“潜艇作战控制系统”的“有效载荷控制系统”（PCS）。9月上旬，美国海军称，授予大陆电子公司一项更换陆基大功率固定潜艇通信系统（FSBS）的部分电子元器件的合同，预计2019年8月完成。
在攻击型核潜艇方面，一是持续列装“弗吉尼亚”级新型攻击型核潜艇，提升其饱和攻击能力。8月27日，美海军列装第13艘“伊利诺伊”号“弗吉尼亚”级核潜艇。该艇重新设计了船艏，用两个大口径“弗吉尼亚荷载管”替换原来 12个独立的发射管，每个荷载管能发射六枚“战术战斧”对陆攻击巡航导弹。此举可在保持作战能力的同时，减少潜艇购置成本。二是开发下一代攻击型核潜艇技术。美国海军计划于2034年采购下一代攻击型核潜艇，并重点发展先进安静型动力系统和互操作控制系统，特别是与无人潜航器的交互。
在弹道导弹核潜艇方面，俄主要加速列装“北风”级第四代弹道导弹核潜艇，目前共部署了3艘，正在研制1艘，到2020年将共完成建造8艘。9月27日，“北风”级核潜艇“尤里·多尔戈鲁基”号成功试射两枚“布拉瓦”导弹。由于目前“北风”级核潜艇尚未形成完全作战能力，俄罗斯继续保留部分第二代、第三代弹道导弹核潜艇，用于暂时弥补能力缺口。3月21日，俄海军表示，已升级“台风”级第二代弹道导弹核潜艇“德米特里o东斯科伊”号，以携载“布拉瓦”潜射弹道导弹。8月27日，俄罗斯表示，已完成“班轮”潜射弹道导弹的改进工作，将列装“德尔塔-4”级第三代弹道导弹核潜艇。
在攻击型核潜艇方面，俄采取与弹道导弹核潜艇的发展策略，即一边加速列装“亚森”级第四代攻击型核潜艇，一边改进第三代，确保既提升质量，也保持适当规模。目前俄已列装“亚森”级核潜艇的首艇，将在2020年前共生产8艘。7月29日，俄罗斯开始建造第五艘“亚森”级核潜艇“彼尔姆”号，计划于2018年列装第二艘“亚森”级核潜艇“喀山”号。11月11日，俄开始全面升级改进“阿库拉”级第三代攻击型核潜艇，为其装备新型C4ISR系统、最大射程4000千米的“口径”亚超声速结合的远程巡航导弹及核安全保障系统等，提高潜艇声学隐身性能等，使其性能接近“亚森”级，并将其服役期延长15年。
在新型通用核潜艇方面，8月，俄孔雀石设计局宣布与俄国防部签订第五代核潜艇“哈斯基”级的开发合同。该级潜艇将于2020年以后建成，兼具多任务潜艇和战略核潜艇的功能，将逐步取代“亚森”级核潜艇。预计新潜艇将具有先进的隐身、降噪等特征以及自动侦察和预警能力，其建造工作将于2020年之后启动。
在核潜艇通用装备方面，9月中旬，俄罗斯技术集团称，正在为第四代潜艇研制新型消声橡胶涂层，其性能优于西方同类产品，可有效降低水声信号。10月中旬，俄“中央电子仪器科学研究所”康采恩表示，将为“北风”级和“亚森”级核潜艇配备新型光电潜望镜，取代传统光学潜望镜。潜艇借助这种设备可在几秒钟内发现数十千米外的水面敌人，并迅速返回大洋深处。
7月19日，英国国会通过决议，计划在未来20年内研制4艘现役“前卫”级弹道导弹核潜艇的替代艇“继承者”级，并将于2028年开始列装，服役至2060年。10月1日，英国宣布启动“继承者”级核潜艇的首艇建造工作；10月21日，英国将“继承者”级核潜艇的首艇命名为“无畏号”。新型核潜艇将是英国最先进、最安静的潜艇，携载改进型“三叉戟-2/D5”潜射弹道导弹，并与美国“俄亥俄”级替代艇共用一种“通用导弹舱”，采用四联装发射模式。
10月19日，日本《外交学者》网站报道，印度第一艘国产弹道导弹核潜艇“歼敌者”级“歼敌者”号于8月开始秘密服役。“歼敌者”号配备有4个垂直发射器，可发射4枚K-4导弹或12枚射程750千米的K-15近程潜射弹道导弹。
3月，日本第七艘“苍龙”级潜艇“仁龙”号入役。该级潜艇由三菱公司建造，水下排水量4200吨，装备不依赖空气推进（AIP）系统，是目前世界上排水量最大的AIP潜艇。日本计划采购11艘该级潜艇，后续4艘艇将采用先进的锂离子电池和柴油机组合动力，以替代目前的斯特林发动机。在“苍龙”级的设计过程中，日本不仅吸取了过去的经验教训，更充分吸收世界先进常规潜艇的优点，使其成为目前世界上最先进的常规潜艇之一，其总体战术技术性能处于世界前列。
12月14日,韩国国防卫事业厅宣布启动自主研发的3000吨级“张保皋-3”级（KSS-3）常规攻击型潜艇的建造工作。按照计划，韩国将一共建造9艘“张保皋-3”级潜艇，其中前6艘将于2027年前完成建造，从2020年起部署，用于替换现役“张保皋-1”级潜艇。该级潜艇将首次配备垂直发射装置（6个至10个），携载射程分别为500千米、1500千米的“玄武-2B”弹道导弹、“玄武-3”巡航导弹（潜射型名称为“天龙”）。这将是韩国海军发展史上的里程碑事件，将对韩国国防能力、朝鲜半岛局势产生重要影响。
印度六艘国产“鲉鱼”级常规潜艇的首艇“卡尔瓦里”号5月1日开始海试，正在建造第二艘，并计划在2020年前全部实现部署。该级潜艇排水量1700号，采用AIP技术，并具备发射对陆攻击远程巡航导弹的能力，但目前主要携载6枚“飞鱼”反舰导弹。
3月18日，俄罗斯表示，正在着手研制由第五代核潜艇携载的无人潜航器。这些潜航器通过潜艇进行投放，用于态势感知或者搭载鱼雷攻击敌人。同月，美国波音公司推出其最大型无人潜航器“回声旅行者”，长约15.5米，能在水下一次性自主运行数月，自主收集和上传数据、上浮和回收。9月，在美海军年度技术演习中，美国通用动力公司“蓝鳍-21”无人潜航器成功发射“沙鲨”微型无人潜航器，后者用于独立执行情报侦察、通信中继、训练和诱饵等任务。10月，法国泰勒斯公司展出“自主水下和水面系统”（AUSS）无人潜航器，除了能执行水声数据搜集、反潜反水雷外，通过配备多种传感器的桅杆，自主对水面进行情报侦察监视。
3月和5月，美国防部国防高级研究计划局先后授予德雷珀实验室、BAE系统公司各一份合同，分别为“深海定位导航系统”（POSYDON）项目开发水下导航方案。德雷珀实验室称，该项目旨在变革水下导航方式，将信标作为水下GPS用于无人潜航器（UUV）导航。12月上旬，俄圣彼得堡海洋仪器康采恩表示，已完成研制新型水下导航定位系统。该系统能在北极冰层以下工作，综合运用超短波通信和水声通信等方式，可与空中、水面和陆地的控制中心实时交换信息，并借助深海浮标，为UUV提供米级以下的导航定位服务。俄美新型水下导航系统综合集成和创新运用现有通信导航技术，未来可在确保水下平台生存能力的同时，提升水下精确作战能力。
8月，美国海军成功完成“黑翼”潜射无人机中继连接潜艇和无人潜航器集群试验，可实现潜艇在隐蔽状态下，指挥远程潜航器集群实施信息搜集和对敌目标攻击等任务，提升潜艇信息感知能力和生存能力，为美海军提供一种新型水下作战方式。10月26日，美国海军表示，其无人系统发展有以下八大目标，即实现空中优势、实现水下优势、实现水面优势、融合未来地面作战部队、部署多域无人系统、实现无人蜂群及突袭、实现持续补给保障及维持、实现完全无人作战能力等。
一是美国和英国改进“三叉戟-2/D5” 潜射弹道导弹。3月14日和8月31日，美国海军先后成功进行了“三叉戟-2/D5”潜射弹道导弹的第160次和第161次发射试验，检验其战术技术性能，并在参与第160次试验的导弹上首次使用了名为“连接器后壳”的增材制造部件，提高了工艺水平、节省了一半的生产时间。6月上旬，英国原子武器研究中心（AWE）表示，正在研发一种打击精度更高、杀伤力更强的新型“三叉戟-2/D5”潜射弹道导弹核弹头。7月下旬，美国海军宣布将授予洛克希德-马丁公司一份价值2180万美元的合同，用于2017财年生产新一批“三叉戟-2/D5”潜射弹道导弹。
二是俄罗斯持续列装和升级“布拉瓦”潜射弹道导弹。8月中旬，俄罗斯马克耶夫国家导弹中心表示，已获得国家合同，将为第五代核潜艇开发新型弹道导弹，用于取代“布拉瓦”导弹。9月27日，“北风”级核潜艇“尤里·多尔戈鲁基”号成功试射两枚“布拉瓦”导弹，用于检验其战术技术性能。
三是印度发展中程潜射打击能力。3月31日，印度“歼敌者”号核潜艇首次试射设计射程3500千米的K-4中程潜射核弹道导弹，标志着印度首次具备了一定的海基战略打击能力。
一是俄罗斯试射世界第一款高超声反舰巡航导弹“锆石”。3月，俄罗斯完成“锆石”导弹的首次岸基试射。该弹飞行速度达5至6马赫，射程约400千米，预计将在2022年首装完成现代化改装的“彼得大帝”号核动力巡洋舰，也将是在研的第五代多用途核潜艇“哈斯基”级的主要武器。
二是美国继续推进潜射高超声速导弹的技术验证。5月26日，美国国会批准“常规快速全球打击”（CPGS）项目的2017财年预算，继续推进三个高超声速导弹技术项目，即“高速声速技术-2”（HTV-2）（即战略助推-滑翔导弹）、“高超声速吸气式武器概念”(HAWC，一种高超声速巡航导弹)和“战术助推-滑翔”（TBG）项目。8月下旬，美陆军表示，将与美海军于2017年合作进行高超速助推-滑翔飞行器飞行试验。未来美海军计划部署少量携载助推-滑翔弹头的“三叉戟-2/D5”导弹，同时“先进高超声速武器”（AHW）也是一种备选弹头方案。作为一种三军通用的新型导弹技术，上述高超声速核导弹一旦服役，将进一步提升美海军威慑能力、突防能力。
日本海上自卫队潜艇装备现状及未来发展分析
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作者：刘烨
据日本《产经新闻》报道,日本防卫省正在加快推进新一代潜艇的研制建造,作为现有最先进潜艇“苍龙”级的后续型号。该报道称,在2017年度日本防卫省预算概算中,为新型潜艇列入了高达760亿日元的经费(约合50亿元人民币),以推动其在2021年底前服役。在日本海上自卫队的装备发展构想中,2021年前打造一支拥有22艘潜艇的水下部队是重要目标之一。日本大力发展水下部队,显著提升海上自卫队的水下控制能力,将对亚太海上安全带来新的隐患。
▲“亲潮”级潜艇目前是日本海上自卫队的主力潜艇
潜艇是日本反潜战的重要兵力,其一直瞄准世界先进水平发展潜艇,具有很强的设计与建造常规潜艇的科研能力、工业及技术水平。
1957年,日本战后自行设计的第1艘潜艇“亲潮”号在神户造船厂开工建造,1960年服役,揭开了战后日本建造国产潜艇新的一页。1962年和1963年,日本又陆续建成了2艘“早潮”级和2艘“夏潮”级潜艇。从1963年起,日本开始建造排水量较大的“大潮”级和“朝潮”级潜艇,并在1969年前陆续建成。1971年,“涡潮”级潜艇建成,该艇打破了传统的设计思想,使得潜艇的水下航行性能有了质的提高,水下航速达到了创纪录的20节。20世纪80年代初和90年代初,日本又分别建成了排水量更大、技术性能更先进、作战能力更强的“夕潮”级和“春潮”级潜艇,使得日本潜艇再攀高峰,跻身于同期常规潜艇的世界先进行列。
20世纪末至21世纪初,为了替换即将服役期满、陆续退役的“夕潮”级潜艇,也为了跟上世界潜艇技术发展步伐,日本海上自卫队又建造了11艘“亲潮”级潜艇,该级潜艇目前是日本海上自卫队的主力潜艇。进入21世纪后,为了保持现役潜艇的技术先进性,取代20世纪90年代服役的“春潮”级潜艇,日本于2005年开始引进采用斯特林发动机的AIP技术建造“苍龙”级潜艇,该级潜艇还采用了大量新开发的先进技术,大幅提高了潜航能力和隐蔽性,目前是日本海上自卫队最先进的潜艇。
未来,为确保满足日本“远海机动防卫”思想中明确的“潜艇平时就在日本周边广阔海域实施情报搜集和警戒监视行动,对周边海域进行有效的警戒巡逻”的要求,日本海上自卫队将继续扩大潜艇规模,数量将由现役的16艘增加6艘,作战潜艇保持22艘,另外2艘用于试验和训练。除目前正在建造的“苍龙”级潜艇外,还将积极采购下一代潜艇,以逐步替代现役的“亲潮”级潜艇。
潜艇部队现状及其特点
日本海上自卫队目前在役潜艇总共3级19艘,其中10艘“亲潮”级、7艘“苍龙”级,2艘训练艇(包括“春潮”级的最后一艘“朝潮”号和“亲潮”级的首艇“亲潮”号)。
“春潮”级从1990年11月服役后平均每10个月开工建造一艘,7年中共建成7艘。目前,该级艇只有“朝潮”号1艘用于训练和试验,其余艇已全部退出一线作战部队。“亲潮”级潜艇于1993年批准建造,共建11艘。从战绩性能上看,“亲潮”级已经是当今世界上最先进的常规动力潜艇之一,但其在远洋作战能力上还略显不足。为了提升现役潜艇的远洋作战能力,日本于2005年开始建造更为先进的“苍龙”级潜艇。
▲“苍龙”级潜艇采用了大量新开发的先进技术，大幅提高了潜航能力和隐蔽性，目前是日本海上自卫队最先进的潜艇
“苍龙”级潜艇概况
“苍龙”级是日本海上自卫队的首型AIP潜艇,目前除7艘服役外,另有4艘在建。为了在本国潜艇上应用AIP技术,年间,日本防卫厅技术研究本部在陆地台架上对斯特林发动机开展了运行试验,经过几年研制后初见成效。年,三菱公司在“朝潮”号训练艇上装备斯特林发动机,对其使用耐久性和可靠性进行了验证,得到了比较满意的结果。2003年8月,日本海上自卫队提出2004年预算申请,决定建造“苍龙”级AIP潜艇。
日,首艇“苍龙”号在三菱重工神户造船厂正式开工,后续艇由川崎重工神户造船厂与三菱重工轮流建造。日,经过一系列海试后的“苍龙”号正式加入日本海上自卫队。该艇的服役,标志着日本潜艇技术发展进入了一个新阶段,潜艇作战能力提升到一个新的高度。
“苍龙”级潜艇秉承了日本潜艇大吨位的特点,水下排水量首次突破4100吨,在目前全球常规动力潜艇和AIP潜艇中均首屈一指。与“亲潮”级相比,该级艇采用了许多先进技术,有效提升其隐身性和可靠性。
采用X型尾舵
从总体上看,“苍龙”级潜艇由亲潮级改进而成,无论主尺度还是排水量,均与亲潮级相差不多。两者外形最大的差别在其尾舵,由十字型改为X型。
与传统的十字型尾舵相比,X型尾舵具有许多优点:
第一,有利于增大尾舵的舵板设计长度,充分提高尾舵功能,提高潜艇水下机动能力。
第二,4个舵板均可进行微控,每一块舵板都能控制航向和深度。即使某一组尾舵出现故障,也不会产生严重后果,有利于提高潜艇水下操纵性能。
第三,增大尾舵与艇尾距离,使水流到达螺旋桨工作区时趋于平稳,有利于提高推进效率。第四,4个舵板分别与水平面和垂直面成45度角布置,有利于对于敌主动声纳发射的声波进行散射,提高潜艇的隐身性能。
▲海上自卫队展出的“苍龙”级模型，可见其X型尾舵和七叶大侧斜单螺旋桨
舱室布置实现重大改进
“苍龙”级总长比亲潮级仅增加了2米,但在总布置方面有了许多重大改进。由于增加了AIP舱段,“苍龙”级比“亲潮”级增加了1个耐压艇体舱室,总数达到6个,基本布置情况如下:
一舱,又称为艇艏鱼雷舱。除了布置鱼雷发射装置和备用鱼雷外,还兼做艇员居住舱和潜艇前部的逃生舱。
二舱是作战指挥舱。由于采用集中布置的通用型多功能显控台、高性能艇控台以及非贯穿型光电潜望镜技术,该舱的长度比“亲潮”级缩短了1/3。
三舱是生活居住兼后蓄电池舱。
四舱是AlP系统舱。
五舱是主机舱。
六舱是推进电机舱。
采用更有效的隐身措施
“苍龙”级为了强化综合隐身性能,沿用“亲潮”级已使用的隐身技术,并采取了更加精细化的措施。除了采用安静型机械设备,还使用了浮筏减振技术,主机及其附属设备都安装在隔音罩内,减少了直接传递到耐压壳体外的噪声。大部分艇体采用消声瓦覆盖,其他部分涂覆吸声材料,大幅降低了噪声的辐射强度。由于采用了吸声材料,可降低辐射噪声15~20分贝,相应降低敌方主动声纳探测距离50%~70%。同时,“苍龙”级还沿用了“亲潮”级的设计思想,在尽可能多的部位均使用复合材料,对于降低潜艇艇体表面的流体噪声具有一定的积极作用。此外,“苍龙”级与“亲潮”级一样,也采用7叶大侧斜单螺旋桨。所有这些措施使得潜艇的综合声隐身性能得到进一步提高。
采用技术先进的推进系统
“苍龙”级的主机包括2台12V25/25SB型柴油机、4台V4-275RMkⅡ型“斯特林”发动机和1台主推进电动机,水面最高航速为12节,水下最高航速为20节。由于装备了4台“斯特林”发动机,水下续航力比“亲潮”级有了大幅度改进和提高。所用的斯特林发动机额定转速2000转/分,额定连续输出功率60千瓦,当潜艇在水下以4～5节的低速航行时,作为辅助动力系统使用。该级潜艇的主推进电机采用永磁电机,可无级变速,且具有噪声低、重量轻、尺寸小、可维修性好等特点。另外,这种电机不需要电刷和换向器,有利于提高设计的自由度。主推进电机的控制系统由一组小容量的转换器组成,具有很高的可靠性。
武器攻击能力强
“苍龙”级装载的鱼雷和反舰导弹等与“亲潮”级大体一致,武器控制系统采用了先进的网络技术,作战情报处理系统应用了成熟的商用技术。各种武器和传感器通过带有双冗余的局域网接口与武器控制子系统网络采用光纤连接,核心装备是潜艇战术数据处理装置。它实际上是武器控制子系统网络的通用服务器,是实现作战信息共享的关键设备。
此外,值得一提的是,“苍龙”级还采取了先进的大气环境控制措施,装备功能更为强大的一氧化碳和二氧化碳的吸收装置。另外还为装备燃料电池AIP系统预留了设计空间。
▲日本海上自卫队认为，为对抗周边各国军事力量的迅速增强，有必要加快提高潜艇性能的速度，以确保潜艇能够有效遂行各种作战任务
新一代潜艇发展
日本日出台的《防卫计划大纲》(下文简称10大纲)明确提出“动态防卫力量”的构想,海上自卫队将以确保日本周边海域和海上运输线安全为重点,提高情报搜集、警戒监视和反潜战能力。根据这一要求,海上自卫队近年来在扩大潜艇规模的同时,进一步采用新技术提高探测能力,加强自身的隐蔽性能。从2015年度预算批准建造的“苍龙”级第11艘艇开始,日本已经采用锂电池替换原来的“斯特林”发动机和铅电池,以进一步延长水下潜航时间。同时,积极推进下一代潜艇的采购工作,逐步替代现役的“亲潮”级潜艇。
未来潜艇发展方向
日本根据10大纲的要求,在扩大潜艇规模的同时进一步提高性能,并在设计时延长其服役期。日本海上自卫队认为,为对抗周边各国军事力量的迅速增强,有必要加快提高潜艇性能的速度,以确保潜艇能够有效遂行各种作战任务。在装备研发方面,重要的是采用国内技术,以维持国内军工企业基础,同时有必要密切关注国外技术开发情况,灵活加以利用。10大纲还要求潜艇要最大限度地发挥“隐蔽性”和“攻击能力”,因此,新型潜艇将采用各种提升性能的措施,以提高这两方面的能力。
具体而言,为提高有效执行任务的能力,未来提升性能的方向大概有以下几点。
一是提高声纳等传感器、作战系统的“探测能力”和武器控制能力。对潜艇而言,通过在尽可能远的距离早期探测到目标,正确解析目标的运动轨迹,可以灵活应对,实施有效的攻击,并且与确保本艇的生存直接相关。
二是提高旨在确保隐蔽性的“防止被探测能力”。此种能力不仅在战时可提高本艇的生存能力,而且是平时有效执行警戒监视任务必备的能力。
三是提高“机动力、水下续航力”,使探测、防止被探测能力均达到更高水平。此种能力不仅与通过缩短通气管时间达到防止被探测相关,而且是增加探测机会必备的能力。例如接到指挥部的命令后,如果能凭借机动力和水下续航力,快速在指定海域展开,就能早期转入搜索行动,这相当于提高了探测能力。
四是提高鱼雷准确命中的“攻击力”。为遂行周边海域的防卫任务,必须提高“武器攻击的能力”,即实际的战斗力。要击毁探测到的目标,必须使鱼雷等武器准确命中目标,但仅靠正确的目标运动参数解算是有限的,提高鱼雷本身的性能不可或缺。
下一代潜艇
海上自卫队认为,2020年以后,区域内国家和地区的海军水下作战能力将会有较大的发展,届时,“亲潮”级已经力不从心,即使是“苍龙”及在静音能力、攻击能力、持续作战能力等方面也没有太大的优势,所以必须建造下一代潜艇以保持海上自卫队在水下作战能力方面的优势。
对于日本这样的岛国来说,海上交通线生死攸关,所以维持1000海里海上交通线通畅是海上自卫队的第一要务,远洋多功能潜艇是日本海上自卫队发展的重点,大型潜艇是海上自卫队发展的需要。
▲下一代潜艇服役后，日本的潜艇总数达到22艘，对其作战使用会产生很大的影响，海上自卫队作战使用的灵活性以及水下作战能力将大幅提高
关于下一代潜艇的技术细节,目前还没有明确的信息,但根据日本潜艇发展的惯例,下一代潜艇肯定是“苍龙”级的改进型,在动力装置方面、武器装备方面都会有不同的程度的提升:
艇体尺寸方面,与“苍龙”级基本保持一致
一般而言,要提高装备的性能,通常是增大物理基础设施,如电力和容积等。如果是近年来明显大型化的水面舰艇,对于增大基础设施还能灵活应对。然而,像潜艇这样高密度布置各种设备的平台,需要充分论证基础设施和提高性能,进行折衷选择,如果论证不充分,将对潜艇的整体性能造成很大影响。
假定扩大艇体,由此将带来各种影响,随着艇壳表面积的增加,产生推进的主电机就要大型化,导致电力消耗增大,结果会降低水下续航力,加之较大的艇体增大了投影面积,更容易被反潜搜索的主动声纳探测到,在防止被探测性能方面的弊端非常大。
由此可以推测,新型潜艇要实现上述的性能提升,就必须通过各种设备的小型化和整合,保持与“苍龙”级相同的艇体规模。另外,艇体将采取各种减震降噪措施,沿用“苍龙”级以前的反射、吸声材料,进一步对甲板、设备安装实施减震措施。“苍龙”级最具特征的X型尾舵和围壳填角也将继续沿用。因此,新型潜艇的艇体或许在外形尺寸上有所变化,但整体上将保持类似“苍龙”级的外观。
动力装置方面,将采用高能量密度锂离子电池
2015年计划建造的潜艇搭载的锂离子电池为高能量密度电池。这种电池多用于要求小型轻量的机器设备,与潜艇对蓄电池的要求相吻合,因此,可以推测今后潜艇都将搭载这种电池。
日本现役“苍龙”级潜艇的动力装置采用斯特林发动机。斯特林发动机可以不依赖空气发电,能够缩短使用通气管的时间,克服常规潜艇最大弱点,在确保隐蔽性方面具有很大优势,但为保持其运转,需要液态氧和煤油等特殊燃料,一旦这些特殊燃料用尽,自然无法再继续工作。
锂离子电池属充电电池,所以潜艇不必回航,可以在任务海域利用通气管充电,恢复电力,这点是锂离子电池的长处。锂离子电池一般具有良好的充放电效率,对应尽可能缩短通气管使用时间的常规潜艇而言,可以说是极为有效的设备。为了有效利用锂离子电池,有必要提高发电装置的性能,日本一直在进行提高柴油发电机性能的研发工作,所以在新型潜艇上可能搭载新型发电机。
武器装备方面,将安装新型声纳提高探测能力
潜艇的搜索、跟踪、攻击能力取决于声纳的探测能力。因此,新型潜艇必然要最大限度地提高声纳的性能。提高声纳的性能不仅要研发传感器,而且要提高识别传感器获取、处理信号的能力。传感器的性能一般与孔径的物理尺寸成正比,所以新型潜艇将考虑与艇体相适应,装备确保最大孔径的新型声纳。在提高信号处理性能方面,将采用近期技术进步显著的最新型计算机。
下一代潜艇服役后,日本的潜艇总数达到22艘,对其作战使用会产生很大的影响。海上自卫队的作战灵活性以及水下作战能力将大幅提高。届时将给亚太海上安全特别是周边国家安全带来新的隐患,应予以密切关注。
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