美国最新的战略核潜艇有哪些技术革新?这又是要领先世界多少年?
2016 年12 月,美国海军部长“Ray Mabus”正式将下一代新型弹道导弹核潜艇命名为“哥伦比亚”级核潜艇(USS Columbia),且预计首艇于2030 年服役。这标志着美国第5代弹道导弹核潜艇,也是美国海军有史以来建造的最大潜艇,已经进入实质性的研究设计阶段,并按照预定的节点稳步推进。同时,“Ray Mabus”也透露了 "哥伦比亚"级核潜艇将采用最新技术,是国家“三位一体”战略中的最强支柱。当下,在世界绝大多数国家都还没有追上“俄亥俄”级的时候,美国又开始采用新技术来发展新的战略核潜艇,那么“Ray Mabus”口中的最新技术有哪些?是否依然能让它在未来很长一段时间里独步全球?为此,笔者就美国披露出来的一些信息,再结合国内外学者的研究成果,挑选其中几个具有代表性的技术,做一下讲解。
“俄亥俄”级战略核潜艇
盘点“哥伦比亚”级战略核潜艇的一些技术特点。
技术特点一:模块化
模块化是现代武器装备发展的先进理念,通过模块化的设计能提高武器装备的通用性,降低研发成本;同时,通过灵活的战斗模块搭配,能轻易实现作战能力的多元化。如美国的"独立"级濒海战斗舰即采用了模块化的设计。美国把模块化的理念引入到“哥伦比亚”级核潜艇:采用ITH 技术(集成发射筒和艇壳建造技术),与英国联合开展共用导弹舱(CMC)、战略武器系统(SWS)设计等。届时,美国“哥伦比亚”级将搭载16具导弹筒,而英国下一代“继承者”级(原SSBN(R))将搭载12具导弹筒。这样设计的好处是:可实现模块化设计和建造,降低全系统研发、建造、维修和使用费用,并更容易实现作战能力的多元化,满足未来海军多样化的作战需求。
“独立”级濒海战斗舰
技术特点二:采用了全寿期反应堆
大家都知道,以往的核动力潜艇在中修期间,核反应堆需要更换核燃料。而对于核潜艇来说,更换核燃料绝对是个大工程,因为想要更换核燃料就必须要对潜艇进行“开膛破肚”。“哥伦比亚”级核潜艇首次提出反应堆与潜艇同寿命(期望的寿命周期为42 年)。这样做的好处:在核潜艇中修期无需更换核燃料,避免损伤艇体,因此,可大幅缩短中修准备时间,减少全寿期维修费用,并有利于保证艇的在航率,保障弹道导弹核潜艇的战备值班,满足美国安全需求。
潜艇内部构造(示意)
关于采用了全寿期反应堆真实的优越性,我们可以拿“俄亥俄”级核潜艇和“哥伦比亚”级核潜艇作对比。据资料显示,美国现役的“俄亥俄”级核潜艇在中修期由于需要更换核燃料使得中修期长达到4 年之久,而“哥伦比亚”级核潜艇,因采用了全寿期反应堆,所以中修期缩短至2年时间。也正因此,更高的在航率,实现了12 艘"哥伦比亚"级核潜艇就能替代目前在役的14 艘“俄亥俄”级弹道导弹核潜艇的战略值班任务需求,保证其核威慑。
不需要更换燃料意味着有更长的在航时间
技术特点三:采用全电力推进系统
说起全电力推进系统,可以说是当下最热门的话题,而各国争相研制电力推进技术,也预示着全电力推进系统可能会成为未来舰船的主流形式。美国是较早涉足电力推进研究的国家,且收获颇丰。美国在执行“先进的水面战舰装置规划”的过程中,发现了IED(综合电力推进系统)系统的不足而提出了更加先进的“美国的综合电力系统”(Integrated Power System,IPS)。该系统将推进功率和日用负载两方面的发电、配电、储能和变电综合为一体,构成了综合电力系统。整个电力系统被分成七部分:发电、储能、变电、推进电力、配电、电力控制管理及平台负载,并相对应的开发了这七种模块。
某电推船
除此之外,美国在电力推进实用化的路上也是走在了前面,如科幻战舰“朱姆沃尔特”级驱逐舰(DDG-1000),即采用了整合式全电力推进系统。而此次把全电力推进系统引入“哥伦比亚”级核潜艇,必将带来质的飞跃。具体的提升如下:一,有利于减振降噪,实现进一步降噪;二,优化潜艇总体布置,节约大量空间;三,能采用新型推进器,实现更高的推进效率,四,能为未来高能武器的上艇铺平道路。
“朱姆沃尔特”级驱逐舰
技术特点四:综合隐身技术应用
在反潜技术高度发达的今天,隐身性能既是潜艇的生命力和战斗力。为此,“哥伦比亚”级核潜艇特别强调安静性。据资料显示,“哥伦比亚”级核潜艇可能将继承发展“弗吉尼亚”级核潜艇上采取的成熟隐身技术,如艇体外表面敷设消声瓦,艇上装备泵喷推进器,艇内采用浮筏式减振的整体模块设计等有效减少艇上噪声的措施。另外,其装备美国最新研制的S1B 型核反应堆,该反应堆在S9G 反应堆基础上提升了功率密度,也极大可能继承S9G 反应堆的自然循环能力,使“哥伦比亚”级核潜艇在中低速航行时不使用主循环水泵,降低机械噪声。
“弗吉尼亚”级核潜艇
当然,“哥伦比亚”级采取的全电力推进系统也为隐身性能加分不少。因为省去了传统的减速齿轮箱等机械设备噪声源,降低艇体机械噪声。而全电力推进系统也为潜艇推进器的无轴化,提供了可能。现阶段潜艇推进器的无轴化主要集中在新型电机驱动上(无轴轮缘驱动)。如早在2005年,美国海军在发布的“Tango Bravo“计划时,就提出以”无轴轮缘驱动推进器“作为新一代潜艇发展首要关键技术。这么多年过去了,美国的”无轴轮缘驱动推进器”(Shaftless Rim-Driven Thruster)到底发展到什么如何水平,可能无人知晓,但是就它的整体规划而言,“哥伦比亚”级采用基于“轮缘驱动”技术( Rim-Driven)的无轴泵喷推进器也不是不可能的。
轮缘驱动推进器
技术特点五:X型尾翼(舵)的应用
说起来,X型艉翼,其实并不是什么新技术,但笔者曾看过一份资料,美国曾测试过X型艉翼,虽对其操纵性大加赞赏,但是出于控制系统过于复杂,可靠性等问题的考虑,并没有应用。而此次“哥伦比亚”级核潜艇采用X型尾,表明美国核潜艇的操纵自动化控制技术方面已经取得了巨大进步。而采用了X型艉翼后,对“哥伦比亚”级核潜艇的操作性能带来很大的提升,具体如下:相较于传统的十字形艉翼其舵叶面积可以做的更大,在保证产生操纵力的前提下尽量不超宽,通过对4个舵叶的联合控制,使得每个舵叶受力更均匀,机动性更强;X型尾翼的每个独立舵叶均具有垂直和水平操纵能力,在卡舵等情况下安全冗余度更高。
采用X型艉翼的潜艇
结语
从美国战略核潜艇的发展脉络来看,以技术革新驱动战斗力,是保持对敌国优势的主流思路。而在失去了强劲对手后,“哥伦比亚”级核潜艇采用成熟技术延续发展和新技术应用相结合的模式,在保证经济性的同时,又提升了战斗力,可谓是“小步快跑”。就新技术而言,全电力推进、全寿期反应堆和模块化是最亮眼的部分,如果这些技术在“哥伦比亚”级上应用成功,相信在它正式服役后,在很长一段时间里,它都将是海上最强霸主。
