正如遠古的人類渴望飛上高高的云霄,深不可測的海底世界也是人類熱盼了解的神秘王國。今天我們已經懂得人要潛入水下,必須有可靠的生命保障措施,其中最重要的是供氧設備和壓力防護。古人很早就進行過這方面的嘗試,在13世紀法國的一部名為《亞歷山大歷史》的著作中,就描述了亞歷山大大帝乘坐玻璃圓筒進行的一次水下冒險。但是這種試驗都缺乏足夠的科學依據,人類要真正擁有潛水設備,還需要漫長的探索。
現在我們知道,物體在水中受到的浮力和其排開水的體積有關系,體積越大,浮力越大,反之則越小。那么,如果制造一種設備,它的體積能夠根據需要進行改變,那么它受到的浮力就會發生變化,就有可能在水中上浮或下潛。1578年,英國人威廉·伯恩就設想了這樣一艘會潛水的船:采用木質構架,外覆防水皮革;下潛時通過機械收縮舷側以縮小體積。遺憾的是,這樣的“潛艇”在當時的技術條件下很難實現,波恩最終沒能建造出如此神奇的船。
既然改變潛艇的體積比較困難,那么保持其體積不變,改變其重力來實現上浮或下潛是否可行呢?1620年,荷蘭物理學家范·德雷布爾在英國建成一艘采用鐵框木架外包牛皮的潛艇。艇內裝有很多的同外部連通的羊皮囊,只要艇員們小心翼翼地打開羊皮囊讓海水流入,潛艇的重力便會增加。當重力超過海水提供的浮力時,潛艇便會開始下潛;如果想要上浮,艇員就需要擠壓羊皮囊,使海水排出,艇身就可以上浮到水面。據說當時英國國王詹姆斯一世還到艇上參觀過。其實,這艘潛艇最多也只能算是艘概念上可行的潛艇,因為沒有生命保障設備和耐壓艇體,所以并不具備實用價值。但是它證明了,利用某種設備潛入水下航行的設想,是完全可能實現的。
時光流逝150年。1775年美國開始了艱苦卓絕的獨立戰爭,為了對抗強大的英國殖民軍海軍,大陸軍開始考慮制造能夠在水下對英國軍艦發動偷襲的武器。當時美國人戴維·布什內爾設計建造了一種非常獨特的潛水裝備,這艘被命名為“海龜”號的潛艇外形看似特大號“酒桶”。它的外殼由木材和金屬制成,通過向艇上的水箱注水和排水,“海龜”號可以實現下沉和上浮。艇底還裝有一圈重錘,遇到危急的情況時可拋掉重錘迅速上浮。至于“海龜”號在水下或水上前進的動力,則是通過人工手搖曲柄帶動螺旋槳產生的推力,每小時最多只能航行5.4千米。“海龜”號上帶有鉆頭和炸藥包,大陸軍希望能夠利用鉆頭在英軍艦船底部鉆個洞,裝進爆炸物,從而炸毀英艦。1777年,“海龜”號潛入紐約港,擬對港內英國殖民軍載有64門大炮的“鷹”號戰艦發動奇襲。“海龜”號攜帶著68千克左右的炸藥筒,悄悄潛到“鷹”號戰列艦底部,準備在艦底鉆孔安裝炸藥筒。遺憾的是,“鷹”號底部全部包以銅皮,因此“海龜”號的行動未獲成功。然而這次行動卻是意義重大——這是潛艇襲擊水面戰艦的首次大膽嘗試。
以當時的科技手段,潛艇面臨的問題還很多,如無法像水面戰艦那樣利用風力作為動力,也不能為潛艇上的士兵提供可以長時間在水下航行的條件,必須經常浮上水面補充新鮮空氣,這極大限制了潛艇的作用。但是到了1785年,改良蒸汽機的出現解決了潛艇航行的動力難題,雖然當時的潛艇還必須用通氣管保證鍋爐能夠得到足夠的空氣。重要的是,此時的潛艇已經開始裝備魚雷,這對水面艦艇構成了嚴重威脅。美國南北戰爭期間的1863年10月5日夜,南軍蒸汽動力潛艇“大衛”號在查理士港外用魚雷擊傷北軍“克倫威爾”號鐵甲艦,創造了潛艇擊傷敵方艦船的首次戰例。
1864年2月17日晚,南軍“亨利”號潛艇再度潛入查理士港,悄無聲息地逼近北軍“休斯敦”號巡洋艦,并將攜帶的水雷放置在艦底下方。不久,隨著一聲沉悶的巨響,“休斯敦”號艦底被炸裂,龐大的巡洋艦轉眼沉入海底。有趣的是,“亨利”號由于未能及時逃離爆炸點,結果被巨大的沖擊波震壞,失去了控制,隨后被涌向“休斯敦”號破口的海水吸至該艦底,與它的“戰利品”同歸于盡。小小的潛艇竟然一舉擊沉數千噸的巡洋艦,各國海軍為之震驚。從此潛艇這個海軍家族的新生兒,引起了各國海軍的密切重視。
執行軍事任務的潛艇,在水下航行的時間受到很大限制。這是因為無論是蒸汽機還是后來的內燃機,在工作時都需要消耗大量的空氣,雖然人員可以攜帶壓縮空氣維持生存,但是動力系統的工作卻難以通過這種方式保證空氣供應。
1886年,兩名美國人制造出一艘全部用電力推進的潛艇“鸚鵡螺”號,其水面航速可達到8節。兩年后,法國人也造出一艘采用電動機作推進動力的“鰻魚”號潛艇,證明了電力動力應用于潛艇的可能。但是潛艇自身攜帶的電力非常有限,無法維持長時間航行,這個問題迫切需要解決。
潛艇作戰,只有隱蔽接近敵方時必須潛入水下,而平時航行時則沒有這種必要。那么潛艇能否采用兩種能源作為水面航行和水下作業的動力呢?美籍愛爾蘭人約翰·霍蘭成功解決了這一問題。1897年,霍蘭設計的新潛艇“霍蘭”號在美國新澤西州建成下水。這艘潛艇在水面上航行時,以一臺45馬力汽油機作為動力,航速可達13千米/小時;水下航行時則以蓄電池電動馬達為動力,能使潛艇以9千米/小時的航速潛航90多千米。
排水量70噸的“霍蘭”號堪稱現代潛艇的鼻祖。該艇裝有1座魚雷發射管,攜3枚魚雷,首尾各置1門機關炮,是一件真正意義上的海軍兵器。“霍蘭”號的成功,使霍蘭被世人譽為“現代潛艇之父”。此后不久,另一位美國人萊克主持制造出世界上第一艘雙層艇殼的潛艇,而且依靠潛艇自身動力成功完成了從諾夫克至紐約的航行,創造了潛艇公海遠航的首次記錄。
按照這種技術模式,潛艇技術在20世紀初迎來了大發展,這一階段的潛艇技術已經比較成熟,具備了不錯的作戰能力,其排水量通常達數百噸,水面航速18千米/小時,水下航速13至16千米/小時,主要武器為艦炮、魚雷和水雷。一時間,海軍列強的潛艇訂購單,雪片一樣從海軍部大樓飛向各個造船廠。
1914年,第一次世界大戰爆發。激烈的大規模戰爭使得交戰雙方軍隊都需要大量的物資給養才能維持戰斗力。由于英軍在遠離本土的歐洲大陸作戰,因此海上運輸線就顯得尤為重要。英國海軍和商船隊則源源不斷地從英倫三島,向比利時運送大批增援部隊和大量作戰物資。德國人發現了這一點,立即命令海軍出動大批潛艇開赴英國沿海,襲擊英國海上運輸船隊。此后德國潛艇又開始了大規模海上“狩獵”。9月5日,德國U-2號潛艇首戰告捷,在福斯灣外擊沉英國戰列艦“開路者”號,1 250多名英軍官兵葬身魚腹。半月后,德國潛艇U-9號又創造了潛艇作戰史上的一大奇跡,僅用75分鐘就一舉擊沉大英帝國皇家海軍共計36 000噸的3艘巡洋艦。
嘗到甜頭的德國海軍,隨后在有關作戰海域開始了“無限制潛艇戰”。僅1917年頭8個月,德國潛艇就擊沉總計近300萬噸的英國商船,占同期駛往英國商船的四分之一。在整個大戰期間共擊沉6 000余艘共計1 300多萬噸商船。這一來使英國人幾乎難以為繼;食品等物資儲備極度緊張,一度面臨戰敗的深淵。
二戰中,德國更是把潛艇狼群戰術發揮到了淋漓盡致的地步。二戰期間,德國海軍先后投入約1 160艘潛艇,累計擊沉總噸位達1 400萬噸的英美商船,對盟軍的海上交通運輸線構成致命的威脅;連擔任過海軍大臣的英國首相邱吉爾也宣稱“戰爭中唯獨使我真正害怕的是德國潛艇的威脅。”正是為了對付潛艇的威脅,當時的艦艇開始配備水下偵聽設備——聲吶,這在客觀上促進了反潛戰術的發展。
二戰結束后,冷戰對潛艇提出了更高的要求。為了實現潛艇的無限制長航程航行,人們把核反應堆搬上了潛艇,建成核動力潛艇。核動力潛艇不僅動力裝置不需要空氣支持,可以攜帶完善的生命保障裝備,可以連續在水下巡航一個月以上,具備更好的隱蔽性。而且,各國還開發出了更為先進的技術,以降低潛艇的噪音,使得對方艦艇難以偵測,提高了潛艇的生命力。更為重要的是,核潛艇還可以從水下發射各種魚雷、常規導彈或帶有核彈頭的彈道導彈,具備了相當的打擊威懾能力。