潛艇的發展對武器系統的技術需求*

吳汪洋 王海聲

(海軍駐四三一廠軍代表室 葫蘆島 125004)

1 引言

潛艇是武器庫中威力最大最有效的武器之一。由于它能在水面、水下作戰,具有機動靈活、隱蔽性好、突擊力強的獨特性能,在以往的兩次世界大戰中,發揮了重大作用,所以引起世界各國海軍的高度重視。潛艇在海戰中的重大作用無可爭議地獲得各國海軍的認可。

1624年,荷蘭人制造了世界上第一艘潛艇,至今已有三百多年了。到1898年,美國人約翰?霍蘭建造了水面以汽油發動機、水下以蓄電池-電動機作動力的雙推進系統“霍蘭”號潛艇,成為現代潛艇的先驅。

戰后至今,各國海軍無不把發展潛艇作為增強其海上作戰力量的重點。目前,世界上真正有能力獨自研究和建造潛艇的國家僅有美國、俄羅斯、中國、英國、法國、德國、意大利、日本、荷蘭、瑞典等10多個國家。核潛艇發展很快,但由于造價高,因而世界上現只有美國、俄羅斯、英國、法國、中國和印度6個國家擁有。

隨著科學技術的發展,潛艇技術獲得了空前的提高。自1954年9月30日,美國成功地建造了世界上第一艘核潛艇“鸚鵡螺”號后,使潛艇的戰術性能發生了質的飛躍,潛艇的隱蔽性、機動性、突擊威力和使用范圍發生了重大變化,核潛艇的地位也越發顯得重要[1]。

2 潛艇的分類及其發展

2.1 潛艇的分類

潛艇發展至今,已出現過許多不同的類型。就現役潛艇來講,大致可分為以下幾類:

按潛艇的動力裝置區分:可分為常規動力潛艇和核動力潛艇。

按潛艇的主要武器區分:可分為彈道導彈潛艇、飛(巡)航導彈潛艇和魚雷潛艇。

按潛艇的作戰使命區分:可分為戰略導彈潛艇和攻擊型潛艇。

按潛艇的排水量區分:可分為大、中、小型潛艇和微型潛艇。

2.2 潛艇的發展

2.2.1 核潛艇的發展

自第一艘核潛艇的問世,近60年來,核潛艇發展很快。目前,世界上核潛艇發展趨勢主要著重以下幾個方面[2～3]:

1)提高水下航速。為提高水下航速,一方面降低核潛艇艇體的水下阻力,減少核潛艇設備的重量、尺寸或使核潛艇小型化,同時,還通過流體降阻方法,在艇體周圍實行邊界層控制和使用高分子聚合物來降低阻力;另一方面,增加核動力裝置功率,如研制大功率的核反應堆,并通過改進螺旋槳設計,提高推進效率。

2)增強隱蔽性。為了提高其隱蔽性,通過增大下潛深度和降低水下航行的噪聲來達到。增大下潛深度,可以采用高強度鋼或其它新型材料作為艇體材料;也可對結構型式、密封設備進行改進;為使水下航行噪聲減低到最低限度,在一些核潛艇上采用自然循環反應堆以消除主循環泵噪聲,采用電力推進方式以取消主減速齒輪組;采用泵噴射推進器,以降低螺旋槳的噪聲;在艇體外面敷設吸聲敷蓋層(消聲瓦)或采用電磁推進裝置等。

3)改進核潛艇的武器系統,增強核潛艇的水下突擊能力。對于彈道導彈核潛艇,主要是改進彈道導彈性能,提高導彈命中精度和增大射程,并采用多彈頭,以其增大突破對方導彈防御體系的能力。

4)大力提高核潛艇的技術裝備性能。如提高核潛艇水下探測能力,特別是改進核潛艇的導航、通信設備、聲納系統和作戰指揮系統等。對攻擊型核潛艇,主要是研究新型的反潛魚雷和高速線導魚雷,并積極發展巡航導彈及反潛導彈等。

2.2.2 常規潛艇的發展

常規潛艇存在諸如:潛航時間短,水下航速低,攻擊能力不如核潛艇強等缺點。但常規潛艇建造周期短、造價低,便于戰時大批量生產。另外,常規潛艇適合于執行近海作戰和遠洋巡邏、攻擊任務,所以仍有一定的發展前途和廣闊的市場[4]。

目前,常規潛艇的發展動向,除排水量將增大、下潛深度增大、自動化程度將逐步完善外,和核潛艇一樣,主要是向提高水下活動能力、增強武器系統的威力、降低噪聲、改善艇員工作和生活條件、提高安全性等方向上發展。

為了提高水下活動能力,不少國家都在尋求不依賴于空氣的新的動力系統的發展途徑。在燃料電池、熱氣機、閉式循環柴油機和低功率核動力裝置的研究上近幾年均有新的突破,目前已進入到實用階段,常規潛艇的水下活動能力將更大地提高。

為了增強打擊威力,常規潛艇將普遍裝備由先進的綜合探測設備、情報指揮控制系統、發射裝置和高性能武器組成的作戰系統;艇上將配備巡航導彈、線導魚雷和自導魚雷,預期潛艇可同時對水面、水下多種目標實施跟蹤、解算和攻擊,命中概率可達90%以上。

為了增強隱蔽性,除加大下潛深度外,各國都把降低潛艇噪聲放在重要位置進行治理,通過艇體和設備的減振、降噪;在艇體外面敷設新型的吸聲敷蓋層;設計新穎的7葉大側斜槳葉低噪聲螺旋槳;減少艇體外面突出物和通海孔等一系列措施,使潛艇的噪聲水平大大下降。

除此之外,在增大潛艇水下航速,提高潛艇操縱控制,動力裝置的自動化集中控制能力,提高全艇及設備的安全可靠性等方面將有新的進展。

3 潛艇的基本戰術特性

潛艇與海軍其它兵力相比,其基本的戰術特性是:

3.1 良好的隱蔽性

良好的隱蔽性是潛艇最主要的特點,也是最突出的優點。潛艇可借助海水的屏蔽作用,避開敵人的搜索和觀察,或降低敵人的搜索觀察效果,使敵人難以發現和偵測。潛艇在水下大深度活動時,敵目力和雷達觀察不能發揮作用,磁探儀、紅外探測儀等器材也難以有效使用,即使水聲器材,由于受水文條件的影響,也會大大降低其觀測效果。潛艇于有利觀察深度以低噪音航速機動,卻往往可以先敵發現,爭得主動。核動力潛艇可全時在水下活動,沒特殊必要無需浮出水面,更增加了潛艇行動的隱蔽性。隱蔽性是潛艇的生命力,是對潛艇海戰的勝負起到關鍵作用的因素,故潛艇隱蔽技術是一項值得長期探索的技術。

3.2 通用性

通用性是潛艇第二個主要的戰術性能,它是由潛艇能夠擔負艦隊所有的主要戰斗任務和特殊任務這一特點決定的。潛艇能夠執行反潛、消滅戰斗艦艇和運輸船、進行布雷和實施偵察、以及其它許多特殊任務。

3.3 較大的自給力、續航力和作戰半徑

潛艇的自給力,是指潛艇按標準一次裝足燃料、淡水、食品等,能在海上連續活動的時間。

潛艇的續航力,是指潛艇一次裝足燃料或充足電量,采用一定的動力裝置保持一定的航行狀態和航速,所能航行的最遠距離。

由于潛艇的自給力、續航力和作戰半徑較大,因此它能夠深入中、遠海區和遠洋,長期堅持戰斗活動。隨著AIP技術的工程應用,常規潛艇的水下續航能力較之以前有了較大的提升,但與核潛艇還具有較大的差距,但隨著潛艇噸位以及裝備武器性能的不斷提高,潛艇的自給力、續航力和作戰半徑已經顯著提高。

3.4 較強的突擊威力

潛艇的主要武器是魚雷、飛(巡)航導彈和彈道導彈,這些都是有較強殺傷威力的武器。

魚雷是潛艇的傳統武器,也是現代潛艇的基本武器之一。現代魚雷在射程、航速、制導性能和裝藥質量方面又有較大的發展。飛(巡)航導彈具有射程遠、命中精度高的特點,不僅是襲擊海上艦船的有力武器,也可用于突擊岸上目標。彈道導彈通常攜帶核彈頭,射程遠、殺傷威力大,抗防御能力強,是對敵岸上目標實施戰略性打擊的最有效武器。此外,潛艇還可以攜帶水雷,布設攻勢性水雷障礙。潛艇的隱蔽性與其威力較強的武器相結合,大大提高了潛艇攻擊的突然性,往往使敵人猝不及防,難以組織有效的抗擊和規避,是表現潛艇較強突擊威力的重要方面。

3.5 水下觀察和通信較困難

潛艇裝有聲納、雷達和潛望鏡等觀察器材。使用時為防止暴露潛艇,聲納和雷達通常以被動方式工作,由于受海況和目標等條件的影響,作用距離較近,觀察能力較弱。

岸上指揮所對潛發信,目前主要依靠大功率長波和超長波電臺,由于潛艇受可收信深度限制,難以保證隨發隨收。潛艇對岸發信容易暴露其位置,對其限制較嚴。潛艇與潛艇、潛艇與海軍其它之間的通信,主要靠水聲通信器材,作用距離近,隱蔽性差,因而水下通信比較困難[6]。水下通信技術是制約潛艇發展以及作戰模式創新的一項瓶頸技術。隨著網絡戰的興起,潛艇已不可避免的要和外界進行信息交互,而且交互內容和信息量以及傳輸距離都較之前有了更高的需求,故可靠、快速的水下通信技術是一項值得研究、突破的關鍵技術。

4 潛艇的發展對武器系統的技術需求

4.1 向著適用于多任務、多用途的方向發展

由于潛艇特殊的靈活機動性,現代戰爭賦予它多種戰斗任務如反潛戰、反水面艦艇、對陸攻擊、布放水雷、特殊軍事行動和戰爭支援等,因此,潛艇水下武器系統也應適應于這種需求的變化,向著分布式、模塊化、靈活組態的方向發展。

4.2 具有更強的協同作戰能力

從平臺“中心戰”向網絡“中心戰”的轉變,要求潛艇具有更強的交互能力。網絡的威力與網絡中節點數量的平方成正比,因此增加水下節點能夠使水下、海上和空中聯為一體,構筑起強大的協同作戰信息平臺和統一的作戰態勢圖,這樣就更能發揮潛艇隱蔽突擊的戰斗特點。

4.3 改善技術適應能力

技術發展的快速性和潛艇研制周期長之間的矛盾日益突出,大大減緩了潛艇水下武器系統更新的速度,嚴重影響了潛艇綜合效能的發揮,特別是在高新技術變化非常快的當今。采用COTS技術產品,提高軟硬件的可重用性和可升級能力是解決這個矛盾的有效途徑。

4.4 提高自動化程度和人工智能水平

由于潛艇的獨立性和狹小的操作空間,各國海軍部門都致力于提高潛艇水下武器系統的自動化程度和人工智能水平,以期獲得更加簡便的操作、更加合理的艇員配置、更加容易的維護、更加廣泛的適應能力和更高的可靠性。

5 重點研究領域

針對潛艇發展的特點及其對水下武器系統的技術需求,歸納出如下的重點研究領域:

5.1 開放式系統體系結構(OSA)研究

體系結構是一種規格說明,決定系統如何構成,確定功能模塊以及允許模塊間進行通信和協同的協議與接口。開放式系統體系結構要求潛艇水下武器系統軟硬件遵從公共的標準規范,以提高潛艇水下武器系統的技術適應能力、擴展能力和升級能力。

5.2 分布式模塊化設計技術研究

模塊化設計技術的概念是指為開發具有多種功能的不同系統(或產品),不必對每種系統(或產品)施以單獨設計,而是精心設計出多種模塊,將其經過不同方式的組合來構成不同的系統(或產品),以解決系統(或產品)種類、規格和設計制造周期、成本之間的矛盾。目前,世界各主要國家都注重現代先進制造技術和方法在軍事領域的應用和推廣。正是在這一背景下,模塊化設計技術被各主要國家軍事部門積極采納。

5.3 基于COTS技術的應用研究

國外一直在推進COTS技術產品在潛艇水下武器系統中的應用。目前,關注的熱點問題是如何分步實施、兼容性以及可靠性等。

5.4 新型傳感器系統的研究

歸納英國潛艇水下武器系統軟件的發展可以看出,聲納傳感器系統的更新是最主要的原動力。同時,同類、異類多傳感器融合技術和應用已受到極大關注。另外,美、英等國海軍越來越強調提高聲納在淺海中的探測性能,以及研究如何發揮主動聲納的作用。

5.5 新型武器系統的研究

在逐步增加潛艇武器系統的數量和威力的同時,多功能新型艇載武器系統也備受各國海軍的重視。這種新型多功能武器系統以 UUV為核心配以不同的功能模塊就能夠完成不同的使命任務,包括偵查、防御和攻擊等。

5.6 水下通信系統的研究

網絡中心戰的提出,要求潛艇具有更強的與水面艦、路基和衛星的交互能力,多功能水下通信系統的研究已成為熱點。如美國海軍正在為下一代潛艇研究多功能聲納站、以及使用激光、光學、聲通信和電感耦合技術的水下傳感器網絡,可實現與水上和水下艦艇的通信。

6 結語

本文在詳細介紹了潛艇誕生及其發展趨勢的基礎上,對潛艇的分類及其戰術特性進行了詳細闡述和分析研究。并總結出了潛艇的發展對潛艇武器系統發展的技術需求和重點的研究領域。相信隨著有關技術的發展和關鍵技術的突破,潛艇武器系統的性能將有一個較大的提升,與之相匹配的潛艇的綜合作戰能力也將有一個較大的飛躍。

[1]汪玉,姚耀中.世界海軍潛艇[M].北京:國防工業出版社,2006

[2]楊連新.走進核潛艇[M].北京:海洋出版社,2006

[3]龍白云.戰略核潛艇[M].北京:海潮出版社,1996

[4]黃彩虹.常規潛艇[M].北京:人民出版社,1996

[5]崔芝遠,朱紹文.現代潛艇[M].北京:國防工業出版社,1994

[6]汪玉,姚耀中.現代潛艇技術及其發展[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學出版社,1999