國(guó)外新型外界援潛救生裝備發(fā)展研究

董 鵬，楊清軒，劉 洋

(1.海軍裝備部，北京 100036；2.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一四研究所，北京 100101)

0 引 言

目前美、英、俄等國(guó)外潛艇技術(shù)強(qiáng)國(guó)進(jìn)入了外界援潛救生系統(tǒng)換代期，紛紛研制了潛艇救生潛水再加壓系統(tǒng)、北約潛艇救生系統(tǒng)、多功能潛水救生系統(tǒng)等新型外界援潛救生系統(tǒng)。

與傳統(tǒng)、單一的外界援潛救生裝備相比，新型外界援潛救生系統(tǒng)采用了潛水鐘、救生潛器、飽和潛水艙、單人常壓潛水、ROV等多種外界援潛救生裝備，具有部署速度快、任務(wù)靈活度高、救援措施多樣、系統(tǒng)模塊化程度高、維護(hù)成本低等突出優(yōu)點(diǎn)。

1 美國(guó)潛艇救生潛水再加壓系統(tǒng)（SRDRS）

美國(guó)潛艇救生潛水再加壓系統(tǒng)（SRDRS）是基于澳大利亞REMORA救生潛器研制的。美國(guó)潛艇救生潛水再加壓系統(tǒng)中的加壓救援模塊（PRMS）于2008年9月服役并替代了“神秘”號(hào)救援潛器（DSRV-1）；2011年，北約與俄羅斯在西班牙卡塔赫納附近海域舉行聯(lián)合潛艇救援演習(xí)，演習(xí)中加壓救援模塊成功與俄海軍1艘“基洛”級(jí)（B-781）進(jìn)行連接，并開(kāi)展模擬潛艇救援，演習(xí)中系統(tǒng)表現(xiàn)出良好的通用性和與潛艇連接能力。2017年，水面減壓系統(tǒng)（SDS）完成交付，目前潛艇救生潛水再加壓系統(tǒng)已形成初步任務(wù)能力，并服役于美國(guó)海軍水下救援部（URC）。

SRDRS由4個(gè)分系統(tǒng)組成：評(píng)估/水下作業(yè)系統(tǒng)、水面減壓系統(tǒng)、加壓救援模塊系統(tǒng)、任務(wù)保障裝備（包括布放和回收系統(tǒng)）。

水面減壓系統(tǒng)、加壓救援模塊系統(tǒng)、任務(wù)保障裝備系統(tǒng)組成重約183 t的潛艇救援系統(tǒng)，安裝在保障母船上。潛艇救援系統(tǒng)的救援能力系統(tǒng)包括加壓救援模塊系統(tǒng)和任務(wù)保障裝備。SRDRS各系統(tǒng)組件布置如圖1～圖3所示。

1）評(píng)估/水下作業(yè)系統(tǒng)

評(píng)估/水下作業(yè)系統(tǒng)由設(shè)計(jì)潛深為610 m的深海潛水服2 000、遙控潛器和其它相關(guān)的保障裝備（如深海潛水服管理系統(tǒng)）組成。深海潛水服2 000能夠在610 m深海進(jìn)行作業(yè)，內(nèi)部始終保持一個(gè)大氣壓。評(píng)估/水下作業(yè)系統(tǒng)是第1個(gè)對(duì)潛艇失蹤或沉沒(méi)事件進(jìn)行響應(yīng)的系統(tǒng)，提供的作業(yè)能力包括：對(duì)遇險(xiǎn)潛艇進(jìn)行定位、評(píng)估遇險(xiǎn)潛艇的狀況、清除遇險(xiǎn)潛艇逃生艙口蓋附近區(qū)域的障礙、在逃上艙口附近放置信號(hào)燈以及補(bǔ)充緊急生命保障補(bǔ)給。

2）水面減壓系統(tǒng)

水面減壓系統(tǒng)由2個(gè)安裝在甲板上的水面減壓艙和相關(guān)的保障裝備（如發(fā)動(dòng)機(jī)艙、輔助設(shè)備艙、備用部件艙和水面減壓系統(tǒng)氣體瓶架）組成。每個(gè)水面減壓艙是一個(gè)單獨(dú)的載人封閉壓力容器，放置在一個(gè)12.2 m的集裝箱內(nèi)，最多能夠容納33人。水面減壓系統(tǒng)的主要功能是對(duì)遇險(xiǎn)潛艇艇員進(jìn)行減壓控制，確保他們一旦返回常壓環(huán)境以后，免受?chē)?yán)重或者致命的潛水減壓病。

3）加壓救援模塊系統(tǒng)

加壓救援模塊系統(tǒng)的一個(gè)主要組件是加壓救援模塊。加壓救援模塊是一個(gè)帶有臍帶的，載人遙控作業(yè)型救援潛器，由一個(gè)位于開(kāi)放式結(jié)構(gòu)內(nèi)的水平圓柱形耐壓殼體、各種系統(tǒng)以及各種裝備（如生命力保障系統(tǒng)和推進(jìn)器）組成，導(dǎo)航、視頻、推進(jìn)和生命力保障系統(tǒng)安裝在框架和耐壓殼體的外面。加壓救援模塊由固定在母船甲板上的控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行遙控控制。控制站的駕駛員和導(dǎo)航員負(fù)責(zé)加壓救援模塊的導(dǎo)航、機(jī)動(dòng)、下潛/上浮以及對(duì)接作業(yè)。在控制站內(nèi)有一位潛水監(jiān)管人員負(fù)責(zé)監(jiān)管加壓救援模塊的所有作業(yè)，2名潛器艇員跟隨加壓救援模塊協(xié)助遇險(xiǎn)艇員的轉(zhuǎn)移，每次作業(yè)最多可以轉(zhuǎn)移16名艇員。潛器艇員也可以控制和監(jiān)視加壓救援模塊的生命保障裝備，并協(xié)助打開(kāi)及確保加壓救援模塊和遇險(xiǎn)潛艇艙口蓋的安全。

4）任務(wù)保障裝備

任務(wù)保障裝備是指在潛艇救援作業(yè)期間保障加壓救援模塊系統(tǒng)的一系列系統(tǒng)組件。任務(wù)保障裝備的主要組件包括布放和回收系統(tǒng)、臍帶管理系統(tǒng)、艦船界面模版裝置以及甲板支架，為加壓救援模塊系統(tǒng)和水面減壓系統(tǒng)的組件之間提供了合適的界面。

布放和回收系統(tǒng)是位于船尾部的一個(gè)A型框架，集成了一個(gè)指示器及用于加壓救援模塊布放和回收的雙重升力補(bǔ)償起重線絞盤(pán)。該指示器提供了一個(gè)自動(dòng)保險(xiǎn)鎖定裝置，能夠與加壓救援模塊在30°的誤差范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)水下對(duì)接。這種設(shè)計(jì)的主要好處是簡(jiǎn)化了回收操作過(guò)程，可以在水下實(shí)現(xiàn)對(duì)加壓救援模塊的鎖定，避免受到海面波浪的影響。為了減弱沖擊載荷并確保加壓救援模塊操作的安全，布放和回收系統(tǒng)裝備了主動(dòng)和被動(dòng)升力補(bǔ)償系統(tǒng)。布放和回收系統(tǒng)裝備一個(gè)布放加壓救援模塊的鎖定組件，可以在回收作業(yè)期間對(duì)加壓救援模塊的傾斜進(jìn)行主動(dòng)控制，確保加壓救援模塊在甲板支架上實(shí)現(xiàn)精確著落。

表1 SRDRS主要性能參數(shù)Tab.1 SRDRS main performance parameters

5）技術(shù)特點(diǎn)

具有受壓狀態(tài)下轉(zhuǎn)移的能力。SRDRS最重要的一個(gè)特征就是具有保障受壓狀態(tài)下轉(zhuǎn)移的能力，可以使幸存者從遇險(xiǎn)潛艇中轉(zhuǎn)移到救援潛器中，然后直接進(jìn)入水面保障母船上的減壓艙，在這期間，始終保持著與遇險(xiǎn)潛艇內(nèi)部相同的壓力，避免遇險(xiǎn)艇員受減壓疾病的威脅。水面減壓系統(tǒng)目前正處于海軍的采購(gòu)計(jì)劃中，計(jì)劃于2012年交付，將與潛艇救援系統(tǒng)一起部署，安裝在水面保障母船上，用于保障受壓狀態(tài)下轉(zhuǎn)移，并對(duì)遇險(xiǎn)潛艇中的幸存艇員實(shí)施減壓控制。

強(qiáng)大的救援能力。除了受壓狀態(tài)下轉(zhuǎn)移的保障能力外，SRDRS的行動(dòng)概念包括通過(guò)多次下潛，可以從1艘遇險(xiǎn)潛艇中最多營(yíng)救155名遇險(xiǎn)艇員。SRDRS的加壓救援模塊一次可以容納16名遇險(xiǎn)艇員和2名潛器艇員。

先進(jìn)的電子系統(tǒng)。SDRDS其它先進(jìn)的功能包括現(xiàn)代高性能ROV所具有的綜合導(dǎo)航系統(tǒng)和自動(dòng)控制功能。這2種功能組合在一塊可以使救援潛器實(shí)現(xiàn)精確的位置監(jiān)測(cè)和控制、位置保持、深度及遇險(xiǎn)潛艇逃生艙口上方的首向和高度的自主控制等。

2 北約潛艇救生系統(tǒng)（NSRS）

北約潛艇救生系統(tǒng)（NSRS）由英國(guó)、法國(guó)、挪威3國(guó)聯(lián)合研制，英國(guó)國(guó)防部負(fù)責(zé)北約潛艇救援系統(tǒng)所有合同的管理，并指定羅爾斯·羅伊斯公司作為整個(gè)救援系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行的主承包商。Perry Slingsby系統(tǒng)公司主要負(fù)責(zé)救援潛器和干涉遙控潛器的設(shè)計(jì)和建造，Divex公司負(fù)責(zé)受壓狀態(tài)下轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，工程商業(yè)公司負(fù)責(zé)布放和回收系統(tǒng)。

2008年3月，潛艇救援系統(tǒng)（NSRS）在挪威海域成功完成海試。目前北約潛艇救援系統(tǒng)（NSRS）由英國(guó)、法國(guó)、挪威三國(guó)共同管理，并部署在蘇格蘭法斯蘭的克萊德基地。潛艇救援系統(tǒng)（NSRS）已成功完成了多次“勇猛君主”等北約以及歐洲國(guó)家間組織的援潛救生演習(xí)。在2017年1月英國(guó)與挪威進(jìn)行的聯(lián)合援潛救生演習(xí)中就采用了北約潛艇救生系統(tǒng)。

北約潛艇救援系統(tǒng)的設(shè)計(jì)服役期為25年，系統(tǒng)主要由干涉系統(tǒng)和救援系統(tǒng)2個(gè)子系統(tǒng)組成：干涉系統(tǒng)是一個(gè)相對(duì)較小的子系統(tǒng)，主要由一個(gè)干涉遙控潛器組成，能夠快速部署到潛艇遇險(xiǎn)地點(diǎn)，為救援做現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作，并提供生命保障；救援系統(tǒng)是一個(gè)較大的子系統(tǒng)，由一個(gè)自航救援潛器、便攜式發(fā)射和回收系統(tǒng)、受壓狀態(tài)下轉(zhuǎn)移系統(tǒng)和其他相關(guān)的保障裝備組成。

北約潛艇救援系統(tǒng)組成如下：

1）干涉系統(tǒng)

干涉系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，通常情況下作為第一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行部署，主要由干涉遙控潛器及其保障裝備組成。干涉遙控潛器的保障裝備包括一個(gè)A型的布放和回收系統(tǒng)、絞盤(pán)和臍帶、控制艙、導(dǎo)航和跟蹤裝備、發(fā)電裝置。

干涉系統(tǒng)負(fù)責(zé)潛艇救援第一階段的任務(wù)，包括在干涉遙控潛器的幫助下對(duì)遇險(xiǎn)潛艇進(jìn)行定位，清除阻塞逃生艙口的障礙并探測(cè)核輻射，使用水下電話或其他方式與遇險(xiǎn)艇員建立通信，如果有需要的話，立即采取措施穩(wěn)定遇險(xiǎn)潛艇上的狀況，并為等候救援的艇員提供包括氧燭、二氧化碳洗滌器、醫(yī)療補(bǔ)給品、食物、飲用水等在內(nèi)的緊急生命救助物資。

2）受壓狀態(tài)下轉(zhuǎn)移系統(tǒng)

救援潛器一旦回到母船，幸存艇員就被轉(zhuǎn)移到受壓狀態(tài)下轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，在那里進(jìn)行必要的減壓治療。受壓狀態(tài)下轉(zhuǎn)移系統(tǒng)由1個(gè)甲板轉(zhuǎn)移艙、2個(gè)大型減壓艙以及相關(guān)的保障裝備組成，總的重量約120 t。保障裝備有氧氣運(yùn)輸模塊、工作車(chē)間、控制艙以及環(huán)境控制。減壓艙內(nèi)包括環(huán)境控制設(shè)施、氧氣儲(chǔ)存和復(fù)雜的控制中心，減壓艙包括可以容納30人的主艙室和相對(duì)較小的醫(yī)療艙，醫(yī)療艙可以容納6人或者2副擔(dān)架。轉(zhuǎn)移艙可以容納12人。

受壓狀態(tài)下轉(zhuǎn)移系統(tǒng)可以提供一個(gè)封閉的操作空間，使幸存艇員避免受到氣候和海洋環(huán)境的影響。該系統(tǒng)可以分別在每個(gè)減壓艙進(jìn)行2種進(jìn)度不同的減壓治療，并且可以使用便攜式的2人減壓艙，在1名工作人員的幫助下對(duì)傷員進(jìn)行轉(zhuǎn)移和治療。

3）便攜式導(dǎo)航、跟蹤和通信系統(tǒng)

便攜式導(dǎo)航、跟蹤和通信系統(tǒng)位于一個(gè)集裝箱內(nèi)，用于跟蹤北約潛艇救援系統(tǒng)的水下裝置，并用于救援潛器與遇險(xiǎn)潛艇之間的通信。采用一種便攜式聲學(xué)定位系統(tǒng)和部署系統(tǒng)，救援小組可以在主要的裝置之間，包括救援潛器、干涉遙控潛器、遇險(xiǎn)潛艇和母船，進(jìn)行定位和導(dǎo)航。集裝箱內(nèi)還裝備了衛(wèi)星通信、甚高頻、超高頻、水下電話、水下調(diào)制解調(diào)器以及與救援潛器連接的微細(xì)光纖臍帶的界面。

4）救援系統(tǒng)

救援系統(tǒng)主要包括潛艇救援潛器、便攜式發(fā)射和回收系統(tǒng)、受壓狀態(tài)下轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，以及相關(guān)的保障裝備。救援系統(tǒng)負(fù)責(zé)潛艇救援第2階段的任務(wù)，包括使用救援潛器對(duì)幸存艇員實(shí)施救援，并使用安裝在水面母船上的受壓狀態(tài)下轉(zhuǎn)移系統(tǒng)對(duì)救援上來(lái)的幸存艇員進(jìn)行減壓治療。救援潛器能夠在610 m的深海對(duì)遇險(xiǎn)潛艇進(jìn)行定位并實(shí)現(xiàn)對(duì)接。在進(jìn)行壓力補(bǔ)償后，救援潛器一次最多可以轉(zhuǎn)移15名遇險(xiǎn)艇員。潛艇救援潛器回到水面的母船后，通過(guò)操作甲板支架使救援潛器與受壓狀態(tài)下轉(zhuǎn)移系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，對(duì)受壓狀態(tài)下的艇員進(jìn)行轉(zhuǎn)移和安全的減壓，同時(shí)救援潛器進(jìn)行下一次的下潛救援。

5）技術(shù)特點(diǎn)

采用高性能電池。北約潛艇救援系統(tǒng)的救援潛器裝備了“斑馬”電池，代替了以前深潛器使用的鉛酸電池。“斑馬”電池采用了鈉-氯化鎳電池單元，能量密度很高。相比同樣的鉛酸電池，“斑馬”電池模塊能夠多提供約100%的能量，而重量卻只有鉛酸電池的60%左右。救援潛器約102 kW·h的能量用于主動(dòng)力系統(tǒng)、電力推進(jìn)以及水動(dòng)力系統(tǒng)，超過(guò)34 kW·h的能量用于儀器的使用、控制、通信以及生命保障系統(tǒng)。這么多儲(chǔ)存的能量可以容許安裝大功率的系統(tǒng)，且不會(huì)因此減小任務(wù)持續(xù)時(shí)間，或者在不需要大功率系統(tǒng)的情況下，延長(zhǎng)執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間。

表2 救援潛器的主要性能參數(shù)Tab.2 NATO submarine rescue system main performance parameters

具備高質(zhì)量的音頻、視頻和聲吶通信能力。北約潛艇救援系統(tǒng)的救援潛器通過(guò)一根直徑為5 mm的光纖與母船相連，可以保證進(jìn)行高質(zhì)量的音頻、視頻和聲吶通訊，消除了更大、更重的臍帶連接所帶來(lái)的不便。光纖可以使救援潛器獨(dú)立于母船的水面運(yùn)動(dòng)，并且由于直徑較小，產(chǎn)生作用于救援潛器的水流拖曳力很小。另一個(gè)關(guān)鍵的好處是在救援潛器陷入潛在的糾纏期間，由于光纖的斷裂載荷只有400千克力，艦載切割器或者救援潛器主推進(jìn)力或輔助推進(jìn)力將可以切斷臍帶。在臍帶損壞或者斷裂的情況下，救援潛器的通信回歸到“水聲通信”來(lái)維持救援潛器完整的操作能力。

能在高海況下進(jìn)行部署和回收。北約潛艇救援系統(tǒng)最大的進(jìn)步就是執(zhí)行沒(méi)有潛水員的回收作業(yè)，從而可以在高海況下進(jìn)行救援。沒(méi)有潛水員的回收需要2個(gè)步驟：首先在救援潛器與母船之間建立連接，然后使用這個(gè)連接回收救援潛器。連接的方法是：首先在水面母船的幫助下，在海床上部署一個(gè)重物快，然后救援潛器通過(guò)一根小直徑的纜線與重物塊建立連接，救援潛器和重物塊一起浮出水面。小直徑的纜線與布放和回收系統(tǒng)相連接，當(dāng)纜線繃緊后，一個(gè)與起重線相連的捕捉鎖定裝置就放到水面上，捕捉并鎖住救援潛器，然后提升救援潛器，救援潛器的回收就完成了。

3 俄羅斯多功能潛水救生系統(tǒng)

經(jīng)過(guò)“庫(kù)爾斯克”事件這一慘痛的潛艇事故，俄羅斯防救部門(mén)下決心解決俄國(guó)內(nèi)援潛救生裝備性能不足、功能單一的問(wèn)題，并開(kāi)展了多功能潛水救生裝備系統(tǒng)——伊戈?duì)枴へ惵逅鞣蛐驮疂摼壬兄乒ぷ鳌Ｕ麄€(gè)系統(tǒng)包括飽和潛水系統(tǒng)、遙控?zé)o人潛器、潛水鐘、吊放裝置及其他輔助系統(tǒng)等模塊，采用模塊化設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)集裝箱裝載。除援潛救生外，該系統(tǒng)還能完成水面救援、海洋環(huán)境調(diào)查、深海打撈作業(yè)等任務(wù)。

伊戈?duì)枴へ惵逅鞣蛐驮疂摼壬?005年于圣彼得堡海軍部造船廠建造，2012年10月下水，2015年11月服役俄羅斯太平洋艦隊(duì)。其搜救設(shè)施主要包括作業(yè)深度達(dá)450 m的GVK-450型潛水鐘；救生工作深度高達(dá)700 m，6人操作、最多可容納22名逃生人員的Bester型救生潛器；飽和潛水減壓艙以及潛深達(dá)1 000 m的ROV系統(tǒng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

水下救援裝備體系化發(fā)展，援潛救生可采用多種救援措施。從美、英、俄新一代援潛救生裝備發(fā)展來(lái)看，既有負(fù)責(zé)救人的救援潛器、潛水鐘，也有負(fù)責(zé)救援準(zhǔn)備工作或輸送給養(yǎng)的遙控潛器，美國(guó)甚至還裝備了失事潛艇定位和狀態(tài)評(píng)估的HARD SUIT2000TM常壓潛水系統(tǒng)。可見(jiàn)國(guó)外水下救援裝備呈體系化發(fā)展，援潛救生可采用多種救援措施，這些系統(tǒng)協(xié)同工作是救援系統(tǒng)發(fā)揮出最大的救援效能。其中美國(guó)和英國(guó)的水下救援裝備是成體系發(fā)展的，這些裝備分工明確、緊密協(xié)作，根據(jù)不同的失事水深，采用不同的救援裝備，使全部救援裝備在救援作業(yè)中均發(fā)揮出了最大效能。

表3 伊戈?duì)枴へ惵逅鞣蛐驮疂摼壬阅軈?shù)Tab.3 Igor Belosov type submarine rescue ship main performance parameters

搭載平臺(tái)多樣化，擺脫對(duì)專用母船的依賴。美英新一代援潛救生裝備均擺脫了對(duì)專用搭載平臺(tái)的依賴，可由多種平臺(tái)搭載可提高救援響應(yīng)能力和救援效率；縮短救援系統(tǒng)部署時(shí)間，盡快到達(dá)失事地點(diǎn)，實(shí)施救援。其中北約潛艇救援系統(tǒng)可搭載在140種船的甲板上，美國(guó)潛艇救援潛水再加壓系統(tǒng)不需要專用的母船或改裝潛艇搭載，2個(gè)救援系統(tǒng)均可在多種平臺(tái)上完成調(diào)度和安裝。這與美國(guó)“神秘”號(hào)救援潛器和英國(guó)LR5潛器需要專用的搭載母船不同，擺脫了對(duì)專用母船的依賴，提高了救援響應(yīng)能力和救援效率。

自動(dòng)化程度高，控制更靈活。美英新一代援潛救生裝備自動(dòng)化程度高，以高效、靈活操控各種援潛救生裝備。其中美國(guó)潛艇救援潛水再加壓系統(tǒng)的承壓救援模塊系統(tǒng)自動(dòng)控制包括自動(dòng)定深、自動(dòng)定向、自動(dòng)定高、自動(dòng)定位、對(duì)接裙自動(dòng)角度復(fù)位、巡航控制、縱橫傾和偏航控制以及均衡調(diào)整等。潛器系統(tǒng)的狀態(tài)顯示在主圖形用戶界面的屏幕上，駕駛員或?qū)Ш絾T選擇的任意顯示可以實(shí)現(xiàn)視頻疊加。圖形用戶界面是多頁(yè)的，設(shè)有用于系統(tǒng)調(diào)整、報(bào)警以及故障查找的彈出菜單。通過(guò)駕駛員的操縱桿控制操縱和攝像頭功能，操縱桿固定在根據(jù)人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)的座椅的扶手上。觸摸屏和帶有控制球的鍵盤(pán)用于菜單選擇、系統(tǒng)操縱和顯示控制。

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