美國“哥倫比亞”級核潛艇發展情況及特點分析

薛 敏，錢家昌，柳 超，夏興隆，冷文軍，張錦嵐

(1. 海軍裝備部裝備項目管理中心，北京 100071；2. 武漢第二船舶設計研究所，湖北 武漢 430064)

0 引 言

美國一直以來高度重視戰略核力量，將其作為國家安全的基石、保持戰略威懾的前提。尤其是生存能力強、隱蔽性好、機動性高、部署靈活的戰略導彈核潛艇，作為實施先發制人核打擊和核報復的最重要手段，是戰略打擊力量的關鍵和基礎，一直是發展的重點。因此，美國海軍從21世紀初開始就著手研究戰略核潛艇的換代項目（ORP），也被稱為“SSBN-X”項目，旨在為美國海軍研制12艘新型彈道導彈核潛艇以取代14艘“俄亥俄”級核潛艇。“哥倫比亞”級戰略核潛艇（Columbia class SSBN），是美國第5代彈道導彈核潛艇，為美國海軍有史以來建造的最大潛艇。在2017年1月通過美國裝備采購的里程碑B關鍵節點，即正式批準建造，將于2030年左右全面替代“俄亥俄”級成為美國“三位一體”核戰略的中堅力量。本文通過調研美國“哥倫比亞”級核潛艇相關資料，對“哥倫比亞”級核潛艇情況進行全面梳理，在全方位分析“哥倫比亞”核潛艇的發展階段及主要技術特點的基礎上，對“哥倫比亞”級核潛艇的主要情況及其特點進行分析研判，為我國相關裝備和技術發展提供參考。

1 “哥倫比亞”級核潛艇發展階段

美國新一代“哥倫比亞”級核潛艇最早賦予代號SSBN（X），在美國海軍術語中“SSBN”是彈道導彈核潛艇的縮寫，“X”意味著目前該艇的技術方案和狀態尚不確定，SSBN（X）定位為“俄亥俄”級的替代艇計劃（Ohio-Class Submarine Replacement Program），用于接替將于2027年前后退役的“俄亥俄”級彈道導彈核潛艇。

2006年12月，時任美英兩國領導人的小布什和布萊爾就“三叉戟”Ⅱ D5型潛射彈道導彈壽期及裝備問題展開了磋商，之后美國海軍成立了SSBN（X）計劃辦公室。

2008年，美國開始著手編制可行性分析報告，并于2009年5月完成基礎分析工作，最終在同年9月定稿。

2010年3月前海軍一直在審核這份可行性分析報告。直到2010年4月，《核態勢評估報告》才通過了對國家海基戰略威懾的撥款請求。

2011年1月，美國海軍官方網站報道了“俄亥俄”SSBN（X）計劃進入技術開發階段，并簽署“里程碑A”采購決策備忘錄。

2012年8月，美國海軍批準SSBN（X）的關鍵技術和戰術要求，這標志著美國海軍新一代戰略導彈核潛艇替換項目的正式啟動。

2016年12月，美國海軍部長Ray Mabus正式將新型彈道導彈核潛艇命名為“哥倫比亞”級，并表示“哥倫比亞”級核潛艇將采用最新技術，是國家“三位一體”戰略中的最強支柱。

2017年1月，USNI1USNI為美國海軍學會（The United States Naval Institute）縮寫。該學會成立于1873年，超過135年，是一個私立、非盈利、獨立的專業軍事論壇。每年會召開會議，下屬擁有網站和期刊。該學會擁有會員超過50 000名，主要是在職和退休海軍人員。新聞網報道，“哥倫比亞”級核潛艇項目通過B里程碑，被美國國防部指定為重大國防采購項目，正式進入詳細設計階段[6]。

按照美國2016年的國會報告披露的“哥倫比亞”級發展時間計劃，其首艇預計在2030年前后服役，如圖1所示。從“哥倫比亞”級已披露信息來看，該級彈道導彈核潛艇已經進入實質性的研究設計階段，并按照預定的節點穩步推進。

2 “哥倫比亞”級核潛艇主要技術特點

2.1 基本情況

美國海軍提出建造12艘“哥倫比亞”級核潛艇來替代目前在役的14艘“俄亥俄”級彈道導彈核潛艇，認為12艘能夠滿足其核威懾需求。主要考慮到“哥倫比亞”級在中修期（mid-life overhauls）不需要進行反應堆換料（nuclear refueling），因此僅需要約2年的時間，而“俄亥俄”級核潛艇由于換料使得中修期達到4年。從圖1可知，在一定時間段（2023–2040年）美海軍在役的彈道導彈核潛艇僅有最低的10艘，因此，海軍提交給CRS和國會預算辦公室（CBO，Congressional Budget Office）的材料中也提及分析和指出這一數量能夠滿足海上任務需求。“哥倫比亞”級核潛艇將搭載16枚彈道導彈，而不是“俄亥俄”級的24枚。分析認為，裝載數量的選擇主要與其核威懾能力需求和預算經費有關。

2017開展詳細設計（歷時5年），要求開工前完成83%的設計工作，2021年開始建造（歷時7年），2028年開始試驗并計劃于2031年前后交付。原“俄亥俄”級替代計劃首艇建造時間線如圖2所示，整體設想如圖3所示。

2.2 主要技術特點

“哥倫比亞”級核戰略核潛艇與“弗吉尼亞”級攻擊核潛艇一樣，該潛艇同為通用電船公司設計及建造，將大量采用在“弗吉尼亞”級核潛艇上得到檢驗的技術。“哥倫比亞”級反應堆較“俄亥俄”級可以提供更大的動力，其操縱通信設備、聲吶、電子控制系統、通信系統、自衛武器及其作戰系統等基本與“弗吉尼亞”級核潛艇相同，但信息化、自動化水平將比“弗吉尼亞”級更高。與英國聯合開展共用導彈艙（CMC）、戰略武器系統（SWS）設計，推動型號設計，創新技術等，其特點如圖4所示。

美國“哥倫比亞”級彈道導彈核潛艇的主要技術特點梳理如下：

1）裝備數量12艘，艇員155人，預計于2030年前后服役；

2）水下全排水量20 815 t，比“俄亥俄”級（18 750 t）大；船寬 43 ft ≈ 13.1 m，船長 560 ft ≈ 170.7 m；

3）潛深＞800 ft ≈ 244 m，航速＞20 kn；

4）裝備16具導彈發射筒，尺寸與“俄亥俄”級相同（直徑87 in ≈ 2.21 m；長度適配D5導彈），搭載16枚“三叉戟”II D5LE型導彈；裝備魚雷武器系統，僅用于最低防衛；

5）增長艇壽期，期望的壽命周期為42年；

6）S1B型核反應堆，全壽期核反應堆，中修期無須更換核燃料，并縮短中修期準備時間從4年降到2年；

7）采用全電力推進，不同于其他核潛艇的機械推進方式，電力推進系統更加安靜；

8）具有良好的通用性和隱身性；

9）可升級電子系統，電子、網絡系統等具有良好的通用性和可升級性，一方面降低成本一方面便于后期升級；

10）采用X型艉翼、圍殼舵；

11）采用共用導彈艙（CMC），研究ITH技術降低建造成本；

12）取消“弗吉尼亞”級顎部聲吶；

13）集成發射筒和艇殼建造技術；

14）減低費用（簡配），由于經費限制，提出采用可升級的通用系統和設備，沿用“俄亥俄”級、“弗吉尼亞”級的相關系統，在一定程度上進行簡配。

2.3 改進技術及新研技術

該項目在“弗吉尼亞”級強有力的基礎上進行，相關技術基礎更好，“哥倫比亞”級核潛艇上應用到的改進技術有：

1）網絡和網絡安全（N e t w o r k s a n d Cybersecurity）；

2）模塊化工作站（Modular Workstations）；

3）標準化的管道線纜（Standardized Cabling in Conduits）；

4）潛艇戰聯合戰術系統（SWFTS，Submarine Warfare Federated Tactical Systems）。

新研技術有：

1）X型艉翼；

2）全電力推進；

3）艏部球形聲吶（Bow Dome）；

4）集成發射筒和艇殼建造技術（ITH）；

5）大氣控制和監測；

6）全壽期反應堆芯。

3 “哥倫比亞”級核潛艇技術特征及啟示

3.1 “哥倫比亞”級核潛艇技術特征

與目前世界上開始陸續服役的新一代核潛艇相比，“哥倫比亞”核潛艇動力系統更加高效、態勢感知能力更強、隱身性更好。在裝備技術上，“哥倫比亞”級核潛艇具有模塊化、全壽期反應堆、全電力推進、綜合隱身、遠程核打擊能力、X型尾翼等方面的技術特征，代表著未來核潛艇裝備技術發展方向。

1）模塊化

采用ITH技術，美英聯合研制共用導彈艙（CMC），美國“哥倫比亞”級將搭載16具導彈筒，而英國下一代“繼承者”級（原SSBN（R））將搭載12具導彈筒，可實現模塊化設計和建造，降低全系統研發、建造、維修和使用費用，并更容易實現作戰能力的多元化，滿足未來海軍多樣化的作戰需求。

2）全壽期反應堆

首次提出反應堆與艇同壽，在核潛艇中修期無需更換核燃料，避免損傷艇體，因此，可大幅縮短中修準備時間，減少全壽期維修費用，并有利于保證艇的在航率，保障彈道導彈核潛艇的戰備值班，滿足美國安全需求，促使美海軍可實現用12艘“哥倫比亞”級核潛艇替換現役的14艘“俄亥俄”級核潛艇。

3）全電力推進

為了實現進一步降噪，“哥倫比亞”級核潛艇將采用全電力推進，其核潛艇全電力推進技術應存在較好的技術積累和重大技術突破，如推進電機尺寸、重量、推進功率以及系統的可靠性等方面。全電力推進技術的采用，將有利于減振降噪和潛艇總體布置，實現更高的推進效率，甚至可以想象未來高能武器的上艇應用也是不無可能。

4）綜合隱身

“哥倫比亞”級核潛艇強調安靜性，預計將繼承發展“弗吉尼亞”級核潛艇上采取的成熟隱身技術。艇體外表面敷設消聲瓦，艇上裝備泵噴推進器，艇內采用浮筏式減振的整體模塊設計，有效減少艇上噪聲。“哥倫比亞”級采取全電力推進省去了減速齒輪箱等機械設備噪聲源，降低艇體機械噪聲。其裝備美國最新研制的S1B型核反應堆，該反應堆在S9G反應堆基礎上提升了功率密度，也極大可能繼承S9G反應堆的自然循環能力，使“哥倫比亞”級核潛艇在中低速航行時不使用主循環水泵，降低機械噪聲。

5）遠程核打擊能力

“哥倫比亞”級核潛艇每艘裝載16枚“三叉戟”II D5LE型彈道導彈。該型彈道導彈射程達到11 000～12 000 km，使巡航的“哥倫比亞”級核潛艇可實現覆蓋打擊全球大部分區域。“三叉戟”II D5LE型彈道導彈采用多彈頭分導，增加子彈頭數量，可提高突防能力，加大核彈頭當量。該彈道導彈命中精度進一步提高，圓概率誤差為90～120 m，并具有打擊硬目標的能力。

6）X型艉翼

“哥倫比亞”級核潛艇采用X型尾翼，相較于傳統的十字形艉翼其舵葉面積可以做的更大，在保證產生操縱力的前提下盡量不超寬，通過對4個舵葉的聯合控制，使得每個舵葉受力更均勻，機動性更強；X型尾翼的每個獨立舵葉均具有垂直和水平操縱能力，在卡舵等情況下安全冗余度更高；X型尾翼的應用也表明美國核潛艇的操縱自動化控制技術方面已經相當成熟。

3.2 發展啟示

美國在對未來“哥倫比亞”級核潛艇的研制過程中進行了很多探索，重點研發新技術并且探索新概念，努力提高核潛艇的作戰能力、作戰使用范圍及其戰略威懾力。在總結“哥倫比亞”級核潛艇技術特點的基礎上，提出以下2點思考。

1）需求牽引、科學規劃。海基核威懾仍然是美國“三位一體”戰略中的最強支柱，在國防經費限制的大背景下，經論證提出的“哥倫比亞”級核潛艇建造數量及戰略導彈搭載量均比現役“俄亥俄”級有所減少，但通過采用全壽期反應堆等一批新技術，能夠保證海上戰略值班時間，滿足美戰略核威懾需求。此外，通過合理規劃，“哥倫比亞”級核潛艇首艇和2號艇開工建造保持了3年的時間間隔（見圖1）。分析認為，美國在沒有針對性建造試驗研究潛艇來釋放技術風險的情況下，適度拉開時間為首艇技術進行試驗驗證，為避免同類問題低水平重復以及總結經驗教訓提供了窗口期，有效避免后續艇“帶病上馬”，待打好基礎后逐步開展批量建造。

2）注重規律、科學管理。從“哥倫比亞”級核潛艇首艇研制時間歷程圖（見圖2）可以看出，從2011年進入技術開發階段到2031年前后服役，研制周期長達20年，其中設計階段10年、建造階段7年、試驗階段3年。此外，共用導彈艙等新技術單列計劃并提前投入經費先行開展攻關研究。核潛艇研制是一項復雜的巨系統工程，如何綜合權衡進度和成效需要科學考量，保證科學合理的研究設計和建造試驗時間，以及長期穩定的持續投入是極其必要的，對限制裝備發展的重大關鍵技術實現先行立項開展也是值得借鑒的。

4 結 語

海基核威懾仍然是各海軍強國優先發展的對象。美國“哥倫比亞”級在2030年左右將替代“俄亥俄”級成為美國“三位一體”核戰略的中堅力量，其表現出的新技術、新特點及新趨勢值得持續關注。本文對美國最新的第5代“哥倫比亞”級彈道導彈核潛艇情況進行全面梳理，提出“哥倫比亞”級核潛艇總體情況、主要技術特點以及啟示，為我裝備和技術發展提供參考。