舰船科学技术  2021, Vol. 43 Issue (12): 176-179    DOI: 10.3404/j.issn.1672-7649.2021.12.032   PDF    
国外新一代战略核潜艇技术特点分析
魏征     
中国人民解放军92578部队,北京 100161
摘要: 当前世界核大国正处于海基核力量更新换代期,各国新一代战略核潜艇装备均表现出诸多新技术特点。通过对美、俄、英、法新一代战略核潜艇技术特点分析,研究提出国外新一代战略核潜艇装备技术发展方向,为战略核潜艇装备发展提供参考。
关键词: 战略核潜艇     海基核力量    
The technical characteristics of the new strategic nuclear submarines abroad
WEI Zheng     
No. 92578 Unit of PLA, Beijing 100161, China
Abstract: At present, the world's sea-based nuclear power is in the renewal period, and the new generation of strategic nuclear submarine equipment of various countries has shown many new technical characteristics. Through the analysis of the technical characteristics of the new generation of strategic nuclear submarines in the United States, Russia, Britain and France, the research puts forward the development direction of the new generation of strategic nuclear submarine equipment abroad, which can provide a reference for the development of China's strategic nuclear submarine equipment.
Key words: strategic nuclear submarine     sea-based nuclear power    
0 引 言

海基核力量生存能力强、机动范围广,是美俄“三位一体”核力量的保底手段,也是英法的主要核力量形式。战略核潜艇是海基核力量的核心主战装备,作为海基战略核导弹的运载和发射平台,其性能水平是发挥海基核力量隐蔽生存和广域机动优势的前提。当前,国外仅有美、俄、英、法四国具备战略核潜艇研制和实战化使用能力。截至2020年,国外具备实战能力的战略核潜艇包括美14艘“俄亥俄”级,俄1艘“德尔塔”Ⅲ级、6艘“德尔塔”Ⅳ级、4艘“北风”级,英4艘“前卫”级,法4艘“凯旋”级。除俄“北风”级外,上述战略核潜艇同级别首艇均为20世纪80−90年代服役,已接近使用寿命或超期服役,加之战略核潜艇装备技术复杂度高、研制建造周期长,为确保形成持续有效的海上核威慑核打击能力,各国均不同程度地开展了新一代战略核潜艇研制工程。当前,世界核大国正处于海基核力量更新换代期,其新型战略核潜艇装备体现出的新技术特点,对未来我海基核力量装备发展具有重要借鉴意义。

1 国外新一代战略核潜艇研制进展与技术特点 1.1 美国“哥伦比亚”级

“哥伦比亚”级战略核潜艇的研发可以追溯到2006年12月,项目代号为SSBN(X)。2010年4月,美国正式宣布启动新一代战略核潜艇SSBN(X)研制工作,明确如下设计要求:服役时间不少于40年;装备全寿期核反应堆;16或20具战略导弹发射筒,发射筒尺寸不小于“俄亥俄”级;排水量与俄亥俄级相当;必须拥有最先进的功能和隐蔽性[1]。随后,SSBN(X)项目于2011年1月10日转入技术开发阶段;2012年8月31日技术要求获得批复,标志着该项目正式启动;2016年12月14日正式命名为“哥伦比亚”级,并宣布建造12艘,以替换现役14艘“俄亥俄”级。“哥伦比亚”级首艇2021年开工,计划2028年交付,2031年入役;2017年1月正式列入详细设计阶段;2019年5月首艇开工,比原计划提前2年[2-3]

“哥伦比亚”级采用单壳体结构,水下全排水量20815 t,人员编制不超过155人,搭载16发战略核导弹。据报道,该级艇部分技术继承自“弗吉尼亚”级攻击核潜艇和“俄亥俄”级战略核潜艇,包括“俄亥俄”级的战略导弹武器和发射保障系统、火灾控制系统,“弗吉尼亚”级的泵喷推进器、船舶控制系统、消声瓦、大孔径艇首共形阵等[3]。在此基础上,重点围绕提高核打击能力、综合隐身能力、信息化能力、全寿期效益等,呈现出一系列新技术特点。

图 1 “哥伦比亚”级主要技术特点 Fig. 1 Main technical characteristics of the Columbia-class submarine

1)继续延续艇-弹交替发展的思路,服役初期装备延寿改进的“三叉戟”II D5导弹,实现海基核力量平稳过渡,随后启动新型海基战略核导弹研制,进一步提高核打击能力。

2)采用“全隐身化”设计,首次使用全电力推进动力系统和“X”型尾舵,安装新型泵喷推进器和声学覆盖层,预计辐射噪声控制能力不低于“弗吉尼亚”级。

3)作战信息装备采用开放式架构和基线式发展方案,具备快速升级能力,确保在较长的建造和服役期内技术先进性。

4)整艇设计寿命由“俄亥俄”级的30年提升为40年以上,且装备新型全寿期反应堆。

5)采用四联装通用导弹发射筒等模块化建造技术,实现模块舱外组装、整体进舱,提高整体建造效率,降低建造成本。

1.2 俄罗斯“北风”级

“北风”级战略核潜艇的研制工作起始于苏联时期,在1987−1989年完成设计,首艇1996年12月开工建造,原计划2002年服役,但受经费不能按时到位以及更换战略导弹所致的设计更改等问题影响,直到2007年才完工。此外,“布拉瓦”导弹受设计缺陷、生产质量不合格、试验安排不合理等多重因素影响,发射试验屡遭失败,使“北风”级首艇服役时间4次后延,从2009年推迟到2013年[4]。该级艇计划建造14艘,前3艘为基本型(955型);后11艘为改进型(也称“北风-A”级或955A型),首艇(4号艇)2017年下水,2020年6月服役,另有4艘处于不同建造阶段[5]

“北风”级基本型采用双壳体结构,艇长170 m,型宽13.5 m,水下全排水量19711 t,最大航速25 kn,人员编制102人,搭载16枚“布拉瓦”三级固体燃料战略核导弹[6]。该型艇有诸多设计亮点,如其弹包处已无明显“龟背”,艇体线型较“德尔塔”级更加光顺,首艇“尤里·多尔戈鲁基”号于2018年演习时曾以平均8 s的极短间隔完成4枚“布拉瓦”导弹齐射,反映了俄海基核力量弹艇一体化设计水平获得明显提升;首次装备泵喷推进器、整舱浮筏,敷设大厚度声学覆盖层,应用新一代作战指控系统和核反应堆,隐身性能、自动化水平和动力系统性能有明显提高。然而,受俄国内经济环境影响,“北风”级前3艘可谓“东拼西凑”而成。据报道,该级前3艘基本型的首、尾部分壳体直接使用了因苏联解体而停工的“阿库拉”级攻击核潜艇耐压壳体,部分系统设备(如声呐、光电等)也是直接沿用了当时成熟技术,可能一定程度上制约了总体优化设计和性能的进一步提升[7]

图 2 “北风-A”级改进对比图 Fig. 2 The improvement comparison of Borei-A class submarine

2020年最新服役的“北风-A”级在艇型、推进系统、声呐系统等方面进行了全新设计,根据公开图文报道分析,其主要改进如下:1)采用超长弹舱结构,提高舱室空间利用率。导弹发射筒布置方式由原“前8+后8”调整为16具等间隔排列,推测其弹舱由原2个独立舱室(如“德尔塔”级前后2组发射筒之间分舱,中间设置耐压舱壁)改进为1个大舱室。

2)优化艇体线型,改进水动力性能。增大非耐压壳体直径,实现弹包与艇体光顺过渡;指挥室围壳前端增加填角,改善弹舱顶部流场。

3)采用新型尾部设计,降低噪声。尾部垂直操纵面改为全动舵,提高舵效并减小舵角以降低操舵噪声;采用新型大直径泵喷推进器,降低转速以减小推进器噪声。

4)采用新型舷侧阵声呐,提高探测能力。舷侧阵由原位于首部声呐两侧的“项圈阵”改为“线列阵”,可更加充分利用艇体纵向尺度,增加阵元数量,提高低频探测能力。

1.3 英国“无畏”级

“无畏”级战略核潜艇研发项目于2005年正式启动,最初称为“继承者”级,代号SSBN(R),2009年完成初步方案设计,提出以下设计原则:以“机敏”级攻击核潜艇为基础,增加战略导弹舱;战略导弹搭载数量减至12枚;服役初期仍继续使用“三叉戟”II D5系列导弹。该级首艇2016年10月开工建造,计划2028年服役,共建造4艘,用于替换现役4艘“前卫”级[8-9]

“无畏”级采用单壳体结构,艇长153.6 m,水下全排水量17200 t,人员编制130人[10],具有以下技术特点:1)采用与“哥伦比亚”级相同的四联装通用导弹舱以及战略导弹,但导弹发射筒数量减少至3组共12具,除导弹装载数量减少外,核打击范围与核弹头投掷能力与“哥伦比亚”级相当。

2)装备新型核反应堆,重点提升核动力装置安全可靠性。

3)采用模块化建造,整体按16个结构单元划分为前、中、后3个大型分段同步建造[11]

图 3 “无畏”级总体设计特点及模块化建造单元划分示意图 Fig. 3 The overall design features and modular construction unit division of Dreadnought-class submarine
1.4 法国下一代战略核潜艇

2009年,法国国防部与DCNS公司签订了“未来大洋遏制手段”(FMOD)预研合同。2011年,FMOD项目获得名称“第三代弹道导弹核潜艇”(SNLE-3G)。2021年2月19日,法国防部长宣布启动第三代战略核潜艇(SNLE-3G)研制计划,提到将建造4艘新型战略和潜艇以替代现役的4艘“凯旋”级,潜艇设计艇长约150 m,水下全排水量为15000 t,额定艇员约为100人,将装备16枚现代化的M 51系列潜射弹道导弹,预计首艇2035年入役,之后每5年交付一艘。据报道,法国下一代战略核潜艇仍将装备16枚战略导弹,导弹型号为现役M 51的改进型M 51.3,该导弹自2014年开始研发,计划2030年装备完成研制[12],每艘SNLG 3G潜艇服役周期约40年,最后一艘估计可服役至21世纪90年代。

图 4 法国下一代战略核潜艇设计示意图 Fig. 4 Schematic diagram of French next-generation strategic nuclear submarine
2 国外新一代战略核潜艇发展方向

1)单艇核导弹搭载数量呈降低趋势,弹体尺寸趋于稳定

战略核导弹搭载数量、弹体尺寸是影响战略核潜艇总体方案的核心因素。载弹数量方面,美“哥伦比亚”级由“俄亥俄”级的24枚缩减为16枚,英“继承者”级由“前卫”级的16枚缩减为12枚,俄“北风”级由“台风”级的20枚缩减至16枚。其根源主要是受全球核裁军影响,美英等国现役艇的部分发射筒基本为空载状态(“俄亥俄”级、“前卫”级值班状态仅分别装载20枚和8枚),减少非必要的发射筒,有利于缩短艇体尺寸,减小水动力噪声,提高水下机动性,降低维修保障难度,还可为减振降噪及信息化设备提供更多的安装空间。弹体尺寸方面,美英新一代战略核潜艇服役初期仍沿用“三叉戟”IID5系列导弹,重点通过更换新型制导系统等元器件,提高核打击精度,同时可搭载小当量核弹头,提高核打击灵活性;俄“布拉瓦”导弹首次实现固体燃料导弹小型化,较现役液体燃料导弹反应速度更快,装备变轨机动弹头[13],提高了突防能力;法国下一代战略核潜艇拟搭载的M51.3型导弹预计也将以现役M51为基础改进。核导弹弹体尺寸主要取决于射程需求,考虑到美已具备全球打击能力,俄、法在其值班海域已能够覆盖主要战略对手全境,判断未来国外新一代海基战略核导弹弹体尺寸将基本趋于稳定,重点围绕提高核弹头搭载灵活性、突防能力、命中精度等,走基本型、系列化、持续升级改进的发展路线。

2)主尺度、排水量趋于大型化,艇内空间向提升综合隐身、信息化等方面倾斜

纵观国外战略核潜艇发展历史,战略核潜艇的主尺度、排水量均呈逐渐增大的趋势。一方面,因冷战时期各国对海基战略导弹射程和投掷能力的追求,其搭载的战略导弹尺寸及数量不断增加,导致弹舱长度、直径等逐步加大,进而导致艇体尺寸增大(特别对于单壳体结构潜艇,如美“俄亥俄”级,艇体尺寸增加尤为显著);同时,为维持较高航速,推进功率需求增加,进而导致反应堆、动力系统重量尺寸同步增大。另一方面,随着对核潜艇隐身性能、信息化、适居性等要求的不断提升,艇内双层隔振、浮筏、舱筏、电磁场抑制等隐身措施,以及探测、水声对抗等设备及其电子机柜数量不断增加,艇内居住空间与大气环境控制设备要求不断提高,对艇内空间需求显著增大,美“哥伦比亚”级、英“继承者”级在导弹数量较现役艇少8枚、4枚的情况下,水下全排水量却分别增加约1800 t、1000 t,俄“北风”级在艇员编制较“德尔塔”IV级减少23名的情况下,水下全排水量增加约1500 t。由此可见,对隐蔽生存、信息化、适居性(英“无畏”级设有健身房、教室等[14])等方面的提升需求,是促使国外下一代战略核潜艇主尺度、排水量进一步增大的主导因素,而系统设备的集成优化和小型化,或许将成为未来装备技术的发展重点。

图 5 国外新一代战略核潜艇排水量变化 Fig. 5 Changes in displacement of a new generation of foreign strategic nuclear submarines

3)延长核反应堆堆芯寿期,提高装备使用效率,降低保障难度

美、俄、英新一代战略核潜艇均装备新型核反应堆,并以实现“与艇同寿”为设计目标。美“哥伦比亚”级反应堆堆芯已实现与艇同寿,俄“北风之神”级反应堆堆芯寿期较现役“德尔塔”IV级提高约1倍,法国新一代战略核潜艇反应堆堆芯寿期预计也将在现役“凯旋”级25年的基础上进一步提升。堆芯寿期的提升可为战略核潜艇乃至海基核力量使用带来诸多优势,一方面可有效缩短等级修理周期,提升装备使用效率,如美“哥伦比亚”级的中修时间即由“俄亥俄”级的4年缩减至2年,使得12艘艇即可达到当前14艘艇的在航率要求;另一方面也可大幅降低基地、船厂保障难度,并节约设施设备和人力等保障资源,提高全寿期效益。

3 结 语

优先发展海基核力量已逐步成为世界核大国的共识,近年来美、俄、英、法等国加快推进战略核潜艇的更新换代,不断凝聚和应用先进技术,确保海上核威慑核打击能力的持续有效。通过研究分析国外新一代战略核潜艇技术特点,辨析未来装备发展趋势,可为我战略核潜艇装备发展提供参考借鉴。

参考文献
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Navy SSBN(X) ballistic missile submarine program: background and issues for congress, congressional research service[R]. Washington DC, 2021.
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https://www.navalnews.com/naval-news/2021/01/russian-mod-ordered-two-more-borei-a-class-ssbn-from-sevmash/.
[6]
IHS Jane's Fighting Ships[M]. 2019−2020.
[7]
http://www.hisutton.com/Borei-A.html.
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https://www.defenseindustrydaily.com/new-nukes-britains-next-gen-missile-submarines-07432/New Nukes: Britain’s Next-Gen Nuclear Missile Submarines.
[9]
https://ukdefencejournal.org.uk/guide-dreadnought-class-nuclear-submarine/.
[10]
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[11]
Replacing the UK's strategic nuclear deterrent: progress of the Dreadnought class[R]. House of Commons Library, 2021.
[12]
https://www.navalnews.com/naval-news/2021/02/france-launches-third-generation-ssbn-program-snle-3g/France Launches Third Generation SSBN Program – SNLE 3G.
[13]
https://missilethreat.csis.org/missile/ss-n-32-Bulava/.
[14]
We give you: Dreadnought Class Trident nuclear submarines.