2. 中国船舶集团有限公司第七一四研究所,北京 100101
2. The 714 Research Institute of CSSC, Beijing 100101, China
从潜艇装备的使用而言,长期水下航行、远离岸基保障基地、运行工况多样,水下作战空间特殊;从潜艇装备自身而言,系统复杂庞大,舷外高压海水、火工品等固有危险源众多[1],潜艇安全性一直是关注的重点。但是自20世纪90年代以来,美、英、俄、印等国仍发生不同类型的潜艇事故,造成了一定程度的经济损失和人员伤亡,其中的原因值得深入分析。
1 事故概况据不完全统计,自20世纪90年代至今共发生潜艇事故约108起,其中,火灾(24起)、碰撞(42起)、机械故障(16起)、爆炸(9起)、搁浅(10起)、其他(4起)。
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表 1 国外潜艇事故类型统计表 Tab.1 Foreign submarine accident type statistics |
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图 1 国外潜艇事故类型统计图 Fig. 1 Foreign submarine accident type statistics |
从事故类型上,碰撞事故损伤相对较小,这与现在潜艇的结构和壳板强度的大幅提高密切相关。如苏/俄海军“台风”级弹道导弹核潜艇,采用了双壳体结构,壳体间距3.9~4.6 m,因此碰撞后非耐压壳体部分破坏较大,一般引发艇首消声瓦脱落、导流罩结构变形、围壳结构损伤等,而耐压壳部分破损有限。碰撞事故数量最多,约占事故的39%。火灾爆炸的事故影响最为严重,由于潜艇空间狭小、设备众多,火灾源头判别较困难,火灾爆炸孪生,造成较多的人员伤亡和巨大的经济损失,导致潜艇沉没的屡见不鲜;机械故障事故类型较多、事故严重程度不一,这主要是艇上机械设备众多、工作环境复杂等导致事故出现。
从时间分布上看,自20世纪90年代以来,国外潜艇事故总体呈现先增加后减少的趋势,其中2006−2010年间为事故发生高峰期,共发生24起潜艇事故,约占总量的22%。呈现此情况的主要原因在于,在20世纪末,美、俄、英等国在冷战期间大力发展潜艇,冷战结束后,潜艇技术发展相对缓慢,到20世纪末,原潜艇技术相对落后、服役时间过长;自20世纪90年代,印、越、澳、日等国家开始发展自身的潜艇力量,从苏/俄、德等国购入了常规潜艇,这些常规潜艇存在不同程度的服役时间长或技术成熟度不高的问题。事故发生后,各国陆续开展相关工作,因此导致在时间上呈先升后降的趋势。
从发生时段来看,建造阶段发生事故2起,海试阶段1起,任务阶段83起,修理改换装阶段16起,退役阶段2起。建造阶段发生的事故是2008年日本“苍龙”号和2009年英国“机敏”号在船厂建造中发生火灾,引发原因是人员动火作业;海试阶段发生的事故是俄罗斯“猎豹”号(K-152艇);任务阶段发生的事故占总比约77%,其中以碰撞最为突出,其次是机械故障和火灾;修理阶段发生的事故以火灾爆炸为主,占比约90%;退役阶段的2起事故是俄罗斯的2艘核潜艇在退役拆除时发生火灾爆炸事故。
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表 2 国外潜艇事故阶段统计表 Tab.2 Foreign submarine accident stage statistics |
从事故发生的航行状态看,停泊状态事故46起,水面状态事故10起,水下状态事故52起。在统计的事故中,艇毁人亡的重大事故绝大部分都发生在水下,这与水下航行环境、设备可靠性、人员精神和援潜救生等诸多因素相关。
2 事故原因分析为便于后续分析和总结,基于火灾和爆炸事故强关联性、引发原因等方面考虑,将火灾和爆炸归为一大类。经统计分析,碰撞、火灾爆炸、机械故障三大类约占统计事故的85%,是威胁潜艇装备安全性的重要风险点,针对以上三大类事故,分析事故原因。
2.1 存在固有设计缺陷油气水与电子设备的隔离布置、重点区域设计、设备防护要求等不到位,存在设计漏洞。最为典型的是阿根廷“圣胡安”号潜艇通气管进水导致前端电池舱起火[2]。
灭火系统存在灭火介质和功能区域的设计不匹配问题,消防机理研究薄弱,事故演变和关联性研究不清楚,正常操作反而引发了更严重的事故。同样是“圣胡安”号潜艇,起火产生的高温和消防产生的水雾引发电池再次短路,导致电池舱再次起火爆炸。
火灾报警系统自身存在故障或设计问题,存在监测盲区,不能及时探测火灾发生、识别火灾位置,而人员无法通过报警系统获取火灾信息,未能采取有效措施遏制火灾蔓延,如俄罗斯10831型核动力特种潜艇事故分析,火灾探测系统未能及时探测火灾的发生,是事故原因之一。
2.2 关键重要设备存在短板关键重要件可靠性不足,作战系统、操艇系统等可靠性上存在不同程度的问题,导致潜艇任务过程中发生各类事故,事故严重程度不一。以英国为例,“托贝”号主动力装置不明原因损坏,“不懈”号反应堆冷却剂系统焊缝破裂,“机敏”号液压水平舵机械故障,“锋利”号核反应堆核心部位出现裂缝[3],事故后英国彻查“特拉法尔加”级艇关键重要设备,发现主要原因在于超期服役与维护不当导致设备可靠性降低。
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图 2 “锋利”号核潜艇反应堆裂缝位置示意图 Fig. 2 Schematic diagram of the crack location of the “Trenchant” nuclear submarine reactor |
设备抗爆抗冲击能力不足,事故对抗能力存在短板,事故状态下,安全措施丧失,导致固有的安全特性无法释放。俄“库尔斯克”核潜艇因艇内鱼雷燃料泄漏而引发爆炸,爆炸导致潜艇短路吹除系统无法正常工作,30%的储备浮力无法发挥作用[4-5]。
2.3 安全防护存在不足潜艇碰撞事故的一个主要原因是缺乏探测手段或探测手段无法有效运用,较难仔细观察周围的海情,无法具体了解周边环境情况,当险情出现时,不能及时规避和下潜。美“洛杉矶”级潜艇,自首艇服役至21世纪已有近40年,避撞装置相对较少,难以满足使用要求,潜艇碰撞事故时常发生。
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表 3 “洛杉矶”级碰撞事故统计 Tab.3 The collision accident statistics of the Los Angeles class submarine |
个人应急呼吸等安全防护装备不足,艇上人员无法有效应对事故状态,导致事故发生后,出现大量的人员伤亡。如俄罗斯10831型核动力特种潜艇火灾中,个人呼吸器只能提供15~20 min氧气,但此次事故持续30 min。
2.4 全寿期管控不足上艇装备材料管控要求不够细化,设计和建造工艺审核不足,存在全寿期安全隐患,事故后原因查找不够透彻,导致后续接连发生各类安全事故。如澳大利亚“柯林斯”级“法恩科姆”号潜艇在2011−2012年间接连发生发动机故障、制冷系统故障、管路破裂。
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表 4 澳大利亚“柯林斯”级“法恩科姆”号潜艇机械事故统计 Tab.4 Mechanical accident statistics of the Australian “Collins” class submarine “Farncomb” |
维护保养不及时、修理质量缺乏保障。设备老化,疏于保养,机器设备修理质量缺乏保障,电子元器件的各种故障,引起短路和发热,诱发火灾爆炸。以印度“基洛”级“辛杜拉特纳”号潜艇为例,艇上设备老化问题严重,印度本国维护保养不及时,电路老化导致电池舱起火。
施工过程中安全管控不到位,施工人员安全意识淡薄。所有的火灾爆炸事故中的22起是在船厂施工期间发生,占火灾爆炸事故总数的2/3,动火作业和更换含危险易爆产品时,焊接、切割等施工人员操作不规范,现场安全管控存在疏漏,引起了火灾,个别甚至引发了爆炸,以俄罗斯最为突出,占比40%以上。
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表 5 俄罗斯施工作业导致的火灾事故统计 Tab.5 Statistics of fire accidents caused by construction operations in Russia |
指挥协同稍显不足,碰撞事故主要发生在联合演习和训练时,客观上,参加训练演习的舰艇较多,出入港或进行某些特殊训练作业比较复杂时,容易碰撞;在主观上,指挥协同不足、演练不足,如美国“蒙彼利埃”号核潜艇与“圣哈辛托”号导弹巡洋舰相撞[7]。
艇员责任心不足、训练水平低、安全认识不足,管理混乱等,主要表现在艇员精神紧张,出现违反操作规程、误操、误动,甚至出现严重的低级失误。如俄“海豹”号核潜艇由于人员误操作,导致氟利昂泄漏;印度“歼敌者”号潜艇舱盖因人为失误未关闭。
艇员缺乏系统训练,缺乏防火防爆意识,缺少救火知识等,应急救援能力较差;军官的安全教育不足,无法在事故发生后及时决策,导致事故的进一步扩大。如俄罗斯10831型核动力特种潜艇发生火灾时,只有少量艇员值班,事故后封舱灭火过于仓促,人员未及时撤出,导致死亡率高达78%[8]。
2.6 条件保障不到位对于非重点作战海域,水文信息保障不足,军方关注度不够,导致事故海域海图一直未能更新,海图测绘不健全,如美国“旧金山”号核潜艇撞山事故中,事故区域的海文信息等收集不全,海图更新不及时,艇上缺少必要的水文判断依据,导致潜艇触礁触底[9]。
关键设备和寿命件技术配套能力不足,澳、越、印度、印尼等国通过采购引进了大量潜艇,而本国缺乏对潜艇关重设备的配套技术,对潜艇关重件底数也不掌握,同时各种电子元器件超期使用。如,印度、阿根廷、印尼等国引进苏/俄“基洛”级潜艇,但国内船舶工业配套水平较低,装备底数不清,修理也无法保障[6]。
援潜救生建设尚不到位,经统计分析,有42起事故发生在水下航行状态,但除美、英两国的援潜救生体系相对完善,其余各国均存在诸如援潜救生设备深度不足、缺乏救生保障船、缺乏搜探定位设备等问题,事故后虽然申请国际援助,但仍耗费大量时间,导致事故救援不及时。
3 事故启示针对以上6个方面的不足,加强潜艇安全性,降低事故风险,需从以下几方面着手开展工作。
1)建立健全安全性工作机制,完善潜艇安全审查制度
建立从设计、建造、改换装的扁平化安全管理制度,健全技术状态审核评估机制,建立完善的安全管理体系和技术体系,明确潜艇安全工作内容。建立从材料、工艺、制造、安装、使用、维护、更换的垂直审查体系,严控材料、工艺和设备环节。建立第三方审查制度,从外部着力,推动安全管控的持续改进。
2)着重潜艇施工管控,提升精细化管理水平
针对施工管控,围绕施工现场建立安全生产责任区域,将安全生产责任落实到施工现场,形成管控责任体系,促使抓好现场安全管理。结合施工特点,编制专业性、操作性强的安全技术方案和措施,专岗专责,将责任落实到人,有效指导施工、事故应急处理。开展安全教育,树立安全施工意识,降低一线安全风险。
3)加强舰艇安全训练,提升官兵的安全意识
加强演习和训练过程中的安全保障,建立完善的沟通协调机制,加大协同训练力度,避免舰艇间的碰撞事故发生。对接各级各类人员岗位资质、职责,搭建安全训练框架体系,建设训练大纲配套,编写配套电子教材。建设潜艇事故对抗模拟训练系统,加强艇员日常应急处置训练和任务期间演练,不断提升艇员应对事故工况的能力。
4)完善安全设计体系,加强潜艇装备自身安全性
明确潜艇安全内涵,完善设计体系,针对艇上众多设备,进行安全分类分级,开展关重设备可靠性试验,掌握底数。做好电子元器件防短路、控制系统防误操、有毒有害物质监测,加强电子设备的防水防汽防护设计。研究火灾探测技术,加大火灾监测范围,减少火灾预警时间。区分不同介质的灭火措施,丰富上艇灭火手段,提升灭火效率。
5)加快新技术使用,提高装备和人员的防护水平
建立总体安全监测技术体系,提高潜艇智能化水平,研制辅助决策支持系统,为应急决策提供可靠建议。加装安全防护设备、相关监测装置,如避碰声呐、安全监测及预警装置等,加大系统设备状态监测及预警装置的应用,实现故障的快速定位。加快研制新型的人员防护装置,提升事故状态下的人员生存能力,降低人员伤亡率。
6)加强潜艇装备保障,提供安全基础
大力推动关键重要设备国产化,加快运用信息化手段,实现上艇操作手册、应急手册的便捷化、可视化、智能化。加快推进援潜救生体系建设,在抓好潜艇自救能力建设的同时,持续加强援潜救生钟、救助船、保障船等建设,做到救援迅速快捷有效。推进水文信息收集,建立大数据中心,加强潜艇航行信息的保障,保证航行安全。
4 结 语潜艇安全贯穿于潜艇设计、研制、使用、维修全寿期,涉及潜艇总体、系统设备、部件器件等的方方面面,也涉及艇员使用、维护各方面,是一项复杂的系统工程。潜艇活动风险性大,设备故障和操作失误在特殊条件下都有可能引起艇毁人亡的严重后果,应该高度重视并正确对待潜艇安全。
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