0 引　言

截至2021年底，美国海军现役攻击型核潜艇分为“洛杉矶”级、“海狼”级、“弗吉尼亚”级，共50艘。其中，“洛杉矶”级攻击型核潜艇在役28艘，在西太平洋地区部署4艘，隶属第15潜艇中队，基地在关岛阿普拉港；“海狼”级攻击型核潜艇在役3艘，未在西太平洋地区部署，隶属太平洋东部的第三舰队，但一旦有需要，随时可进驻关岛基地；“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇在役19艘，在西太平洋地区部署3艘，驻扎太平洋珍珠港，其余也可能将陆续部署到包括关岛在内的太平洋海军基地^[1]。

1 总体性能技术发展

潜艇航速与排水量及反应堆功率相关，美海军未来潜艇的发展将综合考虑航速、排水量与反应堆功率间的平衡关系，不再将高航速、大排水量作为潜艇主要战技指标，在保持潜艇航速的情况下，稳步提升排水量及反应堆功率。此外，由于潜艇作战环境的转变，来自大潜深潜艇的威胁逐步消除，近海情报监视侦察任务不断增多，综合隐身能力将成为潜艇重点发展方向，以确保潜艇平台作为“水下母舰”的安全性。

1.1 潜艇航速、排水量与反应堆功率综合考虑，高航速不再是潜艇主要指标，排水量将稳步增加

1）潜艇航速将维持当前水平

对比美国“弗吉尼亚”级潜艇与“洛杉矶”级潜艇水下航速，由于具有较相似的线型，可近似将潜艇其湿表面积作为衡量其所受阻力的标准，通过功率、航速与阻力之间的函数关系得到：

$ \frac{{{v_f}}}{{{v_l}}} = \frac{{P_{sf}} \times P.C{._f}/{R_{pf}}}{{P_{sl}} \times P.C{._l}/R_{pl}}=\frac{{P_{sf}} \times P.C{._f}/{\varOmega_{pf}}}{{P_{sl}} \times P.C{._l}/\varOmega_{pl}}。$

其中： $ \varOmega $ 表示潜艇的全湿表面积； $ {P_{\text{s}}} $ 为总功率； $ P.C. $ 为推进系数； $ f $ 表示“弗吉尼亚”级潜艇参数， $ l $ 表示“洛杉矶”级潜艇参数。

按照《简氏年鉴》（2018−2019版）数据近似推算，“弗吉尼亚”级潜艇最大航速为“洛杉矶”级潜艇最大航速的1.08～1.15倍，即增大7%～13%（按简氏“洛杉矶”最大航速33 kn计算，“弗吉尼亚”应达35.64～37.95 kn）。

未来随着第五批“弗吉尼亚”级潜艇有效负载模块的加载，模块长84英尺^[2]，则潜艇水下排水量将增加约2100 t，使“弗吉尼亚”级潜艇水下排水量增加至约9900 t，反应堆仍将采用S9G性，堆功率保持不变。而在相同动力功率下，根据反映水下最大航速与全排水量的经验公式，全排水量若增加约27%，水下最大航速将降低约5.4%左右，第5批“弗吉尼亚”级潜艇航速将与“洛杉矶”航速相当。

2）潜艇排水量增加，以搭载更多有效负载和先进电子、动力设备

自“海狼”级潜艇开始，泵喷推进系统已成为美海军潜艇主要的推进方式，未来潜艇将应用更为先进的泵喷推进器，潜艇排水量将有所增加。对比“弗吉尼亚”级与“洛杉矶”级推进系统，“弗吉尼亚”级潜艇泵喷推进系统为组合式推进系统，构型和结构均较“洛杉矶”级7叶大侧斜螺旋桨复杂，泵喷推进器重量通常是螺旋桨的2～3倍，并对艇体的型线、尾部结构及推进器轴系带来较大影响，增大了潜艇长度，导致了“弗吉尼亚”级潜艇排水量增大。

此外，“弗吉尼亚”级潜艇强调多用途、濒海作战等作战应用，需要装备大量的声呐探测及相关电子系统设备，其中增装下部高频探雷声呐及舷侧阵声呐，并在尾部增装了拖曳声呐阵列，增加了潜艇排水量。

1.2 潜艇潜深性能得到稳步提升，并维持500 m水平

从美国历代潜艇潜深发展来看，美国核潜艇潜深性能总体上呈逐步提升的态势。其中“海狼”级核潜艇是美、苏激烈对抗，美海军急于获得大潜深水下作战优势而研发的作战平台，后因冷战结束且该艇成本过高而停止建造，目前仅服役3艘。后续第四代核潜艇“弗吉尼亚”级出于成本考虑及作战使命的转变，降低了大潜深要求，但其潜深能力仍优于主要服役的第三代核潜艇“洛杉矶”级，可见优秀的潜深性能一直是美海军潜艇装备一大重要战技指标。

“弗吉尼亚”级和“洛杉矶”级核潜艇潜深性能如表3所示。

其中“洛杉矶”级核潜艇服役时间已近半世纪，相关潜深性能资料比较详实。根据陆续披露的“洛杉矶”级艇体高强度钢材料、潜深试验情况来看，“洛杉矶”级核潜艇最大潜深约450 m比较可信，按照圆柱体耐压理论可算得“洛杉矶”级潜深为369 m。

$ h=\frac{2 t \sigma}{\rho g D} / \lambda=\frac{2 \times 0.05 \times 560}{1000 \times 10 \times 10.1} / 1.5 \approx 369 。$

其中： $ \sigma $ 表示材料所受周向应力； $ t $ 表示圆柱体钢板壁厚； $ \rho $ 表示水的密度； $ g $ 表示水的密度； $ D $ 表示圆柱体半径； $ \lambda $ 表示安全储备系数。

在艇体设计、建造工艺以及钢材厚度一致的情况下，按照“弗吉尼亚”级潜艇采用HY-100高强度钢，可计算得到其最大下潜深度约为539 m，可认为《简氏年鉴》（2018−2019版）描述的“弗吉尼亚”级最大深度488 m真实可信，较“洛杉矶”级潜深稳步提升。

当前，美海军强调潜艇近海作战能力，大潜深并不是美海军潜艇重点追求目标，但随着潜艇建造技术的进步、HY-100等大潜深潜器高强度钢工艺成熟、成本降低，未来美国核潜艇潜深仍将在“弗吉尼亚”级潜艇基础上进一步提升，维持在500 m水平。

1.3 潜艇综合隐身能力将成为潜艇重点发展方向

相比“洛杉矶”级，“弗吉尼亚”核潜艇应用更多减震降噪措施，以控制潜艇动力、辅机设备噪声，提高核潜艇的生存能力和作战能力。“弗吉尼亚”级核潜艇在研制初期采用多种手段进行减振降噪，不但吸取“洛杉矶”级潜艇的减振经验，还不断有所创新，包括使用更低噪声的设备，应用更先进的隔振模块，如主机舱采用浮阀式减振的整体模块设计，还使用了首创的模块化隔离甲板结构等^[2]。目前，美海军已在第三批“弗吉尼亚”级潜艇“南达科他”号（SSN 790）上测试新型静音降噪技术，“南达科他”号潜艇将装备大型垂直阵列、特殊涂层，并对潜艇机械系统进行改造，以降低潜艇声学特征。

未来美国潜艇还将采用综合电力系统，取消变速齿轮箱系统和长轴传动，推进电机与主机之间仅有电缆构成的柔性连接，全面消除当前存在的潜艇相关齿轮传动系统噪声。同时，减少潜艇特种装置所需的发电机组、变流机组的种类和数量，将大大降低潜艇噪声特征。

2 动力系统技术发展

未来潜艇推进方式仍将以泵喷推进为主，并逐步发展全电力推进形式。反应堆堆芯寿命将继续与艇同寿，重点提升潜艇可用率。

2.1 采用泵喷推进装置替换传统大倾斜螺旋桨，全电力推进系统成为未来潜艇发展重点

相比“洛杉矶”级核潜艇采用的7叶大倾斜螺旋桨，“弗吉尼亚”级核潜艇装备泵喷推进器具有推进效率高、噪声低、空泡性能好等优点。其中泵喷推进器的总推进效率为85%，螺旋桨的总推进效率为74%。未来美国潜艇还将采用综合电力系统，进一步减少当前潜艇相关齿轮传动所造成的功率损失，提升潜艇推进性能。2015年，美国海军完成了潜艇综合电力系统兼容性测试相关设施的配置工作^[3]。2016年，美海军提出安静型推进系统项目，计划在“俄亥俄”级替代艇及新一代攻击型核潜艇上采用综合电力推进系统^[3]，而相关技术的测试工作将在“弗吉尼亚”级潜艇上进行，按照美海军潜艇相关技术的发展路线，电力推进将具备在“弗吉尼亚”级潜艇应用的能力，未来将装备于后续潜艇。

2.2 反应堆堆芯寿命继续与艇同寿，未来将重点提升潜艇可用率

“弗吉尼亚”级核潜艇装备的S9G核反应堆与“洛杉矶”级核潜艇装备的S6G反应堆相比具有效率高、功率强、可靠性好、使用寿命长等优点。S9G蒸汽发生器体积小，使核动力装置设备具有更大的布置灵活性和更低的费用；功率高达40000 hp，高于S6G的35000 hp；换热效率更高，可降低反应堆冷却剂流量，进而降低反应堆噪声；泵等旋转式机械或运动部件使用耐腐蚀性更好的材料和润滑剂（即采用弹性设计），可提高反应堆的可靠性和寿命，其堆芯寿命达33年，实现了与艇同寿，而S6G堆芯寿命仅为12年。由于核反应堆芯寿命的延长以及大修期的缩短，“弗吉尼亚”级核潜艇的利用率可达到94.3%，未来潜艇的利用率将进一步提升。

3 电子系统技术发展

在未来网络化、信息化作战环境中，作战节奏越来越快，攻防态势转换迅速，武器打击距离不断增加，反应时间不断减少^[4]，潜艇自动化程度将不断提高，以保证潜艇快速相应能力；而声呐系统将维持当前艇首共形阵声呐、舷侧共形阵声呐、指挥台围壳共形阵声呐等主要声呐布置形式，以优化声呐基阵性能为主要发展方向。

3.1 潜艇自动化程度提升，人员站位不断减少

潜艇平台人机交互性逐步提升，人员效率更加高效、操艇更加灵活、作战系统集成度进一步增强，未来潜艇人员站位将不断减少。在人员效率方面，按照每1000 t排水量的艇员人数比较，“鲟鱼”级为28人，“洛杉矶”级为18人，“弗吉尼亚”级为17人，人员效率不断提高；在操纵系统方面，美国“弗吉尼亚”级核潜艇的操控系统进行了大幅的革新，操控部位大面积的触摸式显示屏取代“洛杉矶”级上大量分散的传统显示屏，高度自动化的电传操纵系统代替了以往传统的模拟液压操纵系统，凭借快速实时显示的艇位详细数据，2名操控人员用2个操纵杆，利用触摸屏幕，就能够完成以往“洛杉矶”级级核潜艇需要3名操纵人员完成的航行、潜浮和均衡等工作^[7]；人员站位方面，“弗吉尼亚”级潜艇运用数字化控制站，将传统的5名人员编制缩减至3名，做到精简人员编制的同时提升了操控精确性与灵活性；导航值班站，电子导航图等自动化手段的应用，使得通常的2名值班员（导航电子技术员与值班员助手）减为1名。

3.2 声呐系统保持当前布置形式，重点提升声呐基阵性能

1）艇首共形阵由球型阵向U形基阵发展

自第三批“弗吉尼亚”级核潜艇开始，美国将艇首AN/BQS-13DNA型球形阵声呐与AN/BQR-20型噪声测向声呐功能综合，采用水背衬的U型大孔径艇首共形阵，替换原来的空气背衬球形阵（“洛杉矶”级、“海狼”级潜艇均采用球形阵声呐），该技术提升了声呐方位测定精度，利用深海声道最大探测距离可达30～35 nmile，并能够省去上千个符合潜艇安全标准的开孔，也无需采用价格昂贵的五轴切割机加工球体，全寿期内只需要更换1次发射换能器，每个声呐将节约大约1100万美元的成本。

2）应用开放式体系架构，加快声呐系统性能升级

与“洛杉矶”级潜艇采用的声呐系统相比，“弗吉尼亚”级潜艇声呐系统采用开放式架构技术使声呐处理器的能力与民用工业界同步发展，并且可在几乎不影响潜艇行动计划的前提下不断定期更新软硬件，每年每艘潜艇的作战和维护费用降低到原来的1/8。同时，民用声学快速植入系统的周期从传统系统所需的6年降低到18～24个月。目前，民用声学快速植入项目的重点已经从TB-23和TB-29拖曳阵处理性能的改进、球形阵和高频阵的处理性能进行升级发展到自动化系统操作以及提升声学设备浅海反潜战性能，而采用开放式体系架构的声呐系统，将成为未来潜艇声纳系统的主要配置形式。

4 武备系统技术发展

攻击型核潜艇的任务重点除了传统的单艇反潜、反舰外，还需要作为水下战节点，通过携带大量不同负载，利用网络化通信指控能力进行联合作战，强调快速精确打击和作战的灵活运用。

1）潜艇雷弹负载量不断提升，强调远程精确打击能力

相比首批“洛杉矶”级26枚雷弹载弹量，“弗吉尼亚”级雷弹载弹量总数达37枚。而未来第5批“弗吉尼亚”级潜艇将采用多功能负载模块设计，即增加一个由4具导弹发射管组成、长度约25.6 m（84英寸）的导弹舱舱段，使“弗吉尼亚”级潜艇垂直巡航导弹发射管数量从当前的12个增加到40个，雷弹载弹量总数达65枚，较前期型号增加比例达到76%^[5]。此外，美海军已从2016年开始，对其MK48型潜射鱼雷声呐与自导系统进行升级，采用宽带信号处理技术改进鱼雷的搜索、跟踪、攻击能力，并计划对潜艇装备射程超1000 nmile的反舰型“战斧”巡航导弹，使未来潜艇具备对海上目标的远程打击能力。2020年，美海军进一步提出2028年将率先在第5批“弗吉尼亚”就潜艇部署具备全球打击能力的高超声速武器，以弥补“俄亥俄”级巡航导弹核潜艇退役可能导致的美海军水下打击能力的缺失，据报道该型导弹飞行速度超过5马赫^[6]，其弹道形式如图3所示^[7]。

2）以控制、部署无人水下航行器为手段，扩展潜艇功能范围

当前，与“洛杉矶”级相比，“弗吉尼亚”有效负载种类更多、使用更灵活，使潜艇具备成为“水下母舰”能力。除了传统雷弹等武器外，“弗吉尼亚”将搭载潜载无人系统，并通过无人系统在未来海战中能够有效制海和夺取水下优势。“洛杉矶”级和“弗吉尼亚”级潜艇都可支持特种作战，但与“洛杉矶”级核潜艇将特战载具置于艇上不同，“弗吉尼亚”级核潜艇上专门装设了特种人员运载器布放回收接口。此外，第3批“弗吉尼亚”级潜艇将改变艇首发射管设计，由12个独立发射筒（“洛杉矶”级的配置）改为2座六联装发射筒，中间作为进出管，可根据任务需要搭载不同负载，实现潜艇的多功能化。2015年“北达科他”号攻击型核潜艇成功在水下已经实现发射并回收REMUS600型UUV。2016年，美国海军学院提出美国未来攻击型核潜艇所具备的2项重点能力，其中包括未来潜艇水下多UUV联合控制能力，强调潜艇的无人系统搭载、布放与回收能力，把UUV作为潜艇扩充水下活动范围的重要手段，并重点发展UUV联合控制系统，提高通信、数据传输及水下快速充电能力。

5 结　语

通过分析研究可知，美国海军未来潜艇在总体、动力、电子、武备方面的发展变化主要体现在：

1）总体方面

未来潜艇将保持水滴型外形结构，并应用新型涂层材料优化隐身性能；舱室结构方面，加装有效负载舱段，并对尾部机械传动舱段进行电力传动改进。其中，新型涂层材料及电力传动的应用，将有效提升潜艇隐身能力；有效负载模块舱段的加装，将促使潜艇排水量增加，同时使潜艇艇型变为长水滴型。此外，高强度钢材料的应用及建造工艺的提升，使得潜艇下潜深度稳步提升，但不会对潜艇结构造成影响。

2）动力方面

综合电力系统成为未来潜艇推进形式，推进器将继续应用泵喷推进。反应堆将向集成化、小型化发展，而反应堆功率与排水量相匹配，实现潜艇航速的相对稳定。

3）电子方面

声呐系统、通信系统、控制系统成为电子系统发展重点，通过更新相关设备提升硬件性能，采用开放式架构提升软件处理能力，不断优化平台通信距离与速率、负载控制能力及水下探测范围。

4）武备方面

未来潜艇除搭载“战术战斧”反舰巡航导弹、“战斧”巡航导弹、鱼雷、水雷传统武备外，还将搭载大量潜射无人机、LDUUV及UUV等无人系统，各负载发射装置均按标准发射管设计，仅需对发射管内部结构进行少量改动，即可实现对不同负载的搭载应用。