0 引　言

美国的潜艇兵力行动数量多、范围广，有力的潜艇自救保障是其重要支撑之一，因此历年来美国海军都十分重视潜艇自救能力建设，投入了大量军费，这也让美国海军在该领域走在了世界前列，尤其是潜艇自救装备发展，规划性、体系性、迭代性强，具有较高的借鉴意义。2016年12月，美国海军发布“355舰”计划，根据该计划，到2034年美国海军潜艇数量将达到78艘^[1]。伴随这一潜艇兵力结构的重大调整，近年来，美国海军也加快了潜艇自救装备升级换代速度，装备发展呈现许多新特点，值得关注。

1 报警示位装备发展现状

报警示位装备用于潜艇发生险情后及时向外发送求救信号和开展应急救生通信。目前，美国海军所有现役潜艇用于报警示位的装备主要有水声通信装备、浮标通信装备和烟火通信装备。

1.1 水声通信装备

美国海军所有现役潜艇用于报警示位的水声通信装备为水声电话、应急水声电话和应急声呐浮标^[2]。其中，水声电话主要有AN/WQC-2型通信声呐、AN/WQC-6型通信声呐和AN/BQQ-6综合声呐系统B组，上述声呐均布置在潜艇首舱，在语音模式下工作频率均为1.45～3.1 kHz（低）、8.3～11.1 kHz（高），如表1所示。

美国海军仅在“俄亥俄”级潜艇上配备了应急水声电话，型号为AN/BQQ-6综合声呐系统D组，布置在潜艇首舱，在语音模式下工作频率为8.3～11.1 kHz，载频为8.08 kHz；在声脉冲（自动应急）模式下工作频率为9.58 kHz。

在应急声呐浮标方面，由于该浮标只用于示位，因此仅有声脉冲模式，无语音通信功能。除“俄亥俄”级潜艇外，美国海军在其他艇型上配备的应急声呐浮标为AN/BQN-13型，均各布置1套在潜艇首舱和尾舱，工作频率为3.5 kHz。而在“俄亥俄”级潜艇上配备的应急声呐浮标为AN/BQQ-6综合声呐系统E组，布置3套在潜艇首舱，工作频率也为3.5 kHz。

1.2 浮标通信装备

美国海军所有现役潜艇用于报警示位的浮标通信装备均为无缆式，其中专门用于报警示位的浮标为T-1630A/SRT型潜艇应急示位无线电浮标（Submarine Emergency Position Indicating Radio Beacon, SEPIRB），如图1所示。该浮标由天线舱段、电子舱段、本体段和电池舱段组成，全长为1015 mm、直径为75 mm，电池工作时间大于48 h，在所有艇型潜艇首舱和尾舱各布置2套，当被释放至水面后主动向外发送报警信号，初始时工作在卫通模式（频率为406.025 MHz），不断向全球卫星搜救系统（COSPAS-SARSAT）发送装填信息（标号、标发时间、标发位置），卫通模式工作6 h后，自动切换为值守模式（频率121.5 MHz），不断向过往舰机发送录音报警信息。

另外，美国海军在“海狼”级和“弗吉尼亚”级潜艇上还使用AN/BRT-6型潜射单向战术浮标（Submarine Launched One-Way Tactical Buoy, SLOT Buoy）作为备用报警示位装备，该浮标布置在上述两型潜艇首舱，工作在290～316 MHz频段，通过甚高频25/27/29/31频道不断向过往舰机发送录音报警信息^[3]。

1.3 烟火通信装备

美国海军所有现役潜艇用于报警示位的烟火通信装备为黄烟发生器、红焰信号弹和绿焰信号弹3种，都以相同尺寸浮标作为载体，主要由浮标本体、转接器、发射底座组成，其中本体内包含有降落伞、信号弹（烟雾发生器）、荧光剂和引信等，如图2所示。3种装备分别布置在“洛杉矶”级和“海狼”级潜艇首舱、“俄亥俄”级潜艇导弹舱、“弗吉尼亚”级潜艇首舱和尾舱。

当潜艇发生险情，艇员通过潜射方式将装备抛出，待上浮至水面后黄烟发生器在水面产生烟雾和荧光斑，红焰信号弹和绿焰信号弹在空中产生耀光，待坠落至水面后产生荧光斑，3种装备从而实现以向外发出报警示位信号。其中，黄烟发生器持续发烟时间4 min，红焰信号弹和绿焰信号弹持续燃烧时间40 s、弹道高度300 m，3种装备最大潜射深度均为800 m。

2 快速上浮脱险装备发展现状

快速上浮脱险装备用于潜艇发生险情坐底后艇员运用该装备自救上浮离艇脱险，因与逐站减压脱险装备相比，具有脱险深度更大、速度更快等优点。因此，美国海军潜艇只发展快速上浮脱险装备，其该装备主要包括快速上浮脱险装置和快速上浮脱险服2个部分。

2.1 快速上浮脱险装置

目前，美国海军所有现役潜艇每个大舱室均安装了1套快速上浮脱险装置，即“洛杉矶”级、“海狼”级和“弗吉尼亚”级单艇均共2套、“俄亥俄”级单艇共3套，该装置脱险筒体可容纳2名艇员同时实施快速上浮离艇脱险。考虑到潜艇失事坐底后艇员快速上浮脱险可能面临大倾角、强海流等复杂情况，美国海军潜艇快速上浮脱险装置可支持艇员在潜艇失事坐底30°倾角内实施快速上浮脱险，其快速开盖机构能在2 kn流速、任意流向下开关脱险筒体上盖，以完成艇员自救脱险。

在装置总体脱险能力方面，以美国海军最新型潜艇“弗吉尼亚”级为例，其快速上浮脱险装置具备能在200 m深度每小时完成8名艇员快速上浮脱险，2015年美国海军对所有该型艇快速上浮脱险装置进行改装，使其兼具闸套脱险（Mass Escape）能力，在使用该装置进行闸套脱险时，其具备能在60 m深度3.2 h内完成175名艇员闸套脱险，如图3所示。

2.2 快速上浮脱险服

至2018年底，美国海军潜艇已全部换装MK11型快速上浮脱险服^[4]。与上一代MK10型快速上浮脱险服相比，MK11型快速上浮脱险服较为明显优势在于保暖性更强、充气时单套耗气量更低（少使用30%高压气），由于其单人救生筏由2层丁基橡胶构成，因此浮力也更大，但缺点在于艇员着该型脱险服进行脱险训练时患肺气压伤和动脉气体栓塞比例更高^[5]。MK11型快速上浮脱险服主要由头罩、脱险服体、充气软管及其接头、排气阀、单人救生筏、手套等组成，如图4所示。MK11型快速上浮脱险服安全工作深度为180 m，上浮时能提供超过170 N的浮力^[6]，设计使用寿命10年，美国海军现役各型潜艇配备该脱险服的平均系数为1.26，如表2所示。

3 应急生命支持装备发展现状

应急生命支持装备用于潜艇发生险情后为艇员创造可生存舱室环境。目前，美国海军所有现役潜艇应急生命支持装备均可支持艇员应急情况下艇内生存至少7天^[7]。其该装备主要包含应急空气再生装置、舱室气体监测仪和应急呼吸装置3种。

3.1 应急空气再生装置

美国海军潜艇应急空气再生装置包含应急CO₂吸收装置和应急产O₂装置，其中应急CO₂吸收装置由吸收剂罐和吸收幕帘（也称巴特勒幕帘，Battelle curtain）组成，使用时仅将两者连接并悬挂于舱室，通过静置自然完成舱室CO₂吸收，无需电力。美国海军现役各型潜艇均采用氢氧化锂作为应急CO₂吸收剂，单罐吸收剂重量约3.13 kg，具体配置数量如表3所示。

应急产O₂装置主要由氧烛及其电源箱组成，1个电源箱内放置2罐氧烛。美国海军现役各型潜艇均采用3300型氯酸钠氧烛，单罐氧烛重量约12.7 kg，每罐氧烛工作约50 min，产O₂体积约为3341 L。除正常配置外，考虑到潜艇遇险艇员生存需求，美国海军现役各型潜艇还配置有应急氧烛，其中“洛杉矶”级潜艇应急氧烛配置为10天耗量、“海狼”级为20天、“俄亥俄”级为19天、“弗吉尼亚”级为15天^[7]。

3.2 舱室气体监测仪

美国海军现役各型潜艇舱室气体监测仪分为固定式和便携式2种，固定式舱室气体监测仪又细分为中央式气体监测系统（CAMS）和分布式气体监测系统（DAMS），2种系统均为潜艇正常时工作使用，用于监测所有舱室O₂、CO₂、H₂、N₂、CO等气体含量。由于CAMS监测灵敏度低、校准操作繁琐，因此，自2019年，美国海军开始在新造“弗吉尼亚”级潜艇上安装新一代固定式舱室气体监测仪DAMS，以取代CAMS^[8]，如图5所示。DAMS工作环境压力0.07～0.13 MPa、环境温度0～45 ℃。

美国海军现役各型潜艇配备便携式舱室气体监测仪主要用于当潜艇发生险情失去所有电力时，由于自带蓄电池，可作为舱室应急气体监测仪，用于监测舱室O₂和CO₂这2种气体含量，主要有安纳劳科斯（Analox）系列Sub MkⅡP型和Sub Mk3P型2种，美国海军计划2027年前全部换装完成新一代便携式舱室气体监测仪Sub Mk3P型，以取代Sub MkⅡP型^[9]。Sub Mk3P型便携式舱室气体监测仪最大优点在于其具有RS-485通信接口，可通过潜艇通信系统，将记录数据实时传送至水面援救兵力。

3.3 应急呼吸装置

美国海军现役各型潜艇舱室均设置有应急呼吸装置（EAB），该装置用于当潜艇发生险情舱室大气环境受到污染时，艇员通过穿戴以保证正常呼吸。EAB主要由分路阀盘、供气软管和面罩组成。其中单个分路阀盘通常有3～5个快插式供气接头端口，用于连接供气软管；供气软管两端分别连接分路阀盘和面罩，软管有2.4 m和7.6 m这2种规格；面罩为便携式，包含有接气端口、减压器、压力表、软管、呼吸器等。

潜艇发生险情，艇员通常需要在舱内进行移动，当穿戴EAB时，艇员可在软管长度范围内进行近距离移动，如果远距离移动，则艇员需通过在不同分路阀盘上插拔自携的供气软管。因此，美国海军现役各型潜艇舱室内设置有数量众多的分路阀盘和面罩（含供气软管），具体配置数量如表4所示。

4 潜艇自救装备发展趋势

通过上述美国海军潜艇自救装备发展现状研究，同时，根据其近年来在北约潜艇自救与援救工作组（SMERWG）年度会议上发布的技术报告，并结合“活力金斑蝶”（Dynamic Monarch）等国际援潜救生演习中装备实际运用等综合情况来分析，未来美国海军潜艇自救装备的发展趋势可以归纳为以下3个方面。

4.1 报警示位装备发展更加趋于多样化 4.1.1 装备方面

美国海军根据其潜艇遇险“近、中、远”报警示位能力建设需求，围绕潜艇水声通信装备、浮标通信装备和烟火通信装备三类“声、电、光”报警示位装备体系框架，按照2019年加入北约“网络节点发现与互操作数字水下信号标准化协议”（STANAG 4748），未来美国海军将重点进行潜艇水声通信装备建设。总体建设思路为：按照STANAG 4748标准，通过在艇上加装“雅努斯”（JANUS）系统模块，实现潜艇现有作战类水声通信装备与水面舰船、深潜救生艇、波浪浮标（或波浪滑翔器）、UUV等外部多相搜救传感器组网，潜艇可自动发送遇险信息、接收AIS数据、与外界报文对话^[10]，从而兼顾达成遇险报警示位，丰富其报警示位手段。

4.1.2 关键技术方面

美国海军潜艇“雅努斯”系统主要由计算机终端、换能器、数据连接线等组成，其中换能器工作频率为9.4～13.6 kHz，载频11.5 kHz^[11]。潜艇通过水声电话向外自动发送遇险信息（固定格式），预置在漂流型浮标（或波浪滑翔器）上的同系统换能器接收到信息后经解算处理，再将信息通过浮标上的900 MHz或2.4 GHz无线电发射器发出，最终实现报警示位。该系统采用数字编码技术，将不同来源文字信息按照统一格式进行编码，再以文字信息形式输出，其关键技术在于信号产生方法，“雅努斯”系统信号产生方法为跳频二进制移频键控，该方法优点是提高了信道比，信息传输连贯，通信质量高，根据公布数据，传输同一个《北约潜艇搜救手册》（ATP-57）通信脚本，“雅努斯”系统为3 s，而水声电话为78 s^[11]。

4.2 快速上浮脱险装备发展注重大深度 4.2.1 装备方面

随着潜艇艇员快速上浮脱险技术不断进步，未来美国海军潜艇快速上浮脱险装备将继续向大深度脱险方向发展，以满足其在潜艇固壳破损深度以浅艇员能开展自救脱险的军事需求。

然而，受潜水医学限制，快速上浮脱险深度越大，要求艇员高压暴露时间越短，但由于目前全球快速上浮脱险服上浮速率难以大幅度突破2.75 m/s，无法有效缩短艇员在水中的上浮时间，因此，美国海军通过改进潜艇快速上浮脱险装置，从而缩短艇员在脱险筒内的时间，其主要有2个方面改进，一是增大艇载气源供气压力，将潜艇舷外用于为快速上浮脱险装置供气的气瓶压力增加至4.83 MPa（700 psi）^[12]，以降低加压时间；二是优化开盖驱动装置，除“洛杉矶”级潜艇仍用手动液压开启快速上浮脱险装置上盖外，其余型号潜艇全部换装或直接列装使用改进型上盖启闭装置（IPHO）^[13-14]，以降低上盖开启时间，最终综合降低艇员在脱险筒内的时间。

4.2.2 关键技术方面

美国海军潜艇快速上浮脱险装备要实现大深度脱险，关键在于快速上浮脱险服头罩充气系统（HIS）。美国海军潜艇HIS系统由英国霍尔·汉密尔顿公司制造，核心为SA 656 MK3型头罩充气系统控制器，该控制器由大直径膜片、弹簧、锥形阀、进气口、出气口、环感口等组成^[15]。艇员实施脱险时，脱险筒内环境压力通过环感口作用在控制器大直径膜片上，依托高灵敏大直径膜片与弹簧的压力对比技术，无论脱险深度如何变化，控制器时刻将输出的充气压力高于脱险筒内环境压力0.013 MPa（1.9 psi）。

4.3 应急生命支持装备发展立足极端性 4.3.1 装备方面

根据美国海军援潜救生规划，未来其潜艇应急空气再生装置、舱室气体监测仪和应急呼吸装置3种应急生命支持装备都将立足在“三无”（无准备、无电力、无依托）极端条件下进行发展^[16]。特别是在应急空气再生装置方面，美国海军尤为重视，计划逐步将现役型号潜艇应急CO₂吸收方式由“主动+被动”式全部换为被动式，即采用罐装微孔状氢氧化锂活性塑形幕帘（reactive plastic curtain）取代乙醇胺CO₂清除装置和罐装颗粒状氢氧化锂幕帘作为应急CO₂吸收装置^[17]。

美国海军潜艇采用微孔状氢氧化锂活性塑形幕帘主要有3点考虑：一是被动式吸收无需电力，能适应潜艇失事后可能的极端情况；二是氢氧化锂活性塑形幕帘与现有艇载罐装颗粒状氢氧化锂相比，具有更高存储密度，在相同罐体下，存储数量多55%^[18]；三是与颗粒状氢氧化钙相比，该类氢氧化锂吸附率高出4倍^[19]。

4.3.2 关键技术方面

美国海军潜艇微孔状氢氧化锂活性塑形幕帘由95%氢氧化锂和5%聚合物基体构成，每张长为1.5 m、宽为0.318 m^[20]。该幕帘的关键技术是采用多学科融合，将传统应急CO₂吸收技术与塑料行业相关技术进行了有机融合，从根本上颠覆了美国海军潜艇舱室传统的应急CO₂吸收剂制备技术^[21]。潜艇失事后，艇员可将微孔状氢氧化锂活性塑形幕帘裁剪成所需长度，按照每张5 cm间距垂直悬挂于舱内，依托对流吸收CO₂，使用过程中该类幕帘产生的粉尘少，氢氧化锂颗粒不易脱落，且艇员无需佩戴专用防护面具。

5 结　语

美国海军围绕潜艇兵力行动对潜艇自救保障能力的军事需求，聚焦潜艇事故典型特征，从报警示位、快速上浮脱险、应急生命支持3个方面对潜艇自救装备进行了系统性建设发展。与美国海军相比，我国海军潜艇自救装备还存在一定差距，需要借鉴美国海军在该领域取得的技术进步，开展以匹配潜艇兵力行动为目标的潜艇自救装备技术研发与升级体系构建，从而更好地适应未来潜艇技术发展及其伴随的使命任务变化需求。同时，还需要在新材料和新工艺方面取得突破，以提升潜艇自救装备精细化设计与制造水平。