2. 中国船舶集团工程管理中心,北京 100080
2. China State Shipbuilding Corporation Project Management Center, Beijing 100080, China
现代军用潜艇自19世纪末期至20世纪初期问世以来,已经过一个多世纪的发展,在两次世界大战期间以及战后诸多国际事务中都发挥了重要作用。冷战结束后,世界潜艇规模从约800艘大幅减少至现在的400艘左右[1],其中常规潜艇占比超60%。尽管如此,由于研发潜艇需要高度和全面的工业能力,核心的设计建造技术仍然只掌握在少数国家手中;而相比于已列装的核潜艇,常规潜艇军贸进口和研制开发较为容易。纵观世界各国和地区现役常规潜艇列装及发展情况,仅有日本、俄罗斯、德国、瑞典、法国(只建不装)、韩国、西班牙、意大利、印度(具备自研能力)、中国等国具备常规潜艇自主设计建造能力或潜力。
随着全球多国加快推进水下装备更新换代,研究分析典型国家潜艇装备发展历程,以及在建或在研的常规潜艇技术应用情况,可系统把握国外常规潜艇发展趋势,为装备建设提供参考借鉴。
1 主要国家发展脉络常规潜艇跨代发展宏观上呈现战略牵引、技术赋能的特点,尤其是潜艇部队建设倒逼潜艇装备更新换代或规模增减,这一特征贯穿了日本、韩国和德国的潜艇发展过程。俄罗斯和印度则是由于本国的特殊性,跨代发展特征各异。
1.1 日本二战前,日本建造了200多艘潜艇,但在战后被限制建造,直至1956年才恢复潜艇自建,发展了“亲潮”级、“早潮”级、“夏潮”级等小型潜艇;1963年开始建造2 000 t以上的潜艇,包括“大潮”级、“朝潮”级、“涡潮”级,后续建造的潜艇排水量和作战能力不断提升。“夕潮”级首次配装拖曳声呐,加大潜深,水下排水量达到2 900 t;1990年后建造的“春潮”级排水量达到3 200 t。
现役“亲潮”级潜艇服役之初,配装了当时最新的ZYQ-3自动化指挥系统,可同时发射6枚鱼雷,并诱导指挥攻击不同目标。2010年,日本防卫大纲[2]提出将潜艇部队从16艘扩编至22艘,同时维持2艘训练艇,为此,“亲潮”级进行艇体强化和性能提升工作,将服役寿期从18年延长至24年。最新的“大鲸”级服役后,“亲潮”级才逐步退役。
为应对2010年后的国际形势,强化自身军事作战力量,日本发展“苍龙”级潜艇,首次配装AIP系统,尾舵从十字型改为X型,提高坐底的安全性;大幅提升声呐系统和自动化指挥系统能力,最后2艘艇电力系统换用锂电池,水下续航时间更长。“大鲸”级潜艇在“苍龙”级后2艘艇的基础上发展,其后续型号已开始进行早期论证工作,预计2027年后开始采购。
1.2 韩国1978年,韩国海军首次正式讨论了其拥有潜艇的必要性,并否定了从美国购买退役潜艇的方案,转而寻求与德国、法国、意大利等实力较强的国家进行技术合作;1987年,韩国总统批准“韩国潜艇计划”(KSS),分三阶段建造27艘常规潜艇。此前,韩国仅有200 t级的微型潜艇,虽然能够执行多种任务,但海军需要一型排水量更大的中型潜艇确保作战部队的结构完整性,并用于全面的潜艇作战。
第一阶段,韩国于1988年明确采购德国209型潜艇,首艇在德国建造,后续艇在国内组装建造,国产化率34%。第二阶段,韩国计划获得一型整体性能有所提升的潜艇,并拥有独立的潜艇设计建造能力,于2000年选定德国214型潜艇;该级艇配备永磁推进电机和AIP系统,国产化率39%。第三阶段,韩国防部战略规划小组于20世纪90年代初提出“中型潜艇”概念作为“备战朝鲜”、应对周边大国的海上解决方案,将其作为一种战略武器系统[3]。2007年正式确定“安昌浩”级项目推进战略;该级艇在前两型潜艇经验、德国转让技术以及出口潜艇开发的基础上发展,一定程度上属于209型潜艇的改进版本,是首型配装潜射弹道导弹的AIP潜艇,国产化率76%,后续批次有望提高至80%以上。
1.3 德国德国的潜艇被广泛出口到全球各个国家,为其维持潜艇技术研发能力和工业基础提供了有效支持。20世纪70年代以来,209型各系列(
20世纪90年代初,德国寻求取代206型潜艇,在209型潜艇基础上改进设计,与意大利合作发展212 A型潜艇。德国于1998年采购4艘,并于2006年增购2艘;212 A型采用基于西门子质子交换膜氢燃料电池的AIP系统,后2艘长度增加1.2 m,以安装新的侦察桅杆。
在209型和212 A型潜艇基础上,德国设计了214型潜艇专用于出口,也配置了基于质子交换膜氢燃料电池的AIP系统,但缺少212型上使用的部分机密技术,如非磁性钢艇体。该型艇仅出口至希腊、韩国、葡萄牙、土耳其4个国家。在212型和214型潜艇基础上,德国又开发了216型潜艇方案,原计划满足澳大利亚“柯林斯”级潜艇更换需求,但未竞标成功,败于法国“短鳍梭鱼”方案。出口至新加坡的218 SG型潜艇是214型潜艇的定制版本,借鉴了212 A型潜艇的部分设计特征。
2017年,挪威政府考虑依托现有的潜艇概念以避免新研的不确定性和成本,决定选择德国采购新型潜艇,联合研发212 CD型潜艇。该型艇结合了212 A、214、218型的成熟技术,并进一步开发传感器等技术。最初,德国和挪威分别计划采购2艘和4艘,至2024年,两国相继将采购数量增加至6艘[4 − 5]。
1.4 印度虽然印度海军现役拥有3型16艘常规潜艇,但都是从不同国家进口,且4艘“西舒玛”级(德209型)和7艘“辛杜霍什”级(俄“基洛”级)服役都在25年以上,部分接近40年,作战可用性堪忧,急需更新换代。同时,印度一直想将控制印度洋成为“印度之洋”,但巴基斯坦大规模扩大潜艇部队规模(1990-1994年入列5艘,2015年增购8艘),迫使印度加快潜艇更新换代。
1999年,印度国防部批准了一项两阶段计划,在30年内建造24艘潜艇。第一阶段(P-75计划)采购“鲉鱼”级潜艇,于2001年11月开始,2005年敲定建造6艘;2023年7月,又增购3艘配装AIP系统(印度自研、法国测试)的版本。第二阶段(P-75I计划)计划采购6艘AIP潜艇,2021年发布最新的征求意见书,要求AIP系统经过实艇测试验证,导致多家竞标单位不符合资格。2024年2月,印度海军完成对德国和西班牙潜艇设计的技术评估,并于4月开始对两国AIP技术进行现场检查。2025年1月,西班牙因陆基AIP系统演示不满足印度海军需经过海上验证的要求落选,德国最终竞获该项目[6]。与此同时,印度加快推进国产常规潜艇P-76项目研发,2025年2月已完成初步研究,计划向内阁安全委员会提交设计和开发提案[7]。
1.5 俄罗斯随着水声手段的加强,苏联在20世纪70年代开始关注降噪问题,发展第三代常规潜艇“基洛”级(877型)。该艇首次采用“飞艇”形状,可提高水下航速并降低噪声,但水面适航性显著下降。80年代初,提出“拉达”级(677型)项目,但在1990年又中止该项目。
根据俄罗斯潜艇部队2008年现代化计划,“拉达”级潜艇将成为服役的四型潜艇之一。原计划建造20艘,但首艇在2011年测试和改装失败后(该艇后因现代化成本过高于2024年初提前退役),俄海军决定对其重新设计,并按照改装方案完成已开工3艘潜艇的建造;由于动力装置和声呐的问题,该级艇建造工作再次停止,直到2013年才恢复。这期间,俄罗斯在“基洛”级成功经验上继续改进,发展了改进型“基洛”级(636.3型)潜艇,该级艇已成为俄海军现役常规潜艇主要力量。“拉达”级改进型(677M型)潜艇首艇直至2024年初方才服役,暂定建造5艘,后续发展不详。
2 技术发展特征与趋势随着技术发展和应用,常规潜艇在总体设计、动力能源、武器装备、电子信息系统等方面取得了实质性技术进展,使其生存能力、任务多样性、作战效能得到大幅提升。
2.1 总体设计排水量方面,总体上呈现大型化趋势,为潜艇集成更多的负载、搭载更大容量的动力系统创造了先决条件。除俄罗斯、印度还列装核潜艇外,日本、韩国、德国、瑞典、西班牙仅装备常规潜艇。俄罗斯在冷战后的常规潜艇发展并不连续,印度现役三型艇进口自不同国家,两国具有一定的特殊性,没有明显的主尺度变化特征;其他国家近两至三代潜艇呈大型化发展,典型如日本潜艇水下排水量从“亲潮”级3 500 t到“苍龙”级4 200 t再到“大鲸”级4 300 t、韩国从“张保皋”级1 350 t到“孙元一”级1 858 t再到“安昌浩”级首批3 705 t/第二批4100 t、德国从212A型1 830 t到212 CD型2 800 t。
艇型方面,探索先进设计和外部结构布置方案,以获得更优的机动性和隐身性。如日本川崎重工设计的下一代常规潜艇方案(见图1)将指挥台围壳后置,水平舵安装于艇艏,以提升机动性能[8];韩国则设立了潜艇先进艇型专业实验室,以先期研究未来国产潜艇核心技术,分析附加/外形改进方法,攻关突破降低潜艇声学目标强度的声学超材料设计等技术;德国-挪威212CD型潜艇采用棱形艇体横截面设计,从艇体到围壳平滑过渡,提高了隐身特性并降低对手声呐探测的反射。
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图 1 日本下一代常规潜艇概念设计 Fig. 1 conceptual design of Japan's next generation conventional submarine |
设计上更体现人因工程思想,澳大利亚研究人员探索利用数字孪生、虚拟现实等技术改进潜艇适居性[9],基于艇员体型、体能及其在狭小空间内的运动数据,创建人员“数字复制品”、潜艇内部空间数字孪生模型,结合虚拟现实技术,使不同身形、性别艇员了解在艇活动方式,为内部设计变更提供依据;并以照明最优化、床铺不会太窄、噪声尽可能小为目标开展原型设计,尽可能提高艇员认知能力和决策水平。
2.2 动力能源目前实装的潜艇不依赖空气推进(AIP)系统主要有三类,分别是斯特林发动机、闭式循环汽轮机、燃料电池,具体装艇应用情况如表1所示。相关技术主要还是掌握在具有潜艇自研能力的国家,俄印现役常规潜艇尚未配装AIP系统,但相关技术研发已趋于成熟;各国根据自己的实际情况和技术成熟程度选择了适合本国特点的AIP技术,新研潜艇普遍都安装AIP系统。综合来看,燃料电池AIP系统是现役潜艇主用的AIP系统,包括质子交换膜燃料电池,在研待装的有磷酸燃料电池等。
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表 1 国外AIP系统及全锂推进装艇应用现状及未来展望 Tab.1 Development situation of foreign submarine AIP system and all-lithium propulsion system |
虽然锂电池上艇的热度愈发高涨,但仅有日本使用柴油机和锂离子电池的组合取代AIP系统,法国出口潜艇部分也采用这种组合,韩国、德国、意大利等国则主要寻求将铅酸电池替换为锂离子电池。从当前技术进展来看,日、韩、德、法、意具备锂电池上艇能力或潜力。其中,日本是目前唯一一个锂电池上艇实装的国家,韩国和德国则是具备相关技术能力储备,意大利已完成陆上原型测试,法国正在进行相关技术测试。
2.3 武器负载1)垂发集成方面
常规潜艇受限于其尺寸,一般仅配装鱼雷发射管,仅有部分试验艇可能配置垂发系统。随着各国常规潜艇普遍发展至3 000 t级及以上,垂发系统也初步具备了上艇条件。现役正式配备垂发系统的常规潜艇仅韩国“安昌浩”级一型,可搭载6枚“玄武”IV-4潜射弹道导弹,使其具备水下快速打击能力。日本已明确在下一代常规潜艇上配备垂发系统,提升其防区外作战打击能力;德国研发的“垂直多功能管”(VMPL)类似于垂发系统,可集成至出口的新加坡218SG型、以色列“达喀尔”级潜艇上,适配鱼雷、导弹、无人潜航器等载荷。此外,以色列(“龙”号)和朝鲜(“金君玉英雄”号)等国也在探索改造现有常规潜艇,在艇径不足的情况下,借助围壳高度,容纳垂直发射管,以装填垂直发射的巡航导弹或潜射弹道导弹。
2)新型负载方面
除利用垂发系统集成远程打击导弹外,多国正在探索为常规潜艇集成无人系统,包括无人潜航器、水下机器人、潜射无人机等。如意大利计划为212A型和212 NFS型常规潜艇集成无人潜航器、水下机器人,以支持海底战任务;瑞典A26型潜艇设有一个多任务舱,可布放回收有人或无人平台(如水下机器人和无人潜航器);印度海军计划采购潜射无人机,增强海上态势感知、实时目标追踪、昼夜情监侦、特种作战海岸侦察等能力,并协助毁伤评估。
2.4 电子信息系统1)作战系统方面
随着艇载传感器体系愈发完善、职能愈发细化,对数据处理、任务决策的要求也逐步提高,这推动了人工智能等新兴技术上艇使用。如韩国通过“潜艇智能任务支持系统综合自动化技术”项目为潜艇作战系统的核心功能引入人工智能技术[10],研发“探测/跟踪→识别/评估风险→武器调配/战术运用→交战/评价”等环节的智能化、自动化技术,并依据大数据分析结果,有效缓解作战复杂性造成的人员疲劳,确保作战效能;意大利212 NFS型艇载“雅典娜”-Mk2/U作战管理系统运用人工智能技术进行视频处理管理,高效集成潜望镜图像和视频,又如基于增强现实技术实现数据可视化,使系统具有目标机动分析、视频处理、重型鱼雷管理等功能。
2)光电装备方面
自20世纪70年代末光电桅杆出现以来,各国纷纷开展相关技术攻关,并将其作为潜艇信息化网络建设的重要节点;光电桅杆的图像可供多人同时观察,并经处理自动进行目指和跟踪,在融入作战系统的同时大幅提高了潜艇设计的自由度。日本在“苍龙”级上首次使用了光电桅杆,并在“大鲸”级上采用光电桅杆完全取代传统潜望镜,提高潜艇安全性、隐蔽性;德国/挪威212CD型也明确只采用光电桅杆系统,将OMS 150光电桅杆用作搜索和监视、OMS 300光电桅杆用作“攻击”,很难被视觉和雷达探测到;韩国正在推进“潜艇光电有效载荷技术”项目,攻关智能光电有效载荷系统综合技术、潜艇快速态势感知全景相机技术等。
3 借鉴意义 3.1 发展思路坚持需求导向战略牵引,发展路线因地制宜。目前,主要国家潜艇装备发展路线有:1)只有核潜艇,以美国最为典型,其海军定位为全球海军,长期在全球各地前沿存在;2)只发展常规潜艇,这些国家部分受限于核技术,但更多的是国土面积较小,一定数量的常规潜艇即可满足需求;3)核常潜艇兼有,如俄罗斯,其常规潜艇主要部署在北方、太平洋、黑海舰队,特别是因进入黑海的海峡平均深度40~100 m,核潜艇部署难度和风险大,加之造舰经费的限制,使其高度重视常规潜艇建设。因此,应兼顾核潜艇发展实际和常规潜艇运用需求,根据两者的职能分工,高低配置相关能力,提高潜艇发展效费比,发挥装备体系整体效能。
3.2 项目规划统筹项目建设梯次规划,技术攻关渐进布局。日韩常规潜艇规模较大,多型艇同时在役,代际发展特征最为明显,项目启动至首艇服役的研制周期普遍近20年(日“苍龙”级约20年/“大鲸”级19年、韩“安昌浩”级17年)。以“大鲸”级为例,研制周期内陆续铺排了新型声呐、反探测/抗冲击结构、浮潜发电系统等研发课题,部分技术通过“苍龙”级验证后延续使用,确保了技术先进和能力可信。此外,日韩还通过适时植入,如“苍龙”级5号艇开始增加排水量、8号艇开始增加鱼雷防御系统、11号艇开始换装锂电池;或分批集成渐进式提升潜艇能力,如“张保皋”级第三批半数鱼雷管换为压缩空气式以适配“鱼叉”导弹,“安昌浩”级第二批开始换装锂电池、新型电子信息系统等。因此,在规划型号及配套技术项目时,应预留足够的研制周期,维持研究连续性和团队稳定性,确保装备形成可信能力;同时,持续做好技术储备和阶段性探索技术应用可进一步提高成熟度和适配性,实现先进技术到作战能力的有效转化。
3.3 技术布局摒弃技术应用惟新从众,创新实用权衡兼顾。技术发展存在其必然趋势,一般来看新技术的优点恰好弥补了传统技术的缺点,但也可能造成新的风险。军事领域的新技术应用不仅要关注“长板”,更要注意“短板”,典型如锂电池相比铅酸电池能量密度显著提高,但其安全性问题对于潜艇来说可能是致命的,这就迟滞了该技术的上艇应用。日本并非无意燃料电池AIP系统,只是迫于采购成本高转而使用了全锂电池。但不可否认的是,铅酸电池被淘汰是必然趋势,锂电池是目前最普遍的替换方案,但未必是最优解。同时,过度追求技术先进也不可取,俄“拉达”级常规潜艇设计中引入过多新技术导致能力生成缓慢,但也非广泛使用的就是好技术,技术先行者对此有更深入的认知,更容易掌握技术反制手段,陷跟风者于被动。因此,即使是在发展技术较为成熟的常规潜艇过程中,也应合理控制新技术上艇应用程度和数量,兼顾能力提升和成本控制,确保新艇按时按质形成作战能力。
4 结 语常规潜艇是全球水下作战力量中不可或缺的重要组成部分,德法出口型潜艇在军贸市场热度依旧,日、韩、印、俄常规潜艇规模、性能不断提升。综合来看,常规潜艇的技术发展呈现以下趋势:总体设计方面,排水量逐步提高,艇型更加先进;动力能源方面,AIP上艇普遍化,蓄电池趋于锂电化;武器负载方面,垂发集成多样化,负载多元化;电子信息系统方面,作战系统智能化,去潜望镜化。随着自主无人、人工智能等技术的成熟应用,常规潜艇有望进一步拓展能力边界、提高作战效能,在新艇设计论证过程中,应兼顾技术布局和项目铺排的科学性和合理性,确保新装备按时按量形成作战能力。
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2026, Vol. 48
