舰船科学技术  2022, Vol. 44 Issue (3): 169-173    DOI: 10.3404/j.issn.1672-7649.2022.03.034   PDF    
美国俄罗斯核潜艇划代分析研究
李想, 钱家昌, 陈虹, 张锦岚, 冷文军     
武汉第二船舶设计研究所,湖北 武汉 430064
摘要: 核潜艇是重要的水下作战力量,根据装备发展思路及关键技术特征,对装备型谱进行合理划代,是衡量装备总体性能和作战能力,预测技术发展趋势的有效手段。但由于各国军事战略不同,核潜艇执行的使命任务多样,尚未形成公认的划代标准。本文从核潜艇的武器、核动力装置和隐身性能三方面入手,探讨了美、俄核潜艇划代方法,对各代核潜艇技术发展路线进行了梳理,就核潜艇划代主要标志性指标的发展趋势进行分析,并提出几点启示和思考。
关键词: 核潜艇划代     武器系统     隐蔽性     核动力    
Analysis on the generation method of American and Russian nuclear submarine
LI Xiang, QIAN Jia-chang, CHEN Hong, ZHANG Jin-lan, LENG Wen-jun     
Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan 430064, China
Abstract: Nuclear submarine is an important underwater combat force. According to the development idea and key technical characteristics, the reasonable generation is an effective way to measure the overall performance and combat capability and forecast technology trends. Due to the different strategies and the various mission performed by nuclear submarine, there has not been a universally accepted method for generation. This paper discusses the generation method of American and Russian nuclear submarine, sorts out the technology development path of each generation nuclear submarine, analyzes the development trend of the main symbol index of nuclear submarine generation, and puts forward some enlightenment and suggestions.
Key words: generation of nuclear submarine     warfare system     stealth performance     nuclear power    
0 引 言

装备划代指根据装备建造年代、技术水平、设计思想、总体性能和作战能力等方面的特征,将装备划分为不同代际,以直观体现不同时期的技术及工业水平差异,预测未来装备和技术发展趋势,理清新型装备研制方向和思路。

历经冷战时期的长期对峙和军备竞赛,美国和俄罗斯的战斗机、坦克和舰艇等军事装备的规模和技术得到长足发展,形成了完整而庞大的型号发展谱系。在军事需求牵引和技术发展推动下,各类装备关键技术经过多轮迭代升级,建立了各具特点的划代方法与标准。例如,依据推重比、飞行速度、电子武备、作战方式、隐身性、机动性等方面特征,普遍将战斗机划分为四代[1],最新一代采用加力式涡扇发动机,推重比高达10,能够以超音速巡航,进行超视距作战,武器内埋,隐身性大幅增强。依据机动性、防护力、火力、电子设备等性能特点,大致可将坦克划分为三代[2],最新一代采用复合式装甲,火炮口径增加,配备先进的导航探测设备,综合性能显著提升。

1)核潜艇资料高度保密,关键技术指标很少公开,资料完整性和一致性不足;

2)各国军事战略不同、国情不同,因此核潜艇发展目标不同,发展思路随时代不断变化;

3)战略型、攻击型核潜艇使命任务不同,单独划代和统一划代存在差异;

4)核潜艇是一种复杂系统,任何一种划代标准不可避免会有所侧重,从而形成不同的划代标准;

5)20世纪70年代以后,美、俄核潜艇发展已比较成熟,每型艇建造数量多,服役时间长,技术水平跨度大,难以明确划代。

但核潜艇划代不乏一些较有影响力的主张,例如按建造时间划代和按技术水平划代[3]。按建造时间划代缺少对技术水平系统深入的分析和全面客观的评价,适用于对某一国家核潜艇研制历史进行梳理,但不适用于对各国核潜艇发展进行横向对比。按技术水平划代主要从平台、动力和武器3个方面提炼标志性技术指标进行划代,突出代际之间关键技术的发展和提升,适用于对装备特性进行横向对比,但评判标准难以准确界定。

随着科技发展,核潜艇装备和技术发展思路也体现着不同时代的特点。早期发展比较注重高航速、大潜深等平台性能,往往追求单一性能的提升,对可靠性、隐蔽性和综合性能重视不足。20世纪70年代末以来,美、俄核潜艇的发展重点已由平台、动力和武器转变为武器、动力和隐蔽性。因此,对美、俄核潜艇划代的分析方法应与时俱进,从技术水平角度出发,制定明确的划代标准,反映新的时代特征。

1 美俄核潜艇主要发展历程

美国依托其强大的海军力量,在海上霸权争夺中一直保持世界领先地位。核潜艇作为强大的海基核平台,在其中发挥着不可或缺的重要作用。自1953年建造第一艘核潜艇“鹦鹉螺”号开始,至今累计研制了19型、200余艘核潜艇。美国核潜艇主要发展历程如图1所示。

图 1 美国核潜艇主要发展历程 Fig. 1 Development of US nuclear submarine

苏/俄海军将核潜艇作为与美国进行军事抗衡的主要力量,持续投入大量财力研制各种新型号。自1955年开工建造第一艘核潜艇“列宁共青团”号开始,至今累计研制了13型、260余艘核潜艇。俄罗斯核潜艇主要发展历程如图2所示。

图 2 苏联/俄罗斯核潜艇主要发展历程 Fig. 2 Development of Soviet/Russia nuclear submarine

回顾美、俄核潜艇60多年的发展历程,最初20年以艇平台和反应堆为主开展设计,再研制与其适应的其他系统和设备,充分利用使用中暴露的问题对设计进行循环迭代和优化,核潜艇各系统间的匹配协调性循序渐进地提高。中间20年设计重点由平台、动力和武器转变为武器、可靠性和隐蔽性,导弹射程和精度大幅提高,反应堆具备自然循环能力,核动力装置的安全可靠性大幅提高。舱筏等总体减振降噪措施大量上艇应用,辐射噪声明显降低,核潜艇总体性能有了质的飞跃。最近20年仍延续上述设计重点,面对未来核潜艇多用途、多功能、战略与战术任务融合的发展趋势,核潜艇设计理念发生了重大革新,由“总体设计-系统集成-性能评估”升级为“功能需求-模块定制-组合优化”。通过模块化设计,降低了耦合度,实现了设计工作并行协同和作战任务可重构。

2 美俄核潜艇划代方法及划代指标分析 2.1 核潜艇划代标准研究

武器系统打击威力、核动力装置性能和隐蔽性是评价核潜艇总体性能、提升核潜艇综合作战能力最重要的3个方面。本文据此提出美俄核潜艇划代标准,将与之直接相关的技术指标作为划代主要标志性指标,将与之间接相关且十分重要的技术指标作为划代重要参考指标。

核威慑与核反击是核潜艇最重要的使命任务,导弹打击能力是进行有效威慑、可靠反击的重要保证。核动力是核潜艇能够长期潜航的首要保障,核安全是核潜艇安身立命之本,历来受到高度重视。隐蔽性是决定核潜艇生存能力的重要因素,增强隐蔽性的措施包括声隐身、电磁隐身、红外隐身、尾迹消除等,其中声隐身能力对隐蔽性起决定性作用。因此,本文将导弹打击距离、核动力装置轴功率、辐射噪声等作为划代主要标志性指标。

下潜深度是另一表征核潜艇生命力的重要指标。潜深体现了核潜艇研制工业体系的基础能力和水平,而且加大潜深还能提高潜艇隐蔽性。航速曾经是美、俄核潜艇激烈竞逐的技术指标,但今后核潜艇将更加注重隐蔽性,强调在满足隐蔽性要求的基础上追求快速性。因此,本文将潜深、航速等作为划代重要参考指标。

综上所述,将美俄核潜艇划代主要标志性指标和重要参考指标分别归纳为表1表2,并据此将美、俄核潜艇划分为四代,具体情况如表3所示。

表 1 核潜艇划代主要标志性指标[5-7] Tab.1 Main symbol index of nuclear submarine generation[5-7]

表 2 核潜艇划代重要参考指标[8-10] Tab.2 Reference index of nuclear submarine generation[8-10]

表 3 美俄核潜艇划代情况 Tab.3 Generation of US and Russia nuclear submarine
2.2 核潜艇代型特征

根据表1表2所示的指标参数可以看出,美、俄核潜艇具有以下代型特征:

1)第一代核潜艇技术特点

第一代核潜艇建造于20世纪50年代中期至60年代中期,主要解决了水滴线型的水动力性能验证、核动力装置与潜艇的适应性、导弹与潜艇的适应性等问题。

为了在满足战略急需的同时降低技术风险,第一代攻击型核潜艇采用了常规潜艇已成熟的设计。战略型核潜艇的设计思想则是把攻击型核潜艇从舯部切开,嵌加导弹舱段。由于对减振降噪问题缺乏重视,第一代核潜艇噪声非常大。苏联核潜艇辐射声能量近乎美国核潜艇的100倍[4],反映了当时两国工业基础水平的差距。第一代核潜艇主要用于进行各项试验和训练、建立水下远程航渡路线和开展水文调查,由于导弹射程近,反应堆故障率高,美俄均未真正形成海基核力量。

2)第二代核潜艇技术特点

第二代核潜艇建造于20世纪60至70年代,主要解决了水下性能的完善和提高、核动力装置安全可靠性的提高、战略导弹水下发射等问题。

战略型核潜艇与攻击型核潜艇开始采用独立设计。随着美俄工业基础水平的增强,核潜艇的管路、设备及元器件的质量与可靠性不断提高,核动力装置的安全可靠性有了较大提升,核潜艇的续航力优势得以充分发挥。核动力装置轴功率略有增加,具备自然循环能力,堆芯寿命延长到10年左右。艇内开始安装吸声材料,对汽轮机等主要噪声源设备采用了多层减振技术,辐射噪声比第一代核潜艇降低了10~20 dB。

3)第三代核潜艇技术特点

第三代核潜艇建造于20世纪70至80年代,在核打击、核安全和声隐身3个方面实现了跨越发展,重点突破了战略导弹水下齐射及分导多弹头技术、巡航导弹垂直发射及远程精确制导技术、反应堆自然循环技术、噪声源设备集成减振技术等难题。

导弹射程、精度、突防能力和打击威力均大幅提高。其中,弹道导弹打击距离超过8000 km,打击精度在500 m以内。对陆攻击巡航导弹打击距离超过1000 km,打击精度在100 m左右。核动力装置轴功率超过30000马力,反应堆自然循环能力提升至15%,大幅降低了低速航行工况下的辐射噪声。通过采用浮筏、七叶大侧斜螺旋桨、敷设消声瓦等降噪措施,核潜艇声隐身能力大幅提高,美俄差距显著缩小。

4)第四代核潜艇技术特点

第四代核潜艇建造于20世纪90年代,至今仍在发展,主要被设计用于应对冷战后地区性危机。第四代艇全面采用模块化设计建造技术,多任务能力增强,全寿期费用下降。

战略导弹打击距离超过10000 km,打击精度在100 m左右。核动力装置轴功率超过36.77 kW,反应堆自然循环能力达到30%,中低功率条件下,自然循环静音航速达到12~15 kn。堆芯寿命达到30年,基本做到与艇同寿。主机舱采用浮筏式减振的整体模块设计,艇上推进设备使用的动力电缆、阀门和泵等显著减少,大幅降低了潜艇辐射噪声。

3 美俄核潜艇划代主要标志性指标发展趋势分析

目前,美俄第四代核潜艇陆续建成服役。总体来看,未来美俄核潜艇将在保证数量的同时重点追求质量,缩短研制周期,延长使用寿命,降低维护成本,能够同时执行战略威慑、反潜、反舰、对陆攻击、特种作战的综合任务,进一步提高武器系统打击能力、核动力装置性能和隐身能力。

3.1 武器系统打击能力发展趋势

未来核潜艇对导弹射程和打击精度的要求将进一步提高。其中,战略导弹射程将达到11000 km以上,对陆攻击巡航导弹射程将达到3000 km以上,2种导弹的圆概率误差均小于100 m。考虑到战略导弹的尺寸、重量和潜艇平台的相互制约,为提高艇的综合性能,战略导弹的数量可能减少至16枚,直径2.1~2.3 m,长度12~13.4 m,分导弹头数量趋向3~6个。鱼雷方面,Mk48改进型的最大航速可能增加至65 kn。多用途垂直发射装置发展为2种类型,一种是单发射筒,用于发射大直径弹道导弹、投放和回收无人飞行器和无人潜航器、搭载特种部队运输装置;另一种是多弹密集发射筒,用于发射多枚巡航导弹。

3.2 声隐身能力发展趋势

美俄新一代核潜艇将更加注重声学设计,并以此为先导,强化全周期声学设计,追求全工况隐身性能。考虑到模块化设计、一体化反应堆、全电力推进和泵喷推进等技术的发展成熟度,预计2030年前,美国核潜艇的辐射噪声将进一步降低5~10 dB。

3.3 核动力装置性能发展趋势

美俄海军通过多年潜艇核动力装置的设计、建造和运行经验证明,压水堆结构紧凑、安全可靠。新一代核潜艇反应堆仍将采用压水堆,通过整体模块化、区域单元化和通用化设计,进一步降低噪声和提高功率密度。通过更加紧凑的布置,将自然循环能力提高到40%以上。目前,美国正在开展的第5代“哥伦比亚”级核潜艇已明确提出反应堆与艇同寿期,可大幅压减中修时间,提高潜艇在航率。

4 启示和思考

美俄作为推进世界核潜艇技术发展的军力大国,无论在核潜艇装备发展战略方面,还是推进本国核潜艇发展的技术路线和具体做法方面,都值得借鉴和学习。通过分析两国核潜艇划代方法和特征指标发展趋势,可以得到以下几点启示和思考:

1)长远规划科学研制。美俄核潜艇历经长足发展,规模庞大,型号众多,为其核潜艇研制技术发展奠定了坚实基础。我国也要立足于现有技术基础,保证对潜艇装备研制的持续投入,完善我国核潜艇发展谱系。同时重视基础技术创新,保证稳定的经费投入,开展基础性、长期性的科学研究和探索开发,推动装备与技术的创新发展。

2)大力加强核心技术攻关。武器打击能力、隐身能力以及核动力装置性能是评估美俄核潜艇技术水平和作战能力的重要指标,我国应瞄准上述性能指标,看清其发展趋势,加大核心技术攻关力度,进一步提高核潜艇的战备程度和可靠性水平,满足未来实战化要求。

3)积极推动关键技术升级。美俄核潜艇的更新换代都伴随着技术的跨越式发展,因此合理谋划核潜艇未来技术发展路线,积极推动全电力推进、泵喷推进、全寿期反应堆、自动化和信息化等关键技术升级,是稳步推进核潜艇性能改进的有效手段。

因此,我国应瞄准未来装备发展趋势,加快前沿新技术、基础技术的研发和应用,提升核潜艇装备技术水平,实现核心技术指标的跨越式发展,抢占未来水下作战优势和先机,构建强大的海上核力量,有力支撑和维护我国海洋权益和国家安全。

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