為何蘇聯(lián)潛艇越來越肥?


我們知道,蘇聯(lián)在1980年代的新建核潛艇的排水量有急劇飆升的趨勢。在彈道導彈核潛艇中,941臺風級核潛艇以水下48000噸的驚人排水量,比其前任667BDR的德爾塔III型足足膨脹了4倍;971阿庫拉級核潛艇,以其12000噸的水下排水量,超過了前代671 維克托III型1倍;而949A奧斯卡II級更為夸張,其25000噸排水量,比起前代670查理II型整整超過了5倍。但是,從武器搭載數(shù)量方面,他們增大的體積和提升的打擊能力卻似乎不成正比:
941臺風VS667BDR德爾塔III:

排水量48000噸對12000噸,導彈發(fā)射筒20對16,搭載能力200對96,射程8000對10000公里;
971阿庫拉對671維克托III:

排水量12000噸對6000噸,魚雷艙搭載能力971為4*533+4*650,671為2*533+4*650,魚雷攜帶971為28+12=40,671為12+12=24。
949A對670:

排水量25000噸對5000噸,反艦導彈為20*??p-700(2.0馬赫,射程600公里)對8*P-120(0.9馬赫,射程120公里)。
如果對比一下1980年代正在進行升級的更早一代的659/675 Echo級核潛艇:

排水量25000噸對5700噸,反艦導彈24*P-700對8*P-500/1000(未全部換裝,和目前瓦良格號巡洋艦同款,射程500公里,速度2.5馬赫)。
由以上例子可見,蘇聯(lián)大型導彈核潛艇在尺度增加4-5倍情況下,火力打擊能力僅提升了2-3倍,971稍好,但也只是儲備的彈藥增加,魚雷管數(shù)量并沒有明顯提高。
那么,為什么蘇聯(lián)核潛艇尺寸在1980年代經(jīng)歷了“催肥”的過程呢?

其實,不僅是蘇聯(lián),他們的老對手美國佬,也在1974年的洛杉磯級核潛艇經(jīng)歷了“增肥”。只不過因為他是單殼體潛艇,只是從鱘魚級的5000噸增加到了7000噸??磥恚K聯(lián)潛艇增肥并不是孤例,只是因為他催肥的速度實在是太快了才引人注目。
事情還得推到1967年。在那一年,美國一艘劃時代的潛艇USS SSN-671一角鯨號下水了。

一角鯨號看起來和同時代號稱“戰(zhàn)馬”的鱘魚級(生產(chǎn)了38艘)沒什么區(qū)別,排水量略大一些,達到5500噸,其外觀,電子設備和魚雷數(shù)量都和鱘魚級保持一致。但是從他極高的部署次數(shù)和沒有解密的部署日程(退役至今已經(jīng)20年,仍未解密任何行程)可見它的地位不一般,執(zhí)行的任務從它密密麻麻的獎狀也能看得出,它執(zhí)行的絕非是一般任務。那么,什么能讓它具備如此強悍的戰(zhàn)斗力呢?答案就是它劃時代的S5G核反應堆。
S5G反應堆從代號可以判定它是一臺美國潛艇第五代核心,由通用電氣研發(fā)的反應堆。它的意義在于,它是世界上第一臺潛艇使用的“部分自循環(huán)”反應堆。他的意義在于,在低速巡航時,他可以不開第一回路循環(huán)水泵,只需要靠熱對流就可帶動熱交換器產(chǎn)生蒸汽,驅(qū)動主蒸汽輪機前進。這樣一來,因為低速消除了一回路噪音,它的低速噪音非常安靜,遠比同一時代開始設計的洛杉磯級先進很多。根據(jù)洛杉磯的低速噪音115-120分貝推算,它的噪音只有100-105分貝,而同時代的蘇聯(lián)671維克托II型則高達130分貝,就連蘇聯(lián)解體前夕的971阿庫拉級也只有115-120分貝。因此,這艘潛艇經(jīng)常被派到北大西洋和巴倫支海服役,內(nèi)容不得解密,但是大致都能推算它應該執(zhí)行的是對蘇聯(lián)海軍基地、核潛艇活動水域的密集偵察任務。
由于S5G反應堆成功,美國在俄亥俄級核潛艇、海狼級核潛艇和現(xiàn)代的弗吉尼亞級核潛艇都采用了這種“部分自循環(huán)”反應堆。根據(jù)美國海軍披露的數(shù)據(jù),海狼級的反應堆輸出的動力功率約40000-50000馬力,在其低速航行(輸出功率在30%左右)時可以不開主循環(huán)泵,此時噪音可以控制在120分貝以內(nèi),但仍然可以維持12-16節(jié)的高速巡航(要知道,054A護衛(wèi)艦的巡航速度也只有18節(jié),而美國鱘魚級的最大航速也僅有25節(jié),在20節(jié)航速時噪音早已突破140分貝)。由此可見,部分自循環(huán)反應堆是現(xiàn)代核潛艇的發(fā)展重中之重。2017年4月21日,中國科技獎勵網(wǎng)報道引用核潛艇總師張錦嵐的話說,中國已經(jīng)在實現(xiàn)了反應堆的自然循環(huán),可見我國也在此領(lǐng)域獲得突破,有助于093B以來的核潛艇大幅度降低低速噪音。
雖然軍迷提到“自循環(huán)反應堆”總是覺得特別高大上,但是現(xiàn)實中,第二代加強型和第三代核電廠的反應堆大部分都是自循環(huán)反應堆,能夠在斷電時仍然保持一定冷卻效果,不像福島核電站會因為斷電而立即主泵停機,失去冷卻。



蘇聯(lián)/俄羅斯的VVER(俄語直譯就是壓水堆)本身就是一個軍轉(zhuǎn)民的項目。它最早是為了“列寧”號核動力破冰船開發(fā)的艦載反應堆,因此它也像絕大多數(shù)的船用/核潛艇反應堆一樣采用臥式熱交換器設計,以充分利用船體的狹窄空間。后來雖然上了岸,成為了普遍的發(fā)電反應堆,尤其是切爾諾貝利災難后,它成為了俄羅斯唯一還在發(fā)展的核電技術(shù),它仍保持著艦載設備的臥式熱交換器設計。它出色的安全系數(shù),使得它在蘇聯(lián)解體后仍然大量出口,包括伊朗的核電站(1980年以前由西門子承建,伊斯蘭革命后歐洲制裁伊朗,故最終換成俄羅斯的VVER反應堆)和中國田灣核電站都采用這種設計,可靠性也相當高。
但是,雖然蘇聯(lián)擁有不錯的陸地發(fā)電自循環(huán)反應堆技術(shù),但是潛艇方面就麻煩大了。蘇聯(lián)長期受制于耐壓殼加工技術(shù)不足(中國也是一樣),耐壓殼難以突破7m極限,而且為了兼顧某些艙室而采用了復雜的設計,如613 威士忌級(中國6603級)采用了8字型電池艙耐壓殼,而670查理級采用了舯部單殼體+魚雷艙§型耐壓殼設計,來同時兼顧內(nèi)部的魚雷管和兩層殼之間的反艦導彈發(fā)射系統(tǒng)。關(guān)于蘇聯(lián)雙殼體的問題,我在之前文章已經(jīng)提及過。這里不再贅述。


這樣一來,蘇聯(lián)就算是絞盡腦汁利用一切途徑將岸上發(fā)電廠的自循環(huán)反應堆搬進核潛艇,最終也是因為耐壓殼容納不下而失敗了。相比之下,美國很早就有10-12米的耐壓殼技術(shù),不要小看這4米的差距,美蘇的核潛艇差距就是它帶來的,也是蘇聯(lián)從頭到尾只能發(fā)展雙殼體的根本原因之一(至于有人說蘇聯(lián)雙殼體有利于抗沉性,但蘇聯(lián)和美國多次潛艇碰撞的“戰(zhàn)績”并不理想,除了945塞拉級核潛艇在1992年“擊敗”了美國洛杉磯二號艦“巴吞魯日”外,其他的水下撞擊都是蘇聯(lián)完敗,可見雙殼體并不一定真正堅固,而蘇聯(lián)極高的下潛深度也是和他大量不計成本采用鈦合金導致的),所以美國在1978年俄亥俄開始的新型潛艇全部采用了部分自循環(huán)反應堆,不久英法也用上了,只剩下俄羅斯和中國在20世紀結(jié)束前不具備這個技術(shù)。
既然沒法建造自循環(huán)反應堆,腦洞出奇多的蘇聯(lián)人又找到了一個辦法:加大外殼,以容納更多消音設備,同時加大最大速度,最大潛深2,讓潛艇暴露后可以加足馬力逃跑,或者藏到深海躲避。這招對于蘇聯(lián)再熟悉不過了,蘇聯(lián)可是雙殼體的行家里手,同時蘇聯(lián)還是世界最快潛艇(661型,速度44.75節(jié))和最大潛深戰(zhàn)斗潛艇(685 型“共青團員”,曾經(jīng)取得1100米試驗下潛紀錄,但1989年在服役后第一次實戰(zhàn)戰(zhàn)斗航行中因設備起火沉沒)保持記錄。
同時,如果只考慮發(fā)動機出力的話,反應堆功率問題對于蘇聯(lián)倒不是解決不了的難題。早在705型“阿爾法”級核潛艇上,蘇聯(lián)就實現(xiàn)了鉛鉍合金快中子反應堆的160兆瓦的熱功率;因此,從1975開始,蘇聯(lián)采用了一個極端的手段——使用完全外力推動的直流式熱交換器(即熱水在循環(huán)泵推動下,只能從入水口被推送到出水口,不會對流),這種熱交換器的尺寸很小,效率極高,使得僅有7米的耐壓殼仍然能夠容納高達190MW熱功率的反應堆,同時機械輸出功率高達35-40兆瓦。相比之下,采用大型部分自循環(huán)反應堆的海狼級需要230MW以上功率,才能保證40兆瓦的機械效率。
因此,蘇聯(lián)1980年代潛艇開始同時向著“高速”,“潛深”發(fā)展,945型“塞拉”,971型阿庫拉都達到了500-600米潛深,速度可達35節(jié),而當時英國“虎魚”,法國F18,中國魚3型,蘇聯(lián)TEST-71等主要的電動魚雷只有35節(jié),攻擊深度更不多于400米,除了美國MK48(作戰(zhàn)深度800米,速度45節(jié)-55節(jié),航程35海里)外都無法進攻它;就連一般不需要高速的重型導彈核潛艇如949A級,甚至排水量如俾斯麥號一樣巨大的941臺風級也可達28節(jié),而且他們巨大的雙殼體可以忍受一發(fā)魚雷直接命中的破壞。


想象一下他們二者分別在水面和水下競速的壯觀……
雖然最大速度,最大潛深都提高了不少,而且臺風級,949A級通過巨大的雙殼體也完成了容納巨大的R-39彈道導彈和P-700巡航導彈的指標,但由于MK-48的服役,蘇聯(lián)潛艇跑得再快,潛得再深,也無法抵御美國核潛艇魚雷的追擊(當然擺脫英法的反潛力量問題不大),因此蘇聯(lián)也得想辦法解決噪音的問題。此時外殼大的好處就有了,除了外殼可以覆蓋厚厚的消音瓦外,內(nèi)部還可以用浮筏減震、水艙隔音的設備進一步降低噪音。這使得低速噪音就降低很多了。
而且,腦洞大開的蘇聯(lián)人還想到了另一個玩意:潛艇輔助螺旋槳。

早在長尾鯊級核潛艇時,各國潛艇就開始使用可轉(zhuǎn)向的輔助螺旋槳協(xié)助進出港了。這種引擎通常出港后就會收起來防止增大阻力,但蘇聯(lián)人卻把它使用安靜的電動機推動的性能發(fā)揮到了極致。根據(jù)公開資料,阿庫拉級使用2臺OK-300型輔助電動螺旋槳,可以讓潛艇在5節(jié)時低速航行,這個速度和AIP常規(guī)潛艇的巡航速度接近,噪音也相仿,約在115-120分貝以下。同時代的蘇聯(lián)核潛艇也大多擁有同樣的設備,這樣蘇聯(lián)潛艇5節(jié)靜音速度就和美國差不多了。根據(jù)1992年巴倫支海945級K-276 科斯特羅馬號(該潛艇參加2015敘利亞戰(zhàn)役后回國大修至今)和美國巴吞魯日號相撞的記錄,可知兩艘潛艇在5節(jié)航速時噪音幾乎無法被外界察覺,相撞后才知道“原來前面有個家伙”。同樣記錄也出現(xiàn)在2009年英法核潛艇在比斯開灣相撞事故中,可見低于120分貝時,目前各國聲納都難以跟蹤此類目標。所以120分貝可視為潛艇降噪的分水嶺,當然現(xiàn)實中越低越好。
所以,蘇聯(lián)潛艇在1980年代增肥并不單純是高層對于“大家伙”的偏好,以及俄羅斯設計部門美學思路調(diào)整所致,而是1980年代蘇聯(lián)海軍面對現(xiàn)實的困境時,根據(jù)已有的技術(shù),做出的最優(yōu)調(diào)整。雖然這些“大家伙”看似加劇了成本危機,但它確實是在30多年服役中有效證明了自己的價值。