京時間6月15日,官媒央視罕見曝光了解放軍039型AIP常規潛艇的日常訓練畫面。中國國防部網站上一篇題為《二級軍士長肖海生:中國潛艇AIP系統第一人》的文章中表示,中國首艘AIP潛艇服役以來,肖海生10多年“零失誤、零差錯”,保障潛艇完成首次極限深潛、首次遠航等50多次重大任務,安全潛航數十萬海里,由此可以看出,中國海軍AIP潛艇服役時間已經超過10年。
所謂AIP潛艇,指的是使用不依賴空氣推進發動機作為動力的潛艇。特點是可以更長時間的潛伏水下,隱蔽性較普通常規潛艇更優秀。
目前國內已經公開的中國服役的AIP潛艇的有一下三種,即中國039型潛艇(使用燃料電池),中國032型潛艇(使用斯特林式輪機系統),中國039A型潛艇(使用中國制燃料電池)。
以上可以看出,實際上AIP潛艇根據動力系統的類型還可以分為好多類,下面我們簡單的來談一下各類常見的AIP潛艇的優缺點。
1.CCD/AIP,就是閉式循環柴油機,和目前的常規潛艇的繼承性是最強的,主要是荷蘭在發展,技術相對簡單,而且功率足夠大,柴油機能在水下工作,主要問題是柴油機工作的巨大噪音無法解決,性能上不能滿足潛艇靜音航行的需要。2.MESMA/AIP ,閉式循環汽輪機,相比CCD/AIP,噪音上小的多,性能上能滿足要求,主要問題是汽輪機組只有在足夠的規模下才有較高的熱效率,而用到潛艇上由于規模效應起不來,熱效率奇差,機組體積大,燃料和氧化劑的利用率也很差,體積巨大,所以基本只有法國在發展,特立獨行。
3.FC/AIP,燃料電池AIP,性能最好的一種AIP,能量轉化率極高,由于沒有運動部件,噪音也極低,不考慮后勤的話是最適合用來做AIP的,關鍵就是后勤,液氫不是哪兒都能加注到的,而氫是一種非常危險的能源,這要求儲氫設備有極好的性能,技術要求極高,當前技術條件下,儲氫設備的性能、壽命、重量其實都不能很好的滿足要求,這又反過來加重了后勤負擔。
4.SE/AIP,斯特林發動機,性能中規中矩,由于斯特林發動機的理論熱效率能達到卡諾循環的上限,所以不受物理極限約束,理論上隨著加工和材料工藝的進步,斯特林的熱效率可以不斷提升,是唯一有可能在效率上追上燃料電池的熱機,且后勤負擔較小。斯特林的主要問題是功率偏小,而中國花了很多年用來解決斯特林功率大型化問題,提升了117%。其他形式的AIP都有明顯的優缺點,而斯特林最大的優點就是沒有明顯的弱項,所以中國的032型選擇了斯特林發動機。
6月14日,新華網、央廣軍事微博等多家媒體都刊發了一篇題為《二級軍士長肖海生:中國潛艇AIP系統第一人》的文章。盡管這篇文章是在宣傳中國海軍一個人物事跡,但是文章開篇提到“我國首艘AIP潛艇服役以來,肖海生10多年‘零失誤、零差錯’,保障潛艇完成首次極限深潛、首次遠航等50多次重大任務,安全潛航數十萬海里。”這實際上是中國首度公開承認擁有AIP潛艇。
肖海生隨潛艇出航(資料照片)
而從文章配發的照片來看,中國海軍的首艘AIP潛艇屬于039A型。根據資料,039A型潛艇首艇是在2006年開始服役的,這也符合文章所說的AIP潛艇服役10多年的情況。如果再算上該艇從設計到建造完工這段時間,那么可以推測出中國掌握潛艇AIP技術已經至少有15年左右的時間。
AIP是“不依賴空氣推進裝置”的英文縮寫,其給常規潛艇帶來的好處是能大大增強水下續航力,從而提高隱蔽性。我們知道,常規潛艇通常被稱為柴電潛艇,是指其動力裝置利用柴油機給蓄電池充電,然后由蓄電池給推進電機供電,再由電機驅動螺旋槳。受蓄電池容量限制,常規潛艇需要經常上浮到水面啟動柴油機為蓄電池充電,每次充電時間都在數小時左右,這就明顯增加了潛艇的暴露率。即使現代常規潛艇普遍裝有通氣管,可以讓艇體潛入水下,只露出通氣管。但這個伸出水面的通氣管在現代反潛探測裝置面前依然容易被遠距離發現,例如固定翼反潛機、反潛直升機裝備的對海搜索雷達可在數十公里外發現通氣管。因此,為了克服常規潛艇要經常上浮充電的缺點,各國海軍都在努力尋求提高常規潛艇水下續航力的技術,而現在廣為人知的AIP系統就是被公認的一項比較理想的技術。
肖海生(左二)利用訓練間隙向大家傳授AIP相關知識(6月2日攝)
目前世界上已經出現的潛艇AIP系統共有4種,分別是斯特林發動機系統、燃料電池系統、自主式潛艇能源系統模塊(MESMA)以及閉式循環柴油機系統(CCD),其中應用最廣泛的是前兩種,有資料顯示中國039A/B常規潛艇所采用的AIP系統是斯特林發動機。
上述4種AIP系統的一個共性是工作時都需要使用氧氣,區別在于燃料電池系統需要艇上儲存氫、MESMA需要儲存乙醇燃料、斯特林發動機和閉式循環柴油機需要儲存柴油。因此,所有的AIP系統必須設計儲存氧的方法。為了盡量增加潛艇上的儲氧量,通常需要將氧液化裝載于潛艇上,而且還要考慮在艇上至少要留出2倍于液氧儲存罐的體積,以滿足對液氧儲存罐進行隔熱和防振所需要的空間。另外,隨著AIP系統的運行,艇上的氧不斷消耗,所以還需要對減少的液氧重量予以補償,以保持潛艇重量與浮力的平衡,這就要求設計時考慮提供重量補償液艙所需的空間,以便對液氧消耗的潛艇進行縱傾和重量補償的需要。同樣,各類AIP系統工作所需的氫、乙醇、柴油等燃料也都需要在艇上額外增加充足的空間,當燃料消耗時也需要提供重量補償液艙所需的空間。由此可見,各類AIP系統要想裝上潛艇,那么潛艇就需要為其留出可觀的空間。因此,各國在設計AIP潛艇時,都無一例外地增加了一個獨立的AIP系統艙段。由此可見,AIP系統裝上常規潛艇,導致潛艇主尺度、設計和建造復雜性、建造以及后續使用維護費用都明顯增加。但是,AIP系統給常規潛艇帶來的好處極大,所以常規潛艇付出較大代價來加裝AIP系統還是很值得的。
中國海軍039A型潛艇俯瞰
常規潛艇在加裝AIP系統之后,水下續航力、隱蔽性都有了明顯提高。理論上,在加裝AIP系統之后,常規潛艇能夠以低速(4-6節)在水下連續航行2周以上,而沒有AIP系統的常規潛艇低速狀態下的水下活動時間最多7天左右。以韓國海軍孫元一級AIP潛艇為例,其以蓄電池為動力的水下續航力為420海里/8節,加裝AIP系統之后的水下續航力則可以達到1248海里/4節,可見AIP系統對其水下續航力貢獻之大。
(韓國海軍孫元一級AIP潛艇)
考慮到孫元一級還只是屬于水下排水量1860噸的中型潛艇,而中國海軍的039A常規潛艇水下排水量要高出孫元一級一倍左右,因此AIP系統的能力會更強,低速狀態下的水下續航力也必然會更長。而從作戰角度講,AIP系統給常規潛艇帶來的最大好處是可以大幅提高戰術靈活性。在加裝AIP系統之后,常規潛艇在水下可以主要用AIP系統提供動力,節省蓄電池的電量。在進行攻擊或者防御時,潛艇再用蓄電池為推進電機供電,使常規潛艇有更長的時間進行較大速度的水下航行和機動,無論是攻擊的成功率,還是防御時快速而安全地脫離戰場的概率都會顯著增加。
至于一些媒體報道的AIP系統可以提高常規潛艇的水下安靜性,這個其實是種誤解。因為常規潛艇在水下是電機驅動螺旋槳推進的,低速狀態下的噪聲本來就不大。AIP系統的加裝,只是在很多時候代替蓄電池為電機供電而已,并未改變常規潛艇的推進方式。
(日本海上自衛隊蒼龍級AIP潛艇“瑞龍”號)
在中國正式公開擁有AIP潛艇之前,東北亞地區的韓國、日本都已裝備了AIP潛艇。其中韓國海軍的首艘AIP潛艇“孫元一”號是2007年底服役的,日本海上自衛隊的首艘AIP潛艇“蒼龍”號是2009年3月30日服役的。而根據近日的報道不難看出,中國海軍才是東北亞地區第一個擁有AIP潛艇的。不僅如此,中國的AIP技術完全是自己搞出來的,而韓國是購買德國的燃料電池,日本則是引進瑞典斯特林發動機的技術專利進行許可生產。自己掌握AIP技術和應用別人的AIP技術意義完全不同,前者意味著對AIP技術“不僅知其然,而且知其所以然”,在后續AIP技術的改進升級上進入了自由狀態;后者至多只是對AIP技術“知其然”,改進升級卻需要看別人臉色。反映到潛艇設計上,中國的AIP潛艇完全是自己設計和建造;韓國的AIP潛艇則全套是引進德國214型AIP潛艇許可證進行建造;日本的AIP潛艇則是介于中國和韓國之間,即潛艇的總體設計自己完成,AIP系統卻要按照許可證生產。到現在10多年時間過去了,中國的AIP技術可以說已經十分成熟,這也就意味著中國海軍的AIP潛艇的整體性能在東北亞地區所有AIP潛艇中可能獨占鰲頭,而在出口型常規潛艇上,也提供AIP艙段供客戶選購,巴基斯坦和泰國購買的S-20潛艇均為AIP型。
馬來西亞LIMA17蘭卡威防務展上展出的中國先進常規潛艇
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