国外核潜艇改装升级趋势分析

2021-09-18李想苏强田琬沙彬彬钱家昌

舰船科学技术 2021年8期

李想，苏强，田琬，沙彬彬，钱家昌

(1.武汉第二船舶设计研究所，湖北武汉 430064；2.中国船舶集团有限公司第七一四研究所，北京 100101)

0 引言

核潜艇作为“三位一体”核打击中的重要一环，是海军主战装备，在维护国家安全和海洋权益、完成海军使命任务等方面，具有十分重要的地位和作用。冷战后，一些国家军费大量缩减，核潜艇的研制脚步也逐渐放缓。美、俄等海军强国开始通过改换装提升作战能力[1]，以满足不断变化的作战需求，保持敌对优势。为实现改进成本最小化，各国开始重视在建核潜艇潜艇的改进需求，并通过批量化建造方式来逐步实现对装备的改进和升级[2]。

近年来，随着计算机、卫星导航、高新材料等技术的迅速发展，相关武器装备性能得以大幅提升。但核潜艇属于复杂的大系统，研制周期长、经费投入多、技术密集度高，需要经过方案论证、设计、试验等多个环节的反复推演，才能推进型号的更新换代。为此，本文对国外核潜艇改装升级情况进行梳理，基于对改装升级发展趋势及特点的分析，提出几点启示和建议。

1 国外核潜艇改装升级情况

1.1 核潜艇改进情况

核潜艇改进是指基于现有设计方案，利用新技术对同一型号后续艇的性能、用途进行改进。核潜艇研制周期长，设计与建造流程复杂、技术集成度高，跨越核能、机械、材料、电力电子等多个学科领域。为了适应各项技术的快速发展，在综合考虑国防预算经费等条件下，国外开始采取分阶段、分批次建造及改进升级的策略，从而不断纳入新技术成果，保证核潜艇各方面性能的先进性。

1）美国“洛杉矶”级核潜艇加装垂直发射装置

“洛杉矶”级艇共建造约62 艘，建造周期长达20 余年，因此后续建造艇在已有的基础上持续进行了多处改进升级，其中较为典型的即为对导弹发射装置做出的改进。从“普罗维登斯”号艇开始，该级之后的31 艘潜艇均在艇首的耐压壳体之外装备了垂直发射系统，每套系统装备有12 具垂直发射筒。虽然改装后的发射系统载弹量未发生变化，但其安全性和灵活性得以进一步提升，还可发射无人机及其他探测、攻击设备等有效负载，大大提高了潜艇的作战能力。

图1 位于艇首的垂直发射系统Fig.1 Vertical launch system located on the bow

2）美国“弗吉尼亚”级核潜艇分批次改进升级

“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇从早期设计开始，就着眼于长期的技术革新。其利用模块化的设计方法，开放式的体系结构以及商用成熟组件，允许技术插入和创新，为后期改进工作提供了极大灵活性。同时，使得每艘潜艇的性能都在其前一艘的基础上有所改进，并且持续降低总费用。

“弗吉尼亚”级艇列入建造计划的一共分为3 批5 组：第一批包括Block Ⅰ型4 艘和Block II 型5 艘；第二批包括Block Ⅲ型8 艘；第三批包括Block Ⅳ型10 艘和Block Ⅴ型9 艘。其中Block Ⅲ型采用了新的艇首设计，并用大孔径首部声呐阵代替球形主/被动综合声呐阵。Block Ⅳ型和Block V 型通过改进设计[1]，进一步降低了购置和后勤维修的成本，同时减少每次进入船厂维修的时间，增加了海上值勤率。

图2 Block III 型“弗吉尼亚”级核潜艇艇首的设计变化Fig.2 Design changes of the Block III Virginia class nuclear submarine bow

3）俄罗斯“北风之神”级核潜艇升级为新型号

“北风之神”级战略核潜艇于1996 年开始研制，首艇于2013 年服役，是俄罗斯海军重要的核威慑力量。2012 年，俄罗斯海军对后续艇的设计进行了变更和改进，并将其命名为“北风之神-A”级艇。与前3 艘“北风之神”级艇相比，改进型艇具有更低的噪声水平、更先进的武器控制系统，以及更优异的操作性。导弹发射筒由原来的16 个增加到了20 个，可搭载俄罗斯最先进的“布拉瓦”RSM-56 导弹，配有可独立命中目标的再入飞行器弹头，射程超过8 000 km。

1.2 核潜艇改装情况

核潜艇改装是指利用新技术，改造现役装备，提升其指标性能，扩展、改进其功能用途或延长其使用寿命。核潜艇服役时间长，使命任务多样。许多设备临近使用寿命，性能落后，无法满足当下使用要求，因此需要对艇上某些设备进行改装。潜艇全寿期内，鱼雷导弹、动力装置、通信导航设备等基本上通常会以这种形式进行多轮升级改造，以满足不同时期的不同作战需求。

1）美国“洛杉矶”级核潜艇换装声呐设备

1997 年，美国海军为了改进长时间服役的“洛杉矶”级艇性能，开始陆续利用商用计算机设备替换“圣胡安”号（SSN-751）～“夏延”号（SSN-773）艇上的声呐处理设备，改为装备BQG-5A 型宽孔径被动舷侧基阵声呐。此外，美国海军还计划对“芝加哥”号（SSN-721）～“夏延”号（SSN-773）共29 艘核潜艇进行现代化改换装，使其具备携带无人机、发射改进型MK48 浅水鱼雷的作战能力，以及装备最新型声呐设备。此外，还在大修期间为前39 艘艇敷设了消声瓦，进一步提高了该级艇的隐身性能。

2）俄罗斯“奥斯卡”级核潜艇进行现代化改装

俄罗斯“奥斯卡”级核潜艇的主要使命是打击美国航母作战编队，共建13 艘，在役5 艘。2011 年，俄罗斯国防部宣布对至少3 艘“奥斯卡”级艇进行现代化改装，使其使用寿命延长20 年，技术水平能够接近“亚森”级核潜艇。主要改装工作包括采用24 枚“П-700”反舰导弹替换3M45“花岗岩”导弹；升级作战和导航系统；采用新的火控系统、通信系统、声呐、雷达及电子作战设备。

3）法国“凯旋”级核潜艇改装换弹

“凯旋”级弹道导弹核潜艇是法国最新一代战略型核潜艇，目前4 艘全部在役。2010 年，法国海军开始对该级艇进行现代化改装，使其能够携带并发射新一代M51 潜射弹道导弹。M5 型导弹最初被设计为携带12 个爆炸威力为15 万吨的TN76 型分导式核弹头，以确保对敌人形成饱和攻击。但由于冷战格局消失，法国国防战略规划也随之改变，最终每枚M5 导弹携带6 个分导弹头。此外，还采用SYCOBS 作战管理系统及通信组件，以及升级的SGN-3E 全球导航系统，对“凯旋”级艇的作战系统、导航系统进行了升级，并对其各项性能进行了深度维护，使其可靠性适应法国海洋战略需求的变化。

1.3 核潜艇改型情况

核潜艇改型是指对已经服役的核潜艇进行改装，衍生出新型号的核潜艇。新型核潜艇服役需要历经多批次、高难度的实艇考核，技术风险高，成本投入大。根据作战需求、运用场景，对核潜艇进行改型可以规避上述问题，缩短新型号的研制周期，同时快速形成新的作战力量，执行多种任务使命。

1）美国“海狼”级核潜艇改型为试验平台

美国海军一直致力于在潜艇技术上获得重大的突破，并且把最新技术不断融入潜艇设计之中，使潜艇执行使命的效能不断得到提高和完善。为此，美国海军选择了正处于建造状态的“海狼”级第3 艘“吉米·卡特”号（SSN-23）核潜艇作为“21 世纪潜艇任务革命的研究平台”。

2003 年，美国通用电船公司对“吉米·卡特”号进行了改装，旨在不影响“海狼”级潜艇战斗力的前提下，改进有效负载能力并提高与水下环境接口的灵活性，以及对压载控制区、任务管理空间以及各种服务设施等的改进，以满足美海军对特种作战、战术监视和水雷战的需求。

2）美国“俄亥俄”级核潜艇改型为巡航导弹核潜艇

为了满足《第二阶段削减战略武器条约》的规定，美国决定将18 艘“俄亥俄”级战略型核潜艇削减为14 艘。但“俄亥俄”级首制艇“俄亥俄”号核潜艇服役时间还不到20 年，不能对其进行退役和报废处理。因此海军决定将其改型为巡航导弹核潜艇，并赋予其执行包括对陆攻击、支援特种作战等在内的战术任务。考虑采购成本，换装垂直发射系统，采用22 具多联装导弹发射单元替换了原有24 具“三叉戟”发射筒，另外2 具发射筒被改装为特种部队贮存舱，可装载154 枚导弹并容纳66 名“海豹”突击队员。

3）俄罗斯“台风”级核潜艇改型为导弹试验平台

“台风”级艇为俄罗斯第三代战略型核潜艇，在结构形式和总体布置方面独具特色。目前仅存1 艘在役的“台风”级战略型核潜艇，即TK-208 号核潜艇。1990 年后期，经过了大修之后的TK-208 号艇被重新命名为“德米特里·东斯科伊”号，开始用于新型“布拉瓦”潜射战略弹道导弹的试验平台，并于2011 年之后重新执行作战巡逻。

4）俄罗斯“奥斯卡”级核潜艇改型为特种用途核潜艇

20 世纪70 年代中期，俄罗斯海军在“奥斯卡”级核潜艇基础上做出了一系列改进升级，开始研制“奥斯卡”改进型艇。2012 年，该级艇中的一艘被改装为“别尔哥罗德”号特种核潜艇，艇体加长至184 m，排水量增加至30 000 t，比“俄亥俄”级艇高出50%以上，成为首艘搭载核动力无人潜航器的母艇，还可搭载“洛沙里克”级小型核动力潜航器或背负其他有效负载。

2 国外核潜艇改装升级趋势分析

通过梳理国外核潜艇改装情况可以看出，各国海军主要从以下几方面入手对核潜艇进行改换装，从而降低技术风险，缩短研制周期，稳步提升装备性能。

图3 “奥斯卡”级艇改型前后对比图Fig.3 Modification comparison of Oscar class submarine

2.1 拓展装备用途，执行多种使命任务

核潜艇是重要的海基核力量，担负着战略核威慑巡航，为航母编队护航，实施对潜、对陆打击等多种使命任务。拓展现役潜艇的功能和用途，可以在现有装备规模基础上充分满足现代海军在监视侦察、反潜作战、特种作战等方面的多种作战需求，从而灵活应对不同时期出现的威胁和挑战。

2.2 改进武器性能，增强作战效能

巡航导弹、战略导弹和鱼雷等装备性能是衡量核潜艇打击能力的重要战技指标，各国海军非常重视在上述方面的性能提升。因此，一方面利用新技术对现有武器射程、射速、精度等性能进行改进，另一方面通过研发高能激光武器等新型武器对打击能力进行强化。如何在有限的潜艇空间内，增加武器搭载数量也是各国海军的关注重点。例如垂直发射装置、通用导弹舱模块等设计，也是有效增强潜艇作战效能的改进措施。

2.3 强化综合隐身，提高生存能力

潜艇综合隐身技术涉及流体、结构、材料、声、光、电等多种学科领域，是为减小潜艇辐射噪声、磁场、红外、尾迹、可见光等物理场特征信号，使敌方探测设备难以发现或使其探测能力降低所采取的技术和措施的统称。

各国海军在对核潜艇装备改造升级过程中非常注重综合应用各种隐身技术措施，除采用新型减振降噪技术、加吸声涂层和反雷达波涂层、换装新型推进装置、优化潜艇结构等隐身技术外，还特别注重应用隐蔽通信、尾流控制、降低电磁及红外辐射等隐身措施辅助潜艇实现综合隐身，以提高核潜艇的生存能力和作战能力。

2.4 提升自动化水平，优化作战系统

核潜艇自动化的实现能够减少对空间的要求、降低设备重量、减少人员数量、缩减研制成本，而且能够使潜艇设计更加灵活、增加有效负载能力、提升作战系统效率。

例如，与传统的模拟液压操纵系统相比，高度自动化的电传操纵系统能够对水下深度和艇体运动加速度做出连续计算判断，并在计算机自控下做出自动补偿，使潜艇操纵性能获得大幅提升。利用新型数字化导航系统，能够对所在海域的航线进行自动选择和监控，不仅进一步减轻了艇员的工作量，还为潜艇的航行安全提供充分保障。

2.5 注重信息化建设，开展协同作战

核潜艇作为未来体系化作战的重要一环，利用其水下隐蔽性的优势可以实现与各兵种的协同作战，在信息通信、情报通信、情报共享，构建水下信息化网络等方面具有独到的优势。

因此，各国海军对现有装备进行功能升级或引入更高效的新装备。例如采用开放式、分布式和实时网络系统，使作战指挥系统高度集成声呐、雷达、作战指挥和导航等系统于一体，实现信息的集中显示。同时，开始在全艇范围内大量应用探测感知装备，不断强化核潜艇平台的探测感知和互联互通能力，以适应未来海军信息化作战环境下的多兵种协同体系化作战。

2.6 延长装备寿命，降低成本及风险

核潜艇服役期限长达30 余年，虽然潜艇设计、建造方面未有重大技术突破，但卫星导航、高数据率通信、声学和目标定位以及先进的数字处理等领域技术得以迅速发展。然而新艇研制周期长，费用高，新技术需要时间验证，风险不可控，无法快速满足战技术指标要求，形成新的战斗力。因此，对艇上某些仪器设备、武器装备进行延寿升级，可以有效填补作战效能缺陷。