郭 維，楊清軒，蘇 強

(1.海軍裝備部991 工程辦公室，北京100841;2.中國船舶重工集團公司714 研究所，北京100012)

0 引 言

彈道導(dǎo)彈核潛艇具有隱蔽性強、生存力高、二次核打擊能力大等特點，是各國戰(zhàn)略核威懾兵力的中堅力量，是“三位一體”戰(zhàn)略核威懾兵力關(guān)鍵組成部分。從世界范圍來看，海基核力量在國家核威懾體系中的比重還將進一步提高，美國當(dāng)前海基戰(zhàn)略核力量占全部核威懾力量的60%，到2018年美國海基戰(zhàn)略核力量占比將達到70%，俄羅斯也將由當(dāng)前的23%提高到2020年的57%［1］。

法國已于2010年完成彈道導(dǎo)彈核潛艇的更新?lián)Q代、俄羅斯目前正在進行換代、美英也即將開始進行更新?lián)Q代，對國外彈道導(dǎo)彈核潛艇發(fā)展趨勢進行研究，對我海軍裝備發(fā)展具有重要參考、借鑒意義。

1 國外彈道導(dǎo)彈核潛艇發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國外現(xiàn)役彈道導(dǎo)彈核潛艇35艘，包括美國“俄亥俄”級核潛艇14艘，俄羅斯“北風(fēng)之神”級、“臺風(fēng)”級、“德爾塔”級共13艘，英國“前衛(wèi)”級核潛艇4艘，法國“凱旋”級核潛艇4艘。

美國海軍現(xiàn)役“俄亥俄”級彈道導(dǎo)彈核潛艇將在2030年左右開始陸續(xù)退役，為保持海基戰(zhàn)略核威懾力量的連續(xù)性，美國于2006年成立了下一代彈道導(dǎo)彈核潛艇計劃辦公室，將發(fā)展12艘下一代彈道導(dǎo)彈核潛艇SSBN (X)來替代現(xiàn)役14艘“俄亥俄”級核潛艇。目前該項目已經(jīng)進入技術(shù)開發(fā)階段，首艇計劃2021年開工建造，2031年正式服役［2］。

俄羅斯計劃在2020年前建造8艘“北風(fēng)之神”級核潛艇，前3艘艇已正式服役，另外還有3艘分別處于不同建造階段。

英國現(xiàn)役4艘“前衛(wèi)”級彈道導(dǎo)彈核潛艇將在2020年左右逐步退役，為維持?；肆α?，英國于2007年10月15日成立了未來潛艇綜合項目組，開始新一代彈道導(dǎo)彈核潛艇的研制工作。目前與美國共同研制的通用導(dǎo)彈艙已進入原型開發(fā)階段，但有關(guān)下一代彈道導(dǎo)彈核潛艇的采辦計劃和建造數(shù)量等事宜要到2016年后才能最終確定。

法國現(xiàn)役4艘“凱旋”級彈道導(dǎo)彈核潛艇，其最后1艘已于2010年7月正式服役，剛完成了彈道導(dǎo)彈核潛艇的換代。

2 國外彈道導(dǎo)彈核潛艇平臺發(fā)展方向

各國現(xiàn)役及在研彈道導(dǎo)彈核潛艇主要戰(zhàn)技性能指標(biāo)見表1，對其主要性能發(fā)展趨勢對比分析。

表1 國外彈道導(dǎo)彈核潛艇主要性能Tab.1 The main performance of foreign SSBN

1)彈道導(dǎo)彈攜彈量減少，導(dǎo)彈性能提升。近年來，國外發(fā)展新一代彈道導(dǎo)彈核潛艇呈現(xiàn)出載彈量減少、換裝新一代彈道導(dǎo)彈的特點。主要原因有以下2個方面:受核裁軍影響，限制了每個國家所允許擁有的彈道導(dǎo)彈規(guī)模;當(dāng)前彈道導(dǎo)彈質(zhì)量越來越高，表現(xiàn)在分導(dǎo)彈頭數(shù)量增多，命中精度上升，射程越來越遠，末段打擊速度越來越快。在這種情況下，減少載彈量，一方面可減輕核潛艇在導(dǎo)彈上的負載，從而增加其他先進負載設(shè)備，另一方面又不會導(dǎo)致核威懾或核打擊能力下降，一舉兩得。

美國在2010年4月提出的新一代SSBN (X)彈道導(dǎo)彈核潛艇構(gòu)想中，導(dǎo)彈發(fā)射管的數(shù)量由“俄亥俄”級的24個減少為16個;俄羅斯“臺風(fēng)”級彈道導(dǎo)彈核潛艇裝備了20 枚“鱘魚”彈道導(dǎo)彈，而新一代“北風(fēng)之神”級彈道導(dǎo)彈核潛艇前3艘艇將裝備16 枚新型“布拉瓦”彈道導(dǎo)彈;英國現(xiàn)役的“前衛(wèi)”級彈道導(dǎo)彈核潛艇有16個導(dǎo)彈發(fā)射管，裝備了16 枚“三叉戟”Ⅱ彈道導(dǎo)彈，下一代彈道導(dǎo)彈核潛艇攜彈量亦將維持在16 枚。

法國現(xiàn)役的“凱旋”級彈道導(dǎo)彈核潛艇攜帶有16 枚M45型彈道導(dǎo)彈，現(xiàn)正逐步換裝為新的M51型彈道導(dǎo)彈。與M45型導(dǎo)彈相比，M51型導(dǎo)彈射程更遠、突防能力更強、隱身性能更好、抗干擾能力更強。M45型導(dǎo)彈射程為6 000 km，而M51型導(dǎo)彈射程達到了9 000 km，比M45型增加了50%。為了提高突防能力，對M45型導(dǎo)彈進行了加固，還采用了隱身彈頭，配備了先進的突防裝置和誘餌。

俄羅斯的“布拉瓦”彈道導(dǎo)彈射程為8 300 km，能攜帶10 枚再入式分導(dǎo)彈頭，與“鱘魚”導(dǎo)彈相比，雖然兩者的射程和攜帶的彈頭數(shù)相同，但“布拉瓦”導(dǎo)彈的命中精度為350 m，高于“鱘魚”導(dǎo)彈的600 m，并且“布拉瓦”導(dǎo)彈的長度、直徑和重量比“鱘魚”導(dǎo)彈要小很多(“布拉瓦”導(dǎo)彈的這3個數(shù)據(jù)分別為12 m，2 m和37 t，而“鱘魚”導(dǎo)彈的這3個數(shù)據(jù)分別為16 m，2.4 m和90 t)，實現(xiàn)了更小體積的導(dǎo)彈具備相同的打擊能力［3］。

2)主尺度、排水量趨向大型化發(fā)展，最大排水量20 000 t 左右。對國外1960年后服役的典型潛艇排水量進行統(tǒng)計分析，如圖1所示，核潛艇排水量發(fā)展的總趨勢是增大的，但不同國家有著各自的特點。

彈道導(dǎo)彈核潛艇由于負載重量大，數(shù)量多，排水量普遍較大，其中美國和俄羅斯排水量噸位在20 000 t 左右，而英國和法國在15 000 t 左右。其中英國下一代彈道導(dǎo)彈核潛艇排水量計劃達到20 000 t左右的水平，這是因為在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，傳統(tǒng)的武器裝備性能提升空間已經(jīng)不大，而好的信息化裝備則是武器的“力量倍增器”，能大幅度提升武器效能［4］。彈道導(dǎo)彈核潛艇可通過增加排水量、加大主尺度使?jié)撏y帶更多的信息化裝備，以提升潛艇總體作戰(zhàn)能力。

圖1 國外核潛艇排水量的變化Fig.1 Foreign SSBN displacement

3)反應(yīng)堆功率適當(dāng)提高，堆芯壽命普遍實現(xiàn)“與艇同壽”。目前，美、俄、英核潛艇的反應(yīng)堆堆芯壽命基本都達到了“與艇同壽”。美國目前正在初步開發(fā)的“俄亥俄”級替代型彈道導(dǎo)彈核潛艇的新型反應(yīng)堆，也要求“與艇同壽”，其壽命將超過40年;俄羅斯“北風(fēng)之神”級彈道導(dǎo)彈核潛艇上采用的核反應(yīng)堆是俄羅斯于1995年研制成功的第四代壓水反應(yīng)堆——OK650B型反應(yīng)堆。蘇聯(lián)海軍的第三代核潛艇上裝備的反應(yīng)堆，大約5～7年時間就需要更換一次核燃料，而“北風(fēng)之神”級核潛艇的OK650B型反應(yīng)堆的核燃料更換周期為25～30年，基本實現(xiàn)了與艇同壽，從而保證了“北風(fēng)之神”級核潛艇的在役率;英國“前衛(wèi)”級彈道導(dǎo)彈核潛艇采用的PWR-2型壓水堆的堆芯工作壽命為25年，也基本實現(xiàn)了與艇同壽;法國“凱旋”級彈道導(dǎo)彈核潛艇采用的K15 一體化壓水堆裝置，是CAS48 反應(yīng)堆的擴展型，具有堆功率大、體積小、重量輕等優(yōu)點，但K15 反應(yīng)堆堆芯壽命為10年，服役期內(nèi)需添加核燃料。

總的來看，美、俄、英下一代核潛艇全部采用了“全壽期不換料”反應(yīng)堆，堆芯壽命至少達到25年，且單堆堆芯功率均有所提高。目前除法國K15一體化堆外，所有下一代核潛艇反應(yīng)堆均依靠提高核燃料富集度來增大功率密度。未來，考慮到安全性和經(jīng)濟性，核反應(yīng)堆將繼續(xù)重視和提高自然循環(huán)能力，并向高安全性、低富集度、高能量密度方向發(fā)展。

圖2 法國一體化反應(yīng)堆(左)和美國分散布置反應(yīng)堆(右)Fig.2 France integrated reactor (left)and US scattered layout reactor (right)

4)潛艇潛深趨向加大，以確保潛艇隱蔽性。各國為了提高彈道導(dǎo)彈核潛艇的隱蔽性，潛艇的下潛深度都趨向加大，與現(xiàn)役的“俄亥俄”級和“前衛(wèi)”級約300 m的潛深相比，美、英兩國下一代彈道導(dǎo)彈核潛艇潛深將得到提高。而法國、俄羅斯現(xiàn)役彈道導(dǎo)彈核潛艇潛深已達到400～500 m的水準(zhǔn)。

特別是俄羅斯在潛艇殼體材料取得了突破，開發(fā)了新型氮化鐵合金，這種材料具有比銅和鈦合金更適合建造潛艇的物理、機械和工藝性能，具有無磁性、高抗海腐蝕性和良好的可加工性和可焊性。為大深度新結(jié)構(gòu)艇體設(shè)計建造提供了先決條件。

5)潛艇結(jié)構(gòu)以單雙混合殼體為主，雙殼體將被逐步棄用。美、英、法三國的艇體結(jié)構(gòu)都是以單殼體為主的單雙混合殼體結(jié)構(gòu)，俄羅斯從第四代核潛艇起也改變了傳統(tǒng)的雙殼體結(jié)構(gòu)，無論是攻擊型核潛艇“亞森”級還是“北風(fēng)之神”級彈道導(dǎo)彈核潛艇也都采用了單雙混合殼體結(jié)構(gòu)，俄羅斯未來的第五代核潛艇將會更進一步完善艇體結(jié)構(gòu)，采用單殼或單雙混合殼結(jié)構(gòu)，以便更好適應(yīng)多用途垂直發(fā)射裝置的布置需要。

6)水下高航速不再是追求重點，基本維持在25 kn 左右。新一代彈道導(dǎo)彈核潛艇在水下最大航速方面沒有大的變化，基本保持與前一代相似，主要原因在于現(xiàn)有的25 kn 左右航速，已經(jīng)基本滿足了潛艇的使命任務(wù)需求，進一步增加航速，不僅會對潛艇的設(shè)計提出更高的要求，潛艇的全壽期費用出現(xiàn)大幅增長，潛艇的其它性能也可能會受到影響。

3 國外彈道導(dǎo)彈核潛艇技術(shù)發(fā)展方向

2014年4月，美國海軍表示已完成“俄亥俄”級替代艇技術(shù)規(guī)范書，為通用動力電船公司開工建造該級新潛艇打下良好基礎(chǔ)。此外，英國國防大臣?？怂挂灿诮谛Q，英國政府已經(jīng)批準(zhǔn)下一代彈道導(dǎo)彈核潛艇進入早期設(shè)計階段。

與目前世界上開始陸續(xù)服役的新一代核潛艇相比，“俄亥俄”級替代艇和英國下一代彈道導(dǎo)彈核潛艇等未來核潛艇動力系統(tǒng)更加高效、態(tài)勢感知能力更強、隱身性更好。在裝備技術(shù)上具有綜合電力系統(tǒng)、信息化裝備技術(shù)升級和通用導(dǎo)彈艙的特點，代表著未來核潛艇裝備技術(shù)發(fā)展方向。

1)綜合電力系統(tǒng)將上艇應(yīng)用，潛艇性能將再獲顯著提升。全電推進系統(tǒng)是通過電動機直接帶動推進器推動潛艇行進，核反應(yīng)堆只提供熱量，加熱蒸汽驅(qū)動蒸汽輪機。推進過程中蒸汽輪機無需直接連接變速箱，而是與發(fā)電機相連，將蒸汽輪機的機械能轉(zhuǎn)化為電能，然后再由電動機帶動螺旋槳。

核潛艇使用全電推進系統(tǒng)具有以下優(yōu)點:

①可以大大降低潛艇的輻射噪聲。傳統(tǒng)的核潛艇推進系統(tǒng)是由蒸汽輪機通過傳動軸系(減速齒輪箱)把能量傳遞給螺旋槳。而變速齒輪箱、推進軸等機械機構(gòu)是產(chǎn)生摩擦、震動噪聲的主要因素。使用電力推進后，就可以去掉齒輪箱、縮短推力軸，降低核潛艇的機械輻射噪聲。

②是有利于潛艇內(nèi)部布局。換用電力推進后，推進發(fā)電機組不一定非要布置在推進軸線上，因此，推進軸系的傾斜角可以減少，推進軸系可以縮短，從而有利于其它設(shè)備的布置。電動機與傳動軸連接，軸的長度大大縮短，可更靠近推進器，節(jié)省了大量空間，更有利于裝備布置，可改善艦員的居住條件，工作生活環(huán)境更人性化。

③是推進效率更高。由于無需匹配推進器轉(zhuǎn)速與輪機轉(zhuǎn)速，同等條件下可以獲得更高的航程，并且動力系統(tǒng)可以無級變速。

④運行經(jīng)濟性好。由于推進系統(tǒng)與日用發(fā)電機組發(fā)出的電力都在一個電網(wǎng)內(nèi)，全艇的發(fā)電機組的裝機總數(shù)可以減少，采購費用低。

⑤運行靈活。能較容易地進行動態(tài)制動、倒車和適應(yīng)海況變化，消除負載瞬態(tài)。

2)信息化裝備技術(shù)升級，確保戰(zhàn)時信息準(zhǔn)確性、實時性。信息化作戰(zhàn)能力是未來核潛艇發(fā)展的重點，其中“俄亥俄”替代艇將廣泛應(yīng)用最新的共形陣技術(shù)全面提升水下探測能力，主要聲吶陣類似于為第3 批“弗吉尼亞”級潛艇設(shè)計的大孔徑艇首(LAB)陣，但需要按比例增大，大孔徑艇首(LAB)陣可消除傳統(tǒng)球形聲吶搜索其他潛艇所必需的數(shù)百個傳感器。此外，“俄亥俄”替代艇還將配備美國海軍最先進的舷側(cè)陣、拖曳陣等裝備。

英國下一代彈道導(dǎo)彈核潛艇比現(xiàn)役的“前衛(wèi)”級排水量增加了4 000 多噸，在信息化設(shè)備布置上余地更大。這使英國可以通過擴大綜合聲吶球形或圓柱形基陣直徑和換能器的數(shù)量，以增大聲吶系統(tǒng)的靈敏度。其聲吶設(shè)備包括:2054型組合多頻艇體聲吶陣、2046型拖曳基陣、BQQ10 陣式舷側(cè)被動測距聲吶等。目前為英國下一代彈道導(dǎo)彈核潛艇采用的新型聲吶被稱為“下一代多功能廣譜聲吶陣列”，研制工作由英國阿特拉斯電子公司和泰勒斯公司承擔(dān)。

3)綜合應(yīng)用多種隱身技術(shù)措施，不斷提高潛艇隱身性能。核潛艇的主要優(yōu)勢在于隱蔽性，隱蔽性對于核潛艇的生存和作戰(zhàn)性能有著直接的影響。然而隨著近年來聲、紅外、磁等探測技術(shù)的飛速發(fā)展，以及UUV 等新型反潛手段的應(yīng)用，促成了反潛向體系化方向發(fā)展，核潛艇的隱蔽性及在海洋中的生存能力受到了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為此，各國不斷強化核潛艇聲隱身，注重非聲隱身，突出核潛艇綜合隱身能力。

例如俄羅斯“北風(fēng)之神”級核潛艇在艇體表面敷設(shè)了厚度超過150 mm的高效消聲瓦，采用整艙浮閥隔振，還在消除紅外特征、磁性特征、尾流特征等方面都采取了一些獨到的措施;歐美等國先進核潛艇已經(jīng)實現(xiàn)了核潛艇在線消磁等非聲特征控制措施。

在核潛艇聲隱身性能上，新一代核潛艇均在研制初期采用多種手段進行減振降噪，不但吸取上一代潛艇的減振經(jīng)驗，還不斷有所創(chuàng)新，包括使用更低噪聲的設(shè)備，如各國的新一代反應(yīng)堆;應(yīng)用更先進的隔振模塊，如美國“弗吉尼亞”級攻擊型核潛艇主機艙采用了浮閥式減振的整體模塊設(shè)計，還使用了首創(chuàng)的模塊化隔離甲板結(jié)構(gòu)等;采用先進的主動降噪技術(shù)，如俄羅斯的有源消聲技術(shù)等。

未來的彈道導(dǎo)彈核潛艇將采用更先進的隱身技術(shù)，如分布式泵噴推進技術(shù)等項目的攻關(guān)進行降噪，預(yù)計2030年前，美國核潛艇的輻射噪聲將進一步降低5～10 dB，美國下一代彈道導(dǎo)彈核潛艇可接近極安靜型核潛艇的輻射噪聲，將達到120～125 dB。

4)加強模塊化技術(shù)拓展應(yīng)用，提高設(shè)計建造靈活性。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無人系統(tǒng)等新技術(shù)的快速發(fā)展，為潛艇模塊化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)，可以將“模塊化策略”作為一個力量倍增器，在不需要對潛艇的HM＆E 進行改裝或升級的情況下，短時間完成潛艇改裝，既可以節(jié)省時間，還可以降低改裝費用。此外，在潛艇的單艇成本不斷增加的情況下，也需要借助模塊化技術(shù)來滿足潛艇艦隊的多任務(wù)需求。這其中美國和英國聯(lián)合研制的通用導(dǎo)彈艙 (CMC)項目最為突出［5］。

該導(dǎo)彈艙實際是一個由4個導(dǎo)彈發(fā)射管組成的模塊。通用導(dǎo)彈艙的研發(fā)工作于2008年2月開始，目前正在開發(fā)通用導(dǎo)彈艙原型，導(dǎo)彈發(fā)射管也正處于詳細設(shè)計階段，其面臨的關(guān)鍵問題是加寬發(fā)射管的直徑(從2.21～3.04 m)以及潛在靈活性。洛克希德·馬丁空間系統(tǒng)公司也正按照合同將“三叉戟Ⅱ”型戰(zhàn)略武器系統(tǒng)集成到通用導(dǎo)彈艙中。根據(jù)“俄亥俄”級潛艇導(dǎo)彈發(fā)射管建造經(jīng)驗，“俄亥俄”替代艇項目辦公室計劃在導(dǎo)彈發(fā)射管裝艇前完成發(fā)射管84%的裝配工作，以降低工作難度、提高效率。

圖3 通用導(dǎo)彈艙組裝流程Fig.3 Common missile compartments installation process

4 結(jié) 語

優(yōu)先發(fā)展?；肆α恳咽歉鲊墓沧R，特別是美、俄、英、法等國都在不斷推進彈道導(dǎo)彈核潛艇的升級和更新?lián)Q代，不斷凝聚和應(yīng)用先進的裝備技術(shù)，提升未來彈道導(dǎo)彈核潛艇的作戰(zhàn)效能和生存能力。

未來彈道導(dǎo)彈核潛艇將具有模塊化、隱蔽性好、水聲設(shè)備先進、自動化水平高、武器威力大等特征。預(yù)計到2030年，美、英將分別建成下一代彈道導(dǎo)彈核潛艇，而俄羅斯將建成攜彈量更大、并可能裝備SS-NX -30 新型彈道導(dǎo)彈的改進型“北風(fēng)之神”級核潛艇，法國將建立以M51 彈道導(dǎo)彈為主，比“凱旋”級艇更為完善的新型或改進型彈道導(dǎo)彈核潛艇。

［1］ROBERT S，NORRIS＆HANS M，KRISTENSEN U S.Nuclear forces，2010［J］.Bulletin of the Atomic Scientists，2010(3):57 -71.

［2］Nuclear posture review report［R］.2010，4.U.S.Department of Defense.

［3］RICHARD T L.The future of the ballistic missile submarine force in the russian nuclear triad［D］.U.S.Naval Postgraduate School，2008.

［4］UK Trident Replacement:The Facts［R］.British American Security Information Council，2014.6.

［5］What′s next with Trident in the United States［R］.British American Security Information Council，2011.4.