常规潜艇的水下航行的秘密与战术应用

常规潜艇，顾名思义，是核潜艇以外的潜艇。从一战以来，常规潜艇就成为了海战不可缺少的角色，在袭击主力舰，偷袭港口，特种破坏尤其是通商破坏行动居功甚伟。在二战后，常规潜艇还发展出了AIP潜艇，即采用Air-independent Propulsion（不依赖空气推进技术）的潜艇。需要说明的是，核动力潜艇也是广义上的AIP技术，但现实中AIP潜艇通常指的是非核动力的潜艇，即有AIP设备的常规潜艇。

那么，常规潜艇是如何做到在水下长时间航行的呢？

通气管柴电潜艇——当代常规潜艇的主流：

在第二次世界大战前期，各国的常规潜艇基本都是水面使用柴油机推进，水下使用电动机推进的潜艇。这种潜艇最有代表性莫过于世界上单一产量最大的潜艇——德国VIIC型潜艇。该潜艇采用当时通行的半壳体技术（压载水舱在耐压壳外），水上排水量769吨，水下排水量871吨。它在水面航行采用2台涡轮增压柴油机（同时也给电池充电），合计功率2400千瓦，速度17节；水下则采用两台电动机，功率560千瓦，速度7节。在水面以10节航速航行时，它可以航行8200海里；在水下则采用铅蓄电池，以4节可以航行80海里。由于它们明显水面航行和航程优于水下，因此按“狼王”邓尼茨说法，这时代潜艇就是“能够下潜的鱼雷艇”，它们绝大多数时间都在水面，只有规避敌人攻击才会潜入水下。为了应付水面作战，这时候潜艇都配备高射炮和反舰火炮。

吃尽了潜艇苦头的英国人自然不可能放过打击潜艇的一切手段。搭载声纳的驱逐舰，护卫舰、携带深水炸弹的飞机，甚至美国人还使用了飞艇来对付潜艇。但是对潜艇威胁最大的莫过于携带反潜雷达的反潜机。

桑德兰型飞机由于体量大，装甲厚，自卫火力和反潜火力强悍，很快成了潜艇的噩梦。更为恐怖的是，它配备了能够探测水面航行的潜艇的X波段雷达，使得U艇不得不带上雷达报警机才能出港。但在电子管时代，报警机只能接受一个频率，因此英国人不断更新雷达频率就导致德国人每次都得有3-6个月面对雷达报警机失效的局面。因此到了1944年，德国U艇损失严重，再也无法抗衡英美的反潜扫荡。

在这样的思想下，不甘毁灭的德国海军开始调整思路，把潜艇的作战从水上调整到水面以下，其最大的关键就在于增大水下航程。于是，在著名的“电船”XX型潜艇上，德国人扩大了电池组的体积，把电动机提升到惊人的3700千瓦，并首次把加速电机和静音航行电机区分开。这使得XXI型短时间内水下航速达到了17节，足够避开自由落体深水炸弹的袭击，同时在静音航速时也足够航行340海里，是VIIC型的4倍。但是，电瓶的电力是有限的，能量密度也远低于燃油，全速运行时XXI型电瓶只能支持4小时。而且在用光电后，水面充电需要足足充12小时才够下一次下潜。

因此，指望电力完成几千海里的航程是不现实的，那么就只剩下一个办法：让燃油在水下得以继续燃烧。

因而，德国人想到了两个办法。

第一个办法就是在潜艇水下航行时，通过通气管将空气抽入发动机，这种原理和呼吸管潜水时潜水者叼着的呼吸管是一个原理。不过，对于功率动辄上千千瓦的潜艇来说，一个软的呼吸管显然不够使用，而且水下航行阻力很大，必须要有一定强度防止被海浪扯断；而且大洋风高浪急，通气管很容易被海浪淹没，因此必须解决浪头漫过通气管的防水问题，否则发动机吸入海水会造成难以修复的故障，并造成人员缺氧；最后，通气管需要考虑进气和排气系统和正常航行时的进风口和排风口的对接，以便快速切换。经过许多的失败，德国人在43年总算是为VII型潜艇配上了一种“桅杆”型通气管，平时折叠收在甲板的凹槽内，使用时把它立起来就可以了。但是这种呼吸管长度有限，甚至比潜望镜还要短一些，这导致它水下航行时很容易因风浪而暴露潜艇的瞭望塔，不利于水下的持续隐蔽性。后来，德国人在XXI型潜艇把通气管改成和潜望镜一样的伸缩桅杆，取得了良好成绩，因此全球之后通气管也全部采用伸缩式。在44年底，德国人还把XXI的潜望镜，通气管刷上吸波涂料，以降低雷达反射信号，这恐怕是雷达隐形技术第一次在军事采用。

在XXI之后，全世界所有的潜艇都配备了通气管，极大增加了水下续航力。如苏联的877型潜艇，在采用全程通气管航行时仍然可达6000海里航程。而且很多人不知道的是，核潜艇其实也有通气管，因为核潜艇在紧急进出港口（核反应堆需要一定时间启动）、核动力失效时仍然需要紧急柴油发电机，需要为柴油机留出通气管；此外核潜艇上浮需要的压缩空气也需要用通气管补充。

但通气管并不是万能的。首先，通气管不耐高海况运行。2017年沉没的阿根廷“圣胡安”号潜艇（德国1984年出口的TR1700型）在最后一次航行中，因为电池组容量不足（2012年本来安排大修，但贪腐严重的阿根廷军队却和维修公司合谋串通，以次充好，使得其可用电量极低，潜艇沉没后彻查时把所有的海军高层全部撤换）,被迫在极其恶劣海况下坚持使用通气管，这导致汹涌的海水从通气管灌入底部电池舱，电池遇上海水后电解海水形成氯气和氢气，引发火灾而爆炸沉没。所以通气管不适合高海况运行。

其次，通气管虽然很小，有的还采用了吸波材料，但是在高空俯瞰的飞机下，仍然是非常容易暴露的目标。而且现代的反潜机通常配备S波段雷达、X波段雷达乃至于毫米波雷达，还是很容易发现通气管尺寸目标的。因此苏联潜艇在电池驱动转换到潜望镜深度，并准备伸出通气管航行前，需要先升起雷达报警机（就是所谓的逆探），确认附近没有反潜机和军舰雷达波后，再伸出潜望镜进行目视确认（防止有关闭雷达的飞机和军舰靠近），最后才能伸出通气管，转换为柴油机推进。

第三，通气管的长度决定了它只能在潜望镜深度（如果是二战德国潜艇，通气管深度还比潜望镜深度还浅）使用。但在能见度较高的海域（如大堡礁一带，能够空中俯瞰到海水里的鲨鱼），潜望镜深度的潜艇仍然极易被空中发现，加之从二战末期以来反潜巡逻机都配备了磁探仪（1945日本人的反潜机都有了这东西，可见技术含量并不高），对于150米以内的潜艇很容易探测到磁异常信号，因此不适合在对方反潜机活跃率较高的海域活动。

最后，通气管模式下柴油机通常降低功率使用，但尽管如此，潜艇柴油机噪音仍然远远大于电动机（甚至大于绝大部分低速模式的核潜艇，因为核潜艇尺寸大，足以安装更多降噪设备），因此很容易被海底声纳网、反潜机投下的声呐浮标捕捉，也会让远方的反潜舰提前察觉。同时，较高的自身噪音也会导致自己的声纳被干扰，使得探测距离缩短，且自己后侧出现盲区（通过拖带的拖曳声纳能够部分弥补这问题）。所以在进入战区前，潜艇是必须要切换到电机模式，进入深海隐藏的。

所以，由于通气管潜艇的弱点很早就被人们觉察，故早在德国人研发通气管技术时，他们就想到了另一种解决常规潜艇水下巡航的手段：AIP技术。

AIP潜艇——给常规潜艇装上“超长待机”的技术

早在1939年，德国人就觉察到当时缺乏让潜艇长时间水下待机的技术。众所周知，柴油机需要氧气才能运转，因此德国人就自然想到，我在潜艇储存氧气（或者含有氧的材料）不就可以了吗？因此他们就设计使用过氧化氢作为氧化剂，在水下驱动柴油机。

但是过氧化氢的危险性是非常高的。德国实验不了多久，就因为火灾事故而不得不放弃用过氧化氢作为含氧材料。之后他们把精力投入通气管和XXI潜艇之中，不再设想AIP技术。而苏联的615型（北约代号Q级）也在战后采用了类似的过氧化氢+闭式循环柴油机技术，也因为火灾过多而放弃了。

在历史上，过氧化氢除了被实验用作潜艇AIP技术外，还使用在鱼雷之中。库尔斯克号就是因为过氧化氢鱼雷泄漏，遇上了铁锈而被催化放氧，引发了剧烈爆炸沉没。而早在1954年，英国也有一艘潜艇毁于过氧化氢爆炸。因此在潜艇用过氧化氢被历史证明不是一种好思路。

在615型失败之后，世界大国精力投入核潜艇中，AIP技术被人遗忘，一直到90年代初期才得到重新发现。

在20世纪末期，由于液态空气储存技术日趋完善，世界主要工业国家开始考虑直接在潜艇运用液氧，在水下驱动AIP引擎。由于水下柴油机噪音巨大，因此当代的AIP具有以下特色：

第一，不受制于水下深度，工作产生的废气废水可以直接排入深海；

第二，噪音极低，可以满足长时间静音航行。

这样一来，闭式循环柴油机被直接踢出AIP技术，只剩下两种比较成功的设计：斯特林发动机和燃料电池。

斯特林发动机源自于著名的“斯特林循环”。这种机械属于外燃机，它的原理就是在活塞内封闭一定量工质，通过外部加热活塞让气体膨胀做功，再在压缩循环时放热到环境热库中，完成一个循环。这样一来，它就不涉及到复杂的内燃机燃烧室内压变化和排气，只需要在外界使用一个外接氧气运行的燃烧室就可以了。因此它的燃烧工况很稳定，适合直接带动发电机，再通过电传动驱动巡航柴油机。但由于这个外燃机的工质是有限的，而且通常为稀有气体（如氦气），斯特林发动机通常功率较低，一般介于75-110KW之间，国际上潜艇一般携带4台，总功率在300-400千瓦左右，刚好够巡航电动机使用。

德国212型则采用了一种更加“高大上”的技术，氢氧燃料电池。由于它需要氢气，所以212需要一个额外的液氢舱。氢氧燃料电池优势是运转不会有任何机械噪音，而且效率可达55%-75%，大大优于内燃机和斯特林发动机。但缺点是需要携带高度难以贮存的液氢（喜欢航天的朋友都知道火箭液氢储藏难度非常大，潜艇中自然更加困难），而且燃料电池需要昂贵的电解质和质子交换膜，所以除了德国人（和其出口使用国）以外都不采用这种技术。而且该设备维护成本高，2018年甚至传出德国海军自己的6艘212级潜艇因缺乏维护而一度全部趴窝在港口。无论如何，受制于目前技术，212级的氢氧燃料电池也是300千瓦左右的输出功率，同样也只适合带动巡航电动机，以3节速度低速巡航。

因此，凭借现代的AIP技术，常规潜艇虽然不能摆脱柴油机——电动机的基本架构，但已经可以“超长待机”，得以在战区深水一次性潜伏15天，降低了被敌人反潜机，反舰舰发现的概率。

当代常规潜艇的应用——超长待机，守株待兔

由于核潜艇的广泛运用，和反潜技术的高度发展，水下高速航行能力有限的常规潜艇，已经无法像二战时那样纵横于七海，在宽阔的大洋上袭击对方主力舰队和护航运输船队了。就拿目前最先进的212型常规潜艇，在近距离面临056A型护卫舰那种廉价军舰（携带拖曳声纳的056A成本仅有2000万美元，是877基洛级的十分之一，是212（出口型为214）的二十分之一（挪威计划以18.4亿美元购买4艘214））的追击时，也无法摆脱对手的持续追击（212的电力在最大航速21节时只能维持4小时，而056的柴油机可以连续十多个小时维持24节的高速），并且在自己已经暴露的情况下，就算用静音模式，也很难逃脱对手直升机、主动声呐的拉网式排查（主动声呐无视潜艇自身噪音，只和外壳反射率有关），面对对手的反潜鱼雷也几乎没有生存能力（056A配备鱼-7型鱼雷，速度45节，射程7公里，一枚即可击沉5000吨以内的潜艇），极端情况下只能考虑殊死一搏，用自己的反舰导弹和鱼雷把冲来的对手先行击毙，但反潜舰考虑到潜艇的威胁必然不会单船作战，会形成阵型互相掩护推进，就算你换掉一艘反潜舰，自己也很难被剩余的船放走，而对方用一艘2000万美元的轻型护卫舰换你1艘4.5亿美元的先进AIP潜艇，自然是只赚不赔。

由于去对方家门口挑战护卫舰、在大洋袭击有护航的运输队（更何况现代海运大量使用方便旗船舶，很难像二战那样区分交战国，一旦误击中立国或同盟国的船会引发强大的国际政治危机）、进攻对方主力舰队都是不划算的，现代常规潜艇就只能选择另一个作战目标：确保自己的海域安全。由于AIP潜艇极其适合在己方控制区内深水“超长待机”，可以有效地在本国反潜机巡逻半径内潜伏，利用自身极低的噪音，监听是否有敌方核潜艇、隐形护卫舰等船舶试图潜入我方军港或航线密集区。这就好比日本江户幕府时代“伊贺同心组”等守护幕府将军的忍者，他们平时维持江户城治安，必要时以便衣甚至平民身份为掩护，在影子下监视是否有人企图袭击幕府将军。因此，在执行保护己方海域任务时，常规潜艇更多承担“隐蔽岗哨”的职能，它并不需要冒险与潜入己方海域的外军重型核潜艇正面交锋，只需要在它通过时把情况立即反馈给附近待命的反潜巡逻机和反潜军舰，对其进行拉网式拦截，从而起到体系化反潜的重要效果。

因此，对于中国，俄罗斯这样的海岸线漫长的国家，持有一定数量的AIP潜艇，能够有效阻止外国对己方海域的渗透，将有限的，高价值的核潜艇解放到更加需要他们的大洋作战之中。