为何苏联潜艇越来越肥?


我们知道,苏联在1980年代的新建核潜艇的排水量有急剧飙升的趋势。在弹道导弹核潜艇中,941台风级核潜艇以水下48000吨的惊人排水量,比其前任667BDR的德尔塔III型足足膨胀了4倍;971阿库拉级核潜艇,以其12000吨的水下排水量,超过了前代671 维克托III型1倍;而949A奥斯卡II级更为夸张,其25000吨排水量,比起前代670查理II型整整超过了5倍。但是,从武器搭载数量方面,他们增大的体积和提升的打击能力却似乎不成正比:
941台风VS667BDR德尔塔III:

排水量48000吨对12000吨,导弹发射筒20对16,搭载能力200对96,射程8000对10000公里;
971阿库拉对671维克托III:

排水量12000吨对6000吨,鱼雷舱搭载能力971为4*533+4*650,671为2*533+4*650,鱼雷携带971为28+12=40,671为12+12=24。
949A对670:

排水量25000吨对5000吨,反舰导弹为20* p-700(2.0马赫,射程600公里)对8*P-120(0.9马赫,射程120公里)。
如果对比一下1980年代正在进行升级的更早一代的659/675 Echo级核潜艇:

排水量25000吨对5700吨,反舰导弹24*P-700对8*P-500/1000(未全部换装,和目前瓦良格号巡洋舰同款,射程500公里,速度2.5马赫)。
由以上例子可见,苏联大型导弹核潜艇在尺度增加4-5倍情况下,火力打击能力仅提升了2-3倍,971稍好,但也只是储备的弹药增加,鱼雷管数量并没有明显提高。
那么,为什么苏联核潜艇尺寸在1980年代经历了“催肥”的过程呢?

其实,不仅是苏联,他们的老对手美国佬,也在1974年的洛杉矶级核潜艇经历了“增肥”。只不过因为他是单壳体潜艇,只是从鲟鱼级的5000吨增加到了7000吨。看来,苏联潜艇增肥并不是孤例,只是因为他催肥的速度实在是太快了才引人注目。
事情还得推到1967年。在那一年,美国一艘划时代的潜艇USS SSN-671一角鲸号下水了。

一角鲸号看起来和同时代号称“战马”的鲟鱼级(生产了38艘)没什么区别,排水量略大一些,达到5500吨,其外观,电子设备和鱼雷数量都和鲟鱼级保持一致。但是从他极高的部署次数和没有解密的部署日程(退役至今已经20年,仍未解密任何行程)可见它的地位不一般,执行的任务从它密密麻麻的奖状也能看得出,它执行的绝非是一般任务。那么,什么能让它具备如此强悍的战斗力呢?答案就是它划时代的S5G核反应堆。
S5G反应堆从代号可以判定它是一台美国潜艇第五代核心,由通用电气研发的反应堆。它的意义在于,它是世界上第一台潜艇使用的“部分自循环”反应堆。他的意义在于,在低速巡航时,他可以不开第一回路循环水泵,只需要靠热对流就可带动热交换器产生蒸汽,驱动主蒸汽轮机前进。这样一来,因为低速消除了一回路噪音,它的低速噪音非常安静,远比同一时代开始设计的洛杉矶级先进很多。根据洛杉矶的低速噪音115-120分贝推算,它的噪音只有100-105分贝,而同时代的苏联671维克托II型则高达130分贝,就连苏联解体前夕的971阿库拉级也只有115-120分贝。因此,这艘潜艇经常被派到北大西洋和巴伦支海服役,内容不得解密,但是大致都能推算它应该执行的是对苏联海军基地、核潜艇活动水域的密集侦察任务。
由于S5G反应堆成功,美国在俄亥俄级核潜艇、海狼级核潜艇和现代的弗吉尼亚级核潜艇都采用了这种“部分自循环”反应堆。根据美国海军披露的数据,海狼级的反应堆输出的动力功率约40000-50000马力,在其低速航行(输出功率在30%左右)时可以不开主循环泵,此时噪音可以控制在120分贝以内,但仍然可以维持12-16节的高速巡航(要知道,054A护卫舰的巡航速度也只有18节,而美国鲟鱼级的最大航速也仅有25节,在20节航速时噪音早已突破140分贝)。由此可见,部分自循环反应堆是现代核潜艇的发展重中之重。2017年4月21日,中国科技奖励网报道引用核潜艇总师张锦岚的话说,中国已经在实现了反应堆的自然循环,可见我国也在此领域获得突破,有助于093B以来的核潜艇大幅度降低低速噪音。
虽然军迷提到“自循环反应堆”总是觉得特别高大上,但是现实中,第二代加强型和第三代核电厂的反应堆大部分都是自循环反应堆,能够在断电时仍然保持一定冷却效果,不像福岛核电站会因为断电而立即主泵停机,失去冷却。



苏联/俄罗斯的VVER(俄语直译就是压水堆)本身就是一个军转民的项目。它最早是为了“列宁”号核动力破冰船开发的舰载反应堆,因此它也像绝大多数的船用/核潜艇反应堆一样采用卧式热交换器设计,以充分利用船体的狭窄空间。后来虽然上了岸,成为了普遍的发电反应堆,尤其是切尔诺贝利灾难后,它成为了俄罗斯唯一还在发展的核电技术,它仍保持着舰载设备的卧式热交换器设计。它出色的安全系数,使得它在苏联解体后仍然大量出口,包括伊朗的核电站(1980年以前由西门子承建,伊斯兰革命后欧洲制裁伊朗,故最终换成俄罗斯的VVER反应堆)和中国田湾核电站都采用这种设计,可靠性也相当高。
但是,虽然苏联拥有不错的陆地发电自循环反应堆技术,但是潜艇方面就麻烦大了。苏联长期受制于耐压壳加工技术不足(中国也是一样),耐压壳难以突破7m极限,而且为了兼顾某些舱室而采用了复杂的设计,如613 威士忌级(中国6603级)采用了8字型电池舱耐压壳,而670查理级采用了舯部单壳体+鱼雷舱§型耐压壳设计,来同时兼顾内部的鱼雷管和两层壳之间的反舰导弹发射系统。关于苏联双壳体的问题,我在之前文章已经提及过。这里不再赘述。


这样一来,苏联就算是绞尽脑汁利用一切途径将岸上发电厂的自循环反应堆搬进核潜艇,最终也是因为耐压壳容纳不下而失败了。相比之下,美国很早就有10-12米的耐压壳技术,不要小看这4米的差距,美苏的核潜艇差距就是它带来的,也是苏联从头到尾只能发展双壳体的根本原因之一(至于有人说苏联双壳体有利于抗沉性,但苏联和美国多次潜艇碰撞的“战绩”并不理想,除了945塞拉级核潜艇在1992年“击败”了美国洛杉矶二号舰“巴吞鲁日”外,其他的水下撞击都是苏联完败,可见双壳体并不一定真正坚固,而苏联极高的下潜深度也是和他大量不计成本采用钛合金导致的),所以美国在1978年俄亥俄开始的新型潜艇全部采用了部分自循环反应堆,不久英法也用上了,只剩下俄罗斯和中国在20世纪结束前不具备这个技术。
既然没法建造自循环反应堆,脑洞出奇多的苏联人又找到了一个办法:加大外壳,以容纳更多消音设备,同时加大最大速度,最大潜深2,让潜艇暴露后可以加足马力逃跑,或者藏到深海躲避。这招对于苏联再熟悉不过了,苏联可是双壳体的行家里手,同时苏联还是世界最快潜艇(661型,速度44.75节)和最大潜深战斗潜艇(685 型“共青团员”,曾经取得1100米试验下潜纪录,但1989年在服役后第一次实战战斗航行中因设备起火沉没)保持记录。
同时,如果只考虑发动机出力的话,反应堆功率问题对于苏联倒不是解决不了的难题。早在705型“阿尔法”级核潜艇上,苏联就实现了铅铋合金快中子反应堆的160兆瓦的热功率;因此,从1975开始,苏联采用了一个极端的手段——使用完全外力推动的直流式热交换器(即热水在循环泵推动下,只能从入水口被推送到出水口,不会对流),这种热交换器的尺寸很小,效率极高,使得仅有7米的耐压壳仍然能够容纳高达190MW热功率的反应堆,同时机械输出功率高达35-40兆瓦。相比之下,采用大型部分自循环反应堆的海狼级需要230MW以上功率,才能保证40兆瓦的机械效率。
因此,苏联1980年代潜艇开始同时向着“高速”,“潜深”发展,945型“塞拉”,971型阿库拉都达到了500-600米潜深,速度可达35节,而当时英国“虎鱼”,法国F18,中国鱼3型,苏联TEST-71等主要的电动鱼雷只有35节,攻击深度更不多于400米,除了美国MK48(作战深度800米,速度45节-55节,航程35海里)外都无法进攻它;就连一般不需要高速的重型导弹核潜艇如949A级,甚至排水量如俾斯麦号一样巨大的941台风级也可达28节,而且他们巨大的双壳体可以忍受一发鱼雷直接命中的破坏。


想象一下他们二者分别在水面和水下竞速的壮观……
虽然最大速度,最大潜深都提高了不少,而且台风级,949A级通过巨大的双壳体也完成了容纳巨大的R-39弹道导弹和P-700巡航导弹的指标,但由于MK-48的服役,苏联潜艇跑得再快,潜得再深,也无法抵御美国核潜艇鱼雷的追击(当然摆脱英法的反潜力量问题不大),因此苏联也得想办法解决噪音的问题。此时外壳大的好处就有了,除了外壳可以覆盖厚厚的消音瓦外,内部还可以用浮筏减震、水舱隔音的设备进一步降低噪音。这使得低速噪音就降低很多了。
而且,脑洞大开的苏联人还想到了另一个玩意:潜艇辅助螺旋桨。

早在长尾鲨级核潜艇时,各国潜艇就开始使用可转向的辅助螺旋桨协助进出港了。这种引擎通常出港后就会收起来防止增大阻力,但苏联人却把它使用安静的电动机推动的性能发挥到了极致。根据公开资料,阿库拉级使用2台OK-300型辅助电动螺旋桨,可以让潜艇在5节时低速航行,这个速度和AIP常规潜艇的巡航速度接近,噪音也相仿,约在115-120分贝以下。同时代的苏联核潜艇也大多拥有同样的设备,这样苏联潜艇5节静音速度就和美国差不多了。根据1992年巴伦支海945级K-276 科斯特罗马号(该潜艇参加2015叙利亚战役后回国大修至今)和美国巴吞鲁日号相撞的记录,可知两艘潜艇在5节航速时噪音几乎无法被外界察觉,相撞后才知道“原来前面有个家伙”。同样记录也出现在2009年英法核潜艇在比斯开湾相撞事故中,可见低于120分贝时,目前各国声纳都难以跟踪此类目标。所以120分贝可视为潜艇降噪的分水岭,当然现实中越低越好。
所以,苏联潜艇在1980年代增肥并不单纯是高层对于“大家伙”的偏好,以及俄罗斯设计部门美学思路调整所致,而是1980年代苏联海军面对现实的困境时,根据已有的技术,做出的最优调整。虽然这些“大家伙”看似加剧了成本危机,但它确实是在30多年服役中有效证明了自己的价值。