实验与错误：先驱者

古往今来,发明家们和水手们都在寻找着能让船只航行于水下的技术。自从公元前337年亚历山大大帝( Alexander the Great)被置于玻璃桶内下沉到海底起,直到16世纪前,诸如此类的努力尝试都没能取得任何进展。而在1578年,能制造出具备真正潜航能力船艇的原理,被一个名为威廉·伯恩( William bourne)的英国人记载在了他的书稿中,尽管他从未真正建造过一艘潜水艇,但他的设计思路却被其他人继承了下来。

在这些继承者中,比较有名的一位就是因永动机而闻名于世的荷兰科学家科尼利厄斯·德雷贝尔( Cornelius Drebbel)。他的永动机主要是将金质圆球置于圆柱内借以显示时间、日期和季节。1620年,他的发明已经引起了欧洲各地政要的广泛关注,与此同时他着手开始设计他的第一艘潜水艇。其结构简单类似于双面有橹的划艇,利用涂有油脂的皮革外包来实现防水功能,并由4名人力划手提供动力。尼利厄斯·德雷贝尔随后将一艘更大的改良型潜水艇向英皇詹姆斯一世( James1)进行了展示。据部分史料记载,詹姆斯一世还沿泰晤士河,由威斯敏斯特至格林威治完成了一次水下潜航旅行。

水下航行的魅力,极大地激发了发明家们的想象力。但海军指挥官则对此兴趣平平,直到美国独立战争爆发(1775-1783年),一位名为大卫·布什内尔( David bushnel)的耶鲁毕业生建造出一艘名为海龟号( Turtle)的潜水艇。该潜水艇只能容纳1人,大卫用木材制造出蛋状外形,并利用手摇螺旋桨进行驱动。它唯一的目的是在1776年英国舰船封锁纽约港期间进行破坏活动。

1800年潜水艇有了进一步的发展。天赋过人的艺术家和发明家、身为爱尔兰后裔的罗伯特·富尔顿( Robert Fulton)建造出了由全铜包裹的艇身,并具备可折叠风帆的鹦鹉螺号( Nautilus)潜水艇。出生于宾夕法尼亚州小不列颠镇(现为富尔顿镇)的他,曾在少年时期留学英国学习绘画。很快,他的兴趣由绘画转向了制图技术,并专攻运河航具,而最终致力于可潜水式船艇的研究。1796年,由于课程原因,他游学至法国,恰逢拿破仑委任富尔顿帮其建造长度为6.4米,外形酷似子弹的潜水艇。富尔顿与其他3名机械师成功地将制成的潜艇下沉至水下7.5米的深处,并且他又加装了可拆卸的水雷,以证明他的潜水艇能够实现秘密攻击水面舰船的功能。但由于之后方程式方面的失败致使拿破仑丧失了兴趣。随后富尔顿回到英国,利用他的发明成功地得到了英国政府的关注,但海军部却拒绝了他的提案,并认定从事潜水艇相关研究工作是非法的,并将此决议保留至19世纪末。来到美国的富尔顿沉浸在蒸汽船研制成功的喜悦中,但直到1815年去世,他仍旧致力于研制新型潜水艇。而其他先驱者们也在潜水艇建造方面取得了一定程度的成功,这其中就包括前任的德国炮兵军官威廉·鲍尔( Wihelm bauer)1850年,他经人资助建造了一艘被他命名为烈火潜行者( Fire diver)的潜水艇,但该潜艇仅在两次出海后就以沉没而告终了。尽管鲍尔最终帮助俄国帝国海军建造了至少成功完成潜航任务120次长约16米威名远扬的潜水艇,但德国海军却依旧对鲍尔的成功欣喜不已。

潜艇发展史上的转折点出现在美国南北战争时期(1861—1865年)。当时南部联盟军,第一次成功利用潜艇在战斗中将敌舰击沉。该潜艇以3位向南部联盟军提供蓝图作为秘密武器设计师的其中之一命名为汉利号( Hunley),是重型雪茄状潜水艇,长约18.25米。在潜入水中时,潜艇依靠人力手摇柄驱动,行进时需8名船员共同协作,航速可达6海里/小时。在实验过程中,汉利号总共沉没4次,其中两次致使全体船员遇难。即便如此,它依旧在维修和保养后继续执行任务。在1864年汉利号的第五次航行中,该潜艇驶离南卡罗来纳州海岸,奉命击沉北方联邦军的胡沙托尼克号( Housatonic)护卫舰,在执行任务中双方同归于尽、沉没大海,全体船员也因此罹难。

同时的北方联邦军也在潜水艇研发方面取得了一定进展。现在被官方定义为美国海军第一艘潜艇的美国海军潜艇短吻鳄号( Alligator)就是由当时的法国潜水员、发明家布鲁特斯·德·维莱尔( Brutus De villeroi)在1861年设计并建造的该艇由铆钉和铁板焊接而成,最初由多桨动力系统驱动,并于费城的特拉华河( Delaware River)完成了组装调试。稍后人力手摇柄驱动被加装到了艇内,紧接着短吻鳄号被拖运下水参与了1863年4月对于查尔斯顿港口( Charleston harbor)的袭击,在执行任务中潜艇沉没于北卡罗来纳州哈特拉斯角(CaeHatteras)附近的海域。