日本的潜艇有一个什么秘密的“武器”?

2018年10月4日,一瓶清酒在日本神户造船厂的粉碎不仅预示着新潜艇的发射,而且预示着潜艇战争新时代的到来-使用您可能携带的一些技术在你的口袋里。

在五柳(“凤龙”)是日本推出的第十一届苍龙(“蓝龙”) -级潜艇,大型设计测量84米长携带的水下65和位移4519吨名船员。在许多方面,Soryu的能力是常规潜艇的典型特征:它装有6枚533毫米管,可以发射多达30枚89型鱼雷或鱼叉反舰导弹,并且水下最高航速为20节。它的6,100海里的航程略低于同行,而其最大潜水深度为600米或更高,远高于平均水平,超过了一些反潜鱼雷的压迫深度!

尽管其尺寸和高科技的装饰,例如可操纵性增强的计算机控制的X形方向舵,两个先进的声学诱饵发射器以及船体上大量的消音砖涂层,奥尤利号飞机的造价约为5.36亿美元,为四分之一成本仅是美国弗吉尼亚级核动力攻击潜艇的六分之一。但是Oryu与她的前辈不同,因为她是第一批使用锂离子电池的大型潜艇,这与智能手机和笔记本电脑中使用的技术相同。

现代常规潜艇使用电力转动螺旋桨的螺旋桨并为其战斗系统提供动力。这些电能由柴油发动机和发电机产生,并存储在数百个铅酸电池中。但是,柴油机消耗了潜艇的气源,迫使潜艇定期浮出水面或在近地面浮潜,并在“不规律的时期”内为其电池充电,在此期间,电池容易被发现和破坏。

此外,潜艇发电机噪音很大。因此,潜伏在敌军附近的潜水艇可能会关闭其柴油发动机,并完全依靠电池供电。

问题在于,潜水艇确实很快耗尽了电池电量。以最大速度(通常为二十节左右)进行的常规潜水艇竞赛将在一两个小时内耗尽其电池。以五到十节的可持续巡航速度,这种耐力可能会延长几天。解决这一问题的一种方法是使用核能,该核能提供近乎无限的水下耐力,比运行柴油机具有更高的速度和更安静的环境。但是,它不像纯粹依靠电池运行的柴油那样安静,而且核潜艇无法在运行中关闭其反应堆。更重要的是,核动力潜艇的价格是其四到六倍,甚至对于拥有核反应堆技术的国家来说,它们在进行短程巡逻时也显得过分杀伤力。

在过去的二十年中,常规潜艇的发展重点是通过各种更安静,更持久的“空中独立推进”方案来补充柴油。之前的7艘Soryu级潜艇包括斯特林闭环热机,这是瑞典人首先开创的技术,AIP潜艇比核潜艇运行更安静,并且可以浮潜数周才需要浮出水面,尽管只有在以四到六节的低速航行时才可以。但是,缺点包括体积大以及用于操作它们的挥发性液体带来的风险。

在五柳和她的继任预示着一种不同的方法增加电池寿命。1991年,日本公司将锂离子电池引入了一般的商业用途。从那时起,它们在便携式计算机(包括笔记本电脑和手机)中的应用迅猛增长。与传统铅酸电池相比,锂离子电池的体积和重量具有更高的能量密度,可以更快地充电,并以80%至90%的效率释放能量,而铅电池的能量密度约为60-70%。

现在,人们可能还记得,一架降落的787客机在2013年由于锂离子电池过热而在波士顿洛根机场起火,或者以导致Galaxy S7平板电脑自燃而臭名昭著。显然,对于装有数百个电池的潜艇来说,这种电池“逃跑”,过度煮熟并着火的倾向也是噩梦般的担忧!的确,2008年,美国海豹突击队运载工具微型潜艇中的锂离子电池也在珍珠港着火。这解释了为什么LIB技术没有在大型潜艇上早日实现。

因此,日本通过实施带有加强隔板,稳定化学物质和自动灭火器的改进型电池单元矩阵,投入了大量的金钱和多年的努力来为其子型锂离子电池建立更高的安全性和可靠性,据报道,日本严格测试该配置以解决各种高应力情况,例如暴露于海水中。Oryu的发射表明日本军方对锂离子电池已经过改进,使其具备可操作和安全的能力感到满意。

据报道,Oryu的672 LIB模块提供的电池寿命是以前版本中480铅酸电池的两倍,这意味着它可能能够在浮出水面之前进行巡航。此外,它可以更快地为其电池充电,这意味着潜水艇在给电池充电时将具有短暂的“不规律周期”,根据一种计算,从2.7小时减少到1.4小时。锂电池的成本更高,为9700万美元,而铅酸电池的成本为1300万美元。

LIB潜艇的水下耐力也不一定等于AIP动力潜艇能够承受的数周。但是,更长的电池寿命会给潜艇船长更大的灵活性,使他们可以在发电机关闭的情况下更长的超安静伸展时间或更长的高速机动时间内使用更多的电力。总体而言,对于短程巡逻的潜艇,仅LIB可能比AIP更有用。

还要指出的是,没有理由将锂离子电池不能与AIP系统(例如燃料电池)结合使用,以兼顾两全其美-主要缺点是为容纳AIP发动机而付出了额外的成本和空间。

川崎重工将建造第十二艘也是最后一艘带有锂离子电池的Soryu级潜艇,然后日本将开始研发下一代LIB潜艇。一些报告表明,早期的Stirling AIP驱动的Soryus也可以使用LIB进行升级。

同时,有传闻说澳大利亚对索里族重新产生了兴趣。2016年,堪培拉越过日本潜艇,转而支持法国Shortfin Barracude,因为其计划为其Collins级攻击潜艇建造12艘替代品。但是,由于法国合作的程度存在分歧(澳大利亚希望获得更多合作),巴黎和堪培拉政府的变动也使这种安排成为问题。但是,澳大利亚的潜艇需要比日本潜艇在离家水域更远的地方巡逻,基于澳大利亚索里尤岛的设计需要加长以容纳更多的燃料和扩大船员的容纳范围。

无论如何,日本明显地部署了可靠的潜艇锂离子电池技术,标志着过去二十年来可负担得起的常规潜艇能力的第二次重大飞跃。

尽管美国海军对昂贵得多的核动力攻击导弹和制导潜艇的高级能力抱有戒心,但它仍然无法支付费用并建造它们以足够快的速度来维持目标六十六艘舰队。LIB潜艇的潜力将使海军重新评估该选择的另一个理由。(文/塞巴斯蒂安·罗布林(SébastienRoblin))