战略核潜艇发展分歧

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  龟背问题
  龟背的目的很简单,就是又想装很长的导弹又想控制潜艇吨位,但这一想法却越来越没人采用。
  东:先说说不用龟背行不行。如果装很长的导弹,又想把潜艇排水量降至最低,极端做法是把导弹发射井直接伸出耐压壳几米,远看就如潜艇上背着两排烟囱,这样做将导致巨大的湍流噪声,完全不可取,因此必须加导流罩把突出的导弹包络起来。那么如果不用龟背,就要把耐压壳的直径做得很大,以使导弹井突出耐压壳的部分很小,从而使导弹井上方的整流罩较低来达到潜艇线形平顺。
  耐压壳直径做大要受一个国家加工能力限制。圆形的耐压壳是滚板机滚出来的。如果工业上没这个能力,理论上,用一段段弧状耐压壳壳板拼装也能做出来,但这样对焊接工艺要求严格。要每个焊缝密实,没有焊接缺陷,才能保证焊缝强度和实钢板一样,实际上很难做到,目前各国也没有这么做的。这种拼装大直径耐压壳的做法必然导致工时增加,工资成本增加,而且对每个焊缝的检验要花很多仪器设备。先要做焊接试件的强度试验。比如整艘潜艇沿长度分10个壳圈分段,每个壳圈分段沿圆环又分成5个弧状小段,那么每个小段都要进行焊接试验,就需5倍工作量。另外每个小段拼装成本很高,对接时要保证5个弧状小段组成的壳圈的真圆度。而如果是一体化的耐压壳,滚压机(滚板机)一般是上下各一个圆滚,比较容易保证壳圈的真圆度。所以,受加工能力限制,用拼装方法生产大直径耐压壳会导致工期拖长,比如原定两年一艘艇,很可能拖到三年四年,这是军事环境不允许的,战争期间的应急建造更不允许。
  如果生产不了大直径耐压壳,又想装很长的导弹,就只能在现有的耐压壳上面加很高的非耐压整流罩。但为避免龟背的形成,可以把整流罩上部延长至全艇,也就是没有突出部分了,但这会导致潜艇吨位猛增,整流罩里全是水,成为“台风”级那样的“运水艇”。这样降低航速不说,也会引起额外的噪声。因为整流罩里有多少水就得配置多少排水孔。比如DⅣ级,其整流罩侧面设了众多排水孔,航行时整流罩里的水会在窗口处与外界海水发生横向流动,这会导致流体噪声。虽然有龟背的潜艇都会有这个问题,但存在水多水少的问题。如果把龟背拉平了(高度不变),整流罩就大了很多,里面的水量就远远增加,窗口内外水流横向流动噪声会大很多。
  如果导弹上方的整流罩不用现在的开放式非耐压结构,而搞成高强度耐压结构,里面完全中空封闭,既减轻了重量,提高了航速,又避免了横向流动噪声问题,是否可行?
  东:不太可行。首先,潜艇的上层建筑出现很大体量的中空,潜艇重心会降低,对操控性不利。另外这种做法在加工上很困难。如DⅣ级,导弹整流罩的上表面与侧表面是比较直的折线过渡,由于是轻外壳,容易加工。如果弄成与耐压壳强度一样的整流罩,钢板厚度会在七八厘米以上,如果加工成近似直角的状态,钢板内侧受压力外侧受拉力,很容易断裂,所以不可行。
  上面说了安装大导弹而不用龟背的两种情况,问题都很突出。下面说采用龟背带来的问题。龟背会导致航速降低,但最根本的是流体噪声的增加。如DⅣ级,导弹整流罩前部与潜艇结合处几乎没做过渡。还有些采用龟背的战略核潜艇,整流罩前部做了很长的斜坡过渡,但这都无法消除流体噪声。真正能消除噪声的流线形,是指潜艇的外部曲线数学上连续可导,而这些艇的整流罩前后部斜坡过渡处都会形成拐点,都会形成噪声。
  有些观点认为战略核潜艇主要是低速巡航,流体噪声影响不大。并非如此。战略核潜艇航渡阶段需要高速自不必说,在战备巡逻时速度也要15-16节而非8-10节,这个速度下流体噪声还是比较突出的。
  苏联在80年代搞D级时,当时的水声探测技术使D级的龟背流体噪声问题还不突出。但在今天的西北太平洋反潜体系面前,再采用龟背就成为严重问题。
  上述矛盾都是由装很长的导弹引起的,而导弹长度完全是为了射程。那么能否降低导弹长度但增加直径来保证导弹射程?战略核潜艇在高度上受限制,但在宽度和长度上还是有一定冗余度。
  闻:这个理论上说行得通,但还要解决很多技术问题。对于液体导弹来讲,其燃烧过程中燃料舱会逐渐出现空间,液体燃料会出现晃动而导致弹体振动乃至共振。导弹直径越大,这种振动问题就越突出。对固体导弹来讲,不存在此问题,但固体燃料有的是做成星状的,导弹直径大到一定程度,燃烧压力就不够均匀了,生产时也麻烦。
  导弹变矮后,质心下降,与尾喷口距离变近,对导弹调整姿态不利。发动机的微调需非常精确才行,否则容易造成导弹翻滚。
  此外,各国战略核潜艇回码头检修时,导弹要连同内筒吊装出来,因为在艇上有些项目无法测试检修。比如要想对艇内的导弹推进剂的化学状态进行检测,就无法取样。另外有些电路接口在导弹侧面,在艇内发射筒中无法测试,因此需要在码头上吊出。固体潜射导弹在岸上库房存放时一般是平放,药柱长时间存放会出现变形或脱胶现象,需要定时吊起来换方向再平躺着存放。固体导弹如果增大直径,就会加剧这种药柱变形情况。还有,潜射导弹都是提前一二十年订货,不可能需要补充时现生产,都要有部分备份。也就是说服役的潜射导弹一般要多于服役的所有战略核潜艇的导弹井总数,那么这些备份导弹平时都在库房平放,都会有药柱变形问题。
  有的战略导弹设计成把第2级发动机喷管埋到第1级里,这样能缩短长度。
  闻:这种做法会增大设计、加工、检修的难度。有的设计虽行得通,但做出来难,即使做出来也不适于大规模生产。
  导弹发射筒内盖自裂式硬凸膜由于向上突出,因此能给导弹长度再增加半米多空间。这种技术相对于扁平密封膜的研制难度在哪里?
  闻:自裂式硬凸膜不算高技术,导弹因此而增加的这点长度对射程也没什么帮助。
  如果各方面技术实在达不到,能否通过减少装载弹头数量即减少导弹负载来使较低矮的潜射导弹达到远射程?
  闻:“三叉戟”导弹就是通过改变弹头的排列方式,把弹头环绕在末助推发动机周围来缩短导弹长度。
  目前战略导弹上核弹头的形状都是细圆锥状,是否还能变矮一些?   闻:圆锥高度变矮了,影响再入大气层时的速度。不过美国后来研究发现:如果圆锥太细,再入大气层时烧蚀主要集中在头部尖端,而圆锥适当变矮时,烧蚀会向弹头周边发散,对弹头最前端的烧蚀会减轻。
  事实上,各国战略核潜艇和潜射导弹几乎没有从一开始就互相协调、完美组合的例子,都是互相扯后腿。经常是艇壳直径已经定了,导弹去迁就降高度。
  现在俄有可能重新采用液体推进剂潜射导弹,如何看?
  东:液体推进剂的安全性还是不如固体导弹。苏联在80年代曾发生过Y级核潜艇液体推进剂泄漏和海水反应燃烧而沉艇的事故。
  闻:俄罗斯重新采用液体导弹不等于其它国家也要恢复液体导弹,因为俄罗斯液体推进剂技术储备雄厚,它当初跟随美国也搞固体导弹实际上是丢了自己的长处。俄罗斯液体战略导弹技术先进,比如其导弹内壁有一层高分子材料,可以把金属和高腐蚀性燃料隔绝开,库存8年没问题。所以一般概念上的液体导弹安全性差,战时准备时间长等,在目前的俄战略核潜艇上都不存在。俄罗斯不是不想装固体潜射导弹,但它的固体导弹至今不过关,只能转而选择液体导弹。SS-N-23液体导弹比SS-N-20固体导弹体积更小,推重比却更大些。“北风之神”级原来计划装“快帆”固体导弹,这是擅长液体导弹的马卡耶夫设计局研制的,结果到1998年时发射三次都失败,于是潜射导弹的任务被交给了莫斯科热工,就产生了后来的“布拉瓦”固体导弹。但“布拉瓦”与“北风之神”级前两艘的艇体不匹配,因为“北风之神”是在“阿库拉”级攻击型核潜艇的已铺装龙骨上建造的,储备浮力不够,因此其16个发射筒上装了12枚“布拉瓦”。今年的消息是:“北风之神”级可能要建20艘,以缩小和美国在潜基核力量上的差距。这样其后续艇可能会选择液体导弹,具体很可能是把SS-N-23缩短发展的后继型,即“蓝天2”RSM54。现在又有一型“大渡船”(音译“莱涅尔”)液体导弹,估计和“蓝天2”RSM54是一个东西。
  “布拉瓦”固体导弹是在“白杨”M基础上改的。“白杨”M有效载荷才1.2吨,而“布拉瓦”比“白杨”M缩短了两米半,有资料称能装10个弹头,这是不可能的,充其量装6个。“轻舟”SS-N-23的载荷比“布拉瓦”要大一倍以上,优势很明显。所以战略核潜艇的发展是各方面折中的结果,如果只考虑导弹小、艇体流线形好、安静性好,导致每枚导弹只装一个弹头,战略意义也会大打折扣。俄罗斯重新选择液体导弹实际上还是不想让它一直占优势的液体导弹技术失传。马卡耶夫设计局就已经快给废了,它现在的工程人员都是55岁以上的,年轻人都跑到莫斯科热工搞固体导弹去了。
  导弹数量
  战略核潜艇的导弹数量从12到24的所有偶数应该都可以,但从来没哪个国家用过14、18、22枚。
  闻:这里可能有保障系统的原因。在有些陆基导弹发射井的配置中,有的情况是一个发射点位有两个发射舱,每个发射舱又有两个发射室,每个发射室是一枚导弹。一个室有一套发射指挥系统,而一个点位有一套攻击保障系统,也就是两个舱共4枚导弹共用一套保障系统。虽然核大国考虑到生存性,不会将陆基导弹如此密集配置,但是在战略核潜艇上导弹高度集中布置的情况下,也有可能出现这种情况,从而导致导弹数量必须是4的倍数。
  东:导弹到底装多少实际上没太多道理。里科弗搞美国第一艘战略核潜艇时把美国海军有实战经验的将领叫到一起,研究艇上装多少弹合适。讨论无果,最后给每人发张纸写下自己认为的数目,一统计绝大多数人写的都是16枚,就确定下来,之后几型艇也沿用这个数目。到“俄亥俄”级出现前,美国已经有了41艘战略核潜艇。但“拉斐特”级由于装载的导弹射程不够,必须前出到大西洋巡逻,风险较大不宜装太多导弹。而“俄亥俄”级的导弹射程可以在美国近海在海军保护下打击目标,风险小很多,可以多装些弹,如果增加2枚或4枚则提升意义不大,就直接上了24枚。实在讲,装12枚还是14枚,16枚还是18枚,区别不大,做这方面的理论推算我认为没意义。
  但从12枚提高到14枚,战略报复能力就提升了16%,提高到16枚就提升了33%,这个意义并不小,而且增加两排导弹井(4枚),艇的长度不过增加7米,这对于一百四五十米长的战略潜艇来讲,长度不过增加5%,为何不这么做?
  东:从12枚增加到16枚,在动力系统不变的情况下,要降低航速,原来最高24节,现在就可能变成22节。战略核潜艇的最高航速有限度要求,一般不能低于24-25节。
  其它方面
  有的战略核潜艇龟背处是窗式排水孔,前后部非耐压艇体上是纵逢式排水孔,这种布置组合的道理是什么?
  东:窗式排水孔是最早在潜艇上出现的排水孔形式,80年代出现了纵逢式。纵逢式排水孔不容易安装关闭机构。有些采用窗式排水孔的潜艇其每个窗口内都有关闭机构,利于航行时降低噪声和阻力。但这样做增加了机构复杂性,而且要保证窗口内的关闭机构长时间不生锈非常困难。
  一般来说,如果窗式排水孔能解决问题就不去做纵逢式的,因为后者加工复杂。纵逢式排水孔的横断面是上面板盖着下面板,上面板不能悬空,里面要有支撑结构。而窗式排水孔不需要支撑结构,直接开口就行了。但是纵逢式排水孔里面的水和外界是上下流动,流体噪声要小于窗式的横向流动。
  “北风之神”级的指挥台围壳前缘上方向前倾斜,根部与上甲板夹角小于90°,看上去很落后。还有的战略核潜艇指挥台围壳顶部略呈前高后低,且围壳后缘并非垂直于艇体上甲板,而是向后倾斜,如何看?
  东:指挥台围壳的后缘形状影响不大,关键是前缘。但潜艇涡流噪声是综合因素,不仅取决于围壳的形状。围壳向前倾斜或向后突出等,可能是围壳里的一些救生设备或拖曳天线等设备所导致。围壳顶部略呈前高后低,可能是各种桅杆降下来时高度有差别,围壳顶部沿着桅杆高度设计所致。
  除了“布拉瓦”,潜射导弹每一代几乎都比上一代更大更重,那么越来越重的导弹舱段是否对艇体设计有影响?
  东:导弹舱段重量集中问题,会引起潜艇的纵向重量平衡问题。像“台风”级,由于后部有两个反应堆,因此把导弹舱段设计在围壳之前以作平衡。其它艇后部只装一个反应堆,纵向平衡问题还好一些。至于龙骨对导弹舱段重量的承受,由于有海水浮力,承力是没问题的。
  潜射导弹发射后,发射井内灌进的海水重量和导弹重量不相等,需要压载水舱调整水量,这在连续发射时是否会造成潜艇振动从而影响导弹初始精度?
  东:像“三叉戟”Ⅰ和“三叉戟”Ⅱ都在“俄亥俄”级上装过,发射井一样,“三叉戟”Ⅰ轻于井里水量而“三叉戟”Ⅱ重于井里水量,这时要根据平时计算好的预制程序通过压载水舱补水或放水,这些都是试验好的,不会造成潜艇振动。
  战略核潜艇是否应安装舷侧阵?
  东:舷侧阵虽然有攻击作用,但主要还是用于被动探测,因此战略核潜艇应该装。目前各国这些战略核潜艇因为服役时间早,所以没有安装舷侧阵。
  在反导系统的发展局面下,潜射导弹受到的威胁与陆基导弹是否有区别?
  闻:陆基导弹机动部署区域不可能太大,因此对反导系统来讲,威胁方向基本是确定的。而战略核潜艇可以在几千万平方千米的范围机动,反导系统对其威胁方向判断会有一定难度,因此潜射导弹受反导系统的威胁要小一些。
  东:美国发展“俄亥俄”级时,曾有过在五大湖里部署战略导弹的方案,但后来还是选择了“俄亥俄”,原因就是其在太平洋上的巡弋面积达到三千万平方千米,对方找到其踪很困难。战略导弹机动平台设在内陆湖,除了机动范围有限,还有一个缺点是内陆湖都太浅,容易被卫星发现。内陆湖条件最好的是贝加尔湖,最深处达一千六百米,但生存力还是不如大洋上的战略核潜艇。
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