網上最主流的意見:這是導彈垂直髮射系統,配備有8-12具發射筒,甚至有説24具的(太多了點吧),鷹擊-18和長劍-10對陸攻擊導彈的長度過大,需要一個突出於耐壓殼體的龜背來容納。很多文章還引用了一篇論文上的圖文來證明這種説法的理論基礎。
有這個看法是非常可以理解的。本來龜背就不是什麼好東西,破壞外殼表面的平順性,引起絮流,產生噪音,能不裝最好。
龜背高度冠軍 - Delta IV戰略核潛艇,它搭載的16枚P-29PM液體洲際彈道導彈長度達到14.8米,而它的耐壓殼直徑只有9.7米,於是造就了近4米高的龜背,圍殼連接處的巨大凹穴會產生強烈的絮流和水動力噪音。
迄今為止所有潛艇上的龜背,都是為了容納耐壓殼體裝不下的戰略導彈才不得不凸起的。包括看似沒有龜背的俄亥俄級,實際上也是有比較矮的龜背的,只不過輕質外殼從艇首一直包覆到艇尾,所以看上去不像龜背。
一張歷史性的照片,1979年攝於通用電船格羅頓造船廠。水中是表面上已經完工的“俄亥俄”號,龜背的輕質外殼已經安裝好(但實際上它要到兩年後才開始首次海試)。碼頭上的是建造中的二號艇“密歇根”號,龜背還未安裝,可以看到露出耐壓殼體外的24根發射管頂部。圖中還有第三艘俄亥俄,就是兩艇中間那個耐壓殼圈體,這其實是三號艇“佐治亞”號的龍骨安放儀式。
所以在傳統的認知裏,龜背和垂髮是劃等號的。
But,我有四個理由説明093上的這個小龜背裏不是垂髮。
1. 空間不足
正是這種一排三組的垂髮形式説明它並不適配於任何一型093。
從圖上看三個發射筒共佔據了耐壓殼體1/3的寬度,按055大驅上新一代通用垂髮單元直徑850毫米計算,總寬度將達到4.25米以上,這個耐壓殼的直徑也將超過12米。顯然中國任何一型現役潛艇的耐壓殼都還做不到這麼大(除非“矮龜背”是單殼體才有可能,但單殼體就不需要那麼長的進/排水口開縫了,所以這個假設不成立);要麼就是發射筒直徑較小,則無法發射重型的鷹擊-18或長劍-10導彈,失去垂髮的意義。
如果一排兩組,寬度也將達到2米5,加上筒蓋的開閉機構和龜背內部支撐結構,龜背寬度也至少要3米5以上。至少從圖片上看,寬度最大的“寬龜背”型,龜背頂部平台的寬度也只有約3米。
作為參考,下圖展示了洛杉磯級艏部12具MK-45戰斧垂直髮射裝置艙門全部打開的情景,可以看到所佔用的甲板面積和內部容積有多大,幾乎是“寬龜背”的兩倍以上。
如果縱向單列布置,長度最大的“長龜背”型頂部平台的長度(包括弧線部分)約12米,只夠擺下6-7具發射筒,火力持續性偏弱,實戰意義不大而改裝代價太大。用來試驗的話已經有一艘常規動力的032型專用試驗艇了。
歸根結底還是空間的問題。三個龜背型號的總長度都沒變,核潛艇耐壓殼內部空間的容積率是非常高的,被各種設備塞得滿滿當當。拿出近12米長、深9米的巨大空間來裝垂髮系統,那原來這一艙段的設備往哪放呢?在不改變整體設計的情況下基本是無解的。
有人會説那採用全電推進,去掉變速器這些機械部件就可以了。那整個潛艇就得重新設計,確實就是095了。真有這個機會從頭來,還會保留完全一致的線形、尺度、圍殼和聲納系統嗎?肯定是翻天覆地的變化了。這個問題我會在最後一篇談到。
在潛艇上安裝垂直髮生裝置,絕不是挖個坑密密麻麻塞一堆發射筒進去就完事了。發射筒之間得留有足夠的安全間隔,發射井內部有支撐結構、防爆設施、各種管線電纜、高壓燃氣點火發射裝置,還要有注水機構平衡導彈發射後減輕的重量,以保持對潛艇來説至關重要的平衡。
在一艘現有潛艇上改裝垂髮比重新設計還要難,牽涉的因素實在太多。我們可以類比現代級136艦相似的改造。在長達3年的改造中,136艦拆除了前後2座防空導彈發射架,替換為各2座8單元的垂直髮射裝置,全艦一共32單元,比改造前使用彈庫的施基利系統減少了1/3,和噸位只有它一半的054A護衞艦載彈量相同。不是海軍4806廠的技術水平差,實在是現代級原來的結構限制太多,只能大車拉小炮了。
2. 見不到筒蓋
垂直髮生系統必然有可開啓的耐壓發射筒蓋以及聯動的外罩,不管加工工藝有多精湛,在艇殼表面也必然會留下可見的縫隙。
弗吉尼亞級“德克薩斯”號,艇艏垂直髮射裝置蓋板的輪廓清晰可見
來看看南海閲兵式上“矮龜背”的官方特寫,光照條件非常理想,龜背上消聲瓦的接縫都表現得非常清楚,但是整個龜背上看不出任何大型艙蓋的縫隙,只有四個非常小的長方形開口和一條縱貫後艇體的白線。
下圖是094戰略核潛艇的大龜背特寫,12個發射筒的艙門以及它們的鉸鏈上密佈縫隙和開口,外形輪廓一目瞭然。在發射筒前後還整齊地排列着一大片黑色的小開口。值得注意的是龜背後部甲板上也畫有一條白線延伸到艇體後部。
094就是在093的基礎上拉長加入戰略導彈艙段而成的,兩者具有很高的繼承性,耐壓殼直徑、圍殼的外形、艇體材料和加工工藝都是相同的。沒有理由更重要的094上佈滿縫隙,而093的工藝一下子進步到完全看不出縫隙了。
3. 位置不佳
緊貼在圍殼後的龜背並不是安裝垂髮的理想位置。因為高速水流經過高大的圍殼後會產生渦流,導致圍殼後的流場非常複雜,擾動很大。採用水下冷發射的垂直髮射方式,剛出管的導彈初速很低,很容易受到絮流乾擾而改變姿態和航向,降低發射精度。和幾十噸重的洲際彈道導彈相比,只有幾噸重的巡航導彈所受的干擾會更強烈。
網上找到的潛艇流場示意圖,圍殼之後會產生和艇身等長的渦流。有意思的是這張圖來自一份伊朗大學的潛艇水動力研究報告,看來雖然伊朗只有三艘基洛級常規潛艇,但是對潛艇技術的發展還是很感興趣的。
攻擊型核潛艇配備垂直髮生系統早已成為潮流,但是垂髮的位置都會盡量避開圍殼。洛杉磯級和弗吉尼亞級的垂髮都佈置在艇首,弗吉尼亞級Block5和雅森級因為配備了更多的發射筒,乾脆在中後部增加了一個垂直髮射艙段。
弗吉尼亞級Block5的各種概念設計方案
我國確實一直在研發潛用巡航導彈垂直髮射系統,並已進入實用階段。032型試驗艇就同時配備了大直徑的彈道導彈發射筒和小直徑的巡航導彈發射筒用於試驗,但是它們的位置分別在圍殼內和艇身前部,沒有放在圍殼後面。
實際上即使是戰略核潛艇,雖然或高或低的龜背都在圍殼後面(颱風級除外),但發射筒與圍殼之間還是留出足夠的距離而沒有緊挨在一起,這都是為了平衡重心,儘量減少渦流的干擾。
各國戰略核潛艇尺寸比較及導彈發射井位置
4. 優先級不高
最後也是最重要的一點,垂直髮射對陸攻擊的優先級並不高。對中國的攻擊型核潛艇來説,在相當長的時間裏首要任務仍然是保護己方的戰略導彈核潛艇和航母編隊的水下安全。我們的潛艇技術並不領先,攻擊型核潛艇的數量也遠沒多到有餘力去執行對陸攻擊、投放特種部隊等次要任務的地步。
美國現役有32艘洛杉磯級、3艘海狼級、15艘弗吉尼亞級共50艘攻擊型核潛艇,並正在以每年2艘的速度持續建造後續的弗吉尼亞級。雖然美國海軍是全球部署,需要使用核潛艇的地方比中國多得多,但潛艇兵力相對航母、驅逐艦來説還不算窘迫。
失去紅海軍這個最強大的水下對手之後,美國攻擊型潛艇更多擔負的是前沿淺海地區偵察監控、對陸火力打擊、特種部隊支援等非傳統任務。所以美國在冷戰後放棄了尖端而昂貴的海浪級,發展多用途、適合淺海活動的弗吉尼亞級。
而中國的攻擊型核潛艇力量還遠沒到達到如此規模。加上2艘已經退出一線僅做教學訓練用的091,滿打滿算現役也不超過15艘。不久的將來即將擁有4艘以上的航母,每個航母編隊標配2艘;北海、東海、南海三個方向最低限度2艘戰備值班,起碼就需要14艘隨時可供部署;此外戰略核潛艇值班的護衞任務、前出印度洋、南太平洋一類的遠程部署也會越來越頻繁,按一半部署一半維修訓練的比例總共需要超過30艘攻擊型核潛艇。在葫蘆島新廠的三條生產線滿負荷投產之前,我們的潛艇兵力缺口是非常大的。所以大boss説潛艇"是國之重器,要大發展"真的很正確。
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葫蘆島渤海造船廠新建的巨型核潛艇生產線廠房,造好的潛艇會通過一條長達5百米的通道運到左側的下水船塢進行下水作用。這大概是繼長興島江南造船新廠之後國內第二家採用抬船浮箱下水的軍用造船廠,參見:對055大驅的一點解讀(三)- 下水
因此我們的攻擊型核潛艇肯定是圍繞反潛這個核心任務來設計的,對陸攻擊的重要性並沒有大到需要專門建造三個改型來不斷完善的程度。這點和海狼級非常相似,冷戰期間為深海大洋獵殺而設計的海浪級就專注於反潛,沒有配備洛杉磯級上早已採用的垂直髮射裝置,所有武器都靠魚雷發射管投放。
加高的反應堆艙
小龜背裏不是垂直髮射系統,那會是什麼呢?第二種意見是加高了的反應堆艙,因為官媒在2016年就已經證實第二代核潛艇配備了自然循環反應堆,即中低航速下不開主泵,依靠冷卻水自然循環就能維持反應堆一回路的正常運轉,極大地降低了動力系統的噪音。採用自然循環方式,反應堆會比普通的壓水堆高以增強自然循環能力,於是大家想到了龜背。
這種假設也是不現實的。首先上一篇介紹過,093的反應堆艙就不在那個位置。其次,還是內部空間問題。
很多人可能有一種誤區,雙殼體潛艇的耐壓殼體就像外面的輕質外殼一樣也是平順光滑的一個圓柱體。實際上耐壓殼是一段一段製造焊接而成的,根據內部佈置的需要粗細往往是不一樣的,而且被包裹在輕質外殼內沒有保持流線型的需要,所以該凸的地方凸,該凹的地方凹。
俄羅斯最新一代北風之神級戰略核潛艇剖面圖,可看到淺灰色的耐壓殼由三截不同直徑的圓筒組成,耐壓殼頭部的形狀也是不規則的。
即使是單殼體潛艇也有這樣的例子,那就是海狼級三號艇“吉米·卡特”號上那個著名的“蜂腰”。“卡特”號比海狼級前兩艘加長了30米,排水量增加2500噸。
加長段是一個多任務平台(MMP)模塊, 它的中部有一個耐壓殼體直徑縮小的“蜂腰段”,以讓出舷側空間裝載各類泛水特種設備,比如海豹突擊隊使用的水下運載器、遙控載具、潛水員閘室、海底電纜監聽設備、彈出式偵察器等。
再來看看093的內部結構:
上一篇我提到過093基本型反應堆艙的位置,再看一次這張《艦船知識》發佈的剖面圖,反應堆艙上方的進/排水縱縫位置要高於其它地方,這説明反應堆艙段內部結構和其它地方是不一樣的,很可能尺寸要大一點,但幅度很有限。
093各型的耐壓殼體直徑是9米級,有可能容納不下新一代的自然循環反應堆(這個完全是猜測,國產自然循環反應堆的尺寸有多大沒有任何信息透露),但是093的外殼直徑可是超過11米的,中間有兩米多的距離可以充分利用。如果需要,反應堆艙段適當加工增大相關部位的尺寸也不至於令外殼凸起。排水量近萬噸的海狼級耐壓殼體直徑也不過是10.9米,裏面包容了功率更強大的S6W核反應堆。
再説093的三個改型用了三個不同高度和寬度的龜背,不可能還試用了三種不同尺寸的反應堆吧。
拖曳式通信浮標
既不是垂直髮射系統,也不是加高的反應堆,哪還會是什麼呢?
093改型確實是世界上所有攻擊型潛艇中唯一帶有龜背的特例,但除了戰略核潛艇外,還有另外一型核潛艇有類似的小龜背,那就是巡航導彈潛艇中的巨無霸 - “奧斯卡”級。
上圖一排艇員站立的位置就是奧斯卡的小龜背。
換個俯視的角度看是這樣的,有兩扇大型的對開艙門。
在剖面圖上也能看到這個結構,它裏面裝的不是什麼特種部隊潛水載具,而是“鯡魚”拖曳式通信浮標,以便在不用浮出水面的情況下與衞星、飛機、直升機等外部第三方平台進行信息交換,為其射程高達625公里的花崗岩反艦導彈指示目標。如果沒有空中導航支持,僅靠水面艦艇制導,花崗岩的有效作戰半徑就只有200公里。這個通信浮標裏可能還集成了Delta IV上的“瑟尤斯”(Shlyuz)導航系統天線。
拖曳式通信浮標並不是什麼特別先進的概念和技術,美俄核潛艇從60年代開始就裝備了。當時的拖曳通信浮標尺寸較大,還需要配套的收放機構,佔據較大空間,佈置在圍殼後的背部是最理想的操作位置。
美國於1971年開始在鱘魚級上配備的AN/BSQ-5拖曳通信浮標,可以15節的航速在巡航深度上實現雙向通信
但是鱘魚級、奧斯卡級畢竟是3、40年前冷戰時期的產物,當時的電子、通信技術和今天不可同日而語。下圖是弗吉尼亞級釋放拖曳式通信浮標的示意圖,從小圖上可以看到這個浮標尺寸很小,類似一個特大號的釣魚用浮標,由舷側某個小口蓋釋放。它是美國海軍Seaweb分佈式海底雙向通信和傳感器網絡的組成部分,將潛艇從潛望鏡深度的間歇性信息節點轉變為持續性的網絡節點,融入整個艦隊作戰網絡中,而且不影響潛艇的巡航速度和深度。
採用雙速制的鷹擊-18導彈據稱射程達到600公里以上,中國海軍也在積極構建自己的網絡中心戰系統,為093改進型配備拖曳式通信浮標是順理成章的。
但體積的問題又來了,這回是新式拖曳通信浮標體積太小,連接的拖纜也不過一兩百米長。如果單純為了安裝類似弗吉尼亞級那樣的浮標系統,完全不需要那麼大的龜背並進行多次修型改進。
拖曳式線列陣聲納組件
最後説説我的觀點,小龜背內部容納的是拖曳式線列陣聲納的組件。可能很多人會不相信,拖曳陣不是在艇尾嗎,和圍殼後的龜背“不搭嘎”吧。且聽我慢慢道來。
上面講到,目前中國攻擊型核潛艇的設計核心是反潛而不是多用途。面對美國、日本眾多高性能潛艇的圍追堵截,要勝任反潛這個任務,除了速度快、潛深大、火力強等硬件指標外,首先必須滿足兩個前提條件:降低噪音水平,就是儘量不讓對手發現;提高探測能力,就是力爭在更遠的距離、更嘈雜的水下聲場中發現對手。
降低噪音水平的努力我們都能直觀地看到:光滑的消音瓦表面、圍殼的填角和圓角、垂直尾舵的圓角、艇艏的曲線、不斷改進的進/排水口開縫,也包括三次修型的小龜背本身的形狀。當然還有內部看不到的減震浮閥等眾多降噪手段。
提高探測能力則體現在新配備的舷側線列陣聲納和尾部的拖曳式線列陣聲納,這兩項都是首次在中國的攻擊型核潛艇上出現,配合艏部綜合主聲納,形成360度全方位、多譜段的主被動聲納探測能力。
大家的注意力往往都放在了舷側線列陣聲納上,因為這種上下配置分成三段的形式確實是世界首創,既保留了線列陣造價低、結構簡單、安裝方便的優點,又拉開上下距離,解決了常規潛艇上單條線列造成的垂直增益差低、探測精度差的問題。
相對而言艇尾的拖曳式線列陣聲納則不是什麼新事物,蘇聯自1976年開始就在Delta III型上配備了類似裝備,北風之神級以及我們的094級上也都能看到。
兩艘已經退役等待拆解的Delta IV型,尾部的拖曳陣收放裝置和093/094上的幾乎完全一樣。
上圖是最近剛找到的一張照片,兩艘並肩航行的094。近處的是基本型,遠處的是圍殼帶填角、無舷窗的094A,兩艇的垂直尾舵上方都有拖曳陣聲納收放裝置。之前我一直沒太注意,以為094的這個收放裝置也是和圍殼一起在改型上才出現的,現在看來基本型就已經裝備了,這點和093不同。
但在三種聲納的實際運用中,當代的攻擊型潛艇最常用也最倚重的還是拖曳陣。艏部主陣最主要的功能是主動聲納,不到關鍵時刻是不會開機的;其被動聲納部分則尺寸受限且有很大的盲區。舷側陣的尺寸同樣受到艇體的限制,工作頻率最低只能降到1KHZ左右,而且會受到剛性連接的本體機械振動和殼體輻射噪聲的干擾,探測距離有限(不超過一百公里)。
弗吉尼亞級的聲納系統組成以及各自的探測範圍
性能最強悍的還是艉部拖曳線列聲納,它具有另外兩種聲納不可比擬的優勢:
1. 聲吶換能基陣可以突破艇體尺度的限制,孔徑達到數百米,實現10H以下的極低頻工作頻率,探測距離可以超過180公里。它的拖纜更是可以長達1公里,讓聲納列陣遠離本艇的動力系統噪音,創造出理想的靜音工作環境,大幅提升信噪比。
2. 工作深度可通過改變航速/纜長在幾百米範圍內調節,不需要潛艇機動就可以充分利用不同深度的水聲匯聚區進一步增大信道和探測範圍,探測效能遠超舷側陣(實際探測距離當然是各國的最高機密)。
3. 可維護性高,安裝、維修、升級比另外兩種聲納要方便太多,只要在碼頭上像拉捲尺一樣抽出列陣就可以進行維護作業。艏部主陣和舷側陣固定安裝在艇體上,只有返廠入塢拆下外殼才能維修。
當然拖曳線列聲納也有幾個固有的缺點:
1. 使用要求比較高,工作時會限制潛艇的機動能力。速度過低、洋流乾擾、本艇機動都會導致柔性的線列陣無法完全拉直,陣型畸變就會影響測量精度;速度過高或者劇烈機動又容易損壞甚至拉斷昂貴而脆弱的聲納。所以潛艇在釋放拖曳陣後都處於一種小心翼翼、輕手輕腳的狀態。
2. 存在左右舷模糊問題。拖曳線列陣就是一根佈滿無指向性聽音器的線列,尺度上是一維的,利用不同陣元的相位差來探測目標。雖然靈敏度非常高,但是沒有空間和深度識別能力,就好比一個人只有一隻順風耳,能聽得到非常細微的聲響,但不知道是從哪個方向來的。目前可以通過改變航向等方法加以彌補,但這會破壞整個聲納的工作條件,精度也很不理想,不能從根本上解決問題。
3. 長度、重量很大,拖纜加列陣重量往往接近一噸,而且聲納基陣相當嬌貴易損,導致拖曳、收放機構龐大複雜,收放作業困難。大型列陣的展開、機動後重新拉直和回收過程耗時都是以小時計的,因此它不可能隨時工作,只有符合布放條件,威脅度不高的情況下才展開。
三種聲納各有所長,相互配合才能為核潛艇提供全時、全方位的水下空間感知能力。
花了這麼多筆墨講拖曳線列聲納,其實就是為了強調在093大改款實施的眾多改進中,不太起眼的拖曳線列聲納才是至關重要、優先級列第一的項目。
再來一個特寫鏡頭,Delta III的聲納列陣已經釋放出去,能看到伸出的拖纜。但是,千萬別認為這個管狀的收放裝置就是系統的全部了,這只是冰山的一角而已。
093/094的拖曳陣系統還是高度的機密無從得知,我們只能分別看看俄、美兩方拖曳陣的全系統來得到一點感性的認識。
先看俄式。Delta級戰略核潛艇的資料比較難找,但實際上俄式攻擊型核潛艇普遍採用的是另外一種形式。
這是一幅非常著名的照片,老軍迷應該記憶猶新(暴露年齡了)。1983年10月25日,蘇聯海軍最新鋭的Victor III級攻擊型核潛艇七號艇K324在馬尾藻海發生了一起幾乎導致世界大戰的事故。當時它剛完成跟蹤俄亥俄級三號艇“佛羅里達”號海試(就是上圖那個耐壓殼圈體)的任務,在北卡查爾斯頓外海被同樣配備拖曳線陣列聲吶的美國“麥克羅伊”號反潛護衞艦追蹤到。兩艦距離過近(直接過頂了),K324的螺旋槳被“麥克羅伊”號的拖曳陣纏住。後果就是拖曳陣被拉斷,“麥克羅伊”號返回諾福克;倒黴的K324主機停車,失去航行能力被迫上浮。
之後的十天裏,無動力的K324漂浮在波濤洶湧的大西洋上,遭到了大批美國反潛機、直升機和驅逐艦的強勢圍觀,最近距離不足30米!美國驅逐艦甚至詢問K324是否需要幫助,並試圖從潛艇螺旋槳上解下絕密的拖曳陣,但沒有成功。
蘇聯艇長則為防止最新型潛艇被俘,由8名軍官手持步槍和手雷在圍殼上晝夜警戒,並做好了自爆準備,在魚雷發射管裏裝填了射程覆蓋華盛頓的核裝藥潛射導彈。此事驚動美蘇政府最高層。
上浮後,蘇聯艇員多次試圖解開纏繞的拖曳陣,用輕武器射擊、用斧頭砍都沒用。
一個未經證實的説法是洛杉磯級三號艇“費城”號早已追蹤K324多時,在接到搶回拖曳陣的命令後曾在水下悄悄接近K324艇尾,偷偷地鈎落了部分拖曳陣。但這只是傳説,不知真假。
蘇聯偵察船“納霍德卡”號隔開了動彈不得的K324和虎視眈眈的斯普魯恩斯級“彼德森”號
10天后兩艘蘇聯救援船隻陸續趕到,仍然解不開纏繞的拖曳陣,只好將K324拖往古巴。在那裏發現解下來的拖曳陣殘骸長達420米,它被迅速空運回蘇聯進行研究。K324經過11天維修後返回馬尾藻海繼續執勤,一個月後才返回北方艦隊基地。
在古巴幹船塢中搶修的K324
據傳K324之所以會纏上“麥克羅伊”號的拖曳陣,正是因為它當時擔負了蒐集美國海軍拖曳線陣列聲吶數據的絕密任務。
螳螂捕蟬黃雀在後,冷戰期間蘇美雙方水下競爭之激烈可見一斑,已經是刺刀見紅了。美國也從此患上了心病,處處設防生怕別人再偷他的拖曳陣,特別是咱們的南海漁民。
K324失去動力上浮公海,意外地令美國有機會拿着放大鏡般仔細觀察它的細節,有兩點引起了當時西方軍界的轟動。一是通過停擺的螺旋槳槳葉縫隙之間的浪花,判讀出V-III採用一對潛艇上極為罕見的四葉同軸反轉螺旋槳,類似圖-95轟炸機上的NK-12渦槳發動機,説明該艇的高速性非常突出。西方唯一一艘採用這種螺旋槳的是長尾鯊級SSN605“小梭魚”號。
事故現場拍攝到的螺旋槳細節,美方拖曳陣仍纏繞在上面
二就是垂直尾舵頂端神秘而碩大的紡錘體。冷戰末期蘇聯軍隊的保密程度還很高,西方一直揣測不透這個科幻的紡錘體到底是什麼作用。很多傳聞説是極為先進的磁流體推進器,可以讓V-III級以完全靜默的方式進行巡航。如果是事實將徹底打破美國核潛艇對蘇聯的技術優勢,這引起一片恐慌,彷彿一夜之間蘇聯人得到了超越時代的外星科技。
K324絕對是總共48艘Victor級大家庭裏的第一網紅。之前在1981年,美國海軍鱘魚級核潛艇“鼓魚”號曾試圖追蹤當時還配屬太平洋艦隊的K324並拍攝這個紡錘體的細節,兩艇在海參崴彼得大帝灣(!)發生碰撞。但美蘇雙方都掩蓋了這起核潛艇之間的事故,細節至今不為外界所知。1985年,K324據説曾對一艘美國戰略核潛艇保持了長達28小時的持續跟蹤!
今天我們已經知道這個紡錘體裏安裝的是北約綽號“鯊尾”的MG-541 Skat-1型拖曳線列聲納,而不是什麼磁流體推進器。因為V-III級艇內空間有限,無法再容納這個新的聲納系統,孔雀石設計局的設計師把它打包安裝在了垂直尾舵上,比較巧妙地解決了空間問題,大大增強了作戰能力。
僅有的一張比較模糊的V-III級內部結構圖,內部已經難以見縫插針了
放大的紡錘體內部
這個紡錘體有多大呢,長8.5米,直徑2.3米,是個相當龐大的傢伙,裏面容納了絞盤、收放伺服機構、長長的拖纜和聲納陣本體,該聲納的探測距離達到130公里。我們可以想象一下,如果把它半埋入093改型的圍殼之後,體積將與小龜背差不多大。
V-III級之後,蘇聯在塞拉級和阿庫拉級兩型主力攻擊型核潛艇上都採用了同樣的設計。但是尾巴上頂個棒槌也是有一定缺陷的,它的重量過大,底下支撐的垂直尾舵也必須加強,增大了阻力和流體噪聲,降低了水下機動性。因此從阿庫拉級改進型開始取消了大棒槌,改為戰略核潛艇那樣的形式,只在垂直尾舵上留下一個圓柱型的收放口,主體設備都收納到了艇身內部。
阿庫拉級四個型號的對比,最頂上的是最新改型阿庫拉-III,增大了圍殼,取消了艉部的紡錘體
最新的雅森級也是同樣設計拖曳陣系統的
再來看美式的拖曳陣系統,也以最新的弗吉尼亞級為例。
弗吉尼亞級和海狼級一樣,採用了獨特的木字型尾舵組合,由全動垂直尾舵和常規水平尾舵組成十字舵,下方還有兩個傾斜安定面。
換個角度放大看是這樣的,左右水平尾舵的翼尖各有一個打火機狀的小型柱體(上圖紅圈中尚未安裝外罩),這就是它的兩個拖曳線列陣收放口。左側下方傾斜安定面尖端的那個小紡錘體是聲納(我猜測是避讓水下/碼頭障礙物用的,因為只在左舷也就是port side才有,不是對稱的)。
是的,財大氣粗的美國為現役所有攻擊型核潛艇都配備了一粗一細兩套拖曳線列陣聲納:粗(Fei2)線 - TB-16D Fat line戰術拖曳陣(或升級為TD-34)和細線 - TB-29A Thin line遠程搜索拖曳陣(或升級為TD-33)。
TB-16D粗線:拖纜直徑9.5毫米、長800米、重205公斤;聲陣直徑82.5毫米(也有報道89毫米) 、長75米、重640公斤。因為聲陣較短、直徑較粗,收放時間短、拖曳航速高,戰術運用更靈活。
TB-29A細線:拖纜採用輕質材料,長365米;聲陣直徑38毫米,長達634米,集成了13個48.8米長的模塊,每個模塊具備32個聲學通道 。細線聲陣長、孔徑大,頻率低探測範圍大,綜合探測能力優於粗線陣。但它的收放時間長,受海流的影響較大,拖曳航速低,對潛艇的機動性影響較大,不適宜在海況複雜的近海環境中使用。
近似於易耗品的拖曳式線列陣非常昂貴,最新批次TB-29A CTA聲納單價達到226萬美元。將兩種特性不同的拖曳線列陣組合使用,弗吉尼亞級在探測能力和戰術靈活性上去得了很好的平衡。
來看看這兩套系統的佈置方式。
左舷的細線直接收納在主軸下方的一個卷軸上,右舷的粗線則通過一根彎曲的管道沿着耐壓殼體頂部通向艇體前方。它通到哪去了呢,見下圖:
弗吉尼亞級右舷上表面有一條佔到長度3/5的半圓型管狀物
換個俯視的角度看得更清楚些
它就是粗線的收納筒。不同於纖細柔軟的細線,粗線的材質較硬、柔韌性差,收納時需儘量拉直。弗吉尼亞級全長114.9米,等比例量了一下,這根管子的長度大約是74米,寬度不到1.5米。粗線的拖纜加聲陣全長達到875米,在管子裏得來回繞11圈。如果把這根長長的收納筒裁成6截堆疊在一起,所佔體積大致和093的矮龜背相當。
這個結構其實並不陌生,在洛杉磯級和海狼級上都能看到。只是在很長時間裏我都對它的用途感到非常困惑。説它是某種聲納設備,45度仰望天空能探測到什麼?説它是內部管線,什麼管子會這麼粗還不怕水壓可以安裝在耐壓殼外面?
洛杉磯級“達拉斯”號
“海狼”號,外觀和弗吉尼亞級非常相似,只是粗壯了一圈
弗吉尼亞級的收納筒內部什麼樣沒找到照片,下圖是長尾鯊級13號艇“貓鯊”號1994在格羅頓入塢準備退役時的狀態,它是美國第一級配備拖曳陣的核潛艇。
順便便説一下,上面那張弗吉尼亞級三維結構圖的來源很有意思,是弗吉尼亞州新河社區學院工程設計技術項目的一套CAD作業,由5名學生在導師指導下完成。這所學院的性質類似於咱們的南翔技校。
這幾名學生蒐集各種公開信息,並獲得了多名曾在弗吉尼亞級上服役過的前美國海軍潛艇軍官提供的第一手資料,緬因州潛艇研究中心也提供了技術支持,最終他們根據工程原理逆向設計出這套CAD圖紙。
海軍弗吉尼亞級項目主管Chris Miner看過這份作業後給予了高度評價,認為學生們的空間管理能力、功能設計水準都達到了很高的水平。目前網上關於弗吉尼亞級的三維結構圖基本上都來自這個作業,它的準確度還是比較可信的。
寫到這裏我已經可以比較肯定地説093改型上的龜背裏面,裝的就是拖曳線列聲納系統的收納機構(當然也可能被各種模糊不清的圖片給戰術忽悠了)。有這麼大空間,順帶裝上小型化的拖曳通信浮標也完全可能。
個人推測093“小龜背”的拖曳陣全系統形式,我們可能還是會採用可纏繞的細線陣
那根從小龜背前部開始向後延申的白線標示了底下線纜的位置,以免在日常維護(如更換消聲瓦)作業中不慎碰壞。這和SR-71機背上那圈著名的標誌性的紅色警示帶是一樣的作用,參見西雅圖飛行博物館巡禮(2):細品黑鳥(下)。094大龜背上的白線也是一樣的用途。
再用衞星圖片來證明一下。
在上圖中可以清晰地看到094最後一排發射筒後的斜坡段有一個幾乎是方形的大開口,裏面的深度也相當大。
對照標出這個開口的大致位置
在093“寬龜背”上也有這麼一個開口,兩者尺寸大約都是3米見方,足以容納相當大體積的設備了。需要説明的是“矮龜背”因為凸起高度不明顯,在衞星照片上是分辨不出龜背是否存在的。
龜背裏面會是什麼樣子,可以參照一下下面這張德國212型常規潛艇背脊部位的拖曳陣收納系統:
蘇、美、中三種拖曳線列聲納系統的安裝方式,艉部收放裝置形式相近,都是佈置在尾舵的頂端以儘量遠離螺旋槳。主要的差別就在收納系統的佈置,到底誰更合理呢?
因為都是雙殼結構,中、俄的收納裝置自然都藏在耐壓殼和外殼之間。阿庫拉-III完全看不出來,因為它的水下排水量接近1萬3千噸,有足夠的空間。如果是和同為七千噸級的V-III級比較,那設計水平就高下立現了,V-III尾巴上頂了個碩大的紡錘體,093只用了一個低矮的小龜背。
和美國七、八千噸級的洛杉磯、弗吉尼亞級那條長管子相比,我們小龜背的保型設計也更有優勢,濕面積大為減小,對航速、聲納信號反射面積、絮流等方面的影響都要小。不過美國人也是沒有辦法,誰讓他們是單殼體沒有地方藏呢。
093從“長龜背”到“寬龜背”到“矮龜背”一路改進,龜背與艇身的融合程度不斷提高,可以説是在同噸位核潛艇中最優化的佈局了。光憑這一點就值得為我們的潛艇設計師點贊
但平心而論,在陸海空三軍大發展的今天,中國軍隊最大的一塊短板就是潛艇、特別是核潛艇,以及相應的反潛技術,至少落後歐美接近一代10年以上的時間,誇張點的話是21年,也就是美國海狼級首艇服役的1997年。
即使有一兩個方面實現了突破性的進展,達到世界先進水平,也暫時改變不了整體落後的現狀。這一點有些像航母,我們的進步是飛快的,但到目前為止還遠沒到超越的地步。盲目自信與崇洋自卑都不是什麼好事,認清差距、迎頭趕上才是正道,那就是真正的095擔負的使命。