美国“弗吉尼亚”级作为“海狼”级核潜艇的后续艇,一直深受各国关注。首艇SSN-774“弗吉尼亚”号于2004年10月23日服役,第二艘“得克萨斯”号已下水,第三和第四艘也处于建造状态。20世纪90年代,美国决定研制“弗吉尼亚”级时,提出的指标是把每艘造价控制在“海狼”级的75%以下。然而时至今日,每艘“弗吉尼亚”级的耗资已达25亿美元,远超出美国公众的期望值。
造成建造费用居高不下的原因有许多,其中之一是美国海军不能保证筹措足够的资金用于每年建造2艘或更多的“弗吉尼亚”级,因而不能实现批量建造,也无法带来费用节省。原因之二是, 为维持已衰弱的美国潜艇建造工业基础,防止技术人员和技术工人的继续流失,在美国政府批准的协议下,“弗吉尼亚”级由电船分公司和纽波特纽斯造船厂分工在异地分别建造潜艇的独立分段,然后轮流总装合拢。这种分工协力建造方式导致每艘“弗吉尼亚”级的建造费用有所增加。
美国采用异地分别建造、轮流总装合拢这种方式,与美国的国家保护工业基础政策存在着密切关系。在当前形势下,美国政府短期内难以改变既定的国家工业基础政策,“弗吉尼亚”级的建造成本难以大幅度降低。2004年12月底,五角大楼发布了753号计划预算决定指令,撤消了三艘“弗吉尼亚”级的建造资金, 并决定从2009财年开始,保持每年一艘的建造速度而不是原先的两艘。“弗吉尼亚”级计划如何执行下去难以预料。
推出提升潜艇性能的崭新概念
2004年,五角大楼和海军组织了一些专家对“弗吉尼亚”之后的新一代核潜艇进行概念研究,这些新概念可能将导致美国今后核潜艇的设计发生重大变化。与此同时,美国国防高级研究计划局和海军也在对潜艇设计方面将要发生的重大变革做出评估,以便就未来小型化核潜艇是否更加适合美国海军的发展战略需要得出结论。在美国海军和国防高级研究计划局的共同努力之下,推出了Tango Bravo计划。该计划原名technology barriers,意即克服降低潜艇成本的关键技术障碍,其词首字母T和B在北约的无线电报或电话通信中分别用TANGO和BRAVO两词来表示,Tango Bravo计划由此得名。Tango Bravo计划是一项为期四年、总拨款为9 700万美元的新型潜艇技术研究计划。它致力于发展潜艇技术的五个关键领域:无轴推进技术;外部武器存储及发射;艇壳式声呐;艇体、机械和电子结构简洁化;可减少艇员数的自动化指挥中心。该计划的总目标是设计出一种新型潜艇,它的排水量较小,同时具有全部标准性能,具有简化的结构,可降低设计建造成本。目前该计划获得了3 500万美元拨款用于论证。
无轴推进技术
无轴推进是五项关键技术之一,在Tango Bravo计划期间将遵照降低潜艇成本和减小艇体主尺度的目标对其进行深入研究。海军希望研制出一种高效推进装置,其噪声将至少与“弗吉尼亚”级相当, 而成本低40%。当推进装置的重量降低时,功率也会随之减小,这个难题尚需解决。新型潜艇将要采用的无轴推进技术可减少潜艇总布置的复杂性,降低成本。美国海军水下技术部负责人史蒂芬·约翰逊少将指出,潜艇的鱼雷舱和发射管连同艇艉的推进系统总共占据整艘潜艇艇体长度的50%~70%,如能克服那些设计约束条件,设计和建造出来的潜艇也许会与现在的潜艇完全不同。
综合性机构公告中提及的无轴推进技术,指的是无需穿透潜艇耐压艇体的任何推进系统。备选方案包括分布式泵喷推进技术和三种电机驱动技术:内部驱动电机、轮缘驱动电机和轮毂驱动电机。尽管有传闻说国防部正在向海军施加压力,要求发展常规动力潜艇技术,但史蒂芬·约翰逊说:“所有关于Tango Bravo的研究工作都是建立在核动力基础之上的。”
据史蒂芬·约翰逊所说,由于目前现有的喷水技术“效率损失极大”,所以采用电机驱动似乎更加有利。因此,设计人员正在研究如何减小喷水推进系统的尺寸并使它具备足够大的功率。“大多数工程师认为,当前还不能做到在保持安静性的同时, 解决功率损失问题”,但是他又补充道:“我们仍然对喷水推进技术充满兴趣。”
无轴推进装置概念应体现足够的强度、可靠性、可维修性以及较长的工作寿命,并满足下述性能指标。
——在实尺寸模型条件下预测其推力数值并且用适当比例模型进行验证。某些方面的论证需要在1/4比例模型条件下进行。目标是整个推力系数至少应该等于0.76。
——对于无轴推进装置发出的噪声级别和电磁信号强度进行预测,并在适当比例模型条件下对其进行论证,目标是与“弗吉尼亚”级相当。
——降低无轴推进系统概念的成本。其目标是推进装置以及整艘潜艇的建造成本仅为“弗吉尼亚”级的60%。
海军少将史蒂芬·约翰逊解释说,无论选择何种推进方式,“用实尺寸模型进行技术论证都是极其昂贵的”。因此,“关键在于要建造出实尺寸推进系统,以便使我们能够了解那些技术的潜在性能”。
目前,通用动力公司电船分公司和DRS技术公司分别获得了630万美元和490万美元的第一阶段拨款,共同开发和论证无轴推进技术。无轴推进技术的开发和论证工作将分为三个阶段。
第一阶段为期12个月,主要是利用计算机建模和仿真手段对无轴推进装置的性能进行预测。此外,还应建立一个成本估算模式,以便确定推进装置的成本及其对整艘潜艇成本所产生的影响。在第一阶段结束时,将进行设计评估,以便决定该设计是否值得进一步投资。
第二阶段为期18个月,主要验证无轴推进系统所需的各项技术,以便对其性能特征进行论证,以期满足既定的性能指标。在这一阶段,将要对推进装置的设计及其成本估算模式进行修正,以便如实反映各项技术论证的结果。
最后一个阶段主要是对推进系统的比例模型进行论证,将对系统开展试验,以便确定其流体动力特性。还将测定整个系统/各零部件的噪声级别和电磁信号强度。利用计算机模型预测出实尺寸模型的信号强度和流体动力特性,计算整个推进系统的成本,确定该系统成本是否仅为“弗吉尼亚”级的60%。这一阶段也将持续18个月。
外部武器存储与发射
Tango Bravo计划的另一项关键技术是研究在潜艇外部存储和发射武器的可能性。通用动力公司电船分公司和诺斯罗普·格鲁曼公司也分别获得了950万美元和1 040万美元经费,用于开发和论证外部武器发射系统。外部武器存储和发射技术亦可减小耐压艇体尺寸,大幅度地降低新型潜艇的造价。
外部武器发射系统概念指的是在保持与“弗吉尼亚”级同等程度的水下高航速和试验深度的情况下,能够在潜艇的耐压艇体外部存储、控制和发射没有密封外壳保护的Mk48鱼雷。另外,外部武器存储及发射系统将要从针对单一类型武器概念扩展到对多种武器的存储和发射。这种概念着眼于武器存储空间尺寸、抗冲击性能、发射准备及发射过程中的噪声、电子监测与反馈、点火控制、发射安全性、可靠性以及后勤保障等。初步设计方案的重点是保证能在与“弗吉尼亚”级相当的航速和潜深下完成武器发射。
美国海军官员们说,由于艇内用于储存武器的巨大空间被转移到了艇外,新型潜艇尺寸更小、造价更低。史蒂芬·约翰逊说,该系统包括一些密封技术和具有隐身性能的存储系统技术。另外,美国海军也打算对通用浮力发射系统开展调研,但由于资金不足尚未开展。
外部武器存储及发射系统的开发和论证工作也分为三个阶段。
第一阶段为期18个月,主要是详尽的系统设计及计算机建模,对发射过程中的武器性能进行预测。通过弹射系统的比例模型确认外部存储发射系统概念的水动力特性。利用比例模型的试验结果,对全尺寸弹射系统的水动力特性进行预测。
第二阶段也为期18个月,将制造外部武器系统的实尺寸模型,利用Mk48鱼雷样弹在近海对其进行测试。试验包括武器存储监控、发射前的通信以及发射特性测定等。通过Mk48鱼雷样弹,将测试出发射所必需的技术条件。
在第三阶段,重点将对外部武器系统模型进行海上试验。这一阶段的试验主要是为了验证外部武器系统在武器存储、通信联络等方面的能力,还要验证处于水下一定深度且有一定航速的潜艇上发射Mk48鱼雷的能力。这一阶段为期12个月。海试计划将在2009财年进行。
艇壳式声呐基阵
Tango Bravo计划的第三项关键技术是既能够提高探测性能又可降低成本的艇壳式声呐。艇壳式声呐基阵不仅要适应潜艇的复杂艇体形状,而且无论在浅水或深水水域,其探测和目标跟踪等性能都应远远优于目前装备在“弗吉尼亚”级上的声呐系统。艇壳式声呐基阵的阵元排列应该能够随着新型潜艇的艇体形状进行共形装配,应引起注意的是艇壳式声呐基阵与消声涂层的接合及其对声学信号和目标强度产生的影响。
史蒂芬·约翰逊解释说,艇壳式声呐技术是在新型潜艇的全艇范围内布置电控声呐阵列。这种声呐阵列可进行全方位的探测,而不像目前的声呐那样只能在有限范围内进行探测,“如果艇壳式声呐能覆盖整个艇体表面,即可由整个艇体向外发射低频声束”。这种分布式声呐将极大地改善潜艇的探测性能。
由于使用艇壳式声呐基阵技术,潜艇设计师可取消价格昂贵并占据了巨大空间的艏部球形声呐, 而代之以可贴合在艇体表面的声呐阵列。这需要更为先进的信号处理能力,不过目前计算机技术的进步使之变得可行。美国国防高级研究计划局正在设定将要取代“弗吉尼亚”级声呐系统的新型艇壳式声呐系统的性能指标。美国国防高级研究计划局和海军认为,新型艇壳式声呐基阵概念应考虑如下技术目标。
——这种综合声呐基阵的成本应不超过“弗吉尼亚”级上声呐系统的50%。
——增加声孔径,增大声频覆盖范围,具有从非标准几何形状(非平面、非球形或者非圆柱形)或复合外形的基阵上发射声束的能力。
——在保持具有同等声呐性能的前提下,减少艇上声呐电子设备的数量,艇内声呐处理设备的噪声至少降低50%。
——它必须在5海里之内对所有目标的方位、航向、深度进行精确探测,在近岸区域能对250个目标进行跟踪。
——声呐基阵模型升级为实尺寸艇体基阵后,其性能应保持不变。
新型艇壳式声呐基阵的开发和论证工作将分为两个阶段进行。
第一阶段的重点是适应艇体形状的艇壳式声呐系统的施工设计。该设计必须满足上述具体要求。在这一阶段将对各组成部件如传感器、信号处理器进行试验,此外还要开发一个实尺寸系统的成本估算模式。
第二阶段将建造一个局部的实尺寸声呐基阵模型并在潜艇预定运动环境下进行试验。在第二阶段将要确定声束的频率覆盖范围和声孔径,制造声呐基阵的实尺寸模型以便对其性能评估做出预测。此外,还要对实尺寸系统的成本估算模式进行修正以检验基阵实尺模型的效果。这一阶段将持续2年。
潜艇结构简洁化
目前,通用动力公司电船分公司已经获得了一份460万美元的拨款,用于论证第一阶段的艇体、机械和电子结构简洁化概念。重点是简化艇上系统,降低艇上液压、气动和机械控制的复杂性,潜艇控制面(包括艏艉操纵面)由电力驱动代替原来的液压和机械驱动。最大的变化是,艇上的消防与安全设备和潜艇操纵系统等不再采用液压传动机械,尽可能代之以自动化的电子操作控制系统,并将其与模块化建造技术、维护保养以及总布置兼容起来,从根本上降低潜艇结构的建造成本。在综合性机构公告中确定下来的是可收放式艏水平舵系统的新设计/新方案。Tango Bravo计划正在明确考虑开发一种至少可用于控制艏水平舵系统的电气或其它类型的新型传动装置的可行性。国防高级计划研究局将致力于用简化了的系统代替艇上装备的液压、气动和机械控制系统,在“弗吉尼亚”级鱼雷舱中已大量运用的电子传动装置就是显著降低了系统复杂性的一个例子。对“弗吉尼亚”级的其它系统如应急浸水控制系统提出的先进方案,将考虑它们是否能显著降低潜艇结构成本。
减少人数的自动化指挥中心
Tango Bravo计划的最后一项关键技术是设计出一种自动作战指挥中心,以进一步减少艇员人数。在“弗吉尼亚”级上,作战指挥中心和声呐战位这两个部门总共需要17名值班军官和艇员,是艇上值班人数最多的岗位。而理想状态是仅需8名以下的值班官兵。新的自动作战指挥系统将能取代目前“弗吉尼亚”级上的声呐、火控和战术技术性能显示系统,其前提是在输入系统(声呐基阵、光学和通信系统)方面不做重大改变。该项论证的目标是,自动作战指挥中心可以完成“弗吉尼亚”级的全部作战功能,但是所需的艇员人数少于“弗吉尼亚”级上的50%。
对于Tango Bravo计划,美国海军各个部门表示了欢迎。只要能提高战斗力,艇员们将乐于接受任何减小潜艇排水量的新技术。相对排水量来说,潜艇艇员们更看重的是潜艇的速度、下潜深度和武备。目前,美国正对Tango Bravo计划中的五项关键技术开展深入研究,实施期限是2008年9月。
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