潛水船

自古以來，波濤洶湧的海洋，強烈地吸引着人們。在人們的幻想中，海洋深處有龍王居住的宮殿，有珍奇的藍寶石，在皎潔的月夜，美人魚會從浪花中湧現出來，唱起動人的歌……。

在揭開海洋秘密的歷程中，潛水船(艇)是首屆一指的尖兵。它既能像普通輪船那樣，在海面上破浪航行，也能像魚那樣潛入水中，在水下行動自如。

對於潛水船為什麼能下又能上，我們從魚的浮沉談起。絕大多數的魚都有一種本領：體積能大也能小(圖1)。需要下沉時，體積變小；上浮時體積變大；懸在水中，體積變得使浮力與重量一樣大。它們所以具有這種本領，是因為魚肚裏有魚鰾。魚鰾上有氣腺，它能把溶解在血液裏的氣體抽進魚鰾，使魚鰾的體積變大，魚的軀體向外凸出；也能把魚鰾裏的氣體送回血液，魚的體積於是變小。

能下能上的潛水船，同大多數魚有些相似，它也有“魚鰾”，這就是外殼和內殼之間的水箱(圖2)。當打開水箱的閘門，使海水進入水箱時，潛水船的重量增加，便向下沉；當重量與浮力相等時，潛水船就懸浮在水中，：不下也不上；用高壓空氣把海水從水箱裏排出去，當潛水船的鯊蜇小於浮力時，它就向上浮。

潛水船和大多數魚在浮沉原理上稍微有些不同，魚是靠改變體積從而改變浮力來實現浮沉的；潛水船是改變重量來實現浮沉的。

潛水船在水面下航行，還可以利用升降舵來實現浮沉。平時，升降舵的葉面在水平位置。當前部的升降舵的葉面上傾、後部升降舵的葉面下傾時(圖3)，水流經過升降舵便產生一個向上的升力，使潛水船上升。相反，當前部升降舵的葉面下傾、尾部升降舵的葉面上傾時，潛水船就下沉。

普通的潛水船約能下潛數百米。而海洋的平均深度為3795米。在同大自然的鬥爭中，人類還設計、製造了各種類型的深潛艇。

有一種深潛艇很有趣(圖4)，內部是一隻由特殊鋼材製成的十分堅固的座艙，用於載人和安放各種測量儀表。座艙的外面是一隻用輕鋁合金製成的浮體。它和座艙之間充滿比水輕的汽油，深潛艇便能懸浮在海水中。浮體的上部有排油孔，下面設有進水口一一10000米深的水壓力，可使汽油的體積減少10%左右，而水只能減少5%，有了進水口，可以使浮體在任何深度都能保持一定的形狀。還有許多金屬小球用電磁鐵固定在浮體的圓筒內。

這種深潛艇的原理是很簡單的：用斷電的方法丟掉一些金屬小球，重量就減輕，於是向上升；放掉一些汽油，海水湧入浮體內，便向下沉。

1960年1月23日，有一隻叫“的裏雅斯特號”的上述類型的深潛艇，曾到達海洋最深的溝——美國關島北面的馬利亞納海溝。這條海溝全長2000多公里，平均深度7000多米，如果把珠穆朗瑪峯搬到這裏最低凹的地方，不僅沒頂，而且峯頂還在洋麪之下二千多米! ^[1] 

同宇宙飛船一對比，就容易瞭解到潛水船的目的。

以阿波羅11號為例，宇宙飛船的最終目的是在月球表面着陸，對月球進行科學調查、並取回樣品。同時，在飛行過程中，對地球用圍狀態進行科學調查、觀測太陽、進行月球周圍狀況和月球表面情況的觀察等，完成各種各樣的科學計測和樣品收集作業。以百聞不如一見的態度，瞭解未知的宇宙空間這個對手，是首要目的。第二個目的大概就是實現阿波羅計劃以後的計戈，積極地利用宇宙，爭取在月球表面建立永久性基地，以擴大人類的生活空間。

潛水船的目的與此類同。當前的目的是乘潛水船進行海中和海底的科學觀測，必要時致力於收集和取回樣品。觀測海流流速、流向、水温、鹽度、浮游生物密度、魚羣分佈等。至於海底的問題，則是以海底地形、土壤、海底動植物等為對象的。

當前最重要的是，探索沉睡在海底的石油和礦物等有用的礦物資源。旨在加深對海洋本身理解的科學觀測和通過肉眼進行的觀察，可以通過乘坐潛水船直接潛入海中，取得令人滿意的成果，如果只利用過去那種海洋調查船之類的間接方法，難免令人有隔靴搔癢之感覺。

潛水船的第二個目的是進行海中和海底作業。為了進行海底居住和建築海中結構物、採掘礦物資源、支援捕漁業、建立和維修海底農場等各種海中作業，都需要使用潛水船。

沉睡在海底的龐大礦物資源、能從農牧化魚場獲得的豐富糧食資源以及可以無限利用的能源資源，這三者中任何一種的獲得，不利用潛水船就無法徹底進行開發。 ^[2] 

主要由艇體、操縱系統、動力裝置、武器系統、導航系統、探測系統、通信設備、水聲對抗設備、救生設備和居住生活設施等。

雙殼潛艇艇體分內殼和外殼，內殼是鋼製的耐壓艇體，保證潛艇在水下活動時，能承受與深度相對應的靜水壓力；外殼是鋼製的非耐壓艇體，不承受海水壓力。內殼與外殼之間是主壓載水艙和燃油艙等。單殼潛艇只有耐壓艇體，主壓載水艙佈置在耐壓艇體內。一個半殼潛艇，在耐壓艇體兩側設有部分不耐壓的外殼作為潛艇的主壓載水艙。

潛艇艇體多呈流線型（先進的潛艇一般設計成水滴形或者雪茄形），以減少水下運動時的阻力，保證潛艇有良好的操縱性。

耐壓艇體內通常分為艏、舯、艉三大段，分隔成3～8個密封艙室，艙室內設置有操縱指揮部位及武器、設備、裝置、各種系統和艇員生活設施等，以保證艇員正常工作、生活和實施戰鬥。現代潛艇在艏段安裝有大型球形聲納基陣和魚雷艙，在魚雷艙內一般安裝有4-8具533-650mm魚雷發射管。舯段有耐壓的指揮室和非耐壓的水上指揮艦橋。在指揮室及其圍殼內，佈置有可在潛望深度工作的潛望鏡、通氣管及無線電通信、雷達、雷達偵察告警接收機、無線電定向儀等天線的升降裝置。艉段主要安裝有動力裝置和傳動裝置。在艇身兩側一般還安裝有聲納基陣。 ^[3] 

最早期曾經嘗試過做為潛艇動力來源的有壓縮空氣、人力、蒸氣、燃油和電力等等。而真正成熟的第一種潛艇動力來源是以柴油機配合電動馬達(柴電)做為共同的動力來源。

第一次世界大戰之前，潛艇開始使用柴油機配合電動馬達作為潛艇的動力來源。這種動力是第一種潛艇用機械動力。柴油機負責潛艇在水面上航行以及為電瓶充電的動力來源，在水面下，潛艇使用預先儲備在電瓶中的電力航行。由於電瓶所能夠儲存的電力必須提供全艦設備使用，即使採取很低的速度，也無法在水面下長時間的航行，必須浮上水面充電。後來出現的呼吸管則使得潛艇的潛航能力增加。

呼吸管在第二次世界大戰前由荷蘭開發出來，其後由德國進一步的改良並首先使用在他們的潛艇上面。呼吸管的基本構造很簡單，就是一個可以伸長的通氣管，將外界的空氣引導至柴油引擎，產生的廢氣也經由呼吸管排送出去，另外再附加防止海水進入以及將進入的海水排除的管線。通過使用呼吸管可以讓潛艇在潛望鏡深度情況下使用柴油機，這樣潛艇就不必上浮即可補充電力。呼吸管的使用大幅改變當時潛艇的作業方式與彈性。在使用呼吸管以前，潛艇一定要浮出海面進行換氣和充電的作業，而這個作業時間限制在夜間。採用呼吸管之後，潛艇只需要將呼吸管伸出海面就得以進行充電的工作，不僅降低潛艇被發現的機率，也擴展潛艇可以充電的時機。

針對這個威脅，盟軍是利用巡邏機攜帶的特殊雷達來尋找微小的呼吸管，即使無法擊沉潛艇，至少也要迫使它無法充電而沒有能力持續的追蹤與攻擊。

核動力是繼柴電動力之後發展的又一種動力。核動力的原理是通過核子反應爐產生的高温讓蒸汽機中產生蒸氣之後驅動蒸氣渦輪機，來帶動螺旋槳或者是發電機產生動力。最早成功在潛艇上安裝核子反應爐的是美國海軍的鸚鵡螺號潛艇，全世界公開宣稱擁有核子動力的國家有5個，其中以美國和俄羅斯的使用比例最高。美國甚至在1958年宣佈不再建造非核動力潛艇。

核動力潛艇相比於傳統的柴電潛艇，具有動力輸出大，動力續航高（由於核動力潛艇的燃料的補充更換通常在10年以上，相比於僅僅幾周或幾月的柴電動力潛艇要大大增加，所以也通常被視為無限續航），速度快等優點。但核動力潛艇卻有技術難度大，穩定性差，建造費用高，噪音大以及維護要求高的缺點。核電池的出現，解決了這些問題，意味着可以批量的製造超越常規性能的潛艇。

用於實現潛艇下潛上浮，水下均衡，保持和變換航向、深度等。潛艇主壓載水艙注滿水時，增加重量抵消其儲備浮力，即從水面潛入水下。用壓縮空氣把主壓載水艙內的水排出，重量減小，儲備浮力恢復，即從水下浮出水面。艇內設有專門的浮力調整水艙，用於注入或排出適量的水，以調整因物資、彈藥的消耗和海水密度的改變而引起的潛艇水下浮力的變化。艇首、艇尾還設有縱傾平衡水艙，通過調整首、尾平衡水艙水量以消除潛艇在水下可能產生的縱傾。艇首（或指揮室圍殼處）和尾部各設有一對水平升降舵，用以操縱潛艇變換和保持所需要的潛航深度。艇尾裝有螺旋槳和方向舵，保證潛艇航行和變換航向。

如果艏水平舵在艦橋（指揮室）多數是大型的核潛艇，也有少數常規潛艇艏水平舵擁有此佈局。 ^[3] 

AIP是 (Air-IndependentPropulsion) 的簡稱，中文稱為不依賴空氣推進。1930年，德國沃爾特(Walter)博士提出以過氧化氫做為燃料的動力機系統，經過數年的研究和試驗，在二戰末期，沃爾特發明了“沃爾特式動力機”，原理是通過燃燒過氧化氫推動內燃機工作，由於過氧化氫燃燒反應產生氧氣，所以不需要額外空氣，但是早期的沃爾特式動力機並不可靠，因為過氧化氫容易發生自燃反應，因此德國只生產幾艘XVIIB，以過氧化氫為動力的潛艇。

第二次世界大戰之後，許多國家開始研究其他可能的替代動力來源，以延長潛艇在水面下持續作業時間，採用柴油機與電力馬達加上電瓶的搭配，在潛艇中攜帶氧化劑或者是其他不需要氧氣助燃的設備，如此一來可以在水面下驅動柴油機進行充電，或者是由新的動力來源為電瓶充電與驅動電力馬達。

儘管不依賴空氣推進擁有大大提高了柴電動力潛艇的能力，但由於過氧化氫等氧化劑的穩定性差，使得不依賴空氣推進的安全性常被質疑。實際上無論早期沃爾特試驗還是二戰後美國，蘇聯的深入研究，都出現了或多或少的事故以及問題。

現代不依賴空氣推進裝置類別主要為空氣封閉柴油機、閉式循環汽輪機、斯特靈閉式動力機以及燃料電池等。 ^[4] 

主要有彈道導彈、巡航導彈、反潛導彈、魚雷、水雷武器及其控制系統和發射裝置等。

彈道導彈，是戰略導彈潛艇的主要武器，用於攻擊陸上重要目標，大多攜帶單個或分導式核彈頭。1艘戰略導彈潛艇裝有彈道導彈12～24枚，如美國的俄亥俄級戰略核潛艇，一次可攜帶三叉戟D5戰略導彈24枚，每枚攜帶12個15萬噸級分導式核彈頭，一艘潛艇一次可以投擲288個核彈頭，威力足以摧毀半個歐洲。

巡航導彈是戰術核潛艇或者攻擊型核潛艇的主戰裝備，有戰術巡航導彈和戰略巡航導彈。戰術巡航導彈，主要用於攻擊大、中型水面艦船；戰略巡航導彈，主要用於攻擊陸上目標。著名的有美國潛射戰斧巡航導彈，射程450-2500公里。可用於反艦也可用於對岸核攻擊。

潛射反艦導彈也是現代潛艇主戰裝備之一，用於攻擊各種水面目標，可水下發射，射程遠，精度高，但威力不如魚雷。

反潛導彈，是一種火箭助飛的魚雷或深水炸彈，有的採用核裝藥，主要用於攻擊水下潛艇，是二戰後逐漸興起的一種武器，著名的有美國阿斯洛克反潛導彈。

魚雷是潛艇的傳統武器，除了極少數研究用潛艇和袖珍潛艇外，幾乎所有潛艇都裝備有魚雷，主要用於對艦、對潛攻擊。魚雷是破壞艦艇水下結構的利器，命中1枚即可重創一艘驅逐艦，命中1-2枚可擊沉或重創一艘萬噸級商船，命中2-3枚可重創或擊沉一艘萬噸級巡洋艦。過去主要採用無制導的應用壓縮空氣的直航魚雷，二戰中納粹德國和日本相繼發明了電動魚雷、聲自導魚雷和熱動力魚雷。現代潛艇主要裝備533mm-650mm的重型反艦/反潛兩用魚雷。在攻擊中段一般採用線導方式，末段採用聲導、尾流自導等方式進行攻擊。

潛艇使用的水雷，多為沉底水雷，主要佈設在敵方基地、港口和航道，用於摧毀敵方艦船。武器控制系統多采用數字計算機，可同時計算跟蹤多批目標，提供決策依據，求出最佳攻擊目標的射擊陣位，並計算出數個目標的射擊諸元，實現武器射擊指揮自動化。 ^[3] 

包括磁羅經、陀螺羅經、計程儀、測深儀、六分儀、航跡自繪儀，自動操舵儀和無線電、星光、衞星、慣性導航設備等。慣性導航系統能連續準確地提供潛艇在水下的艇位和航向、航速、縱橫傾角等信息。“導航星”全球定位系統使用後，潛艇在海上瞬間定位精度達10米左右。

探測設備 主要有潛望鏡、雷達、聲吶以及雷達偵察告警接收機。潛艇在水下將潛望鏡的鏡頭升出水面，可用目力觀察海面、空中和海岸情況，測定目標的方位、距離和測算其運動要素。現代潛艇在潛望鏡上安裝有激光測距、熱成像、微光夜視等傳感器，具有夜間觀察、照相和天體定位等功能（見潛艇潛望鏡）。雷達，通過雷達升降天線能在水下一定深度測定目標的方位、距離和運動要素，保證潛艇航行安全和對水面艦船實施魚雷或導彈攻擊，雷達偵察告警接收機的天線採用專門的升降桅杆或寄生於其他升降裝置上，保證潛艇在潛望鏡航行狀態時對敵方雷達的偵察告警。聲吶是潛艇水下活動時的主要探測工具，有噪聲聲吶和回聲聲吶。噪聲聲吶能對艦船進行被動識別、跟蹤、測向和測距；回聲聲吶能主動測定目標的方位、距離和運動要素。此外，還有探雷聲吶、測冰聲吶、識別聲吶和聲線軌跡儀等。 ^[3] 

主要有短波、超短波收發信機，甚長波收信機，衞星通信和水聲通信設備等。潛艇向岸上指揮所報告情況主要利用短波通信，接收岸上指揮所電訊主要用甚長波收信機，同其他艦艇、飛機或沿岸實施近距離通信聯絡主要利用超短波通信。潛艇可以利用升降天線在一定深度收信，若使用拖曳天線，能在較大深度收信。衞星通信，可使潛艇通過衞星與岸上指揮所實施通信，通信距離遠。水聲通信，用於同其他潛艇、水面艦艇的水下通信和識別。為保證通信的隱蔽性，潛艇一般採用單向通信方式，使用超快速通信系統，能使潛艇在極短的瞬間向岸上指揮所發信。

水聲對抗設備 主要有偵察聲吶和水聲干擾器材等。偵察聲吶，用於偵察目標主動聲吶發出的聲波信息及其技術參數。水聲干擾器材主要有水聲干擾器、水聲誘餌（潛艇模擬器）和氣幕彈，用於壓制、迷惑、誘開敵方聲吶的跟蹤或聲自導魚雷的攻擊。 ^[3] 

有失事浮標和單人救生器等。潛艇失事時，放出失事浮標以標誌潛艇失事的位置，並與外界取得聯繫。單人救生器可供艇員通過魚雷發射管、指揮室或專為脱險用的救生閘套離艇出水。在潛艇主壓載水艙內還裝有應急吹排水系統，潛艇失事時，可由潛艇或救生艇注入高壓氣體排出主壓載水艙內的水，使潛艇浮出水面。 ^[3] 

包括空氣再生、大氣控制、放射性污染檢測、温濕度調節系統、生活居住以及飲食、用水、照明、排泄、醫療等設施，用於保持艇內適宜的生存和活動環境，保障艇員健康。 ^[3] 

潛艇艇員呼吸的氧氣主要來自四個方面：通氣管裝置、空調裝置、空氣再生裝置和空氣淨化裝置。

通氣管裝置是一種可以升降的管子，在近海海域或夜間航行時，潛艇有時上浮至潛望鏡深度，在距水面幾米或十幾米深的地方伸出潛望鏡觀察水面及空中敵情，如條件允許，可將通氣管升出水面，空氣經管子進入潛艇艙室，艙內污濁空氣可通過設在指揮台圍殼後部的排氣管裝置用抽風機排出，使艇內空氣對流，可以保持新鮮空氣。潛望鏡深度在戰術術語中稱作危險深度，為了隱蔽起見，潛艇一般都不敢使用這種工作狀態，因為它極易被敵反潛兵力發現，在近海還容易撞擊或攪亂漁網等。

空調裝置主要是保持艇內的温度、濕度等，使艇員有一個舒適的生活環境和工作條件，同時保證電子設備的正常工作，它本身並不能產生氧氣。

空氣再生裝置是一種可以生成氧氣的裝置，它由再生風機、製氧裝置、二氧化碳吸收裝置等組成。工作時，風機將艙內污濁的空氣經風管抽至二氧化碳吸收裝置，消除二氧化碳，再在處理過的空氣中加進由製氧裝置產生的氧氣，然後經風管送到各艙室供艇員呼吸，如此循環，以達空氣再生的目的。這種空氣再生裝置通常還可用電解水來製氧，它分解出的氧氣可供 70～100人呼吸數小時，但由於耗電過多，不適於常規潛艇。此外，還有一些預儲氧氣的方法，如再生藥板、氧氣瓶、液態氧和氧燭等。再生藥板是一種由各種化學物質及填料製成的多孔板，空氣流過時，就能產生化學反應，生成氧氣。一般潛艇上帶的再生藥板，可使用500～1500小時。氧氣瓶是將氧氣儲存起來的一種高壓容器，使用時打開閥門即可放氣，主要供潛水鐘、深潛器等使用。液態氧也是一種與氧氣瓶類似的高壓容器，它可供 100 名艇員使用 90天。氧燭是一種由化學材料等製成的燭狀可燃物，點燃後即可造氧。一根 1尺長、直徑3 寸的氧燭所放出的氧氣，可供40 人呼吸 1小時。

空氣淨化裝置是將艇內空氣中的有害氣體和雜質控制在允許標準值以下的一種處理裝置，常用的有以下四種：

一是消氫燃燒裝置，它主要是用電加熱器將流過的空氣加温，然後在催化燃燒牀的催化作用下使氫、氧發生化學反應而生成水蒸氣，氫就被燃燒掉了。

二是有害氣體燃燒裝置，其工作方式與第一種基本相同，只不過它所燃燒掉的是有害氣體。

三是二氧化碳淨化裝置，它通過一種特殊藥液來吸收二氧化碳。

四是活性炭過濾器，它是用活性炭作濾料，是由特製的炭組成的多孔性吸附劑來吸收各種有害氣體，進而達到淨化空氣的目的。 ^[3]