2021年4月23日,是中国人民海军的海军节,中国海军也喜提节日礼物,三艘巨舰同时服役,这在中国海军历史上还是首次。此次入列仪式,还有个非常引人瞩目的特点,就是我国的新型弹道导弹战略核潜艇的首次对外公开报道的服役仪式。在过去的年代,战略核潜艇是非常非常神秘的,何时建造、何时服役,都不对外公布。我国只是在近十年的两次大型阅舰式上短暂露面过战略核潜艇,而且也不公布舰名和舷号。这次长征18号战略核潜艇入列的公开亮相,让我国的二次核打击的战略核威慑又上了一个新台阶。
不过,好多军迷看到电视新闻里长征18号战略核潜艇后背上有一个看起来略显难看的突起,这就是存储和发射潜射导弹的舱室,俗称为“龟背”。很多人认为战略核潜艇上有这么一个龟背,看起来很累赘,也很难看。也有人认为战略核潜艇的龟背是技术水平落后的体现。那么战略核潜艇的龟背到底好不好呢?本文就来科普一下。
造成核潜艇带有龟背的主要原因,是受到潜射弹道导弹长度的影响。通常射程为1万公里以上的潜射弹道导弹,加上发射筒和底座的长度都有14~16米以上,而核潜艇的直径大多为9~13米。装不进入怎么办?于是设计师就在核潜艇中部设计了一个突起的“龟背”,里面容纳潜射导弹,这样一来,核潜艇的排水量可以设计的比较小,较小的核动力系统就能够承受,总体造价还能够降低。
不过,从流体力学上说,最理想最先进的潜艇外形,应该是一个拉长的表面没有凸起的光滑的水滴形,外表没有任何突出物,最好连高耸的指挥塔围壳、水平舵和尾舵都没有。目前,美俄英法等国新装备的战略核潜艇都已经取消了龟背设计。
带有“龟背”设计的核潜艇主要有几个缺点。第一,增大了潜艇的航行阻力,以“龟背”高度的世界冠军——俄罗斯海军德尔塔IV战略核潜艇为例,为了搭载总长度接近15米的P-29PM型液体燃料潜射弹道导弹,德尔塔IV设计了一个高度达到4米的巨大“龟背”,外表看宛如背负了一座小山。这种巨大龟背的航行阻力的增加自然是非常大的。有资料显示,一般体积的潜艇“龟背”设计,可导致潜艇损失5%~10%的水下速度。而德尔塔IV战略核潜艇的龟背可损失15%以上的水下速度。
其次,核潜艇如果采用“龟背”结构设计,水下的航行噪音会骤然增大,高大的“龟背”结构和原本圆滑流畅的潜艇艇体结合处,会形成一个巨大的凹穴,在潜艇中等速度以上航行时会产生异常强烈的絮流和水动力噪音。
外形宛如小山包的“龟背”结构,对于潜艇的静音设计来说堪称泥石流。老式潜艇“龟背”结构上往往还会设置大量方形流水孔,在潜艇航行时,高速水流经过这些方形流水孔的时候会形成无数湍流、旋涡,这也大幅度增加了潜航噪声。有资料显示,带有“龟背”结构设计的核潜艇在进行高速航行时,航行噪音比不带“龟背”的核潜艇要大15%以上,这明显影响了核潜艇的隐蔽能力。
苏联当年为了消除龟背,竟然丧心病狂,简单粗暴的地设计建造了一款水下排水量高达4.8万吨的941型“台风”级弹道导弹战略核潜艇。“台风”级战略潜艇采用了两个并列耐压壳的特殊设计,在两个耐压壳之间布置了一个导弹发射舱,可装载20枚R-39固体燃料弹道导弹,这枚潜射弹道导弹的长度达16米、直径超过2.5米。苏联在付出了造价高昂、排水量巨大等代价后,终于取消了潜艇龟背设计。
这是苏联941台风级战略核潜艇的幼崽时代,建造中的第一艘台风级战略导弹核潜艇TK-208顿斯科伊号,双耐压壳体结构清晰可见。看完图片只想呻吟一句:大,真大!
为了在核打击效果上不落后于美国俄亥俄级战略核潜艇,但战略核导弹和核潜艇技术上又达不到美国的那种高精尖,苏联只好设计了这种巨大的超级变态。看看苏联海军就知道了,此类大家伙比比皆是,当年快把美国吓死了。苏联武器的暴力美学主要是靠着几乎无限的能源潜力支撑起来的,用傻大黑粗达到了与美国比肩的效果。
不过,龟背其实是一种工程设计上的综合考虑,是在限定排水量和导弹射程要求情况下的必然结果。目前中国展示的战略核潜艇都是拥有龟背设计的。并不是我们国家造不出来大直径艇体,那玩意不就是大型卷板机么,不是啥高不可攀的技术门槛。
我国地理位置决定了,潜射弹道导弹的射程必须超过1万公里,因此导弹小了不行。但同时核潜艇的排水量还不能大幅度增加。如果刻意的取消龟背,那么新型战略核潜艇的排水量很可能会接近美国俄亥俄级的水平,这样核反应的功率又成了问题。所以龟背是限定条件下的最优结果。
当然,这里并不是说龟背很先进,只是龟背是我们十几年前设计建造新型战略核潜艇时候的最优选择。不然的话我们可能还要再等好些年才能实现无龟背的战略核潜艇的带弹值班。时间至少要晚十年以上。这对于国家利益来说是不能容忍的。
俄罗斯目前水下战略核威慑的主力,也是带有龟背的德尔塔-4核潜艇。新一代的北风之神只有3艘,而且是在2019年才具备了实际战斗力。所以,既然龟背核潜艇都不影响苏联解体以来俄罗斯三十年的战略核威慑,为啥中国核潜艇有龟背,有些人就叽叽歪歪呢?
而且,通过一定的流体力学设计,龟背核潜艇也能得到相对理想的静音水平。如今很多核潜艇都会对传统的指挥塔围壳进行特殊设计,采用填角和圆角的改进结构,降低指挥塔围壳附近水流湍流、旋涡的形成概率,改善指挥塔围壳附近流场的均匀性和平稳性,降低潜艇的水动力噪音。避免产生更大的噪音。我国最新服役的长征18号核潜艇,指挥塔围壳就明显带有填角和圆角设计结构,这都能降低噪音。
尽管都带有“龟背”,但我国长征18号核潜艇的流体外形设计要比俄罗斯德尔塔-4核潜艇好得多。
同时,战略核潜艇在低速巡航的时候,可以采用自然循环反应堆,因为核潜艇的最大噪音源是核反应堆的主泵,如果不开主动进行自然循环,核潜艇的噪音水平就会大幅度下降。潜艇应用综合降噪设计,例如减震浮筏,消声瓦,主动降噪等等技术,也能够将“龟背”核潜艇的噪音限制在一定水平以下,满足带弹战略值班时的静音要求。
总体来说,核潜艇的“龟背”结构会降低航速,增加噪音,降低了核潜艇的隐蔽生存能力。不过,对于长期潜伏水下待命的战略核潜艇来说,本身的巡航速度就不高,因此航速降低并不算什么大问题。倒是核潜艇整体排水量的下降,给核潜艇的建造、核反应堆的设计、以及水下潜伏都创造了很多有利的条件。因此,带有“龟背”的小吨位战略核潜艇,是十几年前我国设计战略核潜艇的最佳选择。
现在,五常国家的新型战略核潜艇都有趋同特征,即设计短粗的潜射洲际导弹,大直径艇体结构,极力地消除“龟背”结构设计。未来我国的战略核潜艇,有望向美俄看齐,也基本取消龟背设计。