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德国的潜艇和水下武器装备研发

来源:搜狐军事 作者:知远

  本文原载于俄罗斯《外国军事评论》杂志2012年第6期,原文标题:ГЕРМАНСКИЕ РАЗРАБОТКИ В ОБЛАСТИ ПОДВОДНОГО КОРАБЛЕСТРОЕНИЯ, ВООРУЖЕНИЯ И ВОЕННОИ ТЕХНИКИ。作者:俄罗斯海军上校I•贝洛乌索夫。文章介绍了德国潜艇和潜艇武器装备的研发、改进技术实力、现状和发展方向,重点介绍了潜艇AIP技术和武器、侦察装备和水下人员输送器材的研发。文章编译如下:

  潜艇制造业传统上在德国军事工业结构中占有特殊地位。该部门的特点是,具有高度的创新潜力,在动力装置、武器系统、艇体材料和构造领域广泛采用先进技术方案和技术,包括隐身技术等。发达的科技生产基础使德国能够全周期研究、设计和建造符合本国和外国海军的高度战役战术要求的新一代柴电潜艇。

  目前对德国研制者来说最普遍的典型非核潜艇发展趋势是:

  •提高隐蔽性,通过装备混合动力装置(包括传统的柴电发动机和功率为150-300千瓦、不依赖空气的辅助动力装置),增加自主行动时间。现阶段,电化学发电机、斯特林发动机和闭路蒸汽轮机装置得到了最广泛的应用。

  •增加武器系统类型,包括导弹自卫系统;装备反鱼雷防护系统,包括主动系统(反鱼雷鱼雷),以在敌人使用各种反潜武器时提高潜艇的战斗稳定性。

  •潜艇、武器控制过程和作战指挥与通信综合自动化。

  •为潜艇装备用于在水下隐蔽投送战斗蛙人的闸室、装有水下运输器材的甲板容器、武器和装备,为侦察破坏小组的展开和使用提供保障。

  •通过综合使用各种潜水器、无人飞行器和完善其使用方法,提高在近岸水域执行侦察和特种任务的效能。

  目前德国潜艇最具竞争力的优势之一是装备了采用电化学发电机(使用采用聚合物电解质的氢氧型燃料电池)的不依赖空气的动力装置。

  西门子公司和霍瓦兹造船厂二十多年前就集中力量在此方向上开展科研工作,在提高潜艇作战能力方面实现了质的飞跃。现阶段,非核潜艇的隐蔽性和自主行动时间得到了大幅度提高,包括,不间断水下潜航时间从3-4昼夜延长至20昼夜(速度4-6节),而水下航程达2000海里。

  潜艇的不依赖空气的动力装置的组成中除了电化学发电机还包括:装有金属氢化物的容器;装有液氧的容器;用于收集在反应过程中生成的水的槽罐;用于供给氢、氧和冷却水以及排出反应产物的管道;控制设备;变压器。

  氢从铁钛氢化物合金中获得。氢(占氢化物质量的2%)被从加热至70-80摄氏度的金属氢化物中分离。为了保持稳定性,容器被布置在潜艇两舷侧和艉舵区域的壳体之间。

  氧以零下180摄氏度的低温状态储存在两个用真空绝热的双壳容器(总容量15吨)中。212A型潜艇的这两个容器布置在固壳外面的艇艉上层建筑上,212B、214和改进型209型潜艇则布置在固壳内部。在潜艇各舱的氧含量下降的情况下,氧储备还能用于维持艇员的生命活动。

  辅助设备的主要任务是供应和排出用于冷却燃料电池的水。在双回路冷却系统中加热过的水被用于制氢,将氧加热至工作温度和蒸发。燃料电池工作生产的蒸馏水储存在槽罐中,用于满足艇员所需。

  控制设备能够保证电化学发电机长时间自动运转,在十分之一秒内对负荷的变化做出反应,在出现紧急状况或故障时及时关闭。为了确保安全工作,模块被布置在被以大于其他反应物的压力填充了氮的容器中。无论何种组成部分的密闭性受到破坏,气体都会向内渗透,输出电压下降,保护系统起动。

  因为发电机的输出电压与从蓄电池获得的电压不同,在其组成中加入2个独立变压器。

  与其他的不依赖空气的动力装置相比,这种发电机的特点是在广泛的负荷范围内有效系数最高(60-70%),氧的消耗较少(约0.4公斤/千瓦小时),没有有害混合物(二氧化碳)进入舱内,噪声辐射和热量释放最小(在80摄氏度左右发生反应)。电化学发电机的运转不依赖于潜艇潜深。它成本低廉、维护简单、使用安全(因为没有腐蚀性电解质)。现阶段正在生产具有2个或9个组件(输出功率各为120千牛或34千牛)的发电机。

  德国不依赖空气的动力装置的下一步发展方向是完善在潜艇上采用重整过程用碳氢化合物制备氢的技术。例如,霍瓦德造船厂研制了具有甲醇蒸汽重整装置的艇载氢生成装置。备选燃料为索拉油、乙醇和甲醇。因为以下原因选择了甲醇:

  •重整效率高(达90%);

  •重整温度较低——约250摄氏度(而索拉油超过850摄氏度,乙醇超过700摄氏度);

  •使用广泛,获取容易;

  •更加洁净(无硫)。

  对发电机的要求之一是排出二氧化碳的压力要高,这样无需压缩机就可排到艇外。此外,考虑到减小潜艇排水量和提高整个装置使用安全性的必要性,放弃使用装有金属氢化物的庞大笨重的容器来制备氢。

  发电机的作用原理是:甲醇与水混合,蒸发,然后进入反应装置。反应装置内保持必要的压力和温度。甲醇和水的混合物转化成饱含氢的混合气体,后者进入隔膜式提纯装置。大部分氢通过隔膜进入燃料电池。剩余气体在氧燃烧器中燃烧,用于维持蒸发过程。燃烧器排出的气体为加压二氧化碳,无需压缩机即可排到艇外。

  为了确保艇员安全和受到有害气体及混合物的侵害,重整装置安装在配备有通风系统(也起冷却作用)、一氧化碳、氢气和甲醇泄漏监视传感器、气体中和装置和空气提纯装置的专用模块中。其所有部件经过专门测试,符合在潜艇环境中使用的安全要求(成分泄漏,抗冲击性,噪声水平)。

  与此同时,德国研制者们向外国用户提供最畅销的潜艇型号——209型潜艇——的广泛的改进服务,包括加装装有不依赖空气的动力装置的舱。

  希腊的一艘德制209/1200型潜艇号就在“海神-2”计划框架内在霍瓦德造船厂的技术协助下如此进行了改进。在潜艇的中央部位和动力舱之间嵌入一段长6.5米、排水量超过300吨的舱段。不依赖空气的动力装置的布局是,将盛氧的容器布置在固壳内,而装有用于制备氢的金属氢化物的圆柱形容器沿龙骨布置在壳体之间。

  以上大部分技术方案正在212B型潜艇上得到应用。与基本型——212A型——不同,212B型潜艇的整个固壳的直径前后相同(艇长57.1米),从而可以优化中央部位的设备和动力舱主要装置的布局。潜艇装备的不依赖空气的动力装置具有2个燃料电池模块,功率各为120千瓦。氧罐布置在固壳内,而装有铁钛氢化物合金的圆柱形容器沿龙骨安装在外部空间。蓄电池被分成两组,分别布置在艇艏和艇艉,以提高生存能力和有利于潜艇压载。

  目前212B型潜艇U-35号艇的主要建造阶段已经完成(截至成文时间完工80%),它是为德国和意大利海军建造的4艘艇中的首艇。计划2013年第三季度列装德国海军,第二艘艇计划2013年底列装。该计划总额估计不少于11亿美元。

  意大利的212B型潜艇正在芬坎铁里公司的船厂建造。首艇计划2015年年列装。该计划总额为14.5亿美元。

  另一优先方向是完善潜艇现有武器系统,研制未来武器系统,增加武器类型和弹药基数。

  现代化的212A、214和209型潜艇上安装了6具或8具533毫米艇艏鱼雷发射管,用于发射通用鱼雷(弹药基数12-16枚)。同时有4具鱼雷发射管配备液压发射系统,可以用来布放水雷。

  潜艇的主要武器是阿特拉斯电子公司生产的DM2A4“海鳕”通用鱼雷(长6.9米,总重1670公斤,炸药重260公斤,速度50节时最大射程50公里,航行深度610米)。雷载控制系统包括主、被动声学自导系统(具有保形天线,平面扫描扇区为220度,探测距离为2600米)。为了提高在干扰条件下的选择性能和探测与跟踪目标的稳定性,使用了光纤控制。

  鱼雷的特点包括,能改变射程(17.5公里,28公里,40公里,50公里),航速取决于任务(动力舱中银锌蓄电池模块数量可变(1-4个)。

  未来的方向之一是研发利用全空泡现象的水下高速武器系统。蒂尔BGT防务公司和阿特拉斯电子公司正在研发“梭鱼”水下导弹(总重110公斤,长2.3米,直径0.16米,炸药重10公斤,射程约1公里)。该型导弹装备小型固体燃料发动机,航速超过250节,机动性高(最大航速时全旋回时间仅为3.6秒,而旋回直径为120米)。

  该型导弹的特点是用惯性系统(研制时运用了光电陀螺微电机系统)和声学自导系统(探测533毫米鱼雷的距离约为200米)的数据进行控制,后者的天线布置在圆锥形整流罩中。还正在研究在水面舰艇和潜艇反鱼雷防护系统使用该导弹的可能性。这种系统的任务是消灭距离100-2000米的来袭鱼雷。

  德国专家还面临一系列技术问题没有解决。包括头部整流罩和声学自导系统天线装置的构造整合及确保它们正常运转;提高对目标的探测和截获概率(信噪比,从连续接收到的所有信号中选择目标所反射的可信脉冲),在距攻击目标数百米时稳定地引导导弹。因此预计“梭鱼”水下导弹的大规模研发开始时间不会早于2015-2017年。

  在研发装备防空导弹的潜艇综合系统过程中,德国专家明显领先于美国和法国。蒂尔BGT防务公司和霍瓦德造船厂在挪威康斯堡公司的参与下研制了IDAS光纤制导导弹系统(lnteractive Defence and Attack Systcm)。这是一种多用途导弹,弹长2.5米,弹体直径0.18米,发射重量120公斤,最大发射深度20米,最大射程20公里,最大飞行速度240米/秒。该导弹系统的任务是反击反潜直升机和消灭小型水面舰艇和海岸设防薄弱的目标,可用于为特种作战部队提供火力支援。

  导弹采用热成像自导头制导,或由操纵员用光纤进行半自动制导,制导精度很高(圆概率误差0.5-1米)。战斗部重20公斤,为杀伤爆破弹头。导弹没有密封容器,从运输发射箱(可容纳4枚防空导弹)中发射。导弹的动力装置为1台三工况固体燃料发动机。根据德国海军的要求,潜艇的自动化战斗指挥应确保同时引导2枚防空导弹攻击空中目标,从而能将对反潜直升机的命中概率提高到0.85-0.9。

  2008年成功地发射了试验型导弹。预计2013-2014年完成飞行设计试验并装备德国海军212A和212B型潜艇。

  此外,随着不对称威胁(包括海盗)的出现,毛瑟公司和加布勒公司在欧洲主要研制者中间首先开始为潜艇装备遥控RMK30型30毫米无后坐力炮(有效射程达3公里)。该炮的弹药基数包括杀伤-爆破弹、杀伤-爆破-燃料弹和穿甲弹。计划用潜艇制式情况报告系统(潜望镜、雷达)的数据来提供目标指示。火炮布置在TRIPLE-M多功能密封容器(高3米,直径0.8米)中。该容器还用于存放和发射小型无人机。

  还十分重视提高潜艇的战斗稳定性。在该领域的工作重点是研发高效的反鱼雷防护系统和水声对抗装备,它们能及时发现敌人使用鱼雷武器,确保高概率地阻止其攻击。

  正在各型潜艇(212A、212B、214和219型)通用自卫武器专项研发计划框架内采取这些措施。例如,霍瓦德造船厂与意大利白头阿莱尼亚公司联合研制了CIRCE反鱼雷防护系统。其与其他国家此类系统的主要区别是,对艇外发射装置进行模块化配置。

  CIRCE反鱼雷防护系统是潜艇自动化战斗指挥系统自卫回路的组成部分。包括10个127毫米发射管的4个突出模块安装在艇艏上层建筑的壳体之间。进入战斗状态需时不超过2分钟。据研制者评估,该系统具备相当高的效能——在使用水声对抗系统的10部设备时能确保引开2枚来袭鱼雷。

  此外,德国专家正在研发不仅能够使来袭鱼雷偏离、还能在100-2000米距离上摧毁它们的潜艇自卫系统。阿特拉斯电子公司正在自发研发“海蜘蛛”主动反鱼雷防护系统(使用长1.9米,重107公斤的210毫米小型反鱼雷鱼雷)。该系统的射击指挥过程完全自动化,从而能大幅度缩短提供目标指示数据后的反应时间。1枚反鱼雷鱼雷对533毫米鱼雷的命中概率不低于0.9。计划2013年完成该系统的研制,2014年装备德国潜艇。

  在信息技术领域取得了巨大进步。在战斗指挥系统中已经完成了从制定单个建议的模式向全周期自动化定下战术决心和支持其执行的转变。同时,在对来自水声、光电、雷达监视、侦察设备和通信设备的数据进行编译的基础上显示当前情况。

  德国潜艇的水下情况报知手段包括:水声系统(艇艏圆柱形天线,舷侧宽孔径平面天线和拖曳天线),水声侦察站和搜雷站。潜艇装备不插入固壳的OMS-100光电潜望镜(蔡司光学公司),后者包括热像仪和电视摄像机、激光测距仪。通过ISUS新型自动化战斗指挥系统(阿特拉斯电子公司生产)接收和处理来自以上装备的数据,并向武器指挥系统提供目标指示情报。

  正在实施将潜艇整合入北约联合远征部队多兵种部队情报交换网络的综合措施。计划通过采用现代化的大量情报接收与处理装备,实现全新的协同水平(接收数据时通信系统的速度达1.544兆比特/秒,而传递数据时为128千比特/秒)。

  为了确保下的潜艇和岸上指挥所、水面舰艇及飞机之间的高速通信,包括卫星通信和各频段通信,将使用加布勒公司生产的浮标天线。这种天线可安装在升降桅杆装置上或艇艉上层建筑的壳体之间内并用光缆拖曳。

  为了给侦察破坏小组的使用提供保障,将为潜艇配备可容纳5人的闸室(用于战斗蛙人在水下隐蔽出艇)和专用的蛙人输送器材及无人潜水器储存与接收装置。

  计划使用UWSH(Under Wasser Schwimm Hilfe)多用途潜水器作为向岸上输送蛙人的工具,它是由加布勒机械工程公司与第71水面舰艇与海军武器技术中心联合研制的。这种潜水器可输送2名潜水员和(或)体积达300升的有效载荷(武器、弹药、各种装备)运送距离8海里(航速3节,深度24节)。

  该潜水器尺寸重量相对较小(重约70公斤,折叠时长3.4米),2名士兵就可以携带,可用潜艇的533毫米鱼雷发射管使用。在蓄电池充满电的情况下使用准备时间为10分钟。从鱼雷发射管放出后,潜水器展开(工作状态下长5米),人员在充满水的舱内并排或前后排列。为了保护蛙人不受迎面流的伤害和增加内部空间,用直径增加到0.7米的可移动外罩封闭舱门。

  与北约其他主要国家的产品相比,德国潜水器的显著特点是构造模块化。它有3个舱:动力舱,人员和设备舱,货舱。从而可以根据任务使用同类型潜水器(登陆型(最多2 人)、登陆-货运型、货运型)。

  此外,德国罗蒂诺公司研制了Seabob Black Shadow730潜水器,可以6节的速度将2名士兵运送11海里。可以按程序自主操纵,也可以手动操纵。安装在头部整流罩里的液晶显示器显示航向、航速、潜深、压力和电源电量。

  为了将潜水器(例如“海獭”)整合进潜艇的侦察情报系统,科研工作的迫切方向是为该潜水器安装通过能力和数据传递速度更高、作用距离为20-50公里的的标准化水声通信程控组件,完善在水下从潜艇上多次使用它的方法。

  “海獭”自主无人潜水器重1.1吨,长3.5米,宽1米,高0.5米,最大航速8节,搜索航速4节,自持力24小时,有效载荷250公斤,由阿特拉斯电子公司研制。它将被用于侦察、搜索和摧毁水雷,为海上登陆行动提供侦察保障——在5-600米深的水域隐蔽地收集水声地理、水声和深水测量信息。

  主要国家的一些军事专家认为,在国际潜艇市场上竞争加剧的情况下,对小排水量、低价格和使用成本的潜艇的需求将更大。

  在此方向框架内,德国蒂森-克虏伯海事系统公司正在推出改进型210型潜艇(水下排水量1000吨,艇长56.6米,艇体直径5.3米,水下最大航速18节,工作潜深250米,自持力30昼夜)。

  为挪威海军研制的基本型具有相当高的战术技术性能和改进潜力。计划为其装备传统的动力装置,包括2台MTU公司生产的改进型柴油发电机、蓄电池和西门子螺旋桨永磁电动机。预计,新型潜艇航速4节时航程为4500海里。计划在推进-舵系统中使用在212A型潜艇上使用过的用复合材料制成的螺旋桨。

  未来潜艇将装备8具533毫米鱼雷发射管,用于发射通用鱼雷(弹药储备14枚)。根据用户的要求,武器还可能包括反舰导弹和IDAS导弹。此外,计划为潜艇装备具有舷外模块化发射装置和水声对抗设备以及双人闸室的反鱼雷防护系统。潜艇艇员编制15-21人(2-3个艇员队轮换),艇上有战斗蛙人6-8人。

  此外,霍瓦德造船厂主动制定了使用不依赖空气的动力装置的远洋柴电潜艇构想。

  计划在未来的潜艇(216型)上采用创新的构造和技术方案,以降低噪声和可探测性。包括,潜艇将采用单壳体构造,其艇体轮廓流体动力特性得到优化,外伸装置围壳采用梯形,艇艉安定器呈X形配置。

  计划通过使用混合电动装置来提高隐蔽性和自持力。混合电动装置包括4台柴油发电机、锂离子蓄电池和电化学发电机(西门子公司生产)。为了保证电化学发电机正常工作,计划使用具有甲醇蒸汽重整装置的艇载氢发生器。

  永磁螺旋桨电动机和艇艏装置滑行装置构成推进装置的基础。据研制者评估,潜艇可连续保持水下状态28昼夜,航速4节时水下航程2400海里,使用柴油机、航速10节时水下潜航航程10400海里,自持力80昼夜。

  预计,未来潜艇的武器除传统的水雷和鱼雷之外,还包括巡航导弹和反舰导弹,用533毫米鱼雷发射管和直径为2.5米的多功能井式垂直发射装置发射导弹(安装在外伸装置围壳后面,弹药基数18枚)。

  垂直发射装置中可布置:装有巡航导弹、防空导弹、反舰导弹、水雷(达24枚)的混合战斗载荷模块;副油箱;自主无人潜水器或无人飞行器。此外,可布置20人以内的特种作战分队的武器和特种装备容器。为了为其行动提供保障,在艇艉上层建筑中可运载战斗蛙人水下输送器材。

  潜艇艇载武器还将包括IDAS自卫系统和RMK30型30毫米遥控炮。

  水下情报报告装置包括艇艏保形水声系统和舷侧宽孔径平面天线阵列、拖曳天线阵列以及水声侦察站和搜雷站。为了提高行动的侦察情报保障效能,计划安装2部不伸入固壳的光电潜望镜(包括热成像仪和电视摄像机、激光测距仪、电子侦察系统和通信设备)。

  通过ISUS自动化作战指挥系统接收、处理来自以上设备的数据,并向武器控制系统提供目标指示情报。因为潜艇及其武器系统的控制过程自动化程度高,艇员编制数不超过33人。

  为了确保潜艇在水下状态时与岸上指挥所、水面舰艇及飞机之间进行可靠的高速通信(包括卫星通),计划为潜艇装备加布勒公司生产的浮标天线。

  总地来说,216型型潜艇将能够长期(长达6个月)在近岸水域隐蔽进行侦察、布雷和特种作战行动,完成传统的反潜和反舰作战任务,在远离常驻地的海区单独或在作战编队编成中执行警戒任务。印度、新加坡和澳大利亚都对德国新研制的216型潜艇很感兴趣。

  需要特别指出的是,在国际潜艇市场上竞争日益激烈的情况下,德国领导人正在推行平衡而灵活的军事技术政策。其中包括,全面支持发展本国科研生产基础,同时与高技术水下技术装备和武器系统领域的竞争公司进行互利合作(实际上是兼并)。例如,根据长期合作的结果,蒂森-克虏伯海事系统公司兼并了瑞典的科库姆公司(后者生产采用“斯特林”发动机的不依赖空气的动力装置,这种动力装置为瑞典、新加坡和日本海军潜艇所采用)。

  由此可见,德国正在有力地影响着世界潜艇制造业趋势的形成,现阶段在具有很大出口潜力的柴电潜艇研制和生产速度方面稳定地保持领先地位(仅次于中国)——德国从1960年代初至今建造了15个型号共183艘柴电潜艇。 知远/舒克

mil.sohu.com true 搜狐军事 http://mil.sohu.com/20140409/n397966674.shtml report 8769 本文原载于俄罗斯《外国军事评论》杂志2012年第6期,原文标题:ГЕРМАНСКИЕРАЗРАБОТКИВОБЛАСТИПОДВОДНОГОКОРАБЛЕСТР
(责任编辑:黄添翼)

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