潜艇是能潜入水下活动和作战的舰艇,又称潜水艇。潜艇从发明到现在,已经有200多年的历史。同导弹的发明一样,潜艇的发明和发展,也与动物有着密切的联系。从17世纪初叶开始,为了探索海底世界的奥秘、提高水面舰艇的生存能力,人们就想建造一种像鱼和海兽一样,既能潜入海底又能浮出水面的舰艇。
美国《防务新闻》10月15日撰文称,印度正在加紧推进国产核动力潜艇的研发进程。印度海军方面消息来源指出,在俄罗斯帮助下,被称为“先进技术艇(ATV)”的印度国产核潜艇的艇壳正在L&T造船厂建造之中,并已经完成了艇上部分系统的陆上测试工作。按照印度海军规划,将于2009年对“先进技术艇”进行海上测试工作。印度防务专家表示,实战经验表明,装备潜射弹道导弹的核潜艇最不易被敌方摧毁,战场生存能力最强。众所周知,水面舰艇的发明和改进,使军队取得了在水面航行的自由。但是,水面舰艇的最大弱点是容易暴露目标。为了探索海底世界的奥秘、提高水面舰艇的生存能力,人们就想建造一种像鱼和海兽一样,既能潜入海底又能浮出水面的舰艇。因此,潜艇便应运而生。初出茅庐便大显神威专家:要建造潜艇,首先必须解决潜艇如何下潜和上浮两个难题。人们在经过研究过程中,就发现水母具有能够充气的“浮鳔”,可以根据感觉细胞的控制而充以足量的气体,使水母浮于水面。另外,人们还发现乌贼也是靠改变体内水的密度实现沉浮;而鱼类则是靠鱼鳔充气和排气进行沉浮。于是,人们从这些水生生物的沉浮机制中得到了启示。因此,最初研制出的潜艇是一种通过人力摇动,通过往水柜里注水、排水,使其自身下潜、上浮的船。1775年,在美国独立战争中,为了对付英国的军舰,美国人戴维特·布什内尔用橡木制造了一个一艘单人驾驶的、以手摇螺旋桨为动力的木壳小艇,这个潜艇只能容纳1个人,并可以携带一枚水雷,布什内尔给它取名“海龟”。“海龟”投入实战后,虽然未取得什么战果,但英国以为美国发明了一种秘密武器,匆匆撤军。可以说,“海龟”不仅是第一艘从事海战的潜艇,也是世界上最早的潜艇。尽管潜艇是海战中的新劲敌,但是它初出茅庐就大显神威,并且逐步在海军兵力中占据了重要位置。1914年9月,德国的U9潜艇只用了90多分钟就击沉了3艘英国巡洋舰。在第二次世界大战中,德国潜艇就先后击沉英美运输舰船约5000艘,大型水面舰艇129艘。美国潜艇人员虽然只占它所有参战人员的1.6%%,但它的潜艇击沉敌方的舰船却占美国击沉敌方舰船总数的55%。
模仿海豚航速成倍提高尽管各国总是把最新科技成果应用到军事上,但是由于最初潜艇的结构不够科学,因此,潜艇受水的阻力很大,速度慢、功率低。科学家们把目光转向了海洋中的动物,试图从它们身上找到改进潜艇的方法。人们发现,海豚在受到惊扰或追捕其他动物时,速度可以高达100公里/小时,在人造潜艇要耗去90%的推力来克服大海的阻力前进时,海豚只需要凭借流线型的身体就能以13米/秒的速度冲刺。为了研究海豚高速前进的奥秘,有人做了一只钢质的海豚模型,用无线电控制它的活动,各种动作都像极了真海豚,可是海豚模型的游泳速度只能游36公里/小时。人们从这个试验中认识到,海豚之所以游得快,一是它有很好的流线体形,二是它的皮肤有着特殊的结构。海豚身体上,滑溜溜的皮肤并不是紧绷绷的,而是富有弹性。在游动时,海豚收缩皮肤,使上面形成很多小坑,把水存进来,这样,在身体的周围就形成了一层“水罩”。当海豚快速游动时,“水罩”包住了它的身体,和它的身体同时移动。借助这个水的保护层,海豚游动时几乎没有摩擦力,也不造成漩涡。海豚皮肤的秘密揭开后,美国海军研究部门根据海豚皮肤的结构特点,找到一种接近海豚皮肤的人造材料,模仿海豚真皮层功能,仿制的“人工海豚皮”用于潜艇表面,还模仿鲇鱼表面分泌的粘液,制成高分子化合物,用来涂在舰艇、船壳上,可减少阻力50%,使潜艇的航速成倍提高。蓝鲸提高潜艇效率如果说海豚在汪洋的大海中是以速度快见长,那么体重达到100多吨的蓝鲸则是海洋中效率大师。虽说蓝鲸游泳的速度虽然不算快,正常时速5—7公里,然而,按照它的游泳速度,从技术上衡量,一般需要448匹马力的动力,可实际上它大约只有60匹马力的动力。专家:研究人员在对鲸的体形进行了力学分析,发现鲸之所以动力效率高,是因为它的体形让其自身的所受到的阻力变得最小,已经达到了流体力学中所说的层流的奥秘。层流是粘性流体的层状运动。由于层流一般比湍流的摩擦阻力小,因此,人们按照鲸体的轮廓比例建造的新式核潜艇———梭子鱼级核潜艇,它的航速比普通的潜艇提高了20%—25%。此外,蓝鲸通过释放肺部的空气来控制下潜的深度,尽管它具有超强的潜水本领,但如果潜在厚厚的冰层下面时,蓝鲸会每隔10分钟破冰呼吸一次,而蓝鲸这个看似本能的举动却给了潜艇专家一个很重要的启示。
专家指出,当代核潜艇能长时间潜航于冰海之下,但如果要在冰下发射导弹,就必须破冰上浮,这就碰到了力学上的难题。因此,潜艇专家在潜艇顶部突起的指挥台围壳和上层建筑方面,做了加强材料力度和外形仿鲸背处理,成功做到了潜艇的破冰上浮,这就是所谓的“鲸背效应”。虎鲸推进水下定位对于在水下进行长时间潜伏的潜艇来说,如何越过海洋的阻隔,时时保持和其它舰艇、地面指挥等通信系统的畅通,则是更为重要的。在这项技术问题的解决方面,海豚和鲸再一次给予了潜艇设计者一个启示。虎鲸和海豚是在水下进行回声定位的能手。声波从空气进入海水后,就像脱缰的野马,飞速驰骋,其传波速度由在空气中的340米/秒猛增到1700米/秒,水越深,声波的传播速度就越快,而且损耗小,传得远。虎鲸和海豚与陆上的兽类不同,它没有声带,声音不是从喉咙中发出来的。虎鲸发出的声音,是它头部气囊系统产生的。
当虎鲸把空气吸入气囊系统后,就关闭其上的瓣膜,空气在里面流动时使瓣膜振动发出声音来。即使在水里没有空气的情况下,它还是可以照样发出声音来。在气囊系统的前面还有一个脂肪瘤起“声速镜”的作用,能把声音聚焦后定向发出来,帮助虎鲸更准确地探测目标和分辨障碍物。
根据蝙蝠超声波定位原理和声波的特性,在第一次世界大战期间,法国物理学家P·郎之万研制成回声定位仪(即声纳),现在已成了战舰的基本装备。依然要向动物学习 人们通过仿生海豚、鲸等这些海洋动物独特的运动和生理特点,使得潜艇无论在速度还是潜能都有了飞速的发展。尤其在二战之后,核动力和战略导弹武器在潜艇上的运用,使潜艇的发展进入了一个崭新阶段,核动力潜艇更被誉为“划时代的战神”。有意思的是世界上第一艘核动力潜艇———美国“鹦鹉螺”号核潜艇,就是以动物的名字命名的。如今的潜艇结构已经相当完善,多数潜艇的外形都像一只巨大的鲸或者海豚。船体为钢制圆形固壳,内部分若干舱室,艇的上层除了指挥塔之外,都是狭长平行滑甲板。现在常规潜艇水下的速度一般为十几节,核潜艇的水下速度则可以达到25—50节。
从某种角度来说,是海豚和鲸成就了潜艇今天的辉煌。尽管现在最新式的核动力潜艇能够在它99.5%的时间中在水下潜行,并可以连续潜在海底长达数月,对地球上任何目标进行攻击。但是,潜艇在许多结构和航行上,仍然不如海洋动物那样高明。在未来的发展中,潜艇依然需要在海洋中的动物身上找寻其继续前进的奥秘。 (CCTV7《军事科技》提供 主创人员:庞玮 赵萍 余乐)