以现在的科技水平,潜艇的最长潜水时间是多少?

付宇慧


@潜艇解码 从潜艇原理和作战使用的专业角度回答这个问题。本回答分别对常规潜艇、AIP潜艇、全锂电潜艇、核潜艇的潜水时间进行推测,并讨论了限制潜水时间的因素。本回答讨论范围限定在已有公开报道的潜艇之内。

先说结论:

  1. 常规潜艇:水下状态,2~3天;主要受限于蓄电池容量,需要上浮进行充电。如果计算通气管状态,10~30天,主要受限于潜艇携带的燃油量;

  2. 燃料电池AIP潜艇:水下AIP状态,7~14天;主要受限于所能携带的氢量、氧量。 斯特林AIP潜艇:水下AIP状态,7~10天;主要受限于所携带的氧量、燃油量。

  3. 全锂电池潜艇:水下状态,10~30天,与燃料电池AIP性能接近。

  4. 核潜艇:水下状态,90~180天;主要受限于艇员的生理极限。

  5. 以上数值为设计经验数值,实际使用过程中常规艇及AIP潜艇可以通过牺牲部分作战能力已获得更长的潜水时间。


常规潜艇的潜水时间及限制因素

常规潜艇活动范围在近海区域,排水量在几百~几千吨之间,任务周期不超过30天,采用柴油发电机组-蓄电池组的动力形式。从保障资源、设备、艇员的角度分析潜水时间的限制因素。

  • 氧气:采用过氧/超氧化物制氧、同时还配有氧烛,任务期间供氧充足。

  • 淡水:出航前淡水舱装载,任务期间供水充足、即便淡水舱中淡水使用完了,还可以通过海水淡化装置进行造水(耗电),同时潜艇上还会携带瓶装水。

  • 食物:采用冷藏库、冷冻库储存食品,其设计携带量可以满足任务需求。

  • 燃料:燃油携带量满足作战海域往返所需量,同时留有应急储备。

  • 动力:采用蓄电池组作为水下动力。蓄电池组能量密度低,体积大、重量大,在艇上只能布置2~4组,所储存的能量有限。不能直接满足任务需求,需要上浮充电。

  • 艇员:做过全任务周期的训练,可以适应。

通过分析可以看出,限制常规潜艇水下续航时间的是蓄电池容量。潜艇上推进、武备、空调等设备是能耗大户。潜艇在水下以经济航速低速航行时,可以维持2~3天。如果水下进行高速机动,蓄电池的电量会在几个小时内耗尽,潜艇失去战斗力。

(潜艇上使用的铅酸蓄电池/组)


常规潜艇,可以在通气管状态下,使用柴油发电机组作为动力,边航行变充电。通气管的续航能力取决于,潜艇上燃油的携带量。一般携带的燃油量航行30天左右是没问题的。

常规潜艇,通气管状态航行时隐身性能很差,容易被敌方反潜兵力发现。因此常规潜艇的任务一般都是在有其他兵力配合的时候,从港口通过“昼伏夜出”的方式,航渡到作战区域,水下状态完成作战任务,再同样的方式返回。

AIP潜艇潜水时间及限制因素

AIP潜艇为了实现水下不依赖空气,必须在艇内设置有液氧罐储存氧气。燃料电池AIP潜艇采用金属储氢方式,将氢源布置在舷间结构。斯特林AIP潜艇,将发动机所需的燃料储存在舱内燃油舱内。

与常规潜艇相比,AIP潜艇需要额外负担储氢、燃料、液氧所增加的重量。而且金属储氢的密度很低,所以需要的储存金属很重。斯特林发动机的燃油,对油品较高只能布置在潜艇内部,占用了大量舱内空间。

  • 空气:液氧提供,十分充足,呼吸消耗占液氧罐储存的量很小,属于顺带就解决了。

  • 淡水:同常规潜艇。

  • 食物:同常规潜艇。

  • 燃料:金属储氢、斯特林燃油,满足任务周期的部分需要。

  • 电池:水下可以直接启动AIP发动机,提供动力,电池作为备用动力。

  • 艇员:同常规艇。

(德国212A燃料电池AIP潜艇使用的燃料电池发动机)


AIP可以提供比常规潜艇更为优秀的水下续航时间,在作战时AIP潜艇可以采用“昼伏夜出”的方式航渡到作战海域,然后采用AIP动力长时间在水下执行任务。因此AIP潜艇的作战能力得到了极大的提升。同时斯特林AIP发动机的效率比燃料电池要低,一般其续航能力要略差一些。

全锂电池潜艇

锂电池的能量密度高,相同重量条件下所储存的能量是铅酸电池的5~7倍,而相同储存能量条件下,其体积却只有铅酸电池的三分之一不到。因此如果将AIP潜艇上的铅酸电池、发动机、液氧罐、储氢结构所占用的体积、重量全部用来改装锂电池,可以获得不亚于AIP潜艇的性能。日本最新苍龙级潜艇就采用了全锂电推进。

全锂电的水下续航能力,其限制因素也是电池容量,毕竟是有限的,根据经验推测可以达到10~20天,是非常了不起的技术。

但锂电池的安全性尚未得到充分验证,且锂电池的维保费用实在是太高了,费效比较低,不经济。

(日本最新服役的苍龙级潜艇采用全锂电动力)

核潜艇

核潜艇水下续航能力,近乎无限,电力供应十分充足。由于动力强劲,其排水量可以很大、进而携带更多的保障物资。因此核潜艇在远洋执行反潜护航、反舰、战略威慑等任务。

  • 氧气:电解水,制氧;电力供应充足,氧气供应无限。

  • 淡水:电力充足,多台海水淡化装置,淡水供应无限。

  • 食物:冷藏库、冷冻库足够大,食物供应充足。

  • 燃料:主动力不需要补充,应急动力需要携带部分柴油。

  • 艇员:存在生理极限。

核潜艇的水下时间主要受艇员的生理极限影响,近年来各国通过各种技术模拟陆上环境(人造太阳)、提供更舒适的环境(健身房、游泳池、娱乐系统)、搭配更加营养的食物来提高水下航行时间。

核潜艇的水下航行时间,是国家的最高机密之一,外界均无从得之,但从公开的训练报道看,可以推断这个时间在90~180天之间。


潜艇解码


本人有亲身体会。即便是最先进的核潜艇,也有水下生存极限。动力当然没问题,可但是,潜艇里不可能杀猪宰羊,不可能种萝卜白菜,脱水的、冷冻的、罐头式的、牙膏式的、加工熟了的,都无法永远替代即烹即食的食品;淡化后的海水虽然急时可救命,但终究不同于自来水、矿泉水;长期不见太阳、月亮,人体生物钟会紊乱、皮肤的抗菌能力会衰降、牙龈会发炎乃至出血进而导致牙齿松动;舱室严格密封,空气越来越污浊;长期不见异性,人的心理会情绪失序……凡此种种,聚沙成丘,共同作用,形成了人类在潜艇中在水下连续生存时间的极限。


老张210522043


据我所知,大多数核潜艇反应堆芯的可运行时间都超过20年。这保障了淡水、电、可呼吸空气的供应。

船员人数从110人到140人不等。食物堆得到处都是。70年代和80年代的时候,潜艇上堆满的罐头和食物包装盒让人根本没有立足之地。我们只能慢慢消耗掉这些食物。

110天之后,船上就只剩下一罐火腿罐头,一堆白蛋糕粉和一些脱水水果蔬菜。其他船上的情况也差不多是这样。

海军舰艇反应堆需要人员监控和维护才能保持运行,这一点与商用反应堆有所区别。后者几乎不太需要人员照看,而前者的问题如果不及时处理反应堆就会自动关闭。

也就是说,如果所有食物消耗殆尽,船员开始死亡,反应堆和其他设备都会开始关闭。

潜艇将失去向前的驱动力,为了平舱,它会渐渐浮出水面或者沉入深海。

所以,我认为最长潜水时间应该是120天,或者是没有咖啡的第5天


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