核潛艇的＂銷聲匿跡”之術

王毅

作為“殺手锏”武器，核潛艇在成為本國重要戰略威懾手段的同時，也成為他國時刻警惕并極力搜捕的目標。一般來說，核潛艇在航行過程中所產生的可視光信號、電磁信號、紅外信號以及噪音都可能被他國監測發現，但是海水對電磁信號、紅外信號和可見光信號具有較強的阻隔作用，只有聲音能夠在水中遠距離傳播。因此，對于他國核潛艇聲紋信息的采集與偵測，就成為各國水下較量的主要方式之一。

核潛艇航行時，由螺旋槳、主機減速齒輪箱以及核反應堆主循環泵等機械設備產生的噪音，是其主要的噪音來源。由于海洋背景噪音的存在，核潛艇無須做到絕對的靜音，只需將噪音控制在與海洋背景噪音相當的水平，就可基本實現“銷聲匿跡”的效果。目前，世界各國在核潛艇降噪方面，主要采用的措施有以下5種。

1、泵噴推進系統

核潛艇依靠尾部螺旋槳高速轉動所產生的推動力航行。螺旋槳葉片在高速轉動過程中會產生大量空泡，這些空泡破裂時產生的聲音是核潛艇的主要噪音來源之一。每艘核潛艇的螺旋槳噪音是有差別的，因而螺旋槳噪音就成為其聲紋的主要標志，甚至僅通過螺旋槳噪音就可辨別出核潛艇的型號或編號。因此，通過改進推進器來降低螺旋槳噪音，成為核潛艇實現隱匿的必要途徑。

在泵噴推進系統出現之前，螺旋槳降噪措施主要集中在采用高阻尼合金材料和非對稱的大傾斜葉片，其中最典型的數美軍“鱘魚”級和部分“洛杉磯”級核潛艇所采用的7葉大側斜螺旋槳。但該推進器雖然可以達到一定的降噪效果，其降噪潛力已發揮到極致，無法進一步滿足核潛艇的降噪需求。

20世紀80年代，英國海軍率先使用先進的泵噴推進系統。該系統借鑒了魚雷尾部的泵噴推進器，通過在傳統螺旋槳外部增加漸擴式導管，以減慢水流的流速，進而達到減少空泡產生的效果。目前，主要國家的核潛艇均采用了泵噴推進系統，如美國的部分“洛杉磯”級、“海狼”級以及最先進的“弗吉尼亞”級攻擊核潛艇，俄羅斯的“北風之神”級戰略核潛艇，法國的“梭魚”級攻擊核潛艇，等等。

“弗吉尼亞”級泵噴推進系統

上述泵噴推進系統均為在傳統螺旋槳基礎上改造的有軸泵推進，而我國馬偉明院士團隊研發出的世界上第一款無軸泵噴推進系統，則使我國在這一領域處于世界領先地位。

2、全電力推進系統

核潛艇內部結構復雜，大量子系統通過機械結構進行聯動運行，這就不可避免會產生各種機械噪音，特別是推進系統中的齒輪箱噪音。

早在20世紀60年代，美國海軍曾嘗試使用電力推進代替機械推進，以徹底消除齒輪箱噪音?！案袢R納德·利普斯科姆”號攻擊型核潛艇承擔了電推進系統的試驗任務。試驗結果表明，電推進系統雖然成功消除了齒輪箱噪音，但為了容納龐大的電推裝置，“格萊納德·利普斯科姆”號在長度上比同級機械推進的“鱘魚”級核潛艇增加了12米，排水量增加了1800噸，且航速偏低。這顯然不能滿足核潛艇的實際作戰需求。

隨著電推技術的發展，美國海軍于2004 年再次提出了針對下一代攻擊型核潛艇的全電力推進計劃。與“格萊納德·利普斯科姆”號進行的電推系統試驗不同，美國海軍的新電推計劃不僅涵蓋了動力推進系統，而且包括了操舵等其他系統的電氣化。采用全電力推進的核潛艇將淘汰齒輪箱以及推進軸等傳統機械結構，在有效消除噪音的同時節省了艇尾空間。目前，美國海軍已在其最新的“弗吉尼亞”級戰略核潛艇上采用綜合電力推進系統。

3、自然循環壓水反應堆

一般來說，核潛艇的噪音大于常規動力潛艇，這是因為核潛艇壓水反應堆中的主循環泵會產生較大的噪音。核潛艇反應堆裂變反應所釋放的熱量并不能被直接用于驅動汽輪機工作，而是需要通過媒介將熱量傳導至蒸汽發生器產生蒸汽，進而驅動汽輪機工作，而主循環泵的作用就是使冷卻劑循環流動，不斷將反應堆中的熱量傳導出去。因此，傳統壓水反應堆的主循環泵不能輕易關閉，這導致核潛艇在中低速航行時仍舊會產生大量噪音，增加了被他國聲吶發現的可能。

為降低主循環泵的噪音影響，自然循環壓水反應堆應運而生。該類反應堆僅靠冷卻劑在回路中的溫度差異所產生的密度差就可實現自然循環，這樣的自然循環效率雖然不如主循環泵啟用時的強制循環，但也足夠滿足核潛艇在中低速航行時的循環需求，大大減少了核潛艇的噪音。

1959年，美國開始研制S5G型自然循環壓水反應堆，其后又成功研制出了S6G型和S9G型自然循環壓水反應堆，分別應用于“洛杉磯”級和“弗吉尼亞”級攻擊核潛艇。其中，S9G型自然循環壓水反應堆在“弗吉尼亞”級核潛艇上表現出了良好的降噪效果。

4、浮筏減振裝置

在航行過程中，核潛艇的各類機械設備除了自身運行產生噪音外，還會引起設備與潛艇殼體間的振動碰撞，其所造成的噪音同樣是不可忽視的。當前，各國解決設備振動噪音的主流方法是采用浮筏減振裝置。20世紀60年代，英國海軍在設計掃雷艇時首次采用隔振浮筏裝置，有效減少了掃雷艇噪音引爆聲控水雷的風險。這一裝置隨后被應用于英美海軍的核潛艇。

經過數十年的發展，整體雙層浮筏減振裝置技術已經趨于成熟并得到廣泛應用。簡單來說，該裝置是將多個設備通過隔振器安裝在同一個浮筏平臺上，浮筏平臺同樣通過隔振器固定在橡膠減振基座上。以鋼制彈性體、空氣彈簧為主的隔振器以及橡膠底座，可有效減輕設備振動幅度，進而起到降低噪音的效果。而雙層結構可實現二次減振的效果。此外，為了達到更好的減振效果，部分核潛艇在設計時采取整個甲板模塊筏式安裝的方式，將指揮室和住艙連同汽輪機、發電機、傳動齒輪箱組等設備全部固定于浮筏減振裝置上。

據測算，整體雙層浮筏減振裝置可將核潛艇噪音降低40分貝左右，如此良好的降噪效果得到了各國海軍的青睞。目前，美國的“弗吉尼亞”級、法國的“凱旋”級、英國的“機敏”級以及俄羅斯的“亞森”級核潛艇均采用了整體浮筏減振裝置。

美軍“俄亥俄”級核潛艇采用自然循環壓水反應堆提高隱身能力

2018年“弗吉尼亞”級核潛艇消聲瓦脫落

5、消聲瓦

核潛艇要想實現“銷聲匿跡”，除了針對特定噪音源采取降噪措施外，同時也要防范來自他國聲吶的探測聲波。而在潛艇內部和外殼鋪設消聲瓦，可以達到減少艇內噪音輻射以及吸收聲吶探測聲波的雙重效果。

事實上，消聲瓦只是潛艇吸聲材料的統稱，各國潛艇所用消聲瓦的材質和使用方法不盡相同。最早的消聲瓦誕生于二戰后期的德國，為4毫米厚的高分子聚異丁烯均聚物，上面布滿了直徑為2毫米和4毫米的圓柱形孔洞。英國在20世紀70年代研制出聚氨酯消聲瓦，后美國將聚氨酯消聲瓦進一步改良為聚氨酯和玻璃纖維合成材料。俄羅斯的消聲瓦則采用以丁苯橡膠和陶瓷為主的材料。這些消聲瓦不僅吸聲性能良好，而且還具備較強的隔聲性能和抑振性能，大大提高了核潛艇的隱藏能力。

但是，消聲瓦也存在諸多缺陷，特別是消聲瓦的粘貼工藝是一個困擾各國海軍的難題。海水的高鹽高濕環境以及海水阻力會將消聲瓦從潛艇上剝離。若消聲瓦出現松動，海水會在縫隙處形成湍流，反而加大了潛艇航行時的噪聲。即便是美國先進的“弗吉尼亞”級核潛艇也在2018年被爆出消聲瓦大面積脫落的事件。為此，各國開始研發新型吸波涂層，以代替工藝復雜的消聲瓦。據悉，俄羅斯海軍將在其新型的“萊卡”級核潛艇上大量采用新型吸波涂層，而美國海軍也在積極研制類似油漆的“超疏水”涂層，可吸收91%的傳入聲波。

在未來相當長的時間內，核潛艇仍將是各國的支柱性戰略力量。圍繞核潛艇的軍備競賽必將持續下去，而作為核潛艇生存的重要保障，降噪技術也將不斷推陳出新，并深刻影響核潛艇的發展方向。