2018年10月4日,一瓶清酒在日本神戶造船廠的粉碎不僅預示著新潛艇的下水,而且也預示著潛艇戰爭新時代的到來,比較意外的是這艘全新的潛艇所使用的一些技術就存在於普通民眾的口袋中。
“鳳龍”號是日本自行建造的第十一艘蒼龍級AIP動力潛艇,這艘大型潛艇長84米,可容納65名艇員,其滿載排水量達到4519噸。在許多方面,蒼龍潛艇具備典型常規潛艇的特徵:它配備有6管533毫米魚雷發射裝置,可以發射多達30枚89型魚雷或魚叉反艦導彈,其水下最高航速為20節。航程約6100海里,最大潛水深度為600米或更深,這個資料要遠高於常規潛艇的平均潛深水平,甚至超過了一些反潛魚雷的極限深度!
蒼龍級潛艇還配備大量高科技的技術,例如可操縱性增強的計算機控制的X形方向舵,兩個先進的誘餌發射器以及艦體上鋪設的大量的消音磚和消音塗層,其造價約為5.36億美元,成本僅是美國弗吉尼亞級核動力攻擊潛艇的六分之一。但是“鳳龍”號與其前任不同,因為它是第一批使用鋰離子電池的大型潛艇,這種電池技術與智慧手機和膝上型電腦中所使用的電池技術是相同的。
現代常規潛艇使用電力轉動螺旋槳的螺旋槳併為其戰鬥系統提供動力。這些電能由柴油發動機和發電機產生,並存儲在數百個鉛酸電池中。但是,柴油發動機會消耗潛艇的中的空氣供應,迫使潛艇必須定期浮出水面或在近海面浮潛,以便進行“不規律的時期”內為其電池充電,而在這段期間內,潛艇很容易被發現和破壞。
此外,潛艇發電機噪音很大。因此,潛伏在敵軍附近的潛水艇可能會關閉其柴油發動機,並完全依靠電池供電。
問題在於潛水艇在以最大速度(通常為二十節左右)進行的航行時會很快耗盡了電池儲備電量,最多隻能持續一兩個小時而已。不過在以5到10節的可持續巡航速度,這種耐力可能會延長几天。而解決此問題的一種方法是使用核能,核能可以為潛艇提供近乎無限的水下耐久力,比執行柴油機更高的速度並更安靜。但是,它不像純粹依靠電池執行的柴油那樣安靜,而且核潛艇無法在執行中關閉反應堆。更重要的是,核動力潛艇的價格是常規潛艇的四到六倍,甚至對於擁有核反應堆技術的國家而言,它們在進行短程巡邏時也會展示出過分的殺傷力。
在過去的二十年中,常規潛艇的發展重點是通過各種更安靜,更持久的“ 空中獨立推進”方案來補充柴油機發電的缺陷。之前的7艘蒼龍級潛艇都使用了包括斯特林(Stirling)不依賴空氣系統,這是瑞典人首先開創的技術,現在也可以在鄰國的039A型潛艇上找到!AIP潛艇比核潛艇執行更安靜,並且可以在需要浮出水面之前保持數週的潛伏時間,當然,需要在以4至6節的低速航行時才可以啟用這種系統。而其缺點則是包括體積大以及用於操作它們的揮發性液體會帶來風險。
在“鳳龍”和它的繼任者身上預示著將採用新一種不同的方法增加電池壽命。1991年,日本公司將鋰離子電池引入了一般的商業用途。從那時起,它們在行動式計算機(包括膝上型電腦和手機)中的應用迅猛增長。與傳統鉛酸電池相比,鋰離子電池的體積和重量具有更高的能量密度,可以更快地充電,並以80%至90%的效率釋放能量,而鉛電池的能量密度約為60-70%。
現在,人們可能還記得,2013年一架降落的787客機在由於鋰離子電池過熱而在波士頓洛根機場著火的事故,或者以使Galaxy S7平板電腦自燃而臭名昭著。顯然,對於裝有數百個鋰離子電池的潛艇來說,這種電池的潛在起火威脅也將是使用者噩夢般的擔憂!的確,2008年,美國海豹突擊隊運載工具微型潛水艇中攜帶的鋰離子電池也曾在珍珠港內發生著火事故。這解釋了為什麼LIB技術沒有在大型潛艇上早日實現的原因。
因此,日本通過設計帶有加強隔板,穩定化學物質和自動滅火器的改進型電池單元矩陣來避免潛在的著火事故,日本為此也投入了大量金錢和多年的努力來為其鋰離子電池建立更高的安全性和可靠性,據報道,日本嚴格測試了配置,以解決各種高應力情況,例如暴露於海水中。鳳龍號的下水錶明日本已經潛艇用的對鋰離子電池進行過改進,並且對其具備的可操作和安全的能力感到滿意。
據報道,“鳳龍”潛艇所用的 672 LIB電池模組提供的電池壽命是先前版本中480鉛酸電池的兩倍,這意味著它可能能夠在浮出水面之前進行更長時間的巡航任務。此外,它還可以更快地給電池充電,這意味著潛水艇在給電池充電時會具有短暫的“不規律時期”,根據一種計算,新電池的充電時間會從原來的2.7小時減少到1.4小時。但是鋰電池的成本也更高,為9700萬美元,而鉛酸電池僅為1300萬美元。
當然,LIB潛艇的水下耐力也不一定與AIP動力潛艇能夠承受的數週時間相等。但是,更長的電池壽命將使潛艇艇長擁有更大的任務部署靈活性。總體而言,對於短程巡邏的潛艇而言,LIB可能比AIP更有用。
還要指出的是,將鋰離子電池與AIP系統(例如燃料電池)結合使用也是可以的,這也會兼顧兩種不同技術的優勢。但是其主要缺點是為容納AIP發動機而付出了額外的成本和空間。
川崎重工將建造第十二艘也是最後一艘帶有鋰離子電池的蒼龍級潛艇,然後日本將開始研發下一代LIB潛艇。一些報告表明,早期的Stirling AIP動力驅動的蒼龍級潛艇也可以進行LIB技術的升級。
同時,有傳聞說澳洲對蒼龍級重新產生了興趣。2016年,堪培拉方面曾淘汰日本的潛艇,轉而支援法國短鰭梭魚級潛艇,因為其計劃為其柯林斯級攻擊潛艇建造12艘替代品。但是,由於法國合作的程度存在分歧(澳洲希望獲得更多合作),巴黎和堪培拉政府的變動也使該合同出現了不確定性。對於澳洲來說,他們的潛艇需要比日本潛艇在離家水域更遠的地方巡邏,所以,為澳洲設計的潛艇將需要加長艇體以容納額外的燃料並擴大艇員的住宿空間。
無論如何,日本已經開始部署了可靠的潛艇鋰離子電池技術,標誌著過去二十年來可負擔得起的常規潛艇能力的第二次重大飛躍。並且日本的兩個鄰國也在開發LIB潛艇。