“弗吉尼亞”級核潛艇項目的“方案探索”工作

王光榮

冷戰結束后，美國海軍戰略重點由遠洋作戰向近海作戰轉移，原有的“洛杉磯”級、“海狼”級攻擊型核潛艇均為冷戰思維的產物，不適應新的作戰環境要求。因此美國海軍決定發展新一代攻擊型核潛艇，并計劃用其逐步替代“洛杉磯”級攻擊型核潛艇，作為未來美國海軍攻擊型核潛艇部隊的主力裝備。

1988年新一代攻擊型核潛艇開始初始概念研究，1991年正式立項進入采辦流程，1992年完成方案探索，1994～1995年間完成工程設計和演示驗證，1994年8月獲準進行建造。同時明確了以電船公司作為唯一的設計商和建造主承包商，紐波特紐斯公司作為主要分包商的項目建設策略。這是美國核潛艇建造歷史上，兩家公司首次以合作而非競爭的關系完成核潛艇的設計建造工作。這也為最終該項目確保進度，降低成本創造了良好的工業環境。1998年，新一級核潛艇被正式命名為“弗吉尼亞”級，同年首艇“弗吉尼亞”號（SSN-774）開工，2004年10月服役。

“弗吉尼亞”級攻擊型核潛艇項目最重要的發展理念是被稱為“螺旋式升級”的建造策略。美國海軍將整個項目共30艘艇長達20多年的建造劃分為3個項目“階段”和5個采購“批次”，不同“項目階段”建造的艇在關鍵系統上有著較大的設計更改，也就是利用該級核潛艇開放式結構的設計特點，允許后續“項目階段”建造的潛艇根據新技術的成熟度相較前階段艇進行較大程度的技術改進，不斷“植入”新技術，從而使該級艇一直保持技術領先的地位。而“采購批次”是指同批被批準訂購的潛艇（如第Ⅰ批次4艘艇均為1998年9月被批準定購），隸屬相同“項目階段”下不同“采購批次”的潛艇，在建造經費、建造方法、模塊數量等方面略有不同，但在關鍵技術系統上基本沒有變動。這種批量采購的方法從客觀上消除了建造廠家的訂單顧慮，便于廠家集中安排原材料批量采購、人員調配等工作，從而節省成本。

“弗吉尼亞”級核潛艇設計使用壽命33年，裝備S9G型壓水堆（第三階段艇可能采用“轉型技術堆芯”（TTC）），在整個服役期內無須換料。截至2014年5月，第一階段兩個批次的10艘艇均已服役。

方案探索工作

2001年以前，美國海軍重大裝備的全壽命周期過程如下圖所示，需要經歷需求確定階、方案探索、確定計劃與降低風險、工程建造、生產部署和使用保障、退役處理等六個階段，除了第一、第六兩個階段外，其他四個階段納入采辦管理。

“方案探索”是“弗吉尼亞”級攻擊型核潛艇項目進入采辦程序后的第一個階段，主要完成了三大任務：首先是細化裝備需求，論證新型核潛艇的基本圖像；第二是多方案評估，確定最終技術方案；第三是制定采辦策略，指導后續的研制建造工作。上述工作交叉開展，無線性先后關系。

細化需求形成“弗吉尼亞”級基本圖像

美國海軍需要完成的首要任務就是進一步明確需求：“乍看之下，需求似乎界定得很明確，但是仔細審查一些需求參數就會發現界定范圍很寬泛，并沒有具體明確下來。為此，海軍成立了一個需求說明小組，利用一周的時間排除需求中一切不確定性的成份。該小組還形成了一份作戰需求文件說明報告，以確保開發機構和作戰試驗人員對需求有相同的理解”。

根據“弗吉尼亞”級的作戰任務以及前期需求論證的結果，此階段的需求論證結果可概括為：

為滿足近海作戰的靈活性要求，“弗吉尼亞”級的排水量應小于“海狼”級核潛艇。

* “海狼”級在航速、潛深、隱身性等方面的技術指標已經完全能夠滿足作戰要求，“弗吉尼亞”級在這些指標上不需要進行超越，能夠達到與“海狼”級一樣的性能即可。

* 為保證該級艇能夠適應未來不斷變化的任務需求，該級艇設計上必須具備靈活性，能夠不斷嵌入新技術。

* 能夠滿足節約經費的要求。

同時，要求在設計中盡可能消除核潛艇運行時的“瞬態空泡”現象，這一需求對該級艇的減振降噪設計提出了新的要求。根據經驗，改善潛艇聲學性能的技術屬于高風險的技術領域，所以“弗吉尼亞”級核潛艇水聲需求的改變也必然會帶來后續設計上的創新。

多方案分析評估（AOA）確定建造全新潛艇

多方案分析是指對各種方案的技術、經費、風險進行綜合評估，對成本與作戰效能進行綜合平衡，以確定最終的技術方案。評估工作在1991～1992年間進行，期間軍方采辦機構和工業部門、部隊合作對“弗吉尼亞”級核潛艇的9個備選方案進行了研究。這些備選方案包括：“海狼”級改進型方案、“洛杉磯”級改進型方案、“俄亥俄”級改進型方案、常規潛艇方案以及若干全新設計新型攻擊型核潛艇方案等：

●繼續建造SSN-21“海狼”級核潛艇方案：假設從1996財年或1998財年開始，繼續在一家船廠以每年一艘的速度建造“海狼”級核潛艇。

●SSN-21（V）“海狼”級改進型方案：假設至少開發兩型SSN-21“海狼”級核潛艇的改進型，排水量在1萬噸以內。

●SSN-688I“洛杉磯”級改進型方案：假設從1996財年或1998財年開始，建造一型集成了各種可用技術的“洛杉磯”級改進型潛艇。

●新型攻擊型核潛艇（百人隊長）方案：對各種備選的新型設計方案進行評估，對新設計的要求一是經濟可承受性更好（10億美元）；二是成本低于或與“洛杉磯”級相當；三是排水量小于5000噸；四是減少或取消任務功能；五是1998年、2002年和2006年開始建造。

●“俄亥俄”級改進型方案：考慮以“俄亥俄”級設計為基礎設計建造改進型核潛艇，包括對現役潛艇進行改裝，改變導彈發射管體積，強調力量投送能力等。

●常規潛艇方案：各種常規動力潛艇設計方案（柴電潛艇、燃料電池潛艇、混合動力潛艇等）。

最終選擇的方案是設計建造全新的攻擊型核潛艇，而不是現役任何艇的改進型，并對新艇設計明確提出了降低經濟可承受性、降低技術風險的基本要求。endprint

經濟可承受性與降低技術風險密切相關，在此前的“海狼”級攻擊型核潛艇項目中，由于同時采用了大量的新技術，增加了項目實施的不確定性，導致進度大幅延期，經費大幅上漲。因此，美國海軍在多方案分析階段，將新型核潛艇上可能應用的各種技術按照成熟度分成四類：

經過對技術和風險的綜合評估，美國海軍對新型攻擊型核潛艇的方案提出總體要求為：盡可能采用前三類技術，側重采用前兩類技術，對第三類技術要有一旦失敗后的替代方案。在此基礎上，形成了“弗吉尼亞”級核潛艇的性能參數指標。

為降低采用創新技術帶來的風險，“弗吉尼亞”級核潛艇項目采取了利用原型樣機“先成型后買”的采辦思想。這種采辦策略要求核潛艇設計中采用新技術之前，先在陸上或海上進行這種新技術的試驗，并且不斷修正完善，成熟后再應用到核潛艇總體設計中。美國海軍同時還退回到其長期堅持的“在一級新核潛艇上只采用一種重大新技術”的思想中。為使項目的可行性最大化，“弗吉尼亞”級核潛艇采用的全部技術均已經在海上進行過原型驗證。因此，寬孔徑聲納、非穿透艇殼桅桿、海水反向滲透淡化系統、推進器和作戰系統等在應用于“弗吉尼亞”級核潛艇之前，均已經過驗證（大部分技術在“洛杉磯”級核潛艇上驗證）。

在經費分析方面，美國海軍認為，如果每兩年建造1艘“海狼”級核潛艇，那么就能有效保留勞動力。“海狼”級核潛艇的單艇成本為23.5億美元，與之相比，新潛艇的單艇成本大約為14億美元，每年可以建造1.5艘或2艘。但是，新潛艇需要投入35億美元的設計和開發成本，而且作戰能力弱于“海狼”級核潛艇，因此，在該階段明確了減少投入的目標，使核潛艇的成本能夠有實質性地削減。

制定采辦策略降低技術和成本風險，并保留工業基礎

多方案的評估實質上包括了對項目成本的評估，美國海軍以此為基礎制定了“弗吉尼亞”級攻擊型核潛艇的采辦策略，可以歸納為以下兩點：

一是“先成型后買”。為降低采用創新技術帶來的風險，“弗吉尼亞”級核潛艇項目采取了利用原型樣機“先成型后買”的采辦策略。這要求在設計中采用新技術之前，先在陸上或海上進行這種新技術的試驗，并且不斷修正完善，成熟后再應用到核潛艇總體設計中。美國海軍在該級艇設計中貫徹了在“海狼”級項目之前長期堅持的“在新型核潛艇上只謀求一個領域的重大技術突破而不是各領域全面突破”的思想。為最大程度提高項目的可行性，“弗吉尼亞”級核潛艇采用的全部技術均已在海上進行過原型驗證。

二是建立兩家船廠共同完成項目的新型伙伴關系。此前在“海狼”級核潛艇項目中，設計和建造分別交付紐波特紐斯公司和電船公司兩家，這種采辦策略造成進度和成本的雙上漲。但是在沒有其他新型核潛艇項目上馬的前提下，僅由其中一家公司總攬“弗吉尼亞”級核潛艇的全部設計和建造工作，勢必會影響另外一家企業的生存，使之無法保持核潛艇的設計建造能力，影響全美國的核潛艇工業基礎。為此，經過海軍和工業部門的聯合論證評估，最終確定了以電船公司作為唯一的設計商和建造主承包商、紐波特紐斯公司作為主要分包商的項目建設策略，同時規定，無論工作量如何分配，利潤均為五五開。這是美國核潛艇建造歷史上，兩家公司首次以合作而非競爭的關系完成核潛艇的設計建造工作。這也為最終該項目確保進度，降低成本創造了良好的工業環境。

經過“方案探索和評估”階段的論證工作，美國國會對于“弗吉尼亞”級核潛艇的技術風險和成本方面存在的擔憂基本消除。1994年8月，項目通過國防采辦委員會的“里程碑1審查”，獲準進行設計建造。endprint