鋰電池潛艇將引領未來水下力量發展

石江月

近日，在常規動力潛艇領域掀起了一場新的風暴。2018年10月初，日本宣布第一艘由鋰電池驅動的蒼龍級潛艇下水，11月中旬韓國方面也透出消息，“韓國研制的下一代潛艇將采用鋰電池，性能超群”。據韓國消息人士稱，一旦2024年該潛艇建造完成，將超過日本的蒼龍級成為世界最大的常規動力潛艇。

面對這樣的態勢，已經有不少美國防務媒體和專家建議，美國海軍也應該拿出一部分精力和資金，重新啟動以鋰電池潛艇為代表的常規動力潛艇研究。鋰電池潛艇到底有什么優勢？其技術劣勢又在哪？此前風靡世界的不依賴空氣推進（AIP）潛艇技術會被完全取代嗎？

?日韓爭先恐后

2018年10月4日，日本神戶造船廠不只是下水了一艘新潛艇凰龍號，而且似乎正在拉開潛艇戰爭的一個新時代序幕——用我們日常手機和筆記本電腦使用的鋰電池技術驅動潛艇。凰龍號是第一艘使用鋰電池的大型潛艇。

凰龍號是日本蒼龍級潛艇的第11艘，對于一艘常規動力潛艇來說，它的尺寸并不小。艇長84米，艇上成員65人，潛入水下時排水量4200噸。在許多方面，蒼龍級的能力都堪稱常規動力潛艇的典型代表：配備6個533毫米的魚雷發射管，可以發射多達30枚89型魚雷或魚叉反艦導彈，最高水下速度20節。雖然6100海里的航程遠遠落后于同行，但600米或更大的潛水深度遠高于平均水平，甚至超過了一些反潛魚雷的沖擊深度。

凰龍號造價約5.36億美元，只是美國弗吉尼亞級核動力攻擊潛艇成本的1/4～1/6。

作為商業鋰電池領域的另一個強國，韓國也不甘落后。11月17日，韓國國防采辦項目管理局“下一代潛艇工程”項目主管丁一植少將在接受美國防務新聞網站采訪時稱，韓國自行設計制造的新型柴電動力潛艇首艇已于2018年9月下水，另外兩艘將于2024年前建造完成。該型柴電動力潛艇是韓國海軍下一代攻擊潛艇，將安裝由全球最大鋰電池供應商韓國三星公司研發的鋰電池。該項目發布的資料顯示，新型鋰電池為潛艇專用，替換鉛酸電池后可將潛艇水下作戰時間延長1倍。

據悉，韓國這款潛艇專用鋰電池的研發工作持續近30個月，目前已通過技術評估，向武器平臺實用化整合邁出了重要一步。丁一植聲稱：“韓國公司擁有世界上最出色的鋰電池技術。我們向研發工作提出的要求之一，就是將安全和可靠置于首位。為此，甚至不惜降低電池性能，確保其達到更高、更嚴格的安全標準。”不過，出于保密原因，丁一植沒有透露鋰電池的性能數據，但表示該電池在定型前經歷了模擬爆炸、水淹、火燒以及極寒極熱等苛刻惡劣環境的考驗。

雖然在韓國之前，日本已將鋰電池應用于蒼龍級潛艇上，但韓國人認為“搶先”并不代表“領先”。丁一植稱，“韓國的鋰電池技術會比競爭對手更好”。日韓爭鋒的結果如何，讓我們拭目以待。

技術優勢明顯

現代常規動力潛艇通常使用電力來轉動螺旋槳提供動力，并為其作戰系統提供能量。這種電力由柴油發動機和發電機產生，并存儲在數百個鉛酸電池中。然而，柴油發動機需要消耗潛艇的空氣供應，迫使潛艇不得不周期性地浮出水面，或者靠近水面浮潛，然后在“暴露時期”給電池充電，這就使潛艇更容易被偵察并遭到打擊。

此外，當前常規動力潛艇的發電機會產生相當大的噪音。因此，靠近敵軍位置航行的潛艇，可能需要關閉柴油發動機并純粹依靠電池供電。

蒼龍級潛艇

韓國KSS-Ⅲ型潛艇應用了鋰電池技術

但是一艘潛艇的電池消耗速度非常快。在最快航行速度（通常約20節）條件下，目前的常規動力潛艇將在1～2個小時內耗盡電池的電能。在5～10節的可持續巡航速度下，續航時間可延長至幾天。解決這個問題的一種方法是使用核電，這樣不但能提供接近無限的水下持久性和允許潛艇以更高的速度航行，而且比柴油發動機更安靜。然而，核潛艇并不能像純粹依靠電池運行的常規動力潛艇那樣實現極低的噪音，也無法在運行中關閉反應堆。更重要的是，核潛艇的成本是純電池動力常規潛艇的4～6倍。即使對于能獲得核反應堆技術的國家來說，用核潛艇進行短程巡邏也是“奢侈”的。

在過去20年中，常規動力潛艇的進步一直集中在采用各種更安靜和更持久的AIP方案來提供動力。此前，蒼龍級已是一種非常現代化的常規動力潛艇，在10多年前投入使用。作為親潮級潛艇的替代者，蒼龍級并非小型潛艇，是日本自二戰結束以來建造的最大型潛艇，具有“X”尾舵配置，可在狹窄的沿海環境中實現極佳的機動性。

如今，蒼龍級潛艇有近10艘處于部署狀態，均采用瑞典斯特林發動機AIP技術。日本是一個擁有漫長而復雜海岸線的島國，需要利用潛艇巡邏其領海并保護海岸安全。基于斯特林發動機的AIP技術經過驗證且經濟實惠，與蒼龍級的大尺寸和充足的燃料儲存器配合使用，可以滿足日本海上自衛隊的需求。

AIP潛艇可以比核潛艇更安靜地運行，并且在需要浮出水面之前可以保持在水下航行數周時間，不過條件是只有在以4～6節的低速行駛時。然而，這種AIP系統的缺點源于膨脹性和用于操作它們的揮發性流體所帶來的風險。所以，日本希望在不失去AIP技術優勢的情況下，又不完全依賴AIP技術。如此，既可騰出空間發展其他能力，還可簡化未來潛艇的設計、建造和維護。最重要的是，這種新配置會比大多數采用AIP系統的潛艇在航行時更加安靜。

這種想法在改進型蒼龍級潛艇中得以實現。設計人員通過安裝數千個鋰電池、強大的柴油發動機和發電機，以及大型排氣和進氣口堆疊，將這一想法變成了現實。這個概念還包括一個新的動力處理系統，可以處理高功率負載，并且優化效率。

凰龍號鋰電池潛艇構造圖

凰龍號近景

與傳統的鉛酸電池相比，鋰電池具有許多優勢。例如，即使在充電不足時也能保持輸出;比鉛酸電池更輕;可以非常快速地完成充電;可以儲存更多能量。鋰電池可以80%～90%的效率釋放能量，而鉛酸電池的能量釋放效率大約為60%～70%。

據報道，凰龍號采用的672鋰電池模塊的電池壽命，是之前改進中的480鉛酸電池的2倍，這意味著它可以在不得不浮出水面之前，進行更大范圍的巡航。此外，可以更快地為電池充電，意味著潛艇在給電池充電時的風險期更短。根據計算，更換鋰電池的潛艇充電時間可從2.7小時減少到1.4小時。當然，鋰電池的成本更高，達到9700萬美元，而鉛酸電池的成本為1300萬美元。

此外，與AIP潛艇相比，鋰電池潛艇的整體推進系統設計將不那么復雜和笨重，更長的電池壽命將使潛艇指揮官更靈活地使用更多的電力，實施更長時間的關閉發電機的超靜音潛航，或者更長時間的高速機動。不僅如此，鋰電池還可以根據需要提供大量輸出，與運行中的AIP系統相比，可以讓潛艇快速下降至水下。總的來說，如果僅就短程巡邏而言，鋰電池潛艇可能比AIP潛艇更有用。

??? 技術缺點得以克服

1888年，西班牙建造的佩拉爾號小型潛艇是世界上最早的電力推進潛艇之一。在一戰前，大多數潛艇都是僅靠電池供電。為什么之后純電動潛艇一度不被看好？原因在于其存在一些技術能力上的限制。同樣，許多人對鋰電池技術運用于潛艇也存在擔心。

2013年1月7日，由于鋰電池過熱，日本航空公司一架由東京飛抵波士頓的波音787客機下客數分鐘后輔助動力系統電瓶組件起火，客艙內冒出煙霧。同樣是鋰電池，使三星Note7手機頻頻發生自燃而被列為危險品。

顯然，鋰電池容易失控和燃燒的危險性對于裝有數百個鋰電池的潛艇來說，是一個噩夢般的隱患！一旦鋰電池失控燃燒，立刻會產生非常高的熱量，釋放有毒煙霧并排放出導電塵埃，傳統方法很難撲滅它們。事實上，2008年美國海豹特種部隊的運輸器迷你潛艇的鋰電池就曾發生著火。這就是鋰電池技術為何在商業中使用這么長時間，卻遲遲沒有在大型潛艇上采用的癥結所在。

為了解決這個風險，日本投入多年努力和數十億美元用于技術攻關。鋰電池技術供應商與日本海上自衛隊合作，通過構建更大的鋰電池矩陣來克服這些問題，這些基質具有增強的邊界化學性質，穩定性更好。供應商還進行了廣泛的短路、鹽水侵入、跌落和沖擊測試，以證明鋰電池適合潛艇的應用。此外，還將在先進的蒼龍級潛艇上安裝專門的滅火系統，以便在發生火災時迅速自動消除火災。這些措施使鋰電池擁有了更高的安全性和可靠性。據報道，日本測試配置時非常嚴格，考慮到了要面臨的各種高壓力情況。凰龍號的下水表明，日本對鋰電池改進后的可操作性、安全性能滿意。

美國海軍洛杉磯級攻擊核潛艇SSN-700達拉斯號

??? 市場前景被看好?

在未來的道路上，作為世界上最好的兩種常規潛艇動力方案，鋰電池與AIP技術很可能被組合配置在潛艇中，從而為用戶提供兩全其美的產品。例如，鋰電池和燃料電池組合配對，可以產生功能強大、樣式眾多的潛艇，具有極高的持續行動能力、低噪音、更快的沖刺速度。

有消息稱，日本正在做技術嘗試，第7艘蒼龍級很有可能與早期型號中的斯特林發動機組合使用鋰電池。這艘采用鋰電池配置的潛艇，可能是作為與之前采用AIP配置的蒼龍級之間的橋梁，也或許作為技術演示，用于在潛艇上部署較小規模的新電池。川崎重工將使用鋰電池建造第12艘蒼龍級潛艇，此后日本將開始開發下一代鋰電池潛艇。此外，一些消息人士透露，早期采用斯特林AIP動力的蒼龍級潛艇也可能升級為鋰電池潛艇。

通過新蒼龍級潛艇的配置，日本有可能樹立自己“優秀的攻擊型潛艇建造者”的形象，提升自己在新型常規動力潛艇技術領域的世界領先地位。如果該型號被證明是可靠和安全的，這可能會帶動可觀的出口。

有傳言稱澳大利亞重新對蒼龍級潛艇抱以非常大的興趣。2016年，澳大利亞在選擇下一代常規動力潛艇時最后放棄了日本的蒼龍級，轉而選擇了法國梭魚級，計劃建造12艘以替代現有的柯林斯級潛艇。然而，在這個項目的合作程度上法國與澳大利亞存在分歧：澳大利亞希望能有更多的技術轉移方面的合作，巴黎和堪培拉政府的變化都使這一安排受到質疑。與日本對潛艇的需求相比，澳大利亞潛艇需要遠離本土水域進行巡邏，如果以蒼龍級為基礎為澳大利亞設計潛艇，需要加大潛艇的長度，以便容納更多的燃料和更多的船員住宿空間。

無論如何，日本部署技術可靠的鋰電池潛艇，是過去20年來實用型常規動力潛艇技術迎來第二次重大飛躍的標志。

??? 美國悄然心動

幾十年來，雖然美國海軍一直堅持發展更昂貴的核動力攻擊型潛艇和戰略核潛艇，并不斷提升潛艇能力，但仍然無法擁有足夠的資金和足夠快的建造速度，以實現66艘潛艇艦隊的目標。一些美國防務專家認為，鑒于與中國和俄羅斯的安全競爭越來越激烈，鋰電池潛艇是美國海軍另一個可重新評估的選擇。

美國《國家利益》雜志認為，如果日本成功證明鋰電池動力這一技術含量更高、價格更便宜的潛艇可以獲得與裝備AIP系統的潛艇具有相似或更好的性能，且具有與核潛艇相當的聲學特征，美國應該采用這項技術。

一些美國專家認為，美國海軍完全有理由投資發展常規動力潛艇，因為這種潛艇在過去30年中已經得到快速和充分的技術發展。美軍海洋任務眾多，有些并不需要核潛艇去完成。如今，一旦鋰電池技術得到完善，美國海軍可以通過采用日本技術并在獲得許可下建造自己的鋰電池潛艇，以此來解決攻擊型潛艇能力不足的問題。眼下，一艘弗吉尼亞級攻擊型核潛艇的價格可以購買約4艘蒼龍級潛艇。如果日本的鋰電池潛艇投入更廣泛的批量生產，其價格將進一步下降。這將是以盡可能低的成本提供盡可能高的技術含量潛艇的解決方案。

但是，更多美國防務人士也指出核心問題所在，美國海軍造船業的背后是復雜的政治因素和特殊利益集團，并非簡單地出于成本因素考慮。特別是在潛艇建造方面，幾十年來美海軍盲目不愿偏離其“核惟一”的潛艇戰略，可能使得一個合乎邏輯的主張幾乎無法實現。

責任編輯：葛? 妍