AIP技術增強了現代常規潛艇的水下戰能力 但仍然難敵強大的核潛艇

AIP是目前世界常規潛艇的發展趨勢，對於沒有核潛艇國家來說AIP系統可以儘可能提高水下戰能力。與老式柴-電潛艇相比，AIP在水下續航和持續作戰時間上都有著很大的優勢，但仍然是難敵核潛艇的。下圖為日本公佈的SS-505“瑞龍”號AIP潛艇的AIP艙，“蒼龍”級使用的是4套瑞典Kockums公司斯特林閉迴圈推進系統

柴-電潛艇

AIP我們先放一放，首先我們說一下常規柴電潛艇。老式的常規潛艇我們一直叫他“柴-電潛艇”，其中的“柴”為柴油機，而“電”為電動機。雖然潛艇上攜帶大量的柴油作為柴油機燃料，但是柴油機執行需要消耗大量的氧氣，而潛艇上的空氣“貴如黃金”，即便依靠高壓氣瓶儲氣或者藥板再生氧都是極為有限的，只能提供給艇上的人員正常呼吸。所以老式柴電潛艇在水下航行是絕對禁止使用柴油機的，一直是使用電池和電動機航行，當電池沒有電時潛艇需要上浮到水面或者通氣管狀態啟動柴機油機為電池充電。中國曾經在2003年4月發生過一起潛艇事故，失事的361潛艇在通氣管狀態航行時因通氣管進水關閉，工作的柴油機短時間內迅速消耗艇內氧氣導致全艇人員犧牲

英國“天王星”級常規潛艇柴油機

柴-電潛艇雖然水下可以繼續使用電動機航行，但是電池儲存的電量是有限的，續航能力非常弱。以俄羅斯877型“基洛”級常規潛艇為例，該艇水下續航能力僅為400海里/3節。德國209型常規潛艇水下續航力400海里/4節。以這種時速在水下潛航最大航行時間只有4-5天，如果在水下以10節以上航速“高速”航行，那麼續航時間只有幾十分鐘。有限的續航能力使柴電潛艇需要頻繁的上浮充電，隨時都有被發現的可能。而現代大型反潛機攜帶的對潛探測雷達甚至可以發現潛艇的通氣管，進而遭受毀滅性的打擊。

AIP系統

既然柴電潛艇存在嚴重的水下續航和隱蔽的問題，那麼如何解決水下長時間航行就成為一個大問題，畢竟只用電池供電只是在“自我消耗”而“源源遠不斷”，在種情況下就誕生了能在水下持續功能的動力系統，也就是AIP系統。所謂AIP全稱為“Air Independent Propulsion”，也就是“不依賴空氣推進系統”（注意是不依賴空氣而不是不依賴氧氣）。

也就說不管你是在船上發電還是生成柴油機需要的氧氣，只要不依賴外界空氣能夠在水下持續航行就達到目的。

細分下去AIP系統可以繼續分為以下幾大類：

熱氣機AIP系統（SE/AIP）

閉式迴圈柴油機AIP系統（CCD/AIP）

閉式迴圈渦輪機AIP系統（CCT/AIP）

燃料電池AIP系統（FC/AIP）

低壓核動力源AIP系統（AMPS/AIP）

熱氣機AIP系統（SE/AIP）：

熱氣機AIP系統又稱斯特林發動機，是一種外燃式活塞往復發動機，透過外部燃燒將能量連續傳送給密封工質，工質受熱後膨脹腿動活塞做工。其優點是效率高、噪音低、運轉平穩。但是在柴油在潛艇內燃燒需要氧氣，所以採用熱氣機AIP系統的潛艇通常需要攜帶巨大的液氧罐（-180℃），其水下續航能力也取決於攜帶多少氧。

閉式迴圈柴油機AIP系統（CCD/AIP）：

閉式迴圈柴油機還是原來的柴油機，但是內部供“空氣”且增加一套廢氣處理系統。首先，廢氣處理系統是將經冷卻後廢氣中的二氧化碳和水蒸氣加壓溶解在外部海水當中，而其他不能溶解在海水中的氣體回收應用在柴油機工作中。而柴油機工作時依靠巨大的液氧罐為柴油機提供燃燒時的氧氣，但這個所謂的氧氣並不是100%純氧輸入柴油機，而是在混合室內將氧氣和上述無法溶解在海水中的氣體混合成比熱、壓縮熱密度都與空氣相似的“人造空氣”，其組成大概是氧氣21%和其他氣體79%，這樣可以保證柴油機工作時的柴油噴射、發火情況與在空氣中工作是相近的。當然，潛艇上浮後柴油機就由閉式轉為開式，由外界取得空氣並將廢棄直接排放到空氣中。

閉式迴圈渦輪機AIP系統（CCT/AIP）：

所謂“渦輪機”其實是分為燃氣輪機和蒸汽輪機兩種型別，他們的工作原理和我們平時見到的燃氣輪機和蒸汽輪機是一樣的，只是供氧系統還是要由液氧罐供氧，而燃燒後產生的二氧化碳和水要排除艇外溶於海水中。

上面提到的熱氣機AIP系統（SE/AIP）、閉式迴圈柴油機AIP系統（CCD/AIP）和閉式迴圈渦輪機AIP系統（CCT/AIP）由於都涉及到燃燒做功，所以我們把他們統稱為熱能動力系統。

燃料電池AIP系統（FC/AIP）：

所謂燃料電池跟上面提到的電池供電並不一樣，它是由專門的電能供給系統將燃料的化學能直接轉換為電能的裝置。目前世界主流的燃料電池技術為氫-氧燃料電池，比如PEFMC質子交換膜燃料電池技術，以氫氣為燃料、以氧氣為氧化劑，這兩種物質在催化劑的作用下發生分別發生陽極反應和陰極反映，在整個反應過程中出現電子遷移生成直流電推動電動機執行。其優點為轉換效率高、損耗小、生成物只有水沒有廢氣。缺點是除了要帶液氧還要帶液氫，佔用空間很大。

低壓核動力源AIP系統（AMPS/AIP）：

所謂的“核動力”並不是指和核潛艇一樣用的高溫高壓壓水反應堆，這種低壓核反應堆輸出功率只有1-3兆瓦，遠遠小於核潛艇的100-150兆瓦。其工作原理是利用反應堆熱生成蒸汽傳遞到蒸汽輪機系統發電，最終還是以電動機推進。而核潛艇採用的是蒸汽輪機直接驅動螺旋槳驅動。

上述提到5種形式就是目前AIP的研究方向，各國根據不同的情況採取不同的方向。比如瑞典就是使用熱氣機AIP系統（SE/AIP），典型的為瑞典“哥特蘭”級常規潛艇、日本海上自衛隊“蒼龍”級常規潛艇。而德國則採用燃料電池燃料電池AIP系統（FC/AIP），包括德國212型常規潛艇、新加坡218SG型潛艇。在低壓核動力源AIP系統（AMPS/AIP）方面，加拿大ECS集團一直是處於較為領先狀態，但真正實用化可能出現在中國039型常規潛艇上。

新加坡218SG型

日本“蒼龍”級

其實AIP的介入使得常規潛艇在水下潛伏的時間大大增強，降低了不必要的上浮充電，這就等於降低了被發現的可能，提高生存能力。由於有了AIP系統，潛艇以3-4節可以在水下續航超過2000海里，遠遠高於老式柴電潛艇的400海里左右，考慮到常規潛艇的自持能力，

其水下潛伏期可達到半個月左右。

但是與核潛艇相比，即便是AIP潛艇也仍然是“弟弟”，就以航速來說，AIP的水下航行距離都是基於超低速狀態，而核潛艇則可以在水下長時間以20節以上航速航行。在體量上講，AIP系統只是在解決水下航行問題，但整體執行功率仍然不支援常規潛艇大噸位化，即便是“蒼龍”也只是3000餘噸，與動輒6000噸以上的核潛艇相比在武器攜帶量和其他物資攜帶量都無法相比。

所以AIP在常規潛艇中出類拔萃，但還是無法與核潛艇在各方面抗衡。