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锂电池潜艇将引领未来水下动力的发展。谁是第一个在日本和韩国?

    近年来,常规动力潜艇领域出现了一场新的风暴。2018年10月初,日本宣布发射第一艘以锂电池为动力的苍龙级潜艇。11月中旬,韩国还透露,“韩国研发的下一代潜艇将使用性能优异的锂电池”。据韩国消息人士透露,该潜艇一旦在2024年完工,将超过日本苍龙级,成为世界上最大的常规动力潜艇。面对这种情况,美国国防媒体和专家提出了许多建议,认为美国海军还应投入部分精力和资金重新开始对以锂电池潜艇为代表的常规动力潜艇的研究。锂电池潜艇有什么优点?技术上的缺点是什么?空气动力潜艇(AIP)技术是否会被完全取代?2018年10月4日,神户造船厂不仅发射了一艘新的潜艇“凤凰号”,而且发射了潜艇战争的新纪元,使用我们日常使用的移动电话和笔记本电脑中的锂离子电池技术驱动潜艇。黄龙是第一艘使用锂电池的大型潜艇。锂电池潜艇将引领未来水下动力的发展。Akaurong是日本第11艘苍龙级潜艇。对于传统的动力潜艇,它的尺寸不小。这艘船长84米,有65名船员。潜水时,排水量为4200吨。在许多方面,苍龙级能力是传统动力潜艇的典型:装备有6个533毫米鱼雷发射器,它可以发射多达3089个鱼雷或鱼叉反舰导弹,最大水下速度为20节。虽然6100英里的航程远远落后于其他同类,但600米或600米以上的潜水深度远高于平均水平,甚至超过了一些反潜鱼雷的冲击深度。凤凰龙号耗资约5.36亿美元,仅是美国弗吉尼亚级核动力攻击潜艇成本的1/4至1/6。作为商业锂电池领域的另一个强国,韩国不愿意落后。11月17日,韩国国防采办工程局“下一代潜艇工程”项目主任丁毅志少将告诉美国国防新闻网站,韩国设计和制造的第一艘新型柴油-电动潜艇将于2018年9月发射,另外两艘将在2点前完成。024。柴油电动潜艇是韩国海军下一代攻击潜艇。它将配备世界上最大的锂电池供应商三星公司开发的锂电池。根据项目发布的信息,新型锂电池是潜艇专用的。更换铅酸电池可以使潜艇的水下作战时间延长一倍。据报道,韩国研制潜艇用锂电池已历时近30个月,现已通过技术评估向武器平台实用化集成迈出了重要一步。韩国公司拥有世界上最好的锂电池技术。我们对研发的要求之一是把安全和可靠性放在第一位。为此,即使以降低电池性能为代价,也要确保其符合更高和更严格的安全标准。然而,出于保密的原因,丁毅志没有透露锂电池的性能数据,但是说电池在定稿之前已经经过了严重的环境试验,如模拟爆炸、水灾、火灾和极端寒热等。虽然日本在韩国之前在苍龙级潜艇上使用过锂电池,但韩国人并不认为“领先”意味着“领先”。韩国的锂电池技术将比它的竞争对手更好。让我们拭目以待日韩战争的结果如何。沧龙级潜艇技术优势明显。现代常规动力潜艇通常用电力旋转螺旋桨,为其作战系统提供动力和能量。电力由柴油发动机和发电机产生,储存在数百个铅酸电池中。然而,柴油发动机消耗了潜艇的空气供应,迫使潜艇定期冲浪或潜水,然后在“暴露期”对电池充电,这使得潜艇更容易受到监视和攻击。此外,现有的常规动力潜艇发电机会产生相当大的噪声。因此,靠近敌方阵地的潜艇可能需要关闭柴油发动机,而仅仅依靠电池供电。但是潜艇的电池消耗非常快。以最快的速度(通常20海里),目前的常规动力潜艇将在1至2小时内耗尽电池功率。在5-10海里的可持续巡航速度下,持续时间可以延长到几天。解决这一问题的一种方法是使用核能,它不仅提供近乎无限的水下耐力,并允许潜艇以更高的速度航行,而且比柴油发动机更安静。然而,核潜艇不能达到非常低的噪音,因为传统的动力潜艇只靠电池工作,也不能关闭运行中的反应堆。更重要的是,核潜艇的成本是电池驱动的常规潜艇的四到六倍。即使对于拥有核反应堆技术的国家,核潜艇的短程巡逻也是“奢侈”。在过去20年中,常规动力潜艇的进步集中在使用各种更安静和更耐用的AIP方案来提供动力。以前,沧龙级是一艘非常现代化的常规动力潜艇,它10多年前投入使用。沧龙级潜艇作为潮汐友好型潜艇的替代品,并非小潜艇。这是日本自二战结束以来建造的最大的潜艇。具有“X”型尾舵结构,能在狭窄的海岸环境中实现良好的操纵性。今天,使用瑞典斯特林发动机AIP技术部署了近10艘苍龙级潜艇。日本是一个岛国,海岸线漫长而复杂。它需要巡逻其领海,并通过潜艇保护其沿海安全。基于斯特林发动机的AIP技术经实践证明是经济的,可以满足日本海上自卫队与苍龙级大尺寸、充足燃料储备联合使用的需要。黄龙锂电池潜艇可以比核潜艇更安静地工作,并在需要浮出水面之前在水下待上几个星期,前提是它只能以4至6海里的低速航行。然而,这种AIP系统的缺点是由于可扩展性以及与用于操作它们的挥发性流体相关的风险。因此,日本希望不失去AIP技术的优势,它不会完全依赖AIP技术。通过这种方式,可以节省空间来开发其他能力,并且可以简化未来潜艇的设计、建造和维护。最重要的是,这种新配置将比大多数基于AIP的潜艇更安静。这种思想在改进后的苍龙级潜艇上实现。设计师们通过安装上千个锂电池,强大的柴油发动机和发电机,以及堆放大的排气口和进气口,把这个想法变成了现实。该概念还包括一个新的电力处理系统,可以处理高功率负载和优化效率。与传统的铅酸电池相比,锂电池有许多优点。例如,即使充电不足,也能够保持输出;比铅酸电池轻;充电可以非常快速地完成;可以存储更多的能量。锂电池可以释放80%-90%的能量,而铅酸电池可以释放60%-70%的能量。据报道,凤凰龙公司使用的672锂电池模块的电池寿命是正在改进的480铅酸电池的两倍,这意味着在浮出水面之前可以更广泛地巡航。此外,能够更快地给电池充电意味着潜艇在给电池充电时具有较短的危险期。通过计算,锂电池更换潜艇的充电时间从2.7小时缩短到1.4小时。当然,锂电池的价格更高,达到9700万美元,而铅酸电池的价格是1300万美元。此外,与AIP潜艇相比,KSS-III型锂电池潜艇推进系统的总体设计将更加复杂和繁琐。电池寿命越长,潜艇指挥官使用动力越灵活,发电机停机时间越长,实现超静音潜艇或高速机动时间越长。不仅如此,锂电池还可以根据需要提供大量的输出。与正在运行的AIP系统相比,它能使潜艇快速下潜到水下。总的来说,锂电池潜艇可能比AIP潜艇更适合短程巡逻。克服了技术上的缺点。1888年,西班牙小潜艇Peral是世界上最早的电力推进潜艇之一。在第一次世界大战之前,大多数潜艇仅靠电池供电。为什么纯电动潜艇一度被低估?原因是有一些技术限制。同样,锂电池技术在潜艇上的应用也引起了很多人的关注。2013年1月7日,由于锂电池过热,一架从东京飞往波士顿的日本航空公司波音787飞机起飞几分钟后着火,机舱内冒出烟雾。锂电池也使三星Note7手机频繁自燃,并被列为危险品。显然,锂电池失控和燃烧的风险对于装备有数百个锂电池的潜艇来说是个噩梦!一旦锂电池失去控制,它们将立即产生非常高的热量,释放有毒烟雾并排放导电灰尘。传统的方法很难消灭它们。事实上,美国海豹特种部队的小型潜艇的锂电池在2008年起火。这就是为什么锂离子电池技术已经在商业上应用了这么久,但是没有在大型潜艇上使用。为了应对这种风险,日本在技术研究上投入了数年的努力和数十亿美元。锂电池技术供应商与日本海上自卫队合作,通过制造更大的锂电池基体,克服这些问题,该基体具有增强的边界化学性质和更好的稳定性。供应商还进行了广泛的短路,盐水入侵,跌落和冲击试验,以证明锂电池适用于潜艇应用。此外,先进的苍龙级潜艇将安装专门的灭火系统,以便在发生火灾时迅速自动灭火。这些措施使锂电池具有更高的安全性和可靠性。据报道,日本的测试配置非常严格,考虑到要面对的各种高压。黄龙的发射表明,日本对改进的锂电池的可操作性和安全性感到满意。作为世界上最好的两种常规潜艇动力方案,锂离子电池和AIP技术很可能被结合并部署在潜艇中,为用户提供两个世界最好的。例如,锂电池和燃料电池的结合可以生产出具有多种型号、高可持续性、低噪音和更快冲刺速度的强大潜艇。据报道,日本正在进行技术尝试,第7届苍龙级可能使用锂电池与早期的斯特林发动机相结合。带锂电池的潜艇可以充当苍龙级之间的桥梁,苍龙级以前装备了AIP,或者充当在潜艇上部署较小的新电池的技术演示。川崎重工将利用锂电池建造第12艘苍龙级潜艇,之后日本将开始开发下一代锂电池潜艇。此外,一些消息人士透露,苍龙级潜艇的斯特林AIP动力可升级为锂电池潜艇。通过新苍龙级潜艇的配置,日本有可能树立“优秀攻击型潜艇建造者”的形象,并增强其在新型常规动力潜艇技术领域的世界领先地位。如果模型证明可靠和安全,它可能导致相当大的出口。有传言说澳大利亚重新对苍龙级潜艇感兴趣。2016年,澳大利亚在选择下一代常规动力潜艇时,最终将日本的苍龙级改为法国的梭鱼级,并计划建造12艘以取代现有的柯林斯级潜艇。然而,法国和澳大利亚在这个项目中的合作程度不同:澳大利亚希望在技术转让方面进行更多的合作,巴黎和堪培拉政府的变化也对这种安排提出了挑战。与日本对潜艇的需求相比,澳大利亚潜艇需要在远离当地水域的地方巡逻。如果它们是根据苍龙级为澳大利亚设计的,它们需要增加潜艇的长度,以便为船员提供更多的燃料和更多的舱位。无论如何,日本部署技术上可靠的锂电池潜艇标志着过去20年来实用常规动力潜艇技术的第二个重大飞跃。美国海军洛杉矶级攻击核潜艇SSN-700达拉斯数十年来一直默默鼓舞人心。尽管美国海军一直坚持发展更昂贵的核动力攻击潜艇和战略核潜艇,并不断提高潜艇能力,但它仍然没有足够的资金和建设速度来实现66艘潜艇舰队的目标。一些美国国防专家认为,鉴于与中国和俄罗斯日益激烈的安全竞争,锂离子潜艇是美国海军另一个值得重新评估的选择。根据《国家利益》杂志,如果日本成功地证明技术含量高、价格便宜的锂电池动力潜艇可以获得与装有AIP系统的潜艇类似的或更好的性能,并且具有与核潜艇相同的声学特性,美国应该采用这种技术。一些美国专家认为,美国海军完全有理由投资于常规动力潜艇,这些潜艇在过去30年中得到了迅速和充分的发展。美国军方有许多海洋任务,其中一些不需要核潜艇来完成。现在,一旦锂电池技术得到改进,美国海军就可以利用日本技术解决攻击潜艇能力不足的问题,并获得许可建造自己的锂电池潜艇。目前,一艘弗吉尼亚级攻击核潜艇的价格大约可以买到四艘龙级潜艇。如果日本的锂电池潜艇大规模生产,其价格将进一步下降。这将是技术含量最高、成本最低的潜艇的解决方案。然而,更多的美国国防人员也指出了核心问题。美国海军造船业的背后是复杂的政治因素和特殊利益集团,而不仅仅是成本方面的考虑。特别是在潜艇建设方面,美国海军几十年来一直盲目地不愿偏离其“只核”潜艇战略,这可能使得一个逻辑命题几乎不可能实现。版权声明:本文发表在《军事文摘》。作者:史江月。如果您需要复制,请确保它是“从军事文摘复制”。

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