第一節 潛艇的構想與實現
潛艇是一種既能在水麵航行又能潛入水中某一深度進行機動作戰的艦艇，潛艇也稱潛水艇，是海軍的主要艦種之一。潛艇在戰鬥中的主要作用是：對引陸上戰略目標實施核襲擊；摧毀敵方軍事、政治、經濟中心；消滅運輸艦船、破壞敵方海上交通線；攻擊大中型水麵艦艇和潛艇；執行布雷、偵察、救援和遣送特種人員登陸等。
在我們這個蔚藍色的星球上，神秘的海底世界一直是人類的憧憬。麵對這煙波浩淼的海洋，人們不禁產生了無盡的遐思，神秘的海底世界一直在誘惑著人們去探索、發現、創造。
傳說在2000多年前的馬其頓帝國，有個國王叫亞曆山大，他酷愛旅遊，他的足跡遍布了無數的山河湖泊、平原森林，但就是沒有下過海。麵對神秘莫測的大海，國王心裏越發產生了要到海裏去探尋一番的念頭。可是，沒有下海的工具，他的願望遲遲難以實現。
於是他向全國發出布告，聲稱誰能夠幫助他實現願望，他就要重重地賞賜幫他實現願望的人。過了幾天，他的一位大臣獻上了一計，說可以造一個大的玻璃櫃，讓國王躺在裏麵，然後把玻璃櫃放入海中，這樣就可以欣賞到海底的美妙景色了。國王一聽很高興，就命這個大臣負責製造這樣的玻璃櫃。
很快，工匠們就把櫃子製造好了，把它送到了國王麵前。國王高興地穿戴整齊，帶著櫃子來到了海邊。國王躺到櫃子裏後，侍衛把蓋子蓋好，然後用繩索把玻璃櫃徐徐放入海水中。這位國王透過玻璃，高興地看到了海底的景色。他如癡如醉，看了好長時間才興趣盎然地回到了岸上。
當然，這隻是個美麗的傳說。人類為了揭開海底的奧秘，進行了不少探索。有人甚至抱著石塊跳入水中，觀看水中的景色。真正從科學上研究入海之路的，還要算意大利的著名藝術家達·芬奇、意大利人倫德和英國人威廉·伯恩，他們為潛艇的誕生做了大量的理論和技術上的準備。
有人說達·芬奇是最早發明潛艇的人。達·芬奇是以其輝煌的藝術成就為人們所熟知的，但很少有人知道，他也是一位著名的科學家、發明家、工程師。他曾經發明過起重機、紡織機、自動鋸、水車、鬧鍾等，還繪製過直升機起飛原理的樣圖。在他的一份繪畫草稿中，人們發現了他設計的一種水下呼吸管。這種水下呼吸管類似於我們今天潛艇上用的通氣管。它質地柔軟，上麵連接有一塊浮木，這樣就能把管口托出水麵。潛水者的嘴與管子的另一端相連，可以在水下進行較長時間的活動。在他的繪畫草稿中還可以看出，達·芬奇還對呼吸管進行過改進，即呼吸管的下部連在潛水者的護頸套上。潛水者還戴著護目鏡，使人在水下更安全地活動。除此之外，達·芬奇還設計了腳蹼、手蹼和帶有頭盔的潛水服，使人可以像青蛙一樣在水中遊動。
一、初識潛艇
潛艇又稱潛水艇，是一種能在水麵航行、但主要是潛入水中進行活動及進行戰鬥的海軍艦艇。潛艇機動性好、隱蔽性強，常可出其不意地攻擊水麵艦艇、潛艇、水上運輸船隊，破壞和摧毀敵方基地、港口和岸上目標。載有中遠程核導彈的潛艇還可以襲擊敵人具有戰略意義的政治、經濟中心、交通樞紐等陸上目標，是世界各國海軍最重要的主力艦種之一。
多數潛艇具有兩層或部分為兩層殼體，內層用高強度鋼板焊成，稱耐壓艇體；外層用較薄鋼板焊成，稱非耐壓艇體；兩層艇體之間分隔成許多小艙，稱壓載水艙。壓載水艙上部有放氣閥、下部有注水閥。壓艙水艙內充滿水，潛艇就下潛；用壓縮空氣將水排出，潛艇就上浮。此外，潛艇的艏部和尾部裝有水平舵，幫助潛艇下潛或上浮。潛艇上還有速潛水艙，供在緊急情況時下潛或上浮。
潛艇在水下航行時，燃料、淡水、食物乃至彈藥的消耗都會引起重心變化，而武器使用及各種設備操作甚至會使艇體傾斜。為使艙體保持平衡，潛艇中部設有浮力調節水艙，艇艏和艇尾設有傾差調節水艙。為保證艇員生活，艇上設有糧食庫和冷藏庫，廚房做飯、燒菜、燒水和烤食物均用電炊具。而產生的各種汙物平時儲存在密閉的汙物貯存器內，當在水麵航行或沒有敵情時再打開閥門放出。艇員生活的氧氣供應是另一個大問題。潛艇在水下航行時，氧氣供應靠氧氣再生藥、氧燭、氧氣瓶及電解製氧裝置等。
為了保持自身的隱蔽性，潛艇較多時間在水下航行。在水下航行時，潛艇了解水麵情況最古老的觀測設備是潛望鏡。為了在深海、陰雨天和夜間也能進行觀測，現代潛艇上還裝有電視潛望鏡和夜視潛望鏡。電視潛望鏡是利用電視攝像原理製成，可將海麵情況顯現在艇內的電視屏幕上，適用於潛艇在較深的海中進行觀測；夜視潛望鏡是在普通潛望鏡上裝微光電視攝像機，可在陰雨天和夜間觀察海麵。雷達是潛艇的另一隻敏銳的眼睛。潛艇上裝有主動式對空、對海雷達，並裝有被動式雷達搜索器。而聲納和噪聲測向儀則被稱作潛艇的耳朵。主動式聲納的發射機發出超聲波，用接受機接收反射回來的超聲波可發現目標。它探測距離遠，但不隱蔽。噪聲測向儀靠接收和測聽敵艦航行時發出的噪聲來發現目標，比較隱蔽。為了與基地及己方艦艇進行通信聯絡，艇上裝有長波無線電台、超長波無線電台、短波無線電台等；有些潛艇還裝備有超短波衛星通信設備。
現代潛艇，特別是核動力潛艇，近年來特別注重裝備先進的探測導航設施和先進的作戰係統，並采取隱身降噪措施，如美國的“鱘魚”級核動力攻擊潛艇，不僅裝有慣性導航係統、“歐米加”無線電導航係統、多用途綜合聲納和魚雷射擊指揮係統，還加裝了冰下導航聲納，使潛艇能安全地在極地冰層下航行。英國於90年代初服役的“支持者”攻擊型潛艇，艇外殼上覆蓋了吸聲“消聲瓦”，采用7葉大側斜式螺旋槳，加裝減震隔音設備，用以對抗敵聲納的探測。為減少雷達反射麵積，該艇用防雷達波穩身材料覆蓋在通氣管、桅杆和潛望鏡上；在柴油機排氣管頂部裝設了空氣冷卻煙囪帽，以增強“隱身”效果。
在幾百年的發展過程中，潛艇已形成了一個族員眾多的家族。通常是按作戰用途、動力裝置、排水量（艇級）、艇體結構和艇體線型進行分類。
按作戰用途可分為攻擊型潛艇和彈道導彈潛艇兩大類。攻擊型潛艇按主要武器裝備區分又包括魚雷潛艇和飛航式導彈潛艇。其主要使命是襲擊敵水上艦艇和運輸船，破壞敵海上交通線，也可對敵岸港口基地實施攻擊；也用於巡邏、偵察、布雷、輸送人員物資。近年發展的反潛潛艇也屬於攻擊型潛艇，攻擊型潛艇也稱戰術潛艇。
彈道導彈潛艇是以彈道式導彈為主要武器的潛艇，此類艇中部設置有可垂直發射導彈的彈道導彈艙。其主要任務是攻擊敵陸上重要固定目標，如政治、經濟中心、大型機場、交通樞紐等。彈道導彈潛艇裝有一係列高精度定位和計算機係統，發射導彈時，還有保持艇體姿態的措施，以保證命中精準度。在當前，彈道式導彈的彈頭一般都是核裝藥。為了自衛，此類艇也裝備魚雷武器。彈道導彈潛艇也稱戰略型潛艇。
在這兩大類潛艇之外，還有一類潛艇稱作特種潛艇，也叫輔助潛艇。它們是雷達哨潛艇、布雷潛艇和運輸潛艇。
按動力裝置對潛艇分類也是一種常用的分類方法，可分為常規動力潛艇和核動力潛艇。常規動力潛艇的動力裝置由柴油機、電動機和蓄電池組組成。當潛艇在水麵航行和用通氣管在水下航行時用柴油機作動力；在全潛狀態時，依靠蓄電池組作為能源使電動機工作，拖動航行。
核動力裝置是利用核反應堆工作提供熱源，通過蒸汽輪機將這種熱能轉換成機械能，用以帶動推進器以推動潛艇航行的動力裝置。核動力裝置功率大，核裂變不需要氧氣，所以核動力潛艇航速高、能長期潛伏水下、隱蔽性好。總體說來，核動力潛艇的性能優於常規動力潛艇。
按潛艇的排水量分類，潛艇又可分為大型潛艇、中型潛艇、小型潛艇和袖珍潛艇。若按艇體結構形式分類則有單殼體潛艇、個半殼體潛艇、雙殼體潛體和單雙殼體混合式潛艇。如果按艇體線型分類，可分為常規型潛艇、水滴型潛艇和過渡型潛艇。艇型的選擇主要是考慮減小阻力和航行穩定性。
潛艇不僅族員眾多、武器裝備威力強大，而且由於它特有的隱蔽性並能進行戰略任務，普遍受到各國海軍的重視。
二、從“海龜”到“小亞爾古爸爸”
潛艇的誕生與發展走過了一段曲折而漫長的曆程，從第一艘牛皮潛水船下水到最早的機械動力潛艇建成，經曆了大約260年的時光。這期間有眾多的先驅者進行了勇敢的探索，展現了卓越的智慧，還有更多的無名精英獻出了寶貴的生命，他們都是人類科學發展史中的功臣。
早在1620年，荷蘭物理學家科尼利斯·德布雷根據英國人威廉·伯恩的潛艇理論，建成了能潛入水中並能在水下推進的潛水船。這艘潛水船由一個木樞及在木樞外蒙上塗油牛皮組成。船體內有羊皮囊，羊皮囊內注入水時船可下潛；擠出羊皮囊中的水，船就上浮。船上最多可乘12名水手，用槳推進，可潛到水下4米深。這艘潛水船可算是世界上最早的人力推進潛艇。
繼德布雷之後，許多人都對潛艇及潛艇的作戰運用進行了勇敢的實踐。美國獨立戰爭期間，從耶魯大學畢業不久的戴維特·布會內爾在華盛頓的支持下，經過努力，研製成高約2米、外殼用橡木製成，可容納1名水兵的作戰潛艇“海龜”號。“海龜”號的水下爆破雖未成功，但它卻創造了潛艇史上，潛艇攜帶水雷作戰的第一個戰例。19世紀初葉，法國拿破侖支持富爾頓建造了“懾魚”號潛艇。該艇長7米、最大直徑近3米，采用鐵架銅殼結構，形如雪茄。艇上設有水櫃，能潛入水下8～9米深處；還裝有一根可折疊的桅杆，水上航行可利用風帆推進。在無風天氣或水下航行時，則依靠一台手搖螺旋槳推進，其主要作戰兵器也是水雷。19世紀中葉，德國的炮兵下士威廉·鮑爾製造了“火焰”號潛艇。該艇的特點是用腳踏飛輪帶動螺旋槳驅動潛艇前進。
美國在南北戰爭期間建造的“亨利”號要算是最後一艘人力推進潛艇。它的艇體像一支細長的雪茄，是由一台鍋爐改建而成。艇上裝有長達15米的曲軸，由8名水手轉動曲軸推動艇體前進；裝有壓載物和壓載水艙，用於控製艇體的沉浮。作戰武器也是水雷，可以6～7千米\/時的速度航行作戰。艇內空氣可供艇員短時間呼吸，所以隻能執行短時間突擊任務。在三次試航中，“亨利”號三次沉入水底，除個別指揮員外，艇員全部喪生。後來對“亨利”號改裝，並在艇艏裝上撐杆水雷。在1864年2月27日隱蔽出擊，成功地炸沉了北軍的一艘軍艦，“亨利”號也同歸於盡。“亨利”號是海戰史上第一艘擊沉敵艦的潛艇，它自己卻得了個“水下棺材”的別稱。
美國科學家約翰·霍蘭在1875年向海軍部提出建造新型潛艇的計劃遭拒絕後，霍蘭又不屈不撓地爭取到“芬尼亞社”的大力資助。經過3年努力，終於建成了長5米，裝有內燃機、能以3.5海裏\/小時的速度航行的單人潛艇“霍蘭”-I號。但該艇未能解決內燃機在水下工作的空氣供應問題，所以下潛後就不得不停航。但霍蘭在操縱該艇過程中積累了相當經驗，在1893年霍蘭得到了美海軍的15萬美元資金後，開始了第五艘潛艇的設計。第五艘潛艇命名為“潛水者”號，在設計建造過程中，霍蘭數易方案，終於建成了長26米，具有雙推進係統的潛艇。該艇在水麵航行時用蒸汽機作為動力裝置推進；在水下潛航時用電動機推進。不難看出，這與現代常規動力潛艇的柴電聯合動力裝置十分相近，所以人們稱“潛水者”號為潛艇雙推進係統的鼻祖。
在“潛水者”號的基礎上，霍蘭又設計建造了“霍蘭”-Ⅱ號潛艇，人們習慣於將霍蘭一生中建造的最後一艘潛艇稱為“霍蘭”號。“霍蘭”號艇長15米，裝有33千瓦的汽油發動機和以蓄電池為動力的電動機。在水上以7海裏\/小時速度可航行1000海裏；在水下以5海裏\/小時速度航行可航行50海裏。該艇有艇員5人，能在水下發射魚雷攻擊敵艦。“霍蘭”號水上航行平穩，下潛迅速、機動靈活，其優異的性能使之成為潛艇發展史上的一個裏程碑；也奠定了霍蘭作為“現代潛艇之父”這一光榮稱號的基礎。
19世紀的最後10年，還有一些人在改進潛艇的探索中也取得了可喜的成就，如美國青年西蒙·萊克，利用借來的錢於1893年建成了“小亞爾古爸爸”號人力推進潛艇。到1893年，“小亞爾古爸爸”號算是很不像樣子的潛艇了。它長4.2米，高1.5米，艇體用鬆木板內襯帆布墊而成，像個大木櫃子。艇底按前三點式裝3個木輪，用手搖曲柄推動木輪前進。它隻是靠重物壓載沉入水下，拋掉重物使艇體上浮。但是，請先不要嘲笑這隻“醜小鴨”。對於潛艇研製的執著精神使萊克在1897年又建造成“亞爾古”號潛艇。該艇用22.1千瓦汽油機作為動力裝置，水上航行和水下航行都由這一台機器作動力。萊克在艇上裝了能伸出水麵的吸氣管和排煙管，可提供汽油機在水下工作時所需空氣和排煙；並用壓載水箱解決了艇體的下沉和上浮。為了改善適航性，萊克在吸氣管和排煙管外包上一層外殼，頗有點像現代潛艇指揮台的外殼了。由此可知，“亞爾古”號在潛艇吸氣管航行和雙殼結構方麵的成績都令世人刮目相看了。
而在1899年，法國科學家勞貝夫設計的“納維爾”號潛艇下水之後，則標誌著雙殼艇體結構達到了一個新階段。“納維爾”號具有一個魚雷艇似的外殼，還有一個早期潛艇艇體模樣的內殼。艇員和各種裝備都安置在耐壓的內殼之中；內、外殼之間的空間構成壓載水櫃。排出壓載水櫃中的水，潛艇在水麵具有良好的適航性，以11海裏\/小時的速度航行，續航力500海裏。當壓載水櫃注滿水之後，“納維爾”號可以5海裏\/小時的速度航行數小時，高航速可達8海裏\/小時。
事實上，在19世紀最後的10年中，潛艇在技術上已發展成為具有潛在威懾力量的武器了。但那時的海軍強國如英國、美國都還沒有認識到這一點。它們對潛艇持懷疑態度，認為那不過是小國的偷襲武器，依然熱衷於推行“巨艦大炮主義”，這種海軍戰略在客觀上阻滯了潛艇的進一步發展。
第二節 潛艇的飛速發展之路
第二次世界大戰期間，由於反潛器材的不斷發展，使潛艇的水麵活動受到極大的威脅。常規潛艇的充電是靠柴油機，而柴油機工作需要空氣，潛艇在水下沒有也不可能儲備那麼多空氣供柴油機使用，因此，潛艇充電時一定要浮出水麵，從而帶來極大風險。為了解決這一矛盾，人們對潛艇作了一些改進，通過增加蓄電池容量和提高蓄電池充電性能，以延長潛艇水下潛航時間。但這不能從根本上解決問題。後來人們從古代海女呼吸用的蘆管上得到啟發，在潛艇上安裝一個通氣管，讓通氣管露出水麵，這樣，當潛艇充電時，就可以仍然處於安全可靠的狀態。
一、常規潛艇大發展
為了能夠使常規潛艇在後來的海戰中占有一席之地，迫切要求造船工程師們減少其易被雷達、飛機等搜索發現的缺點。德國人經過周密考慮，得出“如果潛艇在水下潛航時，能以某種方法高速攻擊進攻的目標，那麼，用來對付潛艇的反潛手段就不會起多大作用，雷達和飛機的威脅也將隨之消亡”的結論。在這一思想的指導下，德國動力專家赫爾默思·沃爾塞爾博士從1937年就開始研製的過氧化氫發動機得到了德國海軍的青睞，特別是1943年之後，這種發動機的技術進展很快，並可正式投入應用。過氧化氫發動機的工作原理是：在發動機內過氧化氫分解為氧氣和水，然後將分解的氧和水引進燃燒室，分解後的氧和水在燃燒室中與噴入的其他燃料混合產生一種易於燃燒的混合體，這種混合體燃燒後產生蒸汽，在蒸汽的推動下帶動透平機。這樣的發動機盡管成本很高，但是由於它能使潛艇在水下產生達25節左右的航速，得到了德國海軍的寵愛。可惜的是，由於赫爾默思·沃爾塞爾是為行將朽木的德國法西斯服務的，因此在德國戰敗之後，就停止了對過氧化氫推進潛艇的繼續探索，從而使一代新型動力裝置處於被扼殺的邊緣。盡管二次世界大戰之後，過氧化氫動力裝置又為部分動力專家所重視，使其有了一定的發展，但是，過氧化氫發動機前進的步伐卻慢了很多。
同樣，為了挽救戰爭的敗局，德國還加緊發展了另一種先進的XXI型潛艇。這是一種為加快水下潛航速度而犧牲水麵性能的潛艇，其外型為流線型，同時配以一大套大容量的蓄電池。該型艇的排水量為1621噸，水下航速為16節，裝備6具魚雷發射管，並備有20枚魚雷。在戰時德國共建造這種潛艇120艘，但是在它們遠未能顯示其優異的性能之前，德國就失敗了。戰後前蘇聯獲得了該型潛艇的設計資料和實艇戰利品，並以它為藍本設計建造了“W”型常規攻擊潛艇，且以後設計的若幹型常規攻擊型潛艇都沒能跳出XXI型潛艇的設計模式。美國在戰後也獲得了兩艘完整的XXI型潛艇，並以此為藍本設計建造了“刺尾魚”級常規潛艇。
第二次世界大戰之後，為了進一步提高潛艇的作戰能力，減少潛艇在海戰中所遭受的損失，各國都進一步從潛艇艇體、動力裝置、武器裝備、導航設備、觀通設備等各方麵作了較大改進，以進一步提高潛艇的戰術及技術性能。50年代中葉，核潛艇的出現使潛艇的海上作戰能力顯著提高，但是在發展核潛艇的同時，人們發現常規潛艇與核潛艇相比具有尺度小、機動靈活、噪音小、造價低等優點，所以常規潛艇仍然得到了重視和發展。
二、核潛艇的誕生
盡管潛艇在第一、二次世界大戰中發揮了巨大的作用，給敵人水麵艦艇以沉重的打擊，但由於常規潛艇水下航行時使用電能推進，水下續航力弱，它被設計成一種既能在水下短距離航行，也能在水麵進行活動的水上水下兩用作戰武器。這樣，常規潛艇就必須具有兩套推進裝置，一套是水麵航行時由柴油機提供動力的遠程高速推進裝置；另一套用於潛艇潛入水下之後，由蓄電池供電的電動動力推進裝置。這兩套裝置各自帶有不可克服的弊病，從而削弱了潛艇應有的作戰性能。在水下，常規潛艇的速度很慢，且隻能依靠潛望鏡測量自身和敵艦的位置，所以在對敵水麵艦艇作戰時通常是以水麵高速航行至距敵艦艇一定位置後潛入水下，伺機對敵艦艇實施攻擊。這種方式在偵察飛機和先進的雷達出現之前頗為有效，但是在偵察飛機的出現和先進的雷達搜索技術不斷提高之後，常規潛艇的這種作戰方式就不能適應了。由於水麵艦艇和飛機的航行速度遠遠大於常規潛艇，因此隻能到水下尋求隱蔽，此時聲納和水下搜索技術又極易發現水下潛伏的潛艇，從而將其擊沉。
戰爭呼喚新的動力裝置，在核潛艇之父——海曼·喬治·裏科弗的不懈努力下，1954年1月24日，人類建造的第一艘攻擊型核潛艇“鸚鵡螺”號在美國誕生。“鸚鵡螺”號不僅潛航速度快，而且續航時間長，因此使潛艇真正地成為“海中蛟龍”。那麼，核潛艇有哪些特征呢？
一是核潛艇是以核反應堆作動力源的潛艇。核反應堆的功率遠遠超過常規潛艇，使得核潛艇的噸位可以很大，航速也可以很高。例如，美國的“洛杉磯”級攻擊型核潛艇，反應堆功率2.6萬千瓦，航速32節。核潛艇一次裝料雖然數量不多，但可使用數年甚至20餘年，而且不需要氧氣。因此，核潛艇的續航時間和距離幾乎不受限製，核反應堆發出的電能源源不斷，可以為艇上武器使用和人員生活提供充足的電能。潛艇上無線電發射、聲納發射和水聲通話係統所需的電力主要就是靠核反應堆提供的。核潛艇上提供氧氣的主要設備是製氧機。如果核反應堆停止運轉，製氧機就會因為沒有電力而失去作用。另外，潛艇上使用的淡水也是從海水中提取的，提取時也必須靠核反應堆提供電力。還有潛艇上的空調、照明等用電，更是一刻也離不開核反應堆提供的電力。所以，如果核反應堆停止運行，核潛艇就不能再前進了，艇內各艙都會變得一片漆黑，艇員在潛艇中的生活也會十分困難。因此，人們都認為核反應堆是核潛艇的“生命之堆”。
二是取之不竭的核能。按照核反應方式的不同，可以將核反應堆分為核聚變反應堆和核裂變反應堆兩大類。核裂變反應堆按照不同的核裝料和核裝料所處的狀態可以分為不同的類型。目前，世界各國核潛艇上的核反應堆主要是壓水堆，正在研究的堆型有氣冷堆、快中子堆、熔鹽堆等。所謂壓水堆，是指以普通水為導熱介質，使水處於高壓狀態的核反應堆。在當今世界上，還沒有哪一種能源能與核能的密集度相媲美。正因為如此，核裝料並不太多的核反應堆卻能以其巨大的能量推動核潛艇前進。
三是火熱的燃料芯塊。核潛艇的核燃料，一般都是經高溫燒結的圓柱形二氧化鈾陶瓷塊，即燃料芯塊。其堆芯周圍充滿了作為慢化劑和冷卻劑的水，而且還有一層反射層，以便傳遞熱量並將堆芯泄漏出的中子反射給堆芯，以提高核反應的效率。這些材料都裝在一個耐高壓、高溫的壓力殼內，構成了核潛艇的核反應堆艙。燃料芯塊在發生裂變反應後，產生的熱量首先傳到芯塊表麵，然後傳到包殼表麵，最後由包殼表麵傳給冷卻劑水。核潛艇在正常工作情況下，芯塊產生的溫度比火苗的溫度還高。堆芯的熱量傳給水後，壓力殼入水口處的水溫約為293℃，出水口處的水溫約為329℃，堆內的壓力為150多個大氣壓（1個大氣壓\\u003d101.325千帕）。在這一壓力下，水的沸點為345℃，所以，核反應堆內的水是不會沸騰的。這就是人們將核潛艇的核反應堆稱為壓水堆的原因所在。