陳黎俊，于 浩

(1.海裝艦船技術(shù)保障部，北京100841; 2.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司 第七一四研究所，北京100012)

0 引 言

2000年8月12日，俄羅斯攻擊核潛艇“庫(kù)爾斯克”號(hào)在距瑟沃摩爾斯克北137 km 水下107 m 失事。潛艇耐壓殼體內(nèi)部連續(xù)兩次爆炸后， “庫(kù)爾斯克”號(hào)首部4個(gè)艙室進(jìn)水。艇上23 名官兵未能打開(kāi)逃生艙蓋被困艇中，受一氧化碳中毒死亡。

俄羅斯政府因在剛發(fā)生事故時(shí)不接受北約的救援幫助，而受到世界輿論的公開(kāi)指責(zé)。盡管俄羅斯在確認(rèn)事故過(guò)程中有所拖延，但潛艇救援潛器“PRIZ”號(hào)僅用了32 h 就與“庫(kù)爾斯克”號(hào)潛艇實(shí)現(xiàn)了對(duì)接。西方媒體仍認(rèn)為俄羅斯救援系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，行動(dòng)嚴(yán)重滯后。然而，即使西方救援系統(tǒng)加入救援，實(shí)際上也不會(huì)取得更好的結(jié)果。因?yàn)槊绹?guó)海軍最先進(jìn)的潛艇救援系統(tǒng)——潛艇救援潛水再加壓系統(tǒng)(SRDRS)，所公布的救援響應(yīng)時(shí)間也需要72 h。

“庫(kù)爾斯克”號(hào)的災(zāi)難提醒人們，時(shí)間就是生命。目前，世界上潛艇救援潛器種類(lèi)很多，如PRIZ，LR- 5，NSRS，SRV300，URF，S- SRV，DSRV 以及SRDRS 等，但是沒(méi)有任何一種能在潛艇出事的第一時(shí)間內(nèi)做出救援響應(yīng)。目前，只有自主逃生的方法能在第一時(shí)間采取響應(yīng)措施。

為此美國(guó)海軍提出的一種用于戰(zhàn)略核潛艇的水面救援艙設(shè)計(jì)概念。這種設(shè)計(jì)可用于潛艇艇員深海集體逃生，彌補(bǔ)當(dāng)前美國(guó)潛艇救援能力的不足。

1 美國(guó)當(dāng)前的救援策略和存在的不足

1.1 美國(guó)當(dāng)前的救援策略

潛艇水下救援方式可分為3 種類(lèi)型:一是個(gè)人逃生方法，如自由上浮、STEINKE HOOD 逃生裝備和潛艇逃生浸沒(méi)裝備(SEIE);二是集體逃生方法，如分離艙(SC)、可重復(fù)使用救援裝置(RRG)、水面救援裝置(SRG)和水面救援艙(SRC);三是集體救援方法，如潛艇救援潛器、潛艇救援艙和潛艇救援潛水再加壓系統(tǒng)(SRDRS)。圖1 為潛艇逃生救援體系結(jié)構(gòu)圖，一旦潛艇發(fā)生失事，將單獨(dú)或組合利用圖中的3 種方法實(shí)施救援，其中標(biāo)星(* )的為美國(guó)海軍現(xiàn)役的潛艇救援裝備。以美國(guó)為代表的絕大多數(shù)具有潛艇救援能力的國(guó)家采用救援策略，都是以集體救援系統(tǒng)為主要救援方法，只在個(gè)別情況下采用個(gè)人逃生系統(tǒng)。

圖1 潛艇救援策略結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Submarine rescue strategy structure

美國(guó)潛艇部隊(duì)指揮官對(duì)于美國(guó)潛艇水下搜救(SAR)的目標(biāo)是這樣闡述的:“美國(guó)海軍的潛艇搜救任務(wù)是，在世界任何地方，將幸存者在可存活的條件下從沉沒(méi)的失事潛艇中轉(zhuǎn)移到水面上。”

美國(guó)海軍現(xiàn)行的救援策略是:以SRDRS 救援系統(tǒng)集體救援為主，利用SEIE 裝備的個(gè)人逃生方法為輔的潛艇救援策略。SRDRS 救援系統(tǒng)利用飛機(jī)或艦船運(yùn)往全世界范圍任一潛艇出事的地點(diǎn)。利用帶壓轉(zhuǎn)移艙(PRM)與失事潛艇對(duì)接，將艇員轉(zhuǎn)移到水面。艇員在水面救援船上減壓艙中進(jìn)行減壓治療。其中，美國(guó)海軍公布的SRDRS 救援響應(yīng)時(shí)間為72 h。

1.2 美國(guó)潛艇水下救援能力存在的不足

歷史表明，如果還存在生還的希望，就需要對(duì)失事潛艇盡快啟動(dòng)救援響應(yīng)。在圖2 中，黑色實(shí)心標(biāo)記表示歷史上全部已知的成功潛艇逃生/救援的案例，空心白色標(biāo)記表示潛艇失事報(bào)廢案例。對(duì)圖2進(jìn)行解讀，包括以下3 點(diǎn):

1)失事潛艇延時(shí)救援/逃生超過(guò)57 h，沒(méi)有人能夠幸存;

2)個(gè)人逃生全部在潛艇失事的48 h 內(nèi)進(jìn)行，其中半數(shù)以上個(gè)人逃生都是在第一個(gè)小時(shí)內(nèi)進(jìn)行;

3)超過(guò)91.4 m 深度成功自由上浮逃生的只有2 次。

圖2 美國(guó)潛艇搜救能力及歷史數(shù)據(jù)Fig.2 The submarine rescue ability and the historical data of US Navy

從圖中也可以看出，美國(guó)潛艇水下救援能力存在以下不足:

1)美國(guó)潛艇水下救援裝備體系存在能力真空區(qū)

歷史數(shù)據(jù)表明，潛艇艇員從失事潛艇中成功逃生的幾率，與失事時(shí)所處深度和響應(yīng)時(shí)間緊密相關(guān)。時(shí)間方面，第一救援時(shí)間(TTFR)或者是第一逃生時(shí)間評(píng)價(jià)救援能力。第一救援時(shí)間是指從艇上警報(bào)響起到第一個(gè)人通過(guò)救援裝備安全到達(dá)水面所用的時(shí)間。從圖2 可以直觀地看到美國(guó)各救援系統(tǒng)的救援能力和歷史上潛艇失事所處深度位置。Y 軸為深度，X 軸為T(mén)TFR 時(shí)間，其長(zhǎng)度單位為T(mén)TFR 取10的對(duì)數(shù)(log10)。SEIE的有效救援深度不超過(guò)183 m，而SRDRS的響應(yīng)時(shí)間則在72 h 以上。將SEIE和SRDRS的救援能力相疊加，很清楚地看到美國(guó)海軍現(xiàn)在所采用的救援策略(不包括潛艇救援艙)的能力存在“真空區(qū)”。救援能力“真空區(qū)”在圖2 中表現(xiàn)為白色區(qū)域，即美國(guó)現(xiàn)有的救援裝備在潛艇失事的前3 天里，無(wú)法成功營(yíng)救深度超過(guò)183 m的艇上幸存者。

2)現(xiàn)有救援裝備響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)

72 h 是美國(guó)SRDRS 從接受任務(wù)到抵達(dá)失事地點(diǎn)開(kāi)始營(yíng)救所需的時(shí)間，而美國(guó)實(shí)際救援響應(yīng)速度要遠(yuǎn)低于SRDRS 響應(yīng)速度。這是因?yàn)镾RDRS的響應(yīng)時(shí)間僅是TTFR 總時(shí)間的一部分。無(wú)論SRDRS的響應(yīng)時(shí)間有多快，其TTFR 總是受到潛艇失蹤通知和潛艇失事定位的制約。救援任務(wù)能否成功依賴(lài)于潛艇信號(hào)傳輸裝置(如潛艇應(yīng)急通信發(fā)射機(jī)浮標(biāo)和潛艇應(yīng)急位置指示無(wú)線電信標(biāo))。如果失事潛艇沒(méi)有部署這樣的信號(hào)傳輸裝置，必須按照潛艇水下搜救OPLAN 2137法規(guī)啟動(dòng)救援響應(yīng)。根據(jù)法規(guī)規(guī)定，如果潛艇例行報(bào)告上傳失敗，美國(guó)海軍將宣布潛艇失去聯(lián)絡(luò)。在潛艇宣布失去聯(lián)絡(luò)之后，由潛艇運(yùn)行責(zé)任部門(mén)啟動(dòng)通信故障檢查，此時(shí)并不采取救援行動(dòng)。這里需要說(shuō)明的是，例行報(bào)告超期72 h 之內(nèi)宣布潛艇失去聯(lián)絡(luò)。在宣布潛艇失去聯(lián)絡(luò)之后的20 h內(nèi)，潛艇運(yùn)行責(zé)任部門(mén)根據(jù)實(shí)際情況宣布潛艇失蹤。此時(shí)，啟動(dòng)潛艇水下搜救行動(dòng)。最后，當(dāng)?shù)弥蛲茰y(cè)潛艇出現(xiàn)故障無(wú)法到達(dá)水面時(shí)，將宣布潛艇沉沒(méi)。在最糟糕的情況下，從潛艇失事到啟動(dòng)潛艇搜救工作的時(shí)間間隔將長(zhǎng)達(dá)92 h。采用集體救援方法時(shí)，救援工作有可能被極大地延誤。在宣布潛艇失蹤之前，全體艇員就極有可能已經(jīng)死亡。如果再加上SRDRS的3 d 左右的響應(yīng)時(shí)間及約40 h 后續(xù)工作，最后一名幸存者要經(jīng)過(guò)8～9 d 才能進(jìn)行減壓。如此長(zhǎng)的救援時(shí)間，對(duì)于艇上幸存者而言看不到生還希望。況且這個(gè)時(shí)間還是以潛艇失事位置已知為前提的。美國(guó)潛艇救援響應(yīng)過(guò)慢，突顯出美國(guó)潛艇救援能力的不足。

2 水面救援艙應(yīng)用策略和發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 水面救援艙的優(yōu)勢(shì)

由于水面救援艙可以立刻用于逃生，設(shè)計(jì)深度超過(guò)潛艇的最大下潛深度，為此水面救援艙可以有效彌補(bǔ)美國(guó)海軍現(xiàn)有潛艇搜救能力的不足。目前，世界上只有俄羅斯和印度2個(gè)國(guó)家使用水面救援艙進(jìn)行集體逃生。一旦潛艇失事，艇內(nèi)幸存者進(jìn)入固定于進(jìn)出艙口的“逃生膠囊艙”中。隨后，膠囊艙從潛艇中釋放，利用自身浮力到達(dá)水面。水面救援艙一旦達(dá)到水面上將作為救生船使用，等待營(yíng)救的到來(lái)。這種水面救援艙的救生方式，與個(gè)人逃生和集體救援的系統(tǒng)相比，具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。利用水面救援艙能在第一時(shí)間集體逃生，有效作用深度最大，安全性高，無(wú)需進(jìn)行減壓，極大提升了幸存者的生存希望。

因此，要在美國(guó)海軍中推行水面救援艙，就需要從根本上改變其潛艇水下搜救的策略，取代SRDRS 成為主要救援方法，而SRDRS和SEIE 裝備則成為輔助方法。水面救援艙與SRDRS 在使用上不存在沖突，應(yīng)用于同一策略中，形成功能互補(bǔ)，提高救援能力。

表1 是SRDRS 與水面救援艙的救援環(huán)節(jié)的對(duì)比。從表中可以看出，SRDRS所需的環(huán)節(jié)很多，而水面救援艙只需2個(gè)環(huán)節(jié)，使救援時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于SRDRS所需的時(shí)間，從而提高救援成功的概率。

表1 SRDRS 與水面救援艙的救援環(huán)節(jié)對(duì)比Tab.1 The rescue process compare with SRDRS and SRC

失事潛艇中的艇員在等待救援過(guò)程中，承受高壓，需要進(jìn)行減壓。SRDRS 之所以需要帶壓轉(zhuǎn)移功能，是因?yàn)槊绹?guó)海軍要求SRDRS 在72 h 之內(nèi)到達(dá)全球范圍內(nèi)的任一出事地點(diǎn)。只有采取空運(yùn)的運(yùn)輸方式才能到達(dá)這一要求，空運(yùn)的方式嚴(yán)重限制了帶壓轉(zhuǎn)移模塊(PRM)大小。這導(dǎo)致PRM沒(méi)有足夠的空間將全部艇員一次性救出，需要多次救援。由于時(shí)間緊迫，因此不允許艇員在PRM中進(jìn)行減壓，待轉(zhuǎn)移到水面救援船上，在減壓艙中進(jìn)行減壓治療。

然而實(shí)際情況是，如果不將艇員置于等待救援的情境中，在潛艇失事的第一時(shí)間逃生，則無(wú)需承受高壓，也就不需要減壓治療。由此可見(jiàn)，帶壓轉(zhuǎn)移功能是采用集體救援策略的結(jié)果，而不是實(shí)際所必需的。帶壓轉(zhuǎn)移功能的“問(wèn)題”可通過(guò)2 種方式解決:1)工程技術(shù)上解決，如帶壓轉(zhuǎn)移功能系統(tǒng);2)改變救援策略。采用工程技術(shù)方法解決，將增加救援系統(tǒng)的成本和實(shí)施救援的復(fù)雜性。救援系統(tǒng)越復(fù)雜，則救援失敗或拖延的可能性就越大。每項(xiàng)不必要的功能都將帶來(lái)新的未知情況，系統(tǒng)救援成功可能性將大打折扣。例如，如果遠(yuǎn)程部署SRDRS，將必需利用保障船或飛機(jī)運(yùn)載。而保障船和飛機(jī)的狀態(tài)將直接影響SRDRS 響應(yīng)時(shí)間。

2.2 水面救援艙可行性分析

在美國(guó)潛艇上推行水面救援艙是具有挑戰(zhàn)性的。水面救援艙設(shè)計(jì)必須要考慮將對(duì)潛艇作戰(zhàn)能力的影響最小，所需輔助系統(tǒng)最少，所在位置不能影響日常行動(dòng)。最有效的設(shè)計(jì)是使水面救援艙具備多種功能，水面救援艙所占據(jù)的空間可以用于其他用途。俄羅斯和蘇聯(lián)潛艇大多數(shù)設(shè)計(jì)中，水面救援艙都具有雙重作用，除了主要功能，還可作為進(jìn)入潛艇的通道使用，如圖3所示。因此，如果不在潛艇設(shè)計(jì)的最初階段考慮水面救援艙，將很難取得最佳的設(shè)計(jì)效果。

圖3 俄羅斯“阿爾法”級(jí)核潛艇上水面救援艙Fig.3 The SRC of Russia Alpha class submarine

設(shè)計(jì)水面救援艙的尺寸、外型和放置位置等方面的時(shí)候，必須要考慮到如何在潛艇事故中將受損的可能性降到最低，并增大艇員可達(dá)性，提高水面救援艙在發(fā)射和上浮過(guò)程中的安全性。水面救援艙的放置位置是對(duì)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。因?yàn)楸仨毐ＷC可達(dá)性，確定水面救援艙的放置位置，需要考慮潛艇艙壁隔斷。為了確保印度209 (1 500 t)型潛艇的可達(dá)性，設(shè)計(jì)者將水面救援艙直接放在首艙壁隔斷上(見(jiàn)圖4)。這樣，“膠囊艙”可以從單個(gè)或同時(shí)從2個(gè)艙室進(jìn)入。這樣的設(shè)計(jì)在美國(guó)潛艇上也可行。

圖4 印度209 (1 500 t)型潛艇水面逃生艙所處位置Fig.4 The location of the SRC in India′s 209 class submarine

由于美國(guó)潛艇上人員配備的較多，這就要求水面救援艙的耐壓殼體采用細(xì)長(zhǎng)型設(shè)計(jì)。另一種方案是將水面救援艙裝入多任務(wù)發(fā)射管(MMT)中，該發(fā)射管與“俄亥俄”級(jí)潛艇上使用的多彈密級(jí)發(fā)射管和“弗吉尼亞”級(jí)潛艇上的負(fù)載發(fā)射管相類(lèi)似。這種設(shè)計(jì)適用于美國(guó)海軍單殼體潛艇，水面救援艙的重心將低于潛艇的浮心。在潛艇設(shè)計(jì)時(shí)考慮水面救援艙的方式，可使其對(duì)潛艇的影響降到最低。如果將水面救援艙系統(tǒng)裝備到現(xiàn)有戰(zhàn)略核潛艇中，則可考慮使用潛射彈道導(dǎo)彈(SLBM)發(fā)射管這種形式。由于戰(zhàn)略潛艇裝備了導(dǎo)彈補(bǔ)償系統(tǒng)(如可變壓載)，水面救援艙與導(dǎo)彈的重量差問(wèn)題很容易解決。

與現(xiàn)在所使用的導(dǎo)彈發(fā)射管相同，多任務(wù)發(fā)射管必須能承受的壓力要與潛艇最大極限深度所承受的壓力相當(dāng)，并配有水密艙作為進(jìn)入水面救援艙的通道。為了確保可達(dá)性，多任務(wù)發(fā)射管應(yīng)置于艙與艙之間的艙壁處。這樣的布置將確保在任何狀況下，都能進(jìn)入水面救援艙。第2 種方案，在耐壓殼體的中央艙放置一個(gè)或多個(gè)多任務(wù)發(fā)射管。狹窄的爬行通道在正常運(yùn)行情況下保持關(guān)閉，只有在緊急情況下才開(kāi)啟。圖5 為水面救援艙布置，多任務(wù)發(fā)射管和水面救援艙的進(jìn)入通道有陰影。

圖5 水面救援艙可達(dá)性布置Fig.5 The possible location with the SRC

3 水面救援艙概念設(shè)計(jì)

1)結(jié)構(gòu)、艙壁隔斷和艙口蓋

為了能使內(nèi)部空間最大化，水面救援艙采用圓柱形設(shè)計(jì)，耐壓殼體裝有內(nèi)部結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，兩端為半球形。膠囊艙在水中豎直漂浮，這種漂浮方式將具有更大的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。水面救援艙底端設(shè)計(jì)有固定壓載，而逃生出口設(shè)在頂端(見(jiàn)圖6)。

在水面救援艙的頂部裝有水密艙壁。水密艙壁起到3 點(diǎn)作用:一是在海洋與艇員間形成第二道屏障;二是如果艙壁強(qiáng)度足夠大可承受大壓差，水面救援艙可以成為雙閘門(mén)減壓艙。這種布置可以進(jìn)行多種減壓。水面救援艙內(nèi)的全部艇員可以立刻進(jìn)行減壓，或者將受傷嚴(yán)重的艇員移到外艙，使其在到達(dá)水面后進(jìn)行減壓。還可允許醫(yī)務(wù)人員進(jìn)入膠囊艙;三是水密艙壁減少耐壓殼體的有效長(zhǎng)度，減少內(nèi)部結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件。

潛艇艇員通過(guò)潛艇通道艙蓋進(jìn)入水面救援艙。為確保在失事潛艇艙室進(jìn)水的情況下可進(jìn)入膠囊艙，內(nèi)艙的艙蓋盡可能的高。為了使指揮官也能迅速進(jìn)入，艙蓋需要靠近指揮艙。潛艇通道艙蓋是最具挑戰(zhàn)性水面救援艙設(shè)計(jì)之一。多任務(wù)發(fā)射管的結(jié)構(gòu)要求潛艇通道艙蓋向外開(kāi)。

2)外“指揮”艙

水面救援艙設(shè)計(jì)將幾乎全部控制功能置于外艙。這種布置使指揮官能夠?qū)δz囊艙進(jìn)行控制。 “指揮艙”只有一排座位，最多可容納7 人。在座位下面存放有信號(hào)彈、急救箱、食物、飲用水、垃圾袋、羊毛毯和通風(fēng)系統(tǒng)箱。在干舷的加強(qiáng)構(gòu)件間裝有大氣監(jiān)測(cè)設(shè)備、通信手持送受話機(jī)、深度和壓力測(cè)量?jī)x器、系統(tǒng)操作手冊(cè)、通風(fēng)、減壓和液壓控制閥、以及照明、排水、通風(fēng)和多任務(wù)發(fā)射管運(yùn)行與發(fā)射控制板。離指揮艙內(nèi)艇員較遠(yuǎn)的閥門(mén)包括:排水、壓縮空氣、液氧隔離閥，以及排水系統(tǒng)及備用閥。與大多數(shù)減壓艙不同，水面救援艙內(nèi)艙艙蓋向外開(kāi)，主要是為防止進(jìn)水。

圖6 水面救援艙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成Fig.6 The system structure of SRC

3)內(nèi)艙

內(nèi)艙用于可消耗負(fù)載的存儲(chǔ)和艇員的安置。艇員座位由10個(gè)環(huán)形長(zhǎng)椅組成，垂直間隔距離0.9 m。通過(guò)梯子可到達(dá)每一層，扶手延伸到頭頂，以提供安全性。艇員坐姿為傾斜向前，將雙腳放在座位下(見(jiàn)圖7)。這種座位設(shè)計(jì)限制了艇員執(zhí)行簡(jiǎn)單任務(wù)的能力。最大的載人數(shù)量是設(shè)計(jì)的基本出發(fā)點(diǎn)。雖然大部分艇員在水面救援艙中不用承擔(dān)任務(wù)，但是還要進(jìn)行艇員的適居性測(cè)試，以評(píng)估艇員在極端封閉環(huán)境中隨機(jī)運(yùn)動(dòng)所帶來(lái)的生理和心理影響。

圖7 水面救援艙座位設(shè)計(jì)Fig.7 The seat design of SRC

在潛艇通道艙蓋上方裝有通風(fēng)扇以及全部通信和導(dǎo)航設(shè)備。當(dāng)大量的海水灌入膠囊艙時(shí)， “電子區(qū)域”受到水密艙壁保護(hù)不會(huì)進(jìn)水，保持干燥。內(nèi)艙中的其他系統(tǒng)(包括電池、壓縮空氣和液氧罐、排水泵、單IC 手持)安裝在膠囊艙底部?？上呢?fù)載和二氧化碳幕簾存儲(chǔ)在外舷。

4 結(jié) 語(yǔ)

潛艇救援歷史表明，時(shí)間是關(guān)系到潛艇救援能否成功的最重要因素。集體救援方法，如SRDRS，由于響應(yīng)過(guò)慢而不應(yīng)作為主要的救援方法。雖然SEIE 逃生裝備可以用于“迅速”逃生，但是使用的深度有限，而且還有受傷的風(fēng)險(xiǎn)，因此也不宜作為主要的救援手段。響應(yīng)最快、最有效的救援策略應(yīng)該是依靠集體逃生方法。單純從救援效果看，應(yīng)將集體逃生作為主要救援手段，集體救援和個(gè)人逃生方法作為備用應(yīng)急救援手段。

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