佘毅仁

極限探索·深海專題之十五

20世紀(jì)60年代，人類已跨出快速了解海洋的步伐。為了突破人類探索深海所遇到的障礙，美法兩國(guó)從裝備研制的角度出發(fā)，通過(guò)對(duì)潛艇的開發(fā)研制，達(dá)到了探索深海技術(shù)的新高度。尤其是美國(guó)，在當(dāng)時(shí)擁有了大幅領(lǐng)先于世界其他各國(guó)的裝備優(yōu)勢(shì)。本文將重點(diǎn)介紹美國(guó)潛艇——探索深海的故事。

潛艇的誕生

早在15世紀(jì)下半葉，意大利著名的藝術(shù)家、科學(xué)家達(dá)·芬奇就創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出能在“水下航行的船只”，這便是潛艇的雛形。這種船非?；?，船體是鏤空的，靠坐在內(nèi)部的船員劃槳提供動(dòng)力。為了解決鏤空船會(huì)下沉的問題，達(dá)·芬奇在船架上設(shè)計(jì)了氣囊，希望通過(guò)氣囊的浮力保持船體穩(wěn)定，并在船尾設(shè)兩個(gè)尾舵，分別控制升降和方向。船的潛深大約剛好能讓水面沒過(guò)整個(gè)船，船員需要穿包著全身的防水服和達(dá)·芬奇發(fā)明的水下呼吸裝置，以配合船的運(yùn)行。當(dāng)然，這艘水下船只是停留在設(shè)計(jì)階段，并未實(shí)際制造。

到了1624年，荷蘭發(fā)明家科涅列斯·德瑞貝爾設(shè)計(jì)制造出了世界上第一艘潛艇——木板船身，外部用皮革包裹接縫處來(lái)實(shí)現(xiàn)密封，并將船身涂抹黃油防水；船內(nèi)有若干個(gè)氣囊，氣囊進(jìn)水后船下潛，排水后上浮；人力劃槳驅(qū)動(dòng)船在水下前行。此船潛深5米左右。相傳當(dāng)時(shí)的英國(guó)國(guó)王還親自登船體驗(yàn)。

核動(dòng)力嶄露頭角

19世紀(jì)下半葉，隨著蒸汽機(jī)和機(jī)械化的快速普及，潛艇制造技術(shù)得以高速發(fā)展。1863年，法國(guó)建成了以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的潛艇。使用蒸汽機(jī)，不僅占用空間大，穩(wěn)定性也差，工作時(shí)還需要消耗大量的空氣。可見蒸汽機(jī)不是潛艇的理想動(dòng)力源。1881年，美國(guó)設(shè)計(jì)師約翰·霍蘭制造出世界上第一艘以柴油內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的潛艇。1883年，俄國(guó)工程師德維爾捷斯基首創(chuàng)出使用蓄電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)潛艇，其意義不亞于現(xiàn)代“特斯拉”電動(dòng)汽車的開發(fā)。隨后，霍蘭改進(jìn)了自己潛艇的動(dòng)力設(shè)計(jì)，采用以輕油內(nèi)燃機(jī)推動(dòng)潛艇水面前行、以蓄電池提供潛艇水下動(dòng)力的雙推進(jìn)系統(tǒng)。這款潛艇也成為近代常規(guī)動(dòng)力潛艇的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)時(shí)的潛艇設(shè)計(jì)，考慮的是打擊敵方艦船的軍事用途，而非探索和科考。

第二次世界大戰(zhàn)期間，潛艇的數(shù)量與使用均得以迅猛發(fā)展，但動(dòng)力結(jié)構(gòu)卻與霍蘭的設(shè)計(jì)原理別無(wú)二致。

不過(guò)，在那個(gè)戰(zhàn)爭(zhēng)年代，這種常規(guī)動(dòng)力潛艇在運(yùn)用上是存在顯著缺陷的。它們通常在夜晚浮上水面，發(fā)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)為蓄電池充電，而白天為了躲避或準(zhǔn)備攻擊敵方，則潛入水下靠蓄電池驅(qū)動(dòng)前行。然而，由于需要長(zhǎng)時(shí)間地暴露在水面上，它們不僅會(huì)受到大風(fēng)巨浪等惡劣天氣的影響，而且被敵方攻擊的危險(xiǎn)更是大大增加。事實(shí)上，到了二戰(zhàn)后期，隨著聲吶和雷達(dá)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，這類潛艇的軍事優(yōu)勢(shì)不再，處境亦變得尤為艱難。蓄電池有限的電力，往往使其不得不隨著海流的流向順勢(shì)緩慢巡航，以最大程度地提高航程。到了交戰(zhàn)時(shí)，慢吞吞地潛航只會(huì)被敵方殲滅，而全速前進(jìn)又會(huì)因短時(shí)間內(nèi)耗盡電力而導(dǎo)致全艇癱瘓。更何況，內(nèi)燃機(jī)和蓄電池大面積地占用了艇內(nèi)的寶貴空間；艇內(nèi)空氣循環(huán)系統(tǒng)亦十分糟糕，密封的環(huán)境中充斥著人的汗味、機(jī)油味等各種難聞的氣味，這難免會(huì)影響艇員的戰(zhàn)斗力。

常規(guī)動(dòng)力潛艇的致命缺陷迫使工程設(shè)計(jì)師們努力革新，新的動(dòng)力源備受期待。二戰(zhàn)結(jié)束后，核裂變技術(shù)的出現(xiàn)為潛艇的動(dòng)力源提供了新思路，潛艇無(wú)需再經(jīng)歷不斷浮上水面讓內(nèi)燃機(jī)做功轉(zhuǎn)為電力這樣復(fù)雜的過(guò)程了，核動(dòng)力潛艇躍上舞臺(tái)。

暢游北冰洋

1952年，美國(guó)海軍開始建造人類歷史上第一艘核動(dòng)力潛艇。在開工儀式上，美國(guó)總統(tǒng)杜魯門稱“這個(gè)全球第一的潛艇使用了與太陽(yáng)相同的原子能動(dòng)力”。由此，人類利用核動(dòng)力作為船用動(dòng)力源的時(shí)代拉開了序幕。而這艘具有劃時(shí)代意義的潛艇被命名為“鸚鵡螺號(hào)”，這是個(gè)光榮的名稱——著名科幻小說(shuō)《海底兩萬(wàn)里》故事就是圍繞著一艘名叫“鸚鵡螺號(hào)”的潛艇展開的。美國(guó)海軍希望新的核動(dòng)力潛艇“鸚鵡螺號(hào)”能夠引領(lǐng)時(shí)代走向新紀(jì)元。

1954年“鸚鵡螺號(hào)”制造完成。這艘潛艇外形上雖然還帶有些許傳統(tǒng)船型潛艇的設(shè)計(jì)風(fēng)格，但符合流體力學(xué)的弧形艇身和全封閉的指揮塔，表明該潛艇已向現(xiàn)代潛艇過(guò)渡。當(dāng)然，“鸚鵡螺號(hào)”的進(jìn)步遠(yuǎn)不止這些。它的新型核動(dòng)力裝置的體積僅為傳統(tǒng)潛艇動(dòng)力裝置的一半左右，剩下的寶貴空間可以用來(lái)改善艇員的生活質(zhì)量。該核動(dòng)力裝置的原理是核反應(yīng)堆發(fā)熱，加熱水蒸氣，然后帶動(dòng)蒸汽輪機(jī)工作，再發(fā)電儲(chǔ)能為全艇提供電力，這樣不斷循環(huán)往復(fù)形成動(dòng)力閉環(huán)。這直接改善了空氣循環(huán)系統(tǒng)，艇內(nèi)不僅像空調(diào)一樣可以調(diào)溫，而且消除了難聞的味道。另外，潛艇的自持力大大提高，一次出航至少能堅(jiān)持50天；反應(yīng)堆幾年才需加一次燃料；艇員除了值班站崗，其他時(shí)間可以放松休閑，人居環(huán)境大大改善。

1957年8月，“鸚鵡螺號(hào)”出發(fā)遠(yuǎn)征北極，可因?yàn)樵O(shè)備出現(xiàn)問題，只得返航。之后整裝再發(fā)，于1958年8月3日順利抵達(dá)北極，成為人類第一艘到達(dá)北極點(diǎn)的船只。后來(lái)它又以潛航的方式穿越北極海域回到美國(guó)本土的基地，順利完成遠(yuǎn)征任務(wù)。這次任務(wù)的科考意義遠(yuǎn)大于軍事意義。航行中還經(jīng)歷了羅盤失靈，設(shè)備撞擊損壞，甚至在行進(jìn)中差點(diǎn)被卡在冰山和海底之間等驚險(xiǎn)的事件，但這些危險(xiǎn)都被艇員們英勇機(jī)智地排除了。它最終實(shí)現(xiàn)在北冰洋中暢游，為人類了解和研究北冰洋提供了極為珍貴的資料。同時(shí)，它創(chuàng)造了很多關(guān)于核潛艇的世界紀(jì)錄。比如，節(jié)能之最——1957年，它的航行里程已超過(guò)62 000海里（1海里=1852米），僅消耗了幾千克濃縮鈾，如果換成常規(guī)潛艇所需能耗的燃油，將裝滿超過(guò)3千米長(zhǎng)的油罐列車；潛航之最——它創(chuàng)造了潛艇連續(xù)潛航時(shí)間最長(zhǎng)的世界紀(jì)錄。

“鸚鵡螺號(hào)”于1980年正式退役，如今已被改裝為潛艇歷史博物館，以紀(jì)念它在人類海洋探索史上創(chuàng)造的光輝成績(jī)。

小身材，大能力

自“鸚鵡螺號(hào)”后，美國(guó)開始大量制造核潛艇，核動(dòng)力技術(shù)也日臻完善。早在1960年，“鸚鵡螺號(hào)”之父——美國(guó)海軍海曼·利科弗將軍就開始設(shè)計(jì)能在中深度作業(yè)的核動(dòng)力科研探索用潛艇。鑒于此前美軍發(fā)生的一系列嚴(yán)重海洋事故，美國(guó)開始意識(shí)到對(duì)事故海域搜索及海底地形勘察分析的緊迫性。1969年美國(guó)海軍第一艘非攻擊用的核動(dòng)力潛艇——“NR-1號(hào)”就此誕生。恰如它這別具一格的名字，這艘潛艇非比尋常。它的體積只有現(xiàn)代攻擊核潛艇的1/8左右，是當(dāng)時(shí)世界上最小巧的核動(dòng)力潛艇。同時(shí)，作為當(dāng)時(shí)美國(guó)海軍各種新型裝備的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，它裝備了操作性不亞于“阿爾文號(hào)”和“阿魯米納號(hào)”的機(jī)械手、切割器、儲(chǔ)物欄。不僅如此，它還裝備了具有跨時(shí)代意義的高敏感度攝像機(jī)、彩色照相機(jī)和地形測(cè)繪與照明設(shè)備，以及最新型的聲吶。各種可視、聲學(xué)記錄設(shè)備以及通信系統(tǒng)更是一應(yīng)俱全。該潛艇的后半部分采用的是新型的低功率壓水堆和渦輪發(fā)電機(jī)。但它的自持力受限于艇內(nèi)的小空間，艇員生活用的循環(huán)氧氣、淡水和食品需要補(bǔ)給，7名艇員只能在水下不間斷工作一個(gè)月左右。艇員在完成工作之余，除了休息，飲食當(dāng)然是十分重要的。該艇雖因空間小而取消了廚房，但配備有冰箱和加熱爐，艇員還是可以美美地吃到華夫餅、土豆泥和雞肉卷餅等熱食的。

別看“NR-1號(hào)”體形小，能力卻稱得上卓越。核動(dòng)力為它帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)非常明顯，幾乎同一時(shí)期的“阿魯米納號(hào)”最長(zhǎng)只有不到2天的持續(xù)工作能力?！癗R-1號(hào)”運(yùn)用高性能鋼材作為艇體，其極限工作深度達(dá)到了近1000米。只有蘇聯(lián)的685型和705型核潛艇能勉強(qiáng)達(dá)到這樣的深度。即使是美國(guó)，至今也沒有一艘現(xiàn)役核動(dòng)力潛艇在潛深方面能與之比肩?！癗R-1號(hào)”特殊的工作定位，使其在結(jié)構(gòu)上與其他潛艇不同。在它的指揮塔前部下方有一個(gè)半球形的工作艙，艇員可在此通過(guò)觀察窗操作機(jī)械手來(lái)獲取標(biāo)的物。

另外，設(shè)計(jì)者還腦洞大開地為該潛艇裝上了2組充滿酒精的橡膠輪胎，使它可以像吉普車一樣在崎嶇不平的海底平穩(wěn)行進(jìn)。不僅如此，該潛艇還裝有靈活的推進(jìn)器，使它能像飛機(jī)一樣在海中完成懸停、平移等動(dòng)作，以及進(jìn)行任意自由度的游弋。“NR-1號(hào)”極為優(yōu)秀的能力，亦使得美國(guó)海軍將其長(zhǎng)期用于搜尋探索、地質(zhì)調(diào)查、海洋研究等工作。比如，1976年打撈墜落海底的F-14戰(zhàn)斗機(jī)和先進(jìn)的“火鳳”遠(yuǎn)程導(dǎo)彈；1986年參與調(diào)查“挑戰(zhàn)者號(hào)”航天飛機(jī)事故。在惡劣海況下，“NR-1號(hào)”核潛艇也能彰顯其優(yōu)勢(shì)，完成其他船只所無(wú)法完成的復(fù)雜任務(wù)，立下赫赫“戰(zhàn)功”。

人類通過(guò)各種途徑探索海洋的嘗試從未停止。隨著時(shí)間的推移，國(guó)際海洋事務(wù)合作和世界各國(guó)海洋事業(yè)不斷迅速發(fā)展，并呈現(xiàn)出百花齊放的喜人態(tài)勢(shì)……endprint