DOI:10.19486/j.cnki.11-1936/tj.2024.10.003
1月31日，俄罗斯国防部发布公告称：该国首艘“拉达”级单壳体常规潜艇“喀琅施塔得”号正式列装俄海军北方舰队。不过，公告回避了“喀琅施塔得”号作为“拉达”级的2号艇，从2005年7月28日在圣彼得堡海军部造船厂切割首块钢板算起，历经了长达18年半的漫长建造周期方才修成正果的尴尬事实，更对“拉达”级首艇“圣彼得堡”号历经13年建造，好不容易于2010年交付俄北方舰队后一直无法下潜出海，以至于被该国海军从装备名册上除名，目前已进入拆解流程一事绝口不提。
常言道：瘦死的骆驼比马大。在潜艇领域造诣极深的俄罗斯何至于此呢？
选择不当
冷战结束后，俄罗斯在国际市场上大卖特卖的“基洛”级常规潜艇随着时间的推移渐渐落伍。加之“基洛”级是着眼于远洋作战的3 000吨级大型潜艇，已不符合因国力衰弱而退缩至近海实施防御作战的俄海军现实需求，因此该国红宝石海军机械设计局才着手研发新一代“拉达”级潜艇。
和苏俄过往的常规潜艇相比，“拉达”级破天荒地采用了两组总功率达300千瓦的燃料电池作为水下动力，并罕见地采用了单壳体结构。这两大改进之处因为此前技术积累严重不足，因而在建造试验过程中暴露出大量问题，这才是“拉达”级命运多桀的根本原因所在。
常规潜艇靠传统蓄电池作为水下航行动力来源，其续航力无法与核潜艇相提并论。随着反潜技术的飞速发展，客观上要求现代常规潜艇拥有更大的水下续航及航行隐蔽性，于是便催生了“不依赖空气动力装置”（简称AIP系统）。
从广义上说，核动力装置无疑也属于AIP系统的一种。事实上，AIP系统已约定俗成地专指常规动力装置。曾经炒得沸沸扬扬的可嵌入常规潜艇舱段的小型核反应堆，因为高不成、低不就，目前已鲜有人再关注了。而其他有实际应用的AIP系统，有闭式循环汽轮机、闭式循环柴油机、燃料电池和斯特林发动机这四大类型。
俄罗斯在研发“拉达”级常规潜艇时，选择的是燃料电池这条技术路径。其工作原理是让氢燃料和氧化物在一个特殊的燃烧室内发生化学反应，直接生成直流电驱动电机，继而带动螺旋桨转动，推动潜艇前进。燃料电池工作的唯一副产品是水，其工作过程只要外界不断供给氢和氧，燃烧电池就能不断输出电能。
燃烧电池的优点是能将化学能直接转换成电能，能量转换效率达70%，远超其他几种AIP系统。它在生成电能的过程中，基本不需要机械运动部件，所以工作噪声很低，机械震动很小。因为在能量转换过程中的能量损耗小，因此燃烧电池散热量也小，大大降低了潜艇的热辐射强度；燃料电池运行的直接产物是水和二氧化碳，不产生其他废气。水和二氧化碳对潜艇的尾迹不会造成不良影响。燃料电池的这些优点对降低潜艇的自身噪声，提升潜艇被动声呐探测距离与探测精度助益极大。而且燃料电池体积小，易布置，不必额外增加潜艇排水量，又进一步提高了潜艇的隐蔽性。
燃料电池的缺点之一是功率密度低。西门子公司为解决氢的存储问题，将氢气压在金属中。为了储存5千克氢，就需要95千克金属，这个代价未免有些太大了。因此目前潜艇所用的质子交换膜燃料电池的功率密度仅为100～130瓦/千克，远低于柴油机300瓦/千克的功率水平。
此外，目前潜艇上装备的质子交换膜燃料电池只能以纯氢为燃料，而目前世界上有液氢补给能力的港口比例不如1%。专门为燃料电池潜艇建造后勤支援系统的经济代价不菲。此外，燃料电池需要在潜艇上同时储备液氧和液氢。氢的安全性极差，这对潜艇来说是个隐患。德国海军的实际使用经验表明，维护燃料电池必须先将潜艇外壳割开，检修完毕后再重新将壳体焊接完整，换电池的过程形同大修。不仅耗时长、维护费用高昂，而每条焊缝都得重新进行探伤，万一有焊接缺陷没能被及时找出来，就等于为潜艇埋下了“定时炸弹”。因此，燃料电池系统虽说未来发展无可限量，但在目前技术水平下却显得效费比并不高。
具体到“拉达”级，首艇“圣彼得堡”号上的燃料电池系统根本无法使用，早早地报废了。2号艇“喀琅施塔得”上的燃料电池系统经过“重大改进”，据说已经解决了“大部分问题”，但厂家声称“要到2026年才能全部解决问题”，所以“喀琅施塔得”号至少短期内还不敢放心大胆地使用燃料电池。
摒弃传统
以往的苏俄潜艇都采用双壳体设计。其与单壳体设计各有优长，只有适用场景和建造习惯问题，不存在绝对意义上的孰优孰劣。但因为过多地看到了双壳体结构的不足之处，俄罗斯将“拉达”级设计成了单壳体潜艇。其艇身绝大部分外表面都是耐压壳体。设计师在艇艏和艇艉这两个壳体直径较小之处，在其外面包覆了一层非耐压壳，形成了一头一尾两个压载水舱。由此可见，这种结构相对简单，制造工时和耗材相对较少，有利于降低造价。而且压载水舱设在一头一尾，与潜艇质心相距较远，形成的力矩较大，有利于潜艇快速下潜或上浮。
在获得同等耐压壳体内容积的情况下，采用单壳体结构的潜艇其表面积最小。研究表明，艇体与海水的摩擦阻力在潜艇水下总阻力中的占比高达84%。因而同等情况下，单壳体结构有助于潜艇减阻，有利于提高潜艇水下航速。对于潜艇来说，水下最高航速指标具有重要意义，关系着潜艇能否有效缩短航渡时间。在潜艇占位攻击和逃避敌反潜力量追剿过程中，较快的航速指标也能提高潜艇的攻击成功率和规避成功率。所以，让潜艇拥有良好的水下快速性是每个国家海军共同追求的目标。在这点上，单壳体结构潜艇具备明显的先天优势。单壳体潜艇仅有两个压载水舱，围壳等非耐压非水密部位的容积也较小。这些部位的艇壳开口数量也就比双壳体潜艇要少得多。这对改善艇表体光顺度、避免开口过多削弱壳体强度，以及尽可能降低水下流体噪声非常有利。
单壳体潜艇较小的表面积，同时也有利于降低敌主动声呐回波的反射强度，并相应降低敌方声呐的搜索和跟踪距离，有利于潜艇规避敌人，战时能在一定程度上提高潜艇的生存能力。
凡事有其利就必有其弊。单壳体潜艇耐压壳直接暴露在外，没有任何保护措施。如果潜艇发生水下撞击事故或遭受反潜武器攻击，耐压艇体容易破损并导致舱内进水。单壳体潜艇的压载水舱又小，储备浮力最多也不过在14%左右，最少的仅7%左右，因此一旦发生这种情况，失事舱室的进水量往往比该艇的储备浮力大得多。潜艇要想靠吹除压载水舱里的海水所获得的浮力重新上浮到水面非常困难。失事潜艇很容易在丧失自救能力后沉入海底，造成艇毁人亡的惨剧。
单壳体潜艇艏艉段2个压载水舱如同时遭到损坏，潜艇将立刻失去所有储备浮力，变成一枚特大号秤砣沉入海底，毫无挽救余地。如果艏艉压载水舱的其中一个失去水密性，则容易使潜艇失去纵倾平衡。例如：艇艉压载水舱失事，就会导致潜艇大角度尾倾。一旦艏压载水舱破损，则会导致潜艇大角度首倾。在这种情况下，潜艇要以正常姿态浮出水面几乎是不可能的，出现严重的安全事故是大概率事件。
退一步来说，即便不出事，单壳体潜艇压载水舱少，又分布在艏艉两端的结构特点，也导致艇员对潜艇实施均衡操纵的难度加大。这对艇员素质和业务熟练程度提出了非常高的要求。
诚然，单壳体潜艇既有结构相对简单、制造工时和耗材相对较少的一面，也有实际加工难度较大，对建造设备设施及工艺水平要求较高的另一面。因为耐压壳体厚度可观，而且强度极高，要将这样的厚板材加工成带有复杂曲率的线型，而且还要将加工误差控制在一定范围内，以利于分段建造的各舱段合拢焊接成型，这非常考验一国的整体工业加工水平。此外，单壳体潜艇因为耐压壳体直接暴露在外，要提高艇体的表面光顺度，就必须对艇体外的突出物和开口进行精细化处理。在确保功能正常的同时，努力将其负面影响降至最低。这在某种程度上也是个不大不小的麻烦。
因为耐压壳体带有复杂曲率，单壳体结构潜艇耐压壳内舱室形状会因此变得非常不规整，这给内部舱室的划分、各舱室的功能性安排，以及舱内设备布置都平添了不少困难。而且因为耐压壳体暴露在外，潜艇艇体上必不可少的环形抗压肋骨只能内置。这不仅减少了潜艇内部空间，进一步提高了艇内设备安装难度，而且内置环形抗压肋骨上必须打出很多安装孔，让艇内密如蛛网的电缆和各种管路从也中穿过，这些都增加了建造工作量和工艺复杂性。
苏联解体后，原先分散的16个加盟共和国的军工生产链条瓦解，军工部门大量技术人员和熟练技工流失。俄罗斯以“拉达”级潜艇研发项目带动本国军事工业重建潜艇配套生产产业链的初衷无可厚非。但理想很丰满，现实却很骨感。在俄罗斯整体工业水平严重下滑，越来越落后于时代的背景下，“拉达”级的单壳体设计成了严重困扰其建造的“拦路虎”之一。
观瞄落后
令人诧异的是，这都进入21世纪20年代中期了，俄罗斯新锐的“拉达”级常规潜艇竟然还装备传统的光学潜望镜，而未与时俱进更新为光电桅杆。
光电桅杆最早出现在上世纪80年代末。其上端装有高分辨率的电视摄像机、红外热像仪、像增强器等光电传感器，以及激光测距仪。和传统的光学潜望镜相比，光电桅杆直接安装在潜艇耐压壳体的上方，同样拥有液压升降机构，但却是通过电缆或光缆将光电传感器获取的图像信息传输到指挥舱，将图像在屏幕上显示出来。而且光电桅杆的升降及杆顶各种光电传感工作角度的调整，也皆由指挥舱控制台经缆线传输来的信号加以控制。
由于电缆、光缆的直径要比光学潜望镜的镜身直径小得多，因此潜艇引入光电桅杆后，耐压壳上再不必为“潜望镜”开那么大的口子了，这显然对提高耐压壳的完整性、密封性和强度十分有利。而且由于电缆、光缆的可弯曲性，潜艇指挥舱可不必非要设置在围壳正下方，非常有利于优化潜艇总体布局，提高其作战效能。
光学潜望镜的信息输出端（也就是目镜）只能由一个人观察，由此人再将观察结果用语音报送给各个战位。而光电桅杆就不同了，其采用屏幕作为信息输出端，不仅可将获取的外部信息分门别类地在各显示终端呈现出来，供多个战位同时观察和分析，省却了信息递送环节，消除了信息在递送过程中发生歪曲变形的可能性，而且可以与声呐、雷达或电子支援系统获得的信息加以融合、比对。
光电桅杆的体积与重量均较传统的光学潜望镜大为降低，这对于“寸土寸金”的艇内空间来说意义十分重大。传统的光学潜望镜视场都不大，加之全靠肉眼直接通过目镜获取、分辨信息，会导致每次升起潜望镜后观察时间长、效率低下，在高威胁海域对外观察时会增大潜艇暴露的概率。而光电桅杆上集成的各种传感器视场要大得多，需要时只需升起后在水面以上快速旋转扫描一圈，即可在短时间内获取所需水面信息，即可迅速收回光电桅杆，极大缩短暴露时间，从而提高了潜艇的隐蔽性。得益于传感器分辨率飞速提升，即便在弱光环境或者是恶劣海况下，光电桅杆仍能保持相对要高得多的信息获取效率，有助于降低潜艇暴露的可能性。
以往，制约光电桅杆全面取代传统光学潜望镜的主要原因，是各种光电传感器和显示屏的分辨率不够高，以及图像后台处理软件功能不够强大。冷战结束至今，光电、微电子及液晶面板技术得以飞速提升，光电桅杆各方面优势日益突出。从“拉达”级的现实情况看，俄罗斯在潜艇观瞄领域已经被世界先进水平甩下了相当的距离。
声呐遗憾
据俄媒报道，由于俄罗斯相关技术不过关，“拉达”级未能安装舷侧阵声呐。早期的潜艇只装有艇艏主动声呐。随着双方潜艇的探测手段及航速、鱼雷射程及威力、水声对抗技术的提高，主动声呐容易暴露已方潜艇位置的缺点日益凸显，因而只能在需要给武器装订射击诸元前短暂开启，平时主要依靠被动声呐掌握周边态势。
被动声呐要想探测距离远，工作频率就应该越低越好。但声呐接收窗口的尺寸是按无线电的半波理论设计的。声呐工作频率越低，接收窗口尺寸就越大。于是，上世纪80年代末期开始出现了舷侧阵声呐，并于90年代投入实际运用。其特点是接收阵长度较长，孔径较大，空间增益较高，工作在中低频段可以探测到几十千米外的敌潜艇。而且其声呐阵列安装在艇身两侧，不存在阵形畸变、收放和拖曳问题。
理论计算表明，同样的潜艇舷侧长度，同样的换能器数量，分成越多阵列其探测精度越高。但舷侧阵声呐的接收阵列越多，后端计算机的处理负荷就越大。因此经过权衡，舷侧阵声呐的接收基阵分为三块最为合适。而且三块阵最好都布置在舯部，也就是说在处于同一个平面上，等距分布最好，以方便三角测算换算。
对于单壳体潜艇来说，艇体外表面没有什么设备影响舷侧阵安装，完全有条件找到尽量等距的三个安装位置。舷侧阵声呐阵面较艇体表面突起约十几厘米，而且突起面积很大，势必造成潜艇水下阻力和流体噪声明显增加。此外，阵面容易附着海洋生物，容易与海中物体擦撞受损。不过，随着消声瓦技术的日渐成熟，以及薄板基阵技术的兴起，上述缺点已经越来越不明显。消声瓦的厚度可以部分弥补阵面与艇体的高度差。而且其功能已经不仅仅局限于吸声和隔声。现代水声橡胶材料有吸声、透声、反声等三种类型。消声瓦也已逐步发展成包括去耦瓦、透射损失瓦、无回声瓦和阻尼瓦在内的一个大家族。将消声瓦家族中的数种组合起来，可赋予吸声、透声、反射、隔振、减阻、防污等多种不同功能。越来越多的潜艇在给艇体外表面覆盖吸声隔振的消声瓦的同时，也在舷侧阵面上覆盖透声减阻瓦。这也就是为什么新锐潜艇的外表面越来越光顺，舷侧阵轮廓越来越不明显，辩识越来越考验眼神的原因所在。
舷侧阵声呐最好在潜艇进行初始设计时就加以通盘考虑，否则很难在潜艇进行中期大修时加装。 因为潜艇上能产生振动和噪声的空压机、空调、造水机、通风装置、泵、阀门、液压驱动机构等各种工作辅机都要为此作出妥协，才能让舷侧阵找到合适的安装位置。非但如此，舷侧阵解算计算机的配套设备，如数据传输线、电源线等在艇上布线是个难题，必须要尽可能避开机械振动和电磁干扰。要想在“寸土寸金”的潜艇指挥控制中心里再塞下几台显控设备，也是令人头痛之事。
所以，哪怕“拉达”级潜艇随着时间的推移，其他子系统日臻成熟，恐怕也难以加装舷侧阵声呐了。缺失了这一先进探测设备，甭管俄罗斯方面再怎么吹嘘“拉达”级，都难以掩盖其落后于时代的事实。
