世界上一共有6个国家拥有弹道导弹核潜艇,其中技术比较成熟的是美国、俄罗斯、英国、法国和中国这五个常任理事国。但是现在有个问题,中俄的核潜艇很多看起来都有一个隆起的龟背,而且还不小。而美英法这三个国家的核潜艇似乎背部过渡的更好一些。那么到底是什么原因导致弹道导弹核潜艇存在一个龟背呢?有这样一个解释:
“龟背就是在插了很多长度过长的发射管的耐压壳体上的一段整流罩”
弹道导弹核潜艇的龟背问题主要涉及到2个问题:
1.耐压艇壳制造技术。
2.弹道导弹小型化技术。
只有均衡好这两个问题才能有效降低龟背的高度,进而降低龟背对潜艇带来的航行和噪声的影响。世界上完全没有龟背的潜艇是苏联的941“台风”级,但是他走了另一条极端的道路,导致他的排水量是“俄亥俄”2倍的前提下打击能力反而不如“俄亥俄”,这个我们后面再说。
举几个例子:“俄亥俄”级弹道导弹核潜艇并不是完全没有龟背,只是比较小,从下面这张图还是能看出背上略“鼓”。其搭载的UGM-133A“三叉戟II”型洲际弹道导弹长度13.41米,而“俄亥俄”的耐压艇壳直径为12.7米,导弹长度超出耐压艇壳直径。所以也是需要一个小龟背来包裹弹道导弹及其发射装置
龟背方面设计的比较好的是法国“凯旋”级弹道导弹核潜艇,从外观来看“凯旋”几乎是看不出龟背。M51潜射洲际弹道导弹长度只有不到13米,而“凯旋”的耐压艇壳直径也到12.5米,这样导弹长度仅仅比耐压艇壳长一点,艇体与耐压艇壳可以比较容易的融合在一起,几乎可以看做是没有龟背。
与之形成对比的就是苏联667D型“德尔塔I”级弹道导弹核潜艇,他的耐压艇壳直径不到10米,而R-29RMU“轻舟”洲际弹道导弹长度近15米,导弹长度比耐压艇壳直径多50%,所以龟背极为明显。
所以从上面这几个例子我们可以很明显的看出,弹道导弹核潜艇龟背问题直接影响的2个因素就是:耐压艇壳直径、弹道导弹长度。
耐压艇壳直径理论上讲,龟背产生的本质就是耐压艇壳无法完全容纳弹道导弹及其发射筒,也就是说如果我们能够制造出足够大的耐压艇壳那么龟背问题自然迎刃而解。但是耐压艇壳不可能做到无限大,因为这里面涉及到材料、卷板、焊接等等问题。比如耐压艇壳钢板的校平、耐压艇壳卷制、耐压艇壳肋骨弯制和热处理、耐压艇壳和肋骨的焊接、曲面开孔、分段高精度无余量合拢、高屈强比特殊钢材的焊接及热处理等。所以这一系列问题就制约了耐压艇壳制造的最大直径。
就目前来看,世界上最大的耐压艇壳还是美国“俄亥俄”和英国“凯旋”的12.8米,法国“凯旋”级为12.5米、而“海狼”级、“洛杉矶”级和“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇的耐压艇壳直径也都在10-11米之间。而中国在这方面比较薄弱,服役的094型弹道导弹核潜艇也没有超过10米,未来可能会诞生直径11米级的耐压艇壳。
其实耐压艇壳直径就像一把万能钥匙,解决了耐压艇壳的问题其他一切事情迎刃而解。比如
大耐压艇艇壳可以容纳功率更为强劲的核反应堆,因为核反应堆热功率和体积是正相关的。大耐压艇壳可以有效降低噪音,因为可以减小龟背,也可以搭载像减震浮筏这类降噪设备,还可以搭载高度比较高的自然循环反应堆。大耐压艇壳可以搭载更多数量更多、性能更强的武器。弹道导弹长度既然上面提到,耐压艇壳不能做到无限大,那么自然也要平衡弹道导弹尺寸,靠两个方面的努力来降低龟背。这里就涉及到固体燃料技术和固体燃料火箭发动机,比如苏联P-39潜射洲际弹道导弹,他的发射重量达到90吨,长度达到16米,但射程只有8300公里,只能带10个10万吨级热核弹头。而美国UGM-133A在小于60吨发射重量的情况下可以做到11300公里最大射程和12个10万吨级热核弹头。
当然可以用另一个办法缩减弹道导弹尺寸,那就是降低载荷或降低最大射程,比如只能带3个弹头或射程控制在8000公里左右,将技术要求降低。这样也能缩减一部分弹道导弹尺寸,比如中国第一代的JL-1潜射中程弹道导弹,他的载荷为600千克,射程1700公里。对于当时来说,为了做到核潜艇搭载并潜射,只能降低参数。如果以当年的技术直接开发潜射洲际弹道导弹,那么恐怕根本塞不进潜艇去。
这里我们要说一个特殊的例子:苏联941型“台风”级弹道导弹核潜艇,他是世界上唯一没有任何龟背的核潜艇。但为了这个没有龟背,“台风”付出的代价极大,因为他用了另一种极端的设计方案。上面我们提到的P-39固体燃料潜射洲际弹道导弹的长度达到16米,而苏联的当时的耐压艇壳加工技术不到10米,也就是说这个龟背恐怕要空前巨大。为了消除龟背,红宝石设计局采用多个小耐压艇壳叠加的方案,将长度达16米的P-39夹在耐压艇壳之间,这样就不用把导弹埋在耐压艇壳里,也就不存在龟背问题。但这样就导致941“台风”的宽度达到“俄亥俄”的2倍,排水量也是“俄亥俄”的2倍,但携带的导弹数量反而比“俄亥俄”少4枚,总弹头携带量少88枚。
龟背其实就是各国在向工业水平妥协的产物,只是妥协的有大有小而已。龟背的存在本身就是不利于核潜艇技术性能的一个结构,因为他打破了潜艇的水滴或加长水滴的流线型设计,增加了潜艇的航行阻力,在同样航速下有龟背的潜艇需要使用更大的输出功率,增加反应堆循环泵、蒸汽轮机的噪音,降低了潜艇的噪声水平。所以其实潜艇的耐压艇壳是一个非常关键的技术。