近日，日本最新一艘蒼龍級“凰龍”號常規(guī)動力潛艇下水，這是日本的第11艘蒼龍級潛艇。尤為使人關(guān)注的是，該潛艇是世界上第一艘使用鋰電池作為動力的潛艇。日本《產(chǎn)經(jīng)新聞》稱，“該艇是世界上第一艘采用和電動汽車相同的‘鋰離子聚合物’電池的作戰(zhàn)潛艇”。
科技日報(bào)記者了解到，蒼龍級潛艇在設(shè)計(jì)之初，就以其“鋰離子電池推進(jìn)”為噱頭，獲得極大關(guān)注，但前10艘蒼龍級仍然和很多AIP常規(guī)潛艇類似，采用了瑞典“斯特林”AIP系統(tǒng)。
軍事科普作家陳光文對此表示，“日本在‘凰龍’號以及后續(xù)蒼龍級潛艇上使用‘鋰電池+柴油機(jī)’動力組合，除了提高該型艇的戰(zhàn)術(shù)性能外，還承擔(dān)著為‘3000噸型潛水艦’(29SS型)進(jìn)行使用鋰離子電池試驗(yàn)的任務(wù)，而后者是一定會使用這一先進(jìn)推進(jìn)技術(shù)的。”
鋰離子電池將彌補(bǔ)蒼龍級不足
蒼龍級潛艇大概要算是當(dāng)今世界最著名的AIP潛艇了。蒼龍級潛艇也被稱為“平成16年度潛艇計(jì)劃”(簡稱為16SS型)，是日本海上自衛(wèi)隊(duì)現(xiàn)役最新銳的潛艇類型。
“這型潛艇據(jù)稱有幾個世界第一，排水量高達(dá)4200噸是，世界最大的作戰(zhàn)型常規(guī)潛艇;潛深可達(dá)500米，是潛深最大的常規(guī)潛艇;同時還號稱作戰(zhàn)能力世界最強(qiáng)的常規(guī)潛艇。因此蒼龍級潛艇被譽(yù)為日本的驕傲，是日本所謂的‘準(zhǔn)核潛艇’。”陳光文介紹，蒼龍級是親潮級“柴-電潛艇”的大幅改進(jìn)型，引進(jìn)了瑞典的“斯特林”發(fā)動機(jī)，是亞洲第一型采用AIP系統(tǒng)的潛艇。該級艇采用了先進(jìn)的葉卷型艇型，可將敵方主動聲吶探測距離降低50%的新型消音瓦，以及X型尾舵設(shè)計(jì)，這使其水下噪音水平達(dá)到了105分貝，優(yōu)于著名的“大洋黑洞”——俄羅斯基洛級常規(guī)潛艇。由于采用了高度自動化的控制技術(shù)，該級艇將艇員人數(shù)控制在65人，從而提供了相對舒適寬裕的內(nèi)部空間。
陳光文指出，“蒼龍級AIP潛艇早前的10艘采用的是4臺‘斯特林’發(fā)動機(jī)，可以使其在水下潛航時間達(dá)到兩周，這比未裝備AIP系統(tǒng)的常規(guī)潛艇高約5倍，具有很強(qiáng)的隱蔽性。但經(jīng)過驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，早期的蒼龍級潛艇儲備浮力不足——只有約600噸。按照一般的原則，排水量為4000噸級的潛艇，應(yīng)該要大于1000噸才算合適。此外，4臺‘斯特林’發(fā)動機(jī)總共400千瓦的推進(jìn)功率，相對一艘擁有如此巨大排水量的潛艇來說，仍然存在不足。”
“當(dāng)然，更重要的是，近年來日本在汽車‘鋰離子聚合物’電池技術(shù)方面取得突飛猛進(jìn)。所以，日本迫切需要應(yīng)用自己最新的技術(shù)，以提高新型AIP潛艇的性能。”他說。
“凰龍”號成為新式“柴-電”潛艇
常規(guī)動力潛艇中柴電動力系統(tǒng)通常由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、蓄電池與電動機(jī)組成。潛艇使用柴油機(jī)配合電動機(jī)作為動力來源。柴油機(jī)負(fù)責(zé)潛艇在水面上航行以及給蓄電池充電的動力來源。而在水面下，潛艇使用蓄電池中的電力推進(jìn)航行。這就是“柴-電”潛艇。
不過蓄電池中的電力只能維持很短的時間，就必須浮上水面，或者采用通氣管，運(yùn)行柴油機(jī)為蓄電池充電。因此，“柴-電”潛艇的隱蔽性能就大大降低了。資料顯示，普通“柴-電”潛艇的水下續(xù)航能力非常有限，僅為10-100小時。
鑒于此，科學(xué)家們又研發(fā)了不依賴空氣的動力推進(jìn)系統(tǒng)來提升常規(guī)動力潛艇的水下自持力，這就是AIP系統(tǒng)。
記者了解到，蒼龍級使用2臺柴油機(jī)、4臺“斯特林”發(fā)動機(jī)、鉛酸蓄電池和1臺主推進(jìn)電動機(jī)作為推進(jìn)系統(tǒng)，潛航性能有大幅提升。而其第11艘“凰龍”號在維持規(guī)格和航速不變的情況下，使用鋰離子電池替換掉整個“斯特林”發(fā)動機(jī)的AIP動力系統(tǒng)和鉛酸蓄電池。
“因此，用鋰電代替鉛酸電池和AIP系統(tǒng)的‘凰龍’號重新成為了‘柴-電’潛艇。當(dāng)然，此‘柴-電’與早前傳統(tǒng)意義上的‘柴-電’已非同日而語。”陳光文指出。
資料顯示，鋰離子電池比鉛酸電池能量密度更高，充電效率更高，壽命也更長。可以簡單的理解為，使用鋰離子電池既大幅減輕重量又增加了潛艇的電能。
陳光文更進(jìn)一步指出，“‘凰龍’號潛艇使用了大規(guī)模鋰離子電池，可以省去4臺‘斯特林’發(fā)動機(jī)和部分鉛酸蓄電池的重量，而這個省去的重量，恰好可以大幅提升該艇的儲備浮力，當(dāng)然也留出了更多的艇內(nèi)空間。同時，也不用頻繁上浮充電。而艇內(nèi)傳動機(jī)械的大量減少賦予了‘凰龍’號相較于前10艘蒼龍級潛艇更加優(yōu)越的靜音性能，并且充電速度更快。而且，大規(guī)模鋰離子電池所帶來的爆發(fā)能量輸出也相較4臺慢悠悠的‘斯特林’發(fā)動機(jī)更強(qiáng)，賦予了‘凰龍’號更好的瞬時機(jī)動能力，這對于攻擊型潛艇來說尤為重要。”
鋰電潛艇或取代傳統(tǒng)的AIP潛艇
據(jù)稱，“凰龍”號擔(dān)負(fù)著為日本下一代潛艇鋰離子電池試驗(yàn)探索的任務(wù)，即“3000噸型潛水艦”(簡稱為29SS型)。
陳光文指出，“鋰離子電池還存在一些潛在問題，比如鋰離子電池在放電過程中會產(chǎn)生比鉛酸電池更多的熱量，甚至?xí)l(fā)生爆炸。如果要想使29SS型潛艇使用成熟的鋰電，就必須在‘凰龍’號的試驗(yàn)過程中完全解決這些問題。”
那么，鋰電潛艇會像電動汽車將代替燃油汽車那樣，未來取代傳統(tǒng)的AIP潛艇嗎?
對此，陳光文表示，“在汽車上使用鋰離子電池替代燃油發(fā)動機(jī)需要考慮的問題要少得多。因?yàn)槠嚿峡梢暂^好地散發(fā)熱量和設(shè)置更多的安全保障措施，而在水下封閉的潛艇內(nèi)這就是很大的問題。不過，隨著鋰離子電池技術(shù)的進(jìn)步，以及日本在這一應(yīng)用領(lǐng)域走在世界前列可以看出，日本很可能已經(jīng)差不多解決了這個問題，畢竟這比在潛艇上安裝核反應(yīng)堆的難度小多了。”
“所以，具有創(chuàng)新意義上的‘柴-電’鋰離子電池推進(jìn)潛艇，很可能將成為未來各國新型常規(guī)動力潛艇的主要動力模式，從而讓更多的國家跨入擁有‘準(zhǔn)核潛艇’的海軍行列。而這會讓因‘和平憲法’所限不能擁有核潛艇的日本，具備可以與擁有核潛艇的國家相抗衡的最新手段，也能讓日本在世界軍售市場上奪得更多的武器訂單!”陳光文指出。
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