利其器,善其事

极限探索·深海专题之十五

20世纪60年代，人类已跨出快速了解海洋的步伐。为了突破人类探索深海所遇到的障碍，美法两国从装备研制的角度出发，通过对潜艇的开发研制，达到了探索深海技术的新高度。尤其是美国，在当时拥有了大幅领先于世界其他各国的装备优势。本文将重点介绍美国潜艇——探索深海的故事。

潜艇的诞生

早在15世纪下半叶，意大利著名的艺术家、科学家达·芬奇就创造性地设计出能在“水下航行的船只”，这便是潜艇的雏形。这种船非常滑稽，船体是镂空的，靠坐在内部的船员划桨提供动力。为了解决镂空船会下沉的问题，达·芬奇在船架上设计了气囊，希望通过气囊的浮力保持船体稳定，并在船尾设两个尾舵，分别控制升降和方向。船的潜深大约刚好能让水面没过整个船，船员需要穿包着全身的防水服和达·芬奇发明的水下呼吸装置，以配合船的运行。当然，这艘水下船只是停留在设计阶段，并未实际制造。

到了1624年，荷兰发明家科涅列斯·德瑞贝尔设计制造出了世界上第一艘潜艇——木板船身，外部用皮革包裹接缝处来实现密封，并将船身涂抹黄油防水；船内有若干个气囊，气囊进水后船下潜，排水后上浮；人力划桨驱动船在水下前行。此船潜深5米左右。相传当时的英国国王还亲自登船体验。

核动力崭露头角

19世纪下半叶，随着蒸汽机和機械化的快速普及，潜艇制造技术得以高速发展。1863年，法国建成了以蒸汽机为动力的潜艇。使用蒸汽机，不仅占用空间大，稳定性也差，工作时还需要消耗大量的空气。可见蒸汽机不是潜艇的理想动力源。1881年，美国设计师约翰·霍兰制造出世界上第一艘以柴油内燃机为动力的潜艇。1883年，俄国工程师德维尔捷斯基首创出使用蓄电池驱动的电动潜艇，其意义不亚于现代“特斯拉”电动汽车的开发。随后，霍兰改进了自己潜艇的动力设计，采用以轻油内燃机推动潜艇水面前行、以蓄电池提供潜艇水下动力的双推进系统。这款潜艇也成为近代常规动力潜艇的标准。当时的潜艇设计，考虑的是打击敌方舰船的军事用途，而非探索和科考。

第二次世界大战期间，潜艇的数量与使用均得以迅猛发展，但动力结构却与霍兰的设计原理别无二致。

不过，在那个战争年代，这种常规动力潜艇在运用上是存在显著缺陷的。它们通常在夜晚浮上水面，发动内燃机为蓄电池充电，而白天为了躲避或准备攻击敌方，则潜入水下靠蓄电池驱动前行。然而，由于需要长时间地暴露在水面上，它们不仅会受到大风巨浪等恶劣天气的影响，而且被敌方攻击的危险更是大大增加。事实上，到了二战后期，随着声呐和雷达技术突飞猛进的发展，这类潜艇的军事优势不再，处境亦变得尤为艰难。蓄电池有限的电力，往往使其不得不随着海流的流向顺势缓慢巡航，以最大程度地提高航程。到了交战时，慢吞吞地潜航只会被敌方歼灭，而全速前进又会因短时间内耗尽电力而导致全艇瘫痪。更何况，内燃机和蓄电池大面积地占用了艇内的宝贵空间；艇内空气循环系统亦十分糟糕，密封的环境中充斥着人的汗味、机油味等各种难闻的气味，这难免会影响艇员的战斗力。

常规动力潜艇的致命缺陷迫使工程设计师们努力革新，新的动力源备受期待。二战结束后，核裂变技术的出现为潜艇的动力源提供了新思路，潜艇无需再经历不断浮上水面让内燃机做功转为电力这样复杂的过程了，核动力潜艇跃上舞台。

畅游北冰洋

1952年，美国海军开始建造人类历史上第一艘核动力潜艇。在开工仪式上，美国总统杜鲁门称“这个全球第一的潜艇使用了与太阳相同的原子能动力”。由此，人类利用核动力作为船用动力源的时代拉开了序幕。而这艘具有划时代意义的潜艇被命名为“鹦鹉螺号”，这是个光荣的名称——著名科幻小说《海底两万里》故事就是围绕着一艘名叫“鹦鹉螺号”的潜艇展开的。美国海军希望新的核动力潜艇“鹦鹉螺号”能够引领时代走向新纪元。

1954年“鹦鹉螺号”制造完成。这艘潜艇外形上虽然还带有些许传统船型潜艇的设计风格，但符合流体力学的弧形艇身和全封闭的指挥塔，表明该潜艇已向现代潜艇过渡。当然，“鹦鹉螺号”的进步远不止这些。它的新型核动力装置的体积仅为传统潜艇动力装置的一半左右，剩下的宝贵空间可以用来改善艇员的生活质量。该核动力装置的原理是核反应堆发热，加热水蒸气，然后带动蒸汽轮机工作，再发电储能为全艇提供电力，这样不断循环往复形成动力闭环。这直接改善了空气循环系统，艇内不仅像空调一样可以调温，而且消除了难闻的味道。另外，潜艇的自持力大大提高，一次出航至少能坚持50天；反应堆几年才需加一次燃料；艇员除了值班站岗，其他时间可以放松休闲，人居环境大大改善。

1957年8月，“鹦鹉螺号”出发远征北极，可因为设备出现问题，只得返航。之后整装再发，于1958年8月3日顺利抵达北极，成为人类第一艘到达北极点的船只。后来它又以潜航的方式穿越北极海域回到美国本土的基地，顺利完成远征任务。这次任务的科考意义远大于军事意义。航行中还经历了罗盘失灵，设备撞击损坏，甚至在行进中差点被卡在冰山和海底之间等惊险的事件，但这些危险都被艇员们英勇机智地排除了。它最终实现在北冰洋中畅游，为人类了解和研究北冰洋提供了极为珍贵的资料。同时，它创造了很多关于核潜艇的世界纪录。比如，节能之最——1957年，它的航行里程已超过62 000海里（1海里=1852米），仅消耗了几千克浓缩铀，如果换成常规潜艇所需能耗的燃油，将装满超过3千米长的油罐列车；潜航之最——它创造了潜艇连续潜航时间最长的世界纪录。

“鹦鹉螺号”于1980年正式退役，如今已被改装为潜艇历史博物馆，以纪念它在人类海洋探索史上创造的光辉成绩。

小身材，大能力

自“鹦鹉螺号”后，美国开始大量制造核潜艇，核动力技术也日臻完善。早在1960年，“鹦鹉螺号”之父——美国海军海曼·利科弗将军就开始设计能在中深度作业的核动力科研探索用潜艇。鉴于此前美军发生的一系列严重海洋事故，美国开始意识到对事故海域搜索及海底地形勘察分析的紧迫性。1969年美国海军第一艘非攻击用的核动力潜艇——“NR-1号”就此诞生。恰如它这别具一格的名字，这艘潜艇非比寻常。它的体积只有现代攻击核潜艇的1/8左右，是当时世界上最小巧的核动力潜艇。同时，作为当时美国海军各种新型装备的实验平台，它装备了操作性不亚于“阿尔文号”和“阿鲁米纳号”的机械手、切割器、储物栏。不仅如此，它还装备了具有跨时代意义的高敏感度摄像机、彩色照相机和地形测绘与照明设备，以及最新型的声呐。各种可视、声学记录设备以及通信系统更是一应俱全。该潜艇的后半部分采用的是新型的低功率压水堆和涡轮发电机。但它的自持力受限于艇内的小空间，艇员生活用的循环氧气、淡水和食品需要补给，7名艇员只能在水下不间断工作一个月左右。艇员在完成工作之余，除了休息，饮食当然是十分重要的。该艇虽因空间小而取消了厨房，但配备有冰箱和加热炉，艇员还是可以美美地吃到华夫饼、土豆泥和鸡肉卷饼等热食的。

别看“NR-1号”体形小，能力却称得上卓越。核动力为它带来的优势非常明显，几乎同一时期的“阿鲁米纳号”最长只有不到2天的持续工作能力。“NR-1号”运用高性能钢材作为艇体，其极限工作深度达到了近1000米。只有苏联的685型和705型核潜艇能勉强达到这样的深度。即使是美国，至今也没有一艘现役核动力潜艇在潜深方面能与之比肩。“NR-1号”特殊的工作定位，使其在结构上与其他潜艇不同。在它的指挥塔前部下方有一个半球形的工作舱，艇员可在此通过观察窗操作机械手来获取标的物。

另外，设计者还脑洞大开地为该潜艇装上了2组充满酒精的橡胶轮胎，使它可以像吉普车一样在崎岖不平的海底平稳行进。不仅如此，该潜艇还装有灵活的推进器，使它能像飞机一样在海中完成悬停、平移等动作，以及进行任意自由度的游弋。“NR-1号”极为优秀的能力，亦使得美国海军将其长期用于搜寻探索、地质调查、海洋研究等工作。比如，1976年打捞坠落海底的F-14战斗机和先进的“火凤”远程导弹；1986年参与调查“挑战者号”航天飞机事故。在恶劣海况下，“NR-1号”核潜艇也能彰显其优势，完成其他船只所无法完成的复杂任务，立下赫赫“战功”。

人类通过各种途径探索海洋的尝试从未停止。随着时间的推移，国际海洋事务合作和世界各国海洋事业不断迅速发展，并呈现出百花齐放的喜人态势……

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