紅寶石級核子動力攻擊潛艦

法國的紅寶石級是全世界最迷你的核能攻擊潛艦,甚至比一些柴電潛艦還小。

紅寶石級的線型。注意其艦首外型過於平直簡單,趨近於一個圓柱狀,導致該處的阻力與壓力分佈過大,

影響艦首聲納運作。紅寶石級從五號艦紫水晶號(FNS Amethyste S-605)使用改良的艦首外型,隨後也

回溯改裝先前建成的四艘紅寶石級上。

紅寶石級首艦紅寶石號(Rubis  Amethyste s601)在法屬太平洋新喀裡多尼亞海域航行,攝於1985年

紫水晶級的剖面圖,艦首外型改為球狀,改善了原本艦首水流影響聲納運作的情況。

──by captain Picard

艦名/使用國 紅寶石級/紫水晶級核子動力攻擊潛艦/法國

(Rubis Amethyste class/Amethyste class)

承造國/承造廠 法國/DCN Cherbourg Naval Dockyard
尺寸(公尺) 長72.1(紅寶石級最初狀態)/73.6(紫水晶級/紅寶石級改良後) 寬7.6 浮航吃水6.4
排水量(ton) 浮航2385(紅寶石級最初狀態)/2410(紫水晶級/紅寶石級改良後)

潛航2670(紅寶石級最初狀態)/2730(紫水晶級/紅寶石級改良後)

動力系統/軸馬力

核能/電力推進系統

GEC Alsthom CAS 48壓水式反應器*1/64000

蒸氣渦輪發電機組*2

推進電機*1/9400

SEMT-Pielstick/Jeumont Schneider 8 PA4 V 185 SM輔助柴油機*1

單軸七葉片螺旋槳

航速(節) 水面20

潛航25(紅寶石級 最初狀態)/28(紫水晶級/紅寶石級改良後)

續航力(海浬) 無限制
最大潛深 300以上
水面偵測/反制系統 Kelvin Hughes Type-1007平面搜索雷達*1

Thomson-CSF DRUA-33導航雷達*1

Thomson-CSF DR-3000U電子支援系統

水下偵測/反制系統 Thomson Sintra Sonar DMUX-20多功能低頻聲納系統(包含艦首被動陣列聲納、側面被動陣列聲納等)

DUU-2B中頻主/被動聲納

DUXX-5/DSUV 22低頻被動測距與聲納訊號截收器

ETBF DSUV-62C低頻被動拖曳陣列聲納(紫水晶級/紅寶石級改良後)

作戰系統 SAT戰術資料系統 (紫水晶級/紅寶石級改良後)

OPSMER指揮控制支援系統(紫水晶級/紅寶石級改良後)

DLA-2B/3武器控制系統

Syracuse 2 SATCOM

乘員 68~70
艦載武裝

533mm機械彈射式魚雷發射器*4(管內裝填四枚,艦內可攜帶10枚,使用ECAN L5 Mod 3/ECAN F17 Mod 2魚雷與AS-39飛魚反艦飛彈,或者32枚FG-29水雷)

數量 紅寶石級:共四艘
艦名 安放龍骨 下水時間 服役時間 除役時間
S-601 Rubis  Amethyste(ex-Provence) 1976/12/11 1979/7/7 1983/2/23
S-602 Saphir(ex-Bretagne 1979/9/1 1981/9/1 1984/7/6
S-603 Casabianca(ex-Bourgogne)  1981/9/19 1984/12/22 1987/5/13
S-604 Emeraude   1982/10 1986/4/12 1988/9/15

紫水晶級:共兩艘

艦名 下水時間 服役時間 除役時間

S-605 Amethyste

1983/10/31 1988/5/14 1992/3/3

S-606 Perle

1987/3/22 1990/9/22 1993/7/7
S-607 Turquoise(取消) 1991取消

S-608 Diamant(取消)

1991取消

 


 

起源

法國踏入核能潛艦的領域時,首先付諸建造的是具備戰略威懾能力的彈道飛彈潛艦;隨後,法國海軍也籌劃建造核能攻擊潛艦,因為傳統的柴電潛艦無法保護核能彈道飛彈潛艦。在1964年時,法國海軍啟動「追擊核能潛艦」(Sousmarine Nucleaire de Chasse)計畫,準備建造第一批核能攻擊潛艦,但 由於當時法國為彈道飛彈潛艦發展的PAT壓水式核子推進系統體積過大,如何裝備在核子攻擊潛艦的推進系統是一大挑戰,因此「追擊核能潛艦」在經過四年的發展後取消 。在1969年11月,法國海軍決定完全放棄先前的PAT壓水式反應器結構,為核子攻擊潛艦研製全新的緊湊型核子反應器。隨後,法國海軍茹瓦貝爾上將等高層重新制訂核能攻擊潛艦計畫,在1972年啟動,稱為「攻擊型核能潛艦 1972」(Sousmarine Nucleaire Attaque, SNA 72),成為法國第一代紅寶石級(Rubis Amethyste class)核能攻擊潛艦。

(上與下二張)法國首艘核能攻擊潛艦紅寶石(Rubis  Amethyste S601)在1979年7月7日下水的畫面。

注意此時艦尾仍漆著原本的艦名普羅旺斯(Provence)。

原本法國海軍打算以法國地名為這些核能攻擊潛艦命名,例如前三艘原本分別命名為普羅旺斯號(Provence)、不列塔尼大號(Bretagne)與勃艮第(Bourgogne),但這引發了爭議,認為以地名命名僅2000餘噸的船艦並不合宜;最後,法國海軍改用寶石來為這些潛艦命名,首艦紅寶石(Rubis  Amethyste)是前法屬印度支那(獨立成為越南)的特產,二號艦則是藍寶石號(Saphir)。首艦紅寶石號在1976年開工,1979年7月下水(此時仍稱為普羅旺斯號),在1982年展開試航,潛航1000餘小時,並在西印度群島加入正在環大西洋航行的法國海軍雙航空母艦編隊,使法國海軍首次組成了包含核子攻擊潛艦的航空母艦編隊;完成試航後,紅寶石號在1983年2月進入法國海軍服役。

雖然紅寶石級主要是針對在法國以南的地中海水域操作,不過服役數十年來,六艘紅寶石/紫水晶級總共進行十多次環球航行,此外也經常出現在法屬太平洋、法屬印度洋等遠離歐洲的水域。

紅寶石號在西印度洋號與一艘法國海軍喬治.萊格斯級(George Leygues class)巡防艦一同航行。

1982年,試航中的紅寶石號在西印度洋號與法國海軍航母編隊會合,畫面中包括兩艘

克里孟梭級(Clemenceau class)航空母艦。

紅寶石號在1983年2月23日成軍典禮的畫面,畫面左側站

在潛艦上的就是當時法國海軍總司令羅伯特上將。

基本設計

 

紅寶石級是全世界最迷你的核能攻擊潛艦, 潛航排水量僅2700ton左右,不少大型柴電潛艦的排水量都超過這個數字;其中一個因素是法國海軍核能攻擊潛艦主要會在封閉而狹窄的地中海操作,對於遠距離巡航的需求相對較低,但要求良好的操艦靈活性,因此小型的艦體較為實用。在紅寶石級之前,全世界最小的核能潛艦是前蘇聯阿爾發級(Alfa class),潛航排水量也有3600ton。較小的艦體雖然限制了武器籌載、動力輸出、持續航行能力(因為裝載不了太多乘員生活所需的物資)以及乘員起居空間等,但也使紅寶石級擁有較佳的操控性與靈活度,很適合在地中海操作。 紅寶石級採用類似淚滴型的流線型艦體結構,這與1969年2月底美國總統尼克森訪問法國時送給法國的美國飛魚級(Skipjack  class)的艦體線圖等技術資料有相當的關係;但由於當時法國的技術與材料工藝無法實現飛魚級的純粹單殼/淚滴型構造,因此紅寶石級使用比較折衷的構型,採用複合單、雙殼構造,艦首與艦尾採用雙殼結構,艦體中部為單殼結構,船型參考法國自身的奧古斯塔級(Agosta class)柴電攻擊潛艦以及美國飛魚級核能攻擊潛艦;艦體由前而後共分為首部魚雷艙、指揮艙與住艙區(由上而下為指揮艙;住艙、蓄電池艙)、核反應器艙、主機艙、控制室與輔機艙等;水平舵位於艦首上方,艦尾十字形尾舵。艦上的耐壓殼以60HLES耐壓鋼板製造,厚度約30cm,最大潛航深度約300m以上。艦上儲存的物資(食物等)能支持潛艦持續在海上作業45天以上。 

人員編制方面,紅寶石級雖然編制70名乘員,不過其實本級艦能在更低的人數之下運作,多出來的人員主要是基於損管考量。 紅寶石級的海上連續作業時間 約45至60天。在法國海軍艦隊 支援服務(SSF)的主承包商──DCNS管理之下,紅寶石級艦隊大致上達到4艘值勤、一艘進行大規模改裝、一艘進行中期大修;值勤期間平均每值勤四個月進行一次定期保修(約5週),服勤每42個月進行一次中期大修(需時約5個月),每10年進行一次反應爐燃料棒更換與大修工程(約需16至18個月)。

在法屬西印度的紅寶石級。

推進系統

紅寶石級採用核能/電力推進,與美國在1970年代建造的林普斯康號(USS Glenard P. Lipscomb  SSN-685)實驗用核能攻擊潛艦相似,反應器帶動蒸汽渦輪後並非直接帶動大軸,而是先帶動發電機,產生電力之後供應包括推進器在內的各系統,優點是降低噪音並提高整體的能源運用性,缺憾則是動力效率低,最大極速僅25節,使早期的紅寶石級成為當時全球航速最慢的核能攻擊潛艦 之一。

紅寶石級的動力核心是一具CAS 48一體化二次迴路壓水式反應器 ,其技術起源是法國核能委員會在1971年7月決定建造的CAP整體式陸上反應器測試原型(整體式意味將蒸氣產生器直接整合在反應器壓力容器中,如此就可以省略許多冷卻系統的管道,大幅減少冷卻管道破損導致反應爐失冷的意外機會,副作用則是反應器燃料棒與蒸氣產生器之間的高度差變小,不利於二級迴路的自然循環),這是「攻擊型核能潛艦 1972」的核心技術;CAP在1974年4月開始進行非核單元測試,1975年11月達到核反應臨界功率,12月達到滿載輸出。CAS 48具有結構緊致、體積小巧、重量輕的特點,熱功率48MW(64000馬力),其U型管蒸氣產生器設置在反應器頂蓋上,一級熱交換迴路蒸氣壓12.5MPa,由於蒸氣產生器直接設置在反應器上方,所以一級迴路能實現百分之百的自然循環,在中低功率運轉下不需要開啟循環泵浦,兩個主循環泵浦設置在壓力容器上;二級熱交換迴路蒸氣壓2.3MPa,並採用減震浮筏安裝來降低噪音和震動;反應器熱交換迴路將熱能送入蒸氣產生器,產生的蒸氣推動二部功率各3950KW的蒸氣渦輪發電機組,產生的交流電整流為直流電之後帶動一部輸出功率7MW(9400馬力)的推進電動機來帶動單軸五葉片螺旋槳。 除了核能動力系統外,紅寶石級擁有一具SEMT-Pielstick/Jeumont Schneider 8 PA4 V 185 SM柴油機作為緊急動力。

依照原始構想,CAS 48反應器應該使用高濃度燃料棒,在25年服役週期都不需要更換,然而由於法國無法產製出類似美國海軍的高濃度燃料棒,因此法國海軍使用的燃料棒鈾濃度很低(約20%,只比一般核能電廠高一些),早期每隔五至七年就必須更換一次(後來延長到10年一次),而核能潛艦更換燃料棒是一項費時又麻煩的大工程,必須停役入塢並切開壓力殼才能從爐心中將燃料棒取出。 如此,紅寶石級服役週期內的總值勤時間減少,維修成本增加 ;雖然法國海軍認為更換反應器燃料的週期大致與艦上設備翻修升級的步調同步,對實際值勤效率的影響不大,然而經常對壓力殼施工可能損及其完整性與強度,接縫處較不平滑,會減少潛航深度、增加航行阻力與噪音,甚至影響安全性 (如果壓力殼切割不當,其上張力分佈就會不均勻,強度較弱的焊接處較易產生疲乏甚至破裂)。而紅寶石級過小的艦體也帶來另一項明顯的困擾,艦體內部沒有空間安裝完善的隔音、減噪、制震設施,導致輪機裝備傳入海中的噪音過大。

作戰/武器裝備

紅寶石級的戰鬥系統包括戰術資料系統(Systeme d'Armes Tactique,SAT)以及DLA-2B/3武器控制系統,水面用電子裝備包括Kelvin Hughes Type-1007 I頻平面搜索雷達(此雷達被歐洲許多潛艦廣泛採用)、Thomson-CSF(目前為Thales)的DRUA- 33導航雷達以及Thomson-CSF的DR-3000U D/K頻電子支援系統(艦載ARUR-13系統的潛艦版,定位精確度在1度以內),潛望鏡中包含測距儀以及紅外線熱影像儀。本級艦的聲納系統包括安裝在艦首下方的Thomson Sintra Sonar(現在的Thales Underwater Systems) DMUX-20低頻被動聲納系統 (對水面艦探測距離約50km,對潛艦探測距離約20km,能同時追蹤12個目標)、安裝於艦首上方的DUU-2B中頻主/被動聲納(主動探測距離約20km)、DUXX-5(或DSUV 22)低頻被動測距與聲納訊號截收器,日後改良時追加ETBF DSUV-62C低頻被動拖曳陣列聲納。 艦上的射控系統是一套DLT-D-3魚雷射控系統,後端結合CIMSA15M125計算機並附帶有監視/顯控台,能同時顯示與處理8個目標的數據,並同時控制2枚魚雷攻擊2個不同目標。

紅寶石級的魚雷艙。

紅寶石級的武裝為艦首四具533mm魚雷管,採用法製潛艦慣用的氣壓活塞連桿彈射系統 ,以高壓氣體推動活塞將武器打出。與其他國家採用高壓空氣或高壓海水的魚雷發射系統相較,法國獨特的活塞彈射連桿系統結構相對簡單,不需要額外的進水系統,減少了壓力殼的開洞;然而,由於活塞連桿的彈射初速大,武器的後部需施予保護措施,而連桿末端係以一個套管與武器連接,佔據了額外的長度,連帶導致 此型魚雷管使用的武器尺寸受到限制;此外,活塞連桿的推動速度不能改變,發射的性能包絡侷限較大,且使用時噪音較高 。除了魚雷發射管四枚魚雷/飛彈之外,艦上魚雷艙能儲存10件武器,能使用ECAN L5 Mod 3與ECAN F17 Mod 2反艦/反潛雙用魚雷。較老舊的ECAN L5 Mod 3採用主/被動聲納歸向,速度35節時射程18km,最大攻擊深度550m,彈頭重150kg。而ECAN F17 Mod 2則是較新型的魚雷 ,以銀鋅電池(Ag-Zn)推進,採用線導以及終端主/被動聲納歸向, 以最高速率40節航行時射程20km,或者以28節速率巡航18公里、終端以40節衝刺再航行11公里(總計29公里),最大攻擊深度600m,彈頭重250kg。紅寶石級另一重要武器是EADS Aerospatiale(現在的MBDA)著名的AS-39潛射飛魚(Exocet)掠海反艦飛彈,採用終端主動雷達導引,火箭推進,射程約50km,彈頭重165kg。此外,紅寶石級的魚雷管也具有佈雷能力,使用的水雷為F-29型,魚雷艙最多能存放32枚。由於早期的ECAN L5魚雷性能較差,對付潛航深度、速度均大的蘇聯核能潛艦可說十分吃力,故早期紅寶石級主要還是以魚雷與飛魚反艦飛彈擔任反水面任務,直到後來換裝較為先進的ECAN F17 Mod 2魚雷,才擁有像樣的反潛實力。 紅寶石級的武器控制與裝載系統為DCN Ruelle公司提供的SWHLS,這是從海豚級(Dhpane)開始,法國潛艦長年使用的武器控制系統系列。

改進型:紫水晶級

1988年5月14日下水的首艘改良紅寶石型紫水晶號(Amethyste S605)

早期紅寶石級的性能並不理想,不僅欠缺良好隔音措施而導致噪音過大,而且由於艦首外型設計不良而影響艦首聲納的工作效率。紅寶石級的艦首外型較為平直,造型有點像是半圓型,上半部設置聲納而下半部設置魚雷管。與美國、英國的核能潛艦相較,紅寶石級的艦首外型偏向簡單,航行時阻力較大,承受的壓力較高,對聲納音鼓造成了很大的流體干擾。

為了解決這些問題,法國繼續研究相關降噪措施,稱為噪音消除技術(Amelioration Tactique Hydrodynamique Silence Transmission Ecoute),並在紅寶石級 的第五艘紫水晶號(FNS Amethyste S-605)首度付諸實行;由於這些改進措施,法國海軍將從紅寶石級中獨立出來而成為紫水晶級(Amethyste class)。紫水晶級的改良要項除了聲納、電機系統外,最重要的是改用較為流線的圓形艦首來降低航行阻力 ,解決紅寶石級艦首水流壓力過大而影響聲納運作的問題;因此,紫水晶級的艦體長度與排水量都比原本紅寶石級略增,最大航速增至28節;此外,紫水晶級也對前四艘紅寶石級受到詬病的靜音能力 做出明顯改進,以新的大曲度七葉片螺旋槳取代原本五葉片螺旋槳來減少空蝕噪音,廣泛地將輪機系統安裝在減震浮筏上,改進軸設計與材質來降低運轉噪音,各管道採用柔性連接,主機艙外層增加隔音層 。此外,紫水晶级還改進了聲納與射控系統,尤其是加裝了以及ETBF DSUV-62C低頻被動拖曳陣列聲納

法國海軍最初打算建造四艘紫水晶級,不過隨著美蘇冷戰結束、國防預算大減,後兩艘的建造計畫在1991年遭到取消。前四艘紅寶石級在翻修時都提升至紫水晶級的標準,其中FNS Saphir(S-602)於1989~1991年進行改良,首艦紅寶石號(FNS Rubis Amthyste S-601)的改良在1991~1993年間進行(該艦在1992年2月甫完成改裝,卻在同年7月在碰撞意外中受損,再度回到船塢中整修),FNS Casabianca S-603於1992~1994年進行改良,而FNS Emeraude S-604則是在1994~1996年間進行改良。

柴電推進版:綠寶石型

此外,DCN也曾以紅寶石級為基礎開發了外銷用的綠寶石型(Turquoise)傳統動力潛艦,基本上就是紅寶石級的柴電版,功能包括反潛、反艦、佈雷、情報蒐集以及特種任務等等,並能選配DCN、Air Liquide、Bertin、IZAR、Framatome-Thermodyn與 TechnicatomeMesma等歐洲公司合作的Mesma絕氣推進系統(AIP)來延長水下航行時間,人員編制降至45人。由於柴電推進系統佔的空間以及編制人員比核子動力系統少,理論上綠寶石型擁有比紅寶石級更多的空間來儲存物資,海上連續作業時間增為60天 。綠寶石曾被DCN拿去競標1980年代澳洲的攻擊潛艦案,不過第一階段就被淘汰。1990年代台灣四處洽購潛艦時,曾有風聲指出台灣曾向法國接洽採購綠寶石型,但後來並沒有下文。 綠寶石型顯然就是日後法、西合作的鲉魚型(Scorpene)柴電潛艦的前身,日後締造了不錯的外銷成績。

後繼艦:梭魚型

紅寶石級的替代者是2006年簽約、2007年底開始建造的梭魚型(Barracuda)核子動力攻擊潛艦,被命名為敘佛倫級(Le Suffren class),預計建造六艘。不過敘佛倫級的建造時程比原訂大幅延後,六艘最初預計在2015至2018年 間陸續成軍,至2007年已經延後到2017至2027年(隨後進一步延後至首艦2018~2019年交付,最後一艘2032年交付),這意味紅寶石級的服役時間從原本預定的25年大幅增加至30~34年 ;依照2016年的計畫,紅寶石級排訂從2019年到2029年陸續除役。DCN表示如果增加每次進塢維修的檢查範圍與維護更新,紅寶石級還是可以撐得下去,不過如此不僅維修頻率要比以往增加,剩餘壽命的維持成本也會暴增。