海狼級核子動力攻擊潛艦(1)

早期藝術家筆下的海狼級核能攻擊潛艦的概念素描。這張圖已經反映了海狼級設計定型後的各項特徵,

包括更寬的艦體、艦首上方的伸縮水平舵、帆罩前方增加一個填角來降低流體阻力、十字形尾舵再加上

一對朝斜下方的二面角穩定鰭(Dihedral Fins),採用泵噴推進器取代傳統螺旋槳等。 

1980年代末期藝術家筆下的海狼級核能攻擊潛艦。

(上與下)1990年2月1日美國國防部公佈的SSN-21海狼級模型。注意此模型呈現的是傳統的螺旋槳,

應該是基於保密理由而刻意隱瞞了泵噴推進器。

為了測試驗證海狼級潛艦的船型與技術,美國海軍建造了海狼級的1/4縮尺動力模型,稱為大比例載具1號(LSV-1)

,命名為紅鮭魚號(Kokanee),在愛達荷州北部Bayview的龐多雷湖(Lake Pend Oreille)進行實驗。

建造中的海狼號艦首段,可以看到艦首球型聲納陣列;左側是還沒有合攏的艦首聲納外罩。

在通用電船的船塢艤裝中的海狼號,攝於1995年5月。

即將建造完成的的海狼級核能攻擊潛艦 首艦海狼號(USS Sea Wolf SSN-21),攝於1995年6月24日命名洗禮儀式前夕

這張照片用來作為海狼號命名洗禮儀式邀請函的封面。

 

 

──by captain Picard

 參考資料──張明德:全球防衛雜誌440期:海狼級核子攻擊潛艦的起源──探索洛杉磯級的後繼者

張明德:全球防衛雜誌442~444期:最後的冷戰型核子攻擊潛艦──海狼級潛艦的誕生

張明德:全球防衛雜誌445期:吉米卡特號核子潛艦


(1)  (2)

1970年代的洛杉磯級後續艦研究:SSNX、重構型洛杉磯級、艦隊型核能攻擊潛艦(F/A)

在1973年,美國海軍作戰部長艾默.松華特上將(Elmo R. "Bud" Zumwalt)曾進行一項高/低混合搭配的核能攻擊潛艦概念研究,不過遭到海軍作戰部長辦公室(OPNAV)主管潛艦作戰的Op-92反對,而這個構想也也隨著松華特在1974年7月去職而不了了之。

松華特卸任之後,美國國防部長詹姆斯.史勒辛格(James M. Schlesinger)又批准了接續洛杉磯級的下一代核能攻擊潛艦初期研究,代號稱為SSNX;SSNX研究範圍包括新設計以及新技術來解決洛杉磯級性能的不足,並且探討未來核能攻擊潛艦的需求,確保下一代美國核能攻擊潛艦仍能保持技術領先。SSNX涵蓋功率更大的核子反應器(即60000馬軸馬力的D1W)、新型聲納系統、改進的高張力鋼板、新武器系統等。

依照初步規劃,SSNX的艦體直徑增大,但是長度明顯縮短,透過較低的長寬比來提高水下機動性以及降低流體阻力。潛航排水量略大於洛杉磯級。SSNX粗估全長301.25英尺(91.82m),寬度 38.75英尺(11.81m),潛航排水量7263噸;而洛杉磯級是全長366英尺(111.557m)、直徑33英尺(10m),潛航排水量約6927噸。SSNX預定裝備六門533mm魚雷發射管,魚雷艙含發射管總共攜帶32件武器,此外還擁有12至24管裝填潛射巡航飛彈(SLCM)的垂直發射器。

由於SSNX牽涉到許多新技術的研發,最初估計要等到1981到1982財年才能訂購,因此美國海軍又進行過渡性核能攻擊潛艦的研究,打算在1978到1982財年間先少量訂購,銜接洛杉磯級以及真正新一代SSNX的間隙;在當時,美國海軍傾向建造一種強化型洛杉磯級核能攻擊潛艦,把魚雷發射管增加到八座。繼任松華特的海軍作戰部長詹姆士.哈洛威三世(James Lemuel Holloway III)上將隨後調整了這項過渡性核能攻擊潛艦計畫,稱為重構型洛杉磯級(reengineered),以原有洛杉磯級的設計為基礎進行大幅調整改進,整合各項新技術如側面寬孔徑陣列聲納(WAA)、整合聲學通信系統(IACS)、新的BSQ-5潛艦通信浮標(BIAS)、電子懸浮式陀螺導航儀(ESGN)、稱為暗眼(Dark Eyes)的新型紅外線夜視潛望鏡、新型誘餌發射器等,並改用尺寸放大的減低阻力型帆罩;為了容納這些新技術並提高作戰能力,重構型洛杉磯級拉長艦體。

1977年1月吉米.卡特(James Earl Carter)總統上台後,因應越戰以及以阿戰爭後石油危機造成的高通貨膨脹、高失業、能源危機等一連串問題,所以厲行節約國防開支。卡特政府對於海軍的攻勢部署(例如像越戰期間一樣介入地區性戰事)興趣缺缺,抑制海軍的造艦計畫如大型航空母艦等。同樣地,卡特不滿海軍核子潛艦採購成本節節攀升,要求美國海軍研究降低成本的核能潛艦選項。因此,美國海軍在1979年提出了一種體型較小的核能攻擊潛艦概念,最初稱為快速核能攻擊潛艦(Fast Attack Submarine,FAS),後來又稱作艦隊攻擊潛艦(Fleet Attack Submarine,F/A)。為了降低成本,FAS排水量降低到近5000噸級,比洛杉磯級縮小約30%,與鱘魚級相當,並回頭使用鱘魚級的S5W反應器(功率15100馬力)。當時粗估FAS全長237.5英尺(72.4m),寬38英尺(11.58m),潛航排水量4965噸,船型比洛杉磯級短而寬。雖然FAS的航速將不如洛杉磯級,但透過使用新型推進器以及阻力降低、流體性能更好的新艦體設計,估計航速可以稍高於鱘魚級,並配備六門533mm魚雷發射器,魚雷艙空間也還是比洛杉磯級更大,武器攜帶總數可達32件,火力高於洛杉磯級。

雷根時代:「600艦大海軍」

1981年1月朗努.雷根(Ronald Reagan)總統上台後,任命的第一任海軍作戰部長(Secretary of the Navy)約翰.李曼(John Lehman)立刻提出了海軍艦隊規模600艘、核能攻擊潛艦100艘的兵力政策。在此政策下,海軍需要加快核能攻擊潛艦產量,盡快達成艦隊規模的目標。因此,海軍作戰部長湯瑪斯.哈沃德(Thomas B Hayward)下令暫時擱置幾種美國海軍進行中的下一代核能潛艦的概念發展項目,持續訂購更多洛杉磯級核能攻擊潛艦。

在1981年7月30日眾議院武裝部隊委員會聽證會中,美國海軍海上系統司令部(NAVSEA)司令艾爾.福勒中將(Earl B. Fowler Jr.)表示,海軍作戰部指示,應該停時當時進行中的兩個核能攻擊潛艦初期概念研究案(較小型的FAS以及較大型、高性能的SSNX);當時美國海軍研究的潛艦方案中,並沒有出現適合接替688型(洛杉磯級)的後繼者、擁有顯著成本效益的方案。艾爾.福勒中將表示,海軍作戰部將改良688型潛艦(洛杉磯級)以及現有反潛武器系統的工作放在最高優先,用於後續生產的洛杉磯級上。

為此,美國海軍繼續改進洛杉磯級的設計,從1982財年開始訂購這種改進型洛杉磯級(Improved Los Angeles class),簡稱688-I型。688-I型的改進包括:改進北極冰洋下的操作能力(包含變更帆罩設計、移動艦首水平舵位置),引進全新的數位聲納以及作戰系統,新的降噪措施來提高靜音性能。由於艦體規模以及武器籌載量不變,688-I的作戰能力不如1970年代後期歸話的重構型洛杉磯級構想,但正因為設計變更相對較少,可以更快速地建成服役。

在1982年初,海軍部長李曼正式否決較為昂貴的SSNX潛艦項目,並曾一度考慮採用成本較低的F/A艦隊攻擊潛艦,打算在1985財年開始訂購;由於每艘F/A單位成本較低,在相同預算規模之下可以訂購更多,能盡早100艘核能攻擊潛艦的目標。

然而在此同時,李曼領導的海軍部構想的攻勢性海上戰略也已經成形,成為美國海軍造艦計畫的新方向。在先前卡特總統任內,將防衛重點放在歐陸的北約中央前線,也就是蘇聯陸軍發動攻擊後最可能推進突破的富爾達隘口(Fulda Gap,位於西德中部黑森州和圖林根州的交界);而美國海軍則採取守勢,在戰事爆發、蘇聯陸軍進攻西歐時,優先保護大西洋上增援歐洲的航線、對抗蘇聯潛艦對美國增援船團的威脅,並在戰事升高到使用核武時,透過海基核武力量打擊預設目標。而雷根上台後翻轉此一策略,美國海軍改採攻勢性海上戰略,又稱為「前進戰略」,部署到前沿地帶、敵方(蘇聯)領域附近實施壓迫,一旦開戰就立刻大舉進入鄰近蘇聯的水域(如巴倫支海以及太平洋方面的鄂霍次克海),迅速而有系統地徹底摧毀蘇聯主要海軍力量(艦隊以及基地)以及作為戰略威懾的核能彈道飛彈潛艦。為此,美國海軍對未來核能攻擊潛艦需求又有了新的構想。

推動「前進戰略」的主因,是當時蘇聯海軍推行「堡壘」戰術,將核能彈 道飛彈潛艦部署在靠近本國基地、受到海空以及核能攻擊潛艦嚴密防守的區域 如巴倫支海;這是因為透過美國「沃克間諜網」等情報,蘇聯得知本身的核能潛艦如何被美國海軍精確地追蹤標定,悲觀地認為其大部分核能彈道飛彈潛艦若試圖進入北大西洋水域,將迅速遭到消滅。加上1970年代蘇聯海軍開始裝備射程長達7800km的SS-N-8洲際彈道飛彈並部署於三角洲級(Delta)核能彈道飛 彈潛艦上,只須要在蘇聯近海就能攻擊美國境內城市。蘇聯核能彈道飛彈潛艦龜縮於內海的「堡壘」之後,使得美國海軍核能攻擊潛艦必須要深入防守森嚴的蘇聯內海才能獵殺。另一方面,當美國海軍前進到巴倫支海對蘇聯施加壓力時,蘇聯海軍勢將被迫抽調大部分較先進的靜音型核能攻擊潛艦來保護彈道飛彈潛艦,進而減少了能南下大西洋獵殺西方水面艦隊、海運的新型潛艦兵力(蘇聯較為嘈雜的舊型潛艦在西方於北大西洋嚴密的反潛體系下很容易被消滅)。 

此外,同時期蘇聯核能潛艦的靜音性能開始突飛猛進,從1979年開始服役的Project 671RTM/RTMK維克托III(Victor III)核能攻擊潛艦開始,靜音性能與美國海軍大幅縮小,已經不再是能輕易遠程捕捉的目標。在新的海軍發展策略以及蘇聯潛艦性能提升的趨勢下,美國海軍認為單靠改進洛杉磯級之類的方案,已經無法繼續長期維持對蘇聯潛艦的技術優勢。由於雷根時代的軍費遠比先前卡特時代寬裕,因此美國海軍自然不再需要遷就成本,可以從頭規劃理想中的下一代核能攻擊潛艦。

基於「前進戰略」以及維持對蘇聯潛艦技術優勢等前提下,美國海軍在1982年起開始規劃接續洛杉磯級的新一代核能攻擊潛艦;而美國海軍能開始大膽探討新一代核能潛艦的面貌,一大主因也是在海軍部長約翰.李曼 積極運作下,雷根總統在1982年1月底簽署了高齡82歲、作風專斷頑固的「核子海軍之父」海曼.李高佛(Hyman G. Rickover)上將的退伍令。

又,1982年6月上任的美國海軍作戰部長(CNO)詹姆斯.渥特金斯(Adm. James D. Satkins)是時隔33年後,再次有潛艦部隊出身的將領出任此一職位,使得潛艦體系在美國海軍的發言權相對提昇,而詹姆斯.渥特金斯自然也是新一代核能攻擊潛艦的強力支持者。

SSN-21核能攻擊潛艦項目的需求探討(探戈小組)

在1982年5月,美國海軍作戰部長辦公室(OpNav)主管潛艦作戰部門的副部長(Deputy Chief of Naval Operations for Submarine Warfare 、Op-62)尼爾斯.桑曼(Nils Thunman)上將召集了一些潛艦部隊的軍官以及相關工程師,組織了探戈團隊(Group Tango),研究接替洛杉磯級的新核能攻擊潛艦需求。尼爾斯.桑曼上將明白,這種新一代核能攻擊潛艦造價肯定會更為昂貴,但只要提供足夠的作戰能力,造價提高是可以接受的。此一計畫後來被美國海軍稱為二十一世紀核能攻擊潛艦(SSN-21)。

配合「前進戰略」,尼爾斯.桑曼中將要求探戈小組全面性地探討美國海軍新潛艦的任務需求,而不是僅僅以洛杉磯級的平台或戰鬥系統為基礎這類的保守構想。

在前進戰略之下,此種新核能攻擊潛艦著眼於前沿區域(靠近敵國本土主要基地的鄰近水域)執行任務,盡可能大量獵殺敵方水面艦隊以及彈道飛彈潛艦;又,因應蘇聯海軍的「堡壘」策略,新核能攻擊潛艦必須能穿透靠近蘇聯領土、海空防禦森嚴的「堡壘」防禦,獵殺由蘇聯最新型核能攻擊潛艦保護的核能彈道飛彈潛艦。因此,新核能攻擊潛艦必須擁有優秀的低跡訊能力來避免被蘇聯反潛網探測,並擁有頂級的水聲探測能力以及武器系統,在複雜作戰環境中獵殺蘇聯彈道飛彈潛艦,並擊敗企圖阻撓的蘇聯核能攻擊潛艦或水面反潛艦隊。

在這樣高目標密度、高威脅強度的作業環境下,核能攻擊潛艦首要之務,就是提高火力與持續作戰能力,每次進入蘇聯內海可以待得更久、獵殺更多目標,減少因為補給彈藥物資而反覆穿越蘇聯反潛防線的次數(這是潛艦最容易遭到攻擊的階段),提高攻擊潛艦的生存率與作戰效能。而在滲透入堡壘區內以後,蘇聯潛艦與反潛單位試圖獵殺在堡壘區內潛伏、極為安靜的美國核能攻擊潛艦時,反而要擔心誤傷蘇聯自己在區域內的潛艦(當時美國海軍評估認為蘇聯的戰場指揮管制能力不強,水下敵我識別能力極弱,誤擊的顧慮很大),因此美國核能攻擊潛艦的處境反而比穿透防線時安全。

依照著名海軍作家Norman Polmar在1985年9月訪問尼爾斯.桑曼中將本人的紀錄,當時「探戈小組」為此種新核能攻擊潛艦設定了七個方向,全面探討新潛艦的性能需求。這七個方面以及對應的基本要求如下:

1.航速:必須具備比洛杉磯級更高的航速,使得遭遇蘇聯潛艦時能保持戰術優勢。基於成本考量,桑曼中將領導的潛艦作戰部門同意稍微調降最大航速目標,使得反應器的功率需求能相對降低(從1970年代李高佛規劃先進效能高速核能攻擊潛艦(APHNAS)起,六萬馬力級的D1W壓水反應器是下一代核能攻擊潛艦的終極目標);相形之下,探戈小組更強調潛艦的戰術航速(Tatical Speed),也就是在維持足夠靜音能力(不發出推進器空蝕等顯著噪音)、維持足夠的被動聲納聽音效能之下,能達到的最大航速。探戈小組特別要求,新核能攻擊潛艦的靜音戰術航速必須達洛杉磯級的兩倍,至少在20節以上(當時美國估計蘇聯核能攻擊潛艦的靜音戰術航速只有6至8節);這樣,新核能攻擊潛艦在保持較低噪音以及良好被動聽音能力(不受自噪干擾)的同時,能擁有比蘇聯潛艦快得多的航速。在美、蘇雙方潛艦對陣,都在靜音戰術航速下用被動聽音試圖追蹤、捕捉對方時,新核能攻擊潛艦會因為較高的戰術靜音航速,在戰術走位、佔位都佔據上風;而如果蘇聯潛艦試圖提高航速來跟,就會被迫發出更大的噪音而且更嚴重地干擾自身聲納,更容易被美方捕捉與攻擊。

2.潛航深度:新核能攻擊潛艦必須挽回先前洛杉磯級因為性能取捨而喪失的潛航深度。

3.魚雷管數量:必須比洛杉磯級(四門)增加一倍,達到八門。而為了提高發射武器時的靜音能力,新核能攻擊潛艦考慮直徑更大的魚雷發射管,考慮的規格從26到30吋不等,這能讓直徑21吋(533mm)的制式魚雷更安靜地游出或射出魚雷管。而探戈小組也決定,魚雷彈射系統採用較安靜的水噴流彈射(Waterjet Ejection),取代原有的液壓活塞連桿式。

4.武器籌載:武器艙儲存可供再裝填的武器件數比洛杉磯級增加約一倍,從洛杉磯級的22件(含魚雷管為26件)增加為42件(含魚雷管為50件)。由於新核能攻擊潛艦以獵殺蘇聯潛艦為優先任務,而不是搭載戰斧飛彈攻擊陸地目標,因此不會像後期型洛杉磯級一樣裝置垂直發射器(但仍可由魚雷管發射戰斧巡航飛彈)。

5.北極區活動:由於蘇聯部署彈道飛彈潛艦的「堡壘區域」是北極圈內的巴倫支海(靠近北海艦隊基地莫曼斯克),因此需攻入堡壘的新核能攻擊潛艦自然需具備充分的極區活動能力。從1970年代美國海軍在北極圈跟蹤蘇聯彈道飛彈潛艦的經驗,蘇聯對於在冰層下部署運用彈道飛彈潛艦十分有興趣,而且具備在極區水域突破冰層、發射彈道飛彈的相關設計,因此自然能預期新核能攻擊潛艦需要在充滿浮冰的極區水域裡,搜尋與獵殺蘇聯彈道飛彈潛艦。

6.降低聲噪:取得對蘇聯潛艦的「聲學優勢」(Acoustic Advantage)是新核能攻擊潛艦的首要目標之一,包括盡可能降低本身噪音,以因應1980年代以來蘇聯新潛艦靜音方面的突飛猛進。美國海軍希望新核能攻擊潛艦能憑藉較高的靜音性能,躲避蘇聯反潛偵測而滲透入堡壘區域,搜索並列殺蘇聯潛艦,然後透過相對較高的靜音戰術航速脫離。

7.聲納效能:這也是取得「聲學優勢」的重要環節,提高本身水聲探測效能,在複雜的作戰環境下,於本身被探測到之前,先偵測並捕捉蘇聯彈道飛彈潛艦。蘇聯的「堡壘」在水深較淺,相對靠近海岸的巴倫支海等水域,水聲特性比深海遠洋複雜,而極區水域的浮冰產生的噪音也會造成干擾,要在這種環境捕捉蘇聯潛艦,對於被動聲納的挑戰自然更大。新核能攻擊潛艦特別強調被動聲學探測能力,包括使用寬孔徑陣列聲納(Wide Aperture Arry,AA)、拖曳陣列聲納,以及具備強大聲學處理能力的先進數位化作戰系統,能僅靠被動聽音進行目標動態分析(TMA),在不使用主動聲納暴露位置的情況下就能有效追蹤蘇聯潛艦並完成火控解算。

艦體材質方面,為了提高潛航深度以及突破北極冰層的能力,但又不至於讓潛艦結構重量過重,因此新核能攻擊潛艦打算引進強度比現役潛艦HY-80鋼板更高的新材料。先前研製洛杉磯級潛艦時,就考慮過HY-100(屈服強度約900MPa,相當於70kgf/mm2,比HY-80提高約25%)以及HY-130高張力鋼板(屈服強度約990MPa,相當於91kgf/mm2),但由於當時加工技術不成熟、施工良率不高,基於成本的考量而仍採用與上一代核能攻擊潛艦相同的HY-80。而在設計新核能攻擊潛艦時,「探戈小組」探討潛艦施工材料後,很快決定使用HY-130鋼來建造潛艦耐壓區域。

在1983年下旬,海軍部長李曼公佈了「探戈小組」的概念設計,並打算在1989財年編列建造首艦;當時為首艦設定的成本上限是16億美元,並希望從第五艘起可降為每艘10億美元。緊接著,海軍作戰部長渥特金斯在1983年12月批准了新核能攻擊潛艦的基本需求,距離探戈小組開始工作,已經過了一年半。

初步設計

依照1983年12月批准的新型核能攻擊潛艦基本需求,美國海軍海上系統司令部(NAVSEA)隨即展開新潛艦的初步設計(Preliminary Design)。同月,美國海軍同時與當時境內僅剩的兩家核能潛艦承包商:通用電船(General Dynamics Electric Boat)以及紐波特紐斯(Newport News)簽署新型核能攻擊潛艦的初步設計合約。

先前紐波特紐斯擔負洛杉磯級核能攻擊潛艦的細部設計工作(這是第一次美國海軍把核能潛艦細部設計交給通用電船以外的廠商),而通用電船則負責俄亥俄級(Ohio class)核能彈道飛彈潛艦的細部設計工作。美國海軍打算同時維持這兩家船廠的設計能量,並取兩者之長,因此在SSN21初步設計階段讓兩廠組成聯合設計團隊(Joint Design Team),在海上系統司令部領導下,一同進行SSN21的初步設計工作;然後在接下來的細部設計(Detail Design)階段,再透過競標方式決定細部設計的主承包商。

SSN-21最早的初步設計工作反應了許多過去美國核能潛艦不具備的新設計,一些在1970年代因為成本考量而被否決的指標跟構想又再次重提。此外,許多以往在李高佛上將任職期間被否決的新構想,在新核能攻擊潛艦項目中獲得重新審查,包含改進潛艦鋼材強度、提高潛航深度等等。

海上系統司令部公佈的第一批SSN21潛艦草圖有許多新特徵:

1.八具魚雷管全部布置在艦首正面,朝前方伸出,類似蘇聯潛艦。1960年代以來美國核能潛艦為了在艦首布置涵蓋面最佳化的球型陣列聲納,魚雷管都布置在陣列聲納後方兩側、斜向發射;這種布置限制了潛艦發射魚雷時的航速以及機動,而且發射後水流比較容易弄斷導線。因此,基層潛艦部隊不少人希望採用簡單的前向布置魚雷管。

2.聲納系統方面,由於使用前向魚雷管,因而放棄了艦首球型陣列聲納,改用一種嶄新的技術:先進適型聲納陣列系統(Advanced Conformal Sonar Array System,ACSAS),聽音陣列裝在艦體外表,敷設整個艦首外型,並在魚雷管外門位置留下開口。如此,既把前向射界讓給魚雷發射管,又能使聲納陣列佈滿整個艦首,獲得很大的聲納陣列面積,提高了聲納的增益。不過ACSAS陣列沿著艦首外型布置,如何讓這種不規則型陣面合成聲納波束,對後端控制的計算機帶來極大挑戰。除了ACSAS之外,新核能攻擊潛艦還擁有寬孔徑陣列聲納(Wide Aperture Arry,AA)以及線性被動拖曳陣列聲納。

3.參考蘇聯潛艦的流線型帆罩,長度更短且更好地與船艦輪廓融合,降低航行阻力。美國海軍潛艦基層人員認為,相較於美國海軍核能潛艦慣用的帆罩構型,蘇聯潛艦的流線型低阻力帆罩,在萬一潛艦突然失去動力時,潛艦航速不至於下降得太快而發生失控性橫滾。

4.前水平舵從帆罩兩側(過去二十年多以來美國海軍核能潛艦的一貫設計),改移到艦首上方並採用可折收設計,更利於在北極海域操作時突破冰層上浮(此時水平舵收起,避免突破冰層時被撞壞)。美國海軍從1982財年開始訂購的洛杉磯級改進型(Improved Los Angeles,簡稱688-I型,SSN-751起)就採用了艦首上方伸縮水平舵的設計。

5.艦尾舵方面,採用非傳統的Y型尾舵,其概念類似X型舵(每個舵面都參與水平與垂直的航向控制),兼具改善操控性以及減輕重量(比十字舵跟X型舵都少一片舵面)的特性。

6.採用最先進減振降噪科技來提高靜音能力,包括使用遠比先前美國潛艦更為安靜且緊致的機電設備(反應器、蒸氣渦輪、發電機、輔機)、安裝輪機設備的多層減震浮筏、艦體表面消聲瓦等。此外,引進新的泵噴(Pump Jet,見下文)推進器來取代傳統螺旋槳,可大幅提高戰術靜音航速。泵噴推進器首先被英國皇家海軍核能攻擊潛艦使用,而當時美國海軍決定為1988年以後建造的改進型洛杉磯級核能攻擊潛艦換裝泵噴推進器。

早期新核能攻擊潛艦草案的艦體長度與洛杉磯級相當,但是艦體直徑加大,使得整個潛艦輪廓更粗、長寬比下降,獲得更好的流體操控性能。與先前洛杉磯級相似,SSN21艦體中部區域是平直的圓桶外型,以便布置WAA寬孔徑陣列聲納。新核能攻擊潛艦預定使用的動力系統是S6W,是先前D1W反應器的延續,功率要求稍微降低。艦體結構方面,新核能攻擊潛艦預計使用HY-130鋼材來製造耐壓殼。

此外,新核能攻擊潛艦項目也曾考慮應用聚合物噴灑系統(Polymer Ejection System),在航行時於艦首噴灑黏性聚合物液體(viscous polymer liquid)形成一個塗層,降低流體阻力與噪音。這是1970年代初期美國海軍船艦研究發展中心(Naval Ship Research and Development Center at Carderock, Maryland)主導的超越計畫(Project Surpass,SURPASS)的後續研究,當時曾在大青花魚號(USS Albacore AGSS-569)實驗潛艦上測試原型系統;隨後,大鯧鰺級(Permit class)核能攻擊潛艦的小丑魚號(USS Jack SSN-605)威廉.貝特號(USS William H. Bates SSN-680)也安裝了聚合物噴灑系統,分別測試降噪與降低阻力的效能。

其他在新核能攻擊潛艦初步設計探討的新構想,包括配置在艦殼外佈的武器籌載等等。魚雷發射系統也考慮過全自動裝填,減少人力需求並提高持續發射的速率。

SSN 21設計定案

這種新核能攻擊潛艦初步設計公佈後,經評估被認為技術野心跟風險過大,在許多不同的關鍵領域(包括艦體材料、推進系統、流體構型、水聲處理)都應用了尚未驗證的嶄新技術。以往美國潛艦發展計畫,都會控制新一級潛艦採用全新技術的比重,避免讓新一級潛艦承擔過大的風險,導致成軍戰備的時程遭到延誤。海上系統司令部後續進一步探討初步設計,就發現許多構想在當時技術之下仍難以實現,或者有安全上的顧慮。經過許多權衡跟取捨,新核能攻擊潛艦的初步設計做出許多妥協:

第一,嶄新的ACSAS適型陣列被放棄,因為要使這種不規則型陣列合成聲納波束,當時計算機的能力無法負擔。所以後來新核能攻擊潛艦仍然只能回到球型艦首陣列聲納的基本構型,連帶使魚雷發射管也改回先前的設計,斜向布置在艦首聲納後方。

第二,帆罩方面,新核能攻擊潛艦初期打算使用與蘇聯潛艦類似的流線型帆罩,但隨後還是改回美國海軍核能潛艦過去的帆罩構型,唯一的改進是在帆罩前端跟部設置一個楔型的填角(Wedge),降低流體阻力跟噪音。

第三,放棄初期構想的Y型尾舵,改回傳統十字舵面,此外在水平舵以及下方垂直舵之間,設置一對朝斜下方的二面角穩定鰭(Dihedral Fins),有助於提高潛艦航行的安定性,降低高速迴轉時發生突發性橫滾(Snap Roll)而失去深度的概率。此外,艦上的兩套拖曳陣列聲納(粗線型TB-16以及細線型TB-23)的施放口,也設置在二面角穩定鰭尖端末稍。洛杉磯級改進型(688-I)從SSN-768起,也加裝這種二面角穩定鰭。

第四,原本新核能攻擊潛艦考慮過全自動魚雷裝填系統來降低人力需求以及提高發射速率;但在後續的評估中,基於可靠度等考量,這個構想遭到放棄,仍回到傳統的人力裝填加上動力機械輔助的構型。

而泵噴推進器則獲得保留,因為提高潛艦靜音戰術航速的需求至關重要。

雖然回到球型聲納佈局,但新核能攻擊潛艦使用的聲納陣列是海軍水下系統中心(NUSC)研發的新一代球型陣列聲納。先前美國核能攻擊潛艦使用的AN/BQS-6(長尾鯊號起)以及AN/BQS-13球型陣列(屬於AN/QQ-5,改良型鱘魚級開始)都採用發射/接收陣列整合為一的構型;而新核能攻擊潛艦使用的新球型陣列,採用了發射陣列與接收陣列分離的設計,這使得被動聽音陣列(只需要接收)能擁有更大的尺寸。先前AN/BQS-6、AN/BQS-13的球型陣列直徑約為15英尺(4.57m);而新核能攻擊潛艦的球型被動陣列直徑則大幅提高到24英尺(7.315m),有效提高了陣列天線的增益(即靈敏度),顯著改善低頻接收能力;由於靈敏度提高,接收單元再也不需要通過主動聲納拍發的高功率脈衝拍發(ping)信號。

除了最先進的聲納之外,SSN 21還打算配合引進當時正在規劃的AN/BSY-2潛艦作戰系統。在1980年代,美國海軍啟動潛艦先進作戰系統(SubACS)計畫,發展一種採用分散式架構、供潛艦使用的整合作戰系統;SubACS的第一代系統AN/BSY-1用於改進型洛杉磯級(688-I),隨後第二代的AN/BSY-2就用於SSN 21上。

艦體材質方面,最初新核能攻擊潛艦打算完全用HY-130高張力鋼板 製造耐壓區,希望潛航深度能超過蘇聯一些鈦合金製造的潛艦。但由於HY-130的焊接難度過 高,很容易失敗,最後退球其次,耐壓區域以HY-100高張力鋼板為主,重點部位以HY-130製造。

然而,這種新核能攻擊潛艦初步設計也被認為技術野心跟風險過大,在許多不同的關鍵領域(包括艦體材料、推進系統、流體構型、水聲處理)都使用尚未驗證的嶄新技術。以往美國潛艦發展計畫,都會控制新一級潛艦採用全新技術的比重,避免讓新一級潛艦承擔過大的風險,導致成軍戰備的時程遭到延誤。海上系統司令部後續進一步探討初步設計,就發現許多構想在當時技術之下仍難以實現,於是持續修改調整過調整之後。最終,定案的新核能攻擊潛艦設計做出不少妥協。由於這是因應21世紀作戰需求設定的潛艦,因此美國海軍將這種新核能攻擊潛艦項目命名為SSN 21。

相較於最初版本的初始設計,最終的SSN 21定案做出以下修改:


第一,對於嶄新的ACSAS適型陣列,要讓這種不規則型陣列生成波束,並非當時計算機能力可以負擔。所以最後SSN 21回到了傳統的球型艦首陣列聲納,連帶使魚雷發射管也改回先前的設計,斜向布置在艦首聲納後方。

第二,新核能攻擊潛艦初期打算使用與蘇聯潛艦類似的流線型帆罩,但隨後還是改回美國海軍核能潛艦過去的帆罩構型,唯一的改進是在帆罩前端跟部設置一個楔型的填角(Wedge),降低流體阻力跟噪音。

第三,放棄初期構想的Y型尾舵,改回傳統十字舵面,此外在水平舵以及下方垂直舵之間,設置一對朝斜下方的二面角穩定鰭(Dihedral Fins),有助於提高潛艦航行的安定性,降低高速迴轉時發生突發性橫滾(Snap Roll)而失去深度的概率。此外,艦上的兩套拖曳陣列聲納(粗線型TB-16以及細線型TB-23)的施放口,也設置在二面角穩定鰭尖端末稍。洛杉磯級改進型(688-I)從SSN-768起,也加裝這種二面角穩定鰭。

第四,原本新核能攻擊潛艦考慮過全自動魚雷裝填系統來降低人力需求以及提高發射速率;但在後續的評估中,基於可靠度等考量,這個構想遭到放棄,仍回到傳統的人力裝填加上動力機械輔助的構型。

而泵噴推進器則獲得保留,因為提高潛艦靜音戰術航速的需求至關重要。

雖然回到球型聲納佈局,但SSN 21使用的聲納陣列是海軍水下系統中心(NUSC)研發的新一代球型陣列聲納。先前美國核能攻擊潛艦使用的AN/BQS-6(長尾鯊號起)以及AN/BQS-13球型陣列(屬於AN/QQ-5,改良型鱘魚級開始)都採用發射/接收陣列整合為一的構型;而SSN 21使用的新球型陣列,採用了發射陣列與接收陣列分離的設計,這使得被動聽音陣列(只需要接收)能擁有更大的尺寸。先前AN/BQS-6、AN/BQS-13的球型陣列直徑約為15英尺(4.57m),而的球型聲納的被動陣列直徑則大幅提高到24英尺(7.315m),有效提高了陣列天線的增益(即靈敏度),顯著改善低頻接收能力;由於靈敏度提高,接收單元再也不需要通過主動聲納拍發的高功率脈衝拍發(ping)信號。

先前美國歷代核能潛艦,對於帆罩尺寸的取捨有過反覆拉扯;縮小帆罩的長度、高度(較小的表面積)有助於降低流體阻力,對於潛艦操縱比較有利,而且可降低流體噪音。然而,縮小帆罩尺寸會導致空間不足,減少可以安裝的桅杆的數量;以美國海軍第一種靜音型核能攻擊潛艦長尾鯊號(USS Thresher SSN-593)/大鯧鰺級(Permit class)為例,為了減低阻力,帆罩尺寸與高度比前一代飛魚級(Skipjack class)大幅減低,但這導致內部空間不足,只能配備一座潛望鏡(而不是傳統的兩部),通氣管安裝位置也難以最佳化;此外,帆罩變矮,連帶使得維持潛望鏡深度航行變得更加困難(艦體離水面會相對較近,更容易受海面興波影響),浮航時海浪也更容易打過帆罩頂上的瞭望哨。於是後續鱘魚級(Sturgeon class)核能攻擊潛艦又增加了帆罩的高度與長度,容納更完整的潛望鏡以及電子截收天線組合。到了洛杉磯級時,為了達到30節以上的最大航速,帆罩長度與高度又縮小,天線桅杆的數量減少到四根,使得電子截收涵蓋的頻譜打了折扣。到了SSN 21時,由於是基於前進戰略,並需要在北極海域作業,無論是獨立蒐集電子情報的能力或者突破冰層的能力(需要強化帆罩)都十分重要,因此帆罩尺寸又比洛杉磯級增加,可以容納六根天線桅杆(回到鱘魚級的水平),並透過帆罩前端新增的填角來降低航行阻力。

艦體材質方面,最初新核能攻擊潛艦打算完全用HY-130高張力鋼板 製造耐壓區,希望潛航深度能超過蘇聯一些鈦合金製造的潛艦。但HY-130雖然從1960年代就開始發展,可是焊接與加工難度難度過高,很容易失敗,到190年代中期仍無法成熟。由於1980年代中期,HY-100高張力鋼材首次應用在1985財年編列的兩艘改進型洛杉磯級上(SSN-755與756,插入了HY-100鋼板製造的分段),因此美國海軍決定SSN-21退而求其次,以HY-100高張力鋼板製造耐壓區域。雖然有所妥協,但比起先前的HY-80,潛航深度仍算是有進步(雖然無法達成原訂的提升幅度)。此外,據說SSN-21部分重點部位仍有採用HY-130。

小結以上,最後定案的SSN 21,跟先前「探戈小組」最初的規劃相比,只有在聲納性能、降低聲噪以及北極操作能力完全達標,而其他指標(如操作深度、魚雷武器系統)都有索妥協。雖然如此,SSN 21各方面主要性能,包括最大航速、最大戰術航速、潛航深度、靜音能力、聲學感測能力、魚雷發射管數量以及武器籌載量等,全部大幅優於先前的洛杉磯級,而排水量也從洛杉磯級的六千噸級提高到九千噸級,增加了1/3。

SSN-21的目標是在進入21世紀後,能繼續維持美國海軍核能攻擊潛艦的優勢, 在大洋與北極海冰洋勝過任何蘇聯現有與未來核能潛艦──包括1980年代開始陸續出現的蘇聯第三代核能攻擊潛艦(如維克托III型,以及隨後更新型的Project 945 Sieera I/II級與Project 971 Aklua級)以及當時預估會在1993年出現的第四代蘇聯核能攻擊潛艦,並取得水下的制海權。

值得一提的是,1970年代美國海軍研擬後續核能攻擊潛艦需求時,對於在前沿地區獵殺敵方船艦的高端任務,就已經提出提高潛艦武器籌載的指標,使潛艦能在前沿持續作戰更久時間、獵殺更多目標並減少往返穿越敵方防線的次數;當時的具體方案是將潛艦魚雷管數量增至八門,武器籌載量增至40至50枚,而這些數字在1980年代研擬SSN 21時都獲得落實。

成本爭議

集各項新技術以及最高規格的SSN-21,預估成本十分驚人。以1989財年幣值估計,這個計畫需耗資336億美元,平均每艘高達11.58億美元,以當時而言是天價 。SSN 21首艦被命名為海狼號(USS Sea Wolf SSN-21)。

早在1983年下旬美國海軍部長公佈SSN-21概念設計並時,預定在1989財年編列建造的首艦,預估成本上限就高達16億美元,後續艦目標是第五艘起將到每艘10億美元,這樣的數字遠超過先前的洛杉磯級;即便是支持擴張海軍的雷根政府任內,美國政府內、外對於SSN-21高昂的成本,都有不少爭議。

在1984年,負責制訂政策計畫的瑞士裔國防部助理部長(Under Secretary of Defense for Policy)福瑞德.艾克萊(Fred Iklé)進行一項秘密研究,審視美國海軍核能潛艦的採購政策,認為美國海軍攻擊潛艦需求窄化到了僅僅針對反潛獵殺,而且SSN-21成本過於高昂。福瑞德.艾克萊以及他的副次長扎克海姆博士(Dr. Dov S. Zakheim)委託著名海軍分析專家諾曼.波爾馬(Norman Polmar)審查SSN-21項目,並在1985年1月提交了報告;這份報告從成本效益的角度,嚴厲批評了SSN-21項目。當時美國海軍打算以每個財年三艘的速率訂購SSN-21,相同的資金足以訂購七艘洛杉磯級,亦即每艘SSN-21價格是洛杉磯級的兩倍不止,質疑建造如此昂貴的核能攻擊潛艦的必要性。當時美國海軍反擊諾曼.波爾馬的報告,表示只有SSN-21能在蘇聯水域取得制海權,並獵殺蘇聯彈道飛彈潛艦,洛杉磯級不具備這樣的能力。

美國國會對於昂貴的SSN-21也有許多質疑。對於這類質疑,美國海軍在公開場合都避免與反對者直接爭論,僅片面重申堅信SSN-21的價值。美國海軍在國會中也搬出1980年代中期出現的蘇聯Project 971鯊魚級(Akula class)核能攻擊潛艦,此種潛艦的靜音性能大致上已經趕上洛杉磯級,航速不低於洛杉磯級(甚至猶有過之),而潛航深度、預備浮力等則明顯超過洛杉磯級。因此發展高端的SSN-21潛艦有絕對的必要,如此美國海軍才能重新取回水下作戰的優勢。

依照美國科學家聯會(Federation Of American Scientists,FAS)的資料,在1991年時,估計建造12艘海狼級就需要336億美元,平均每艘高達28億美元;粗估光是建造海狼級這一型潛艦就會佔據美國海軍1/4的整體造艦預算。隨著蘇聯在1990年代初期 解體,造價昂貴的海狼級失去了必要性。

細部設計階段

推進系統方面,貝蒂斯原子能動力實驗室(Bettis Atomic Power Laboratory,BAPL)以及其次承包商通用電船公司獲得美國海軍合約,負責設計SSN-21的核子動力推進系統;其中,BAPL負責研發反應器,反應器由次承包商威斯汀豪斯(Westinghouse)製造,而通用電船負責設計整套核能推進系統以及該區域的艙室,包括建造全尺寸陸地模型進行測試驗證。 

在1986年下半,SSN-21的初步設計告一段落,通用電船與紐波特紐斯進入細部設計的競爭階段。然而,同時期通用電船的制圖部門發動罷工,妨礙了該公司提交細部設計工作,結果由紐波特紐斯贏得SSN-21的細部設計合約。不過,由於通用電船負責設計SSN-21的核子推進系統,因此還是以次承包商的身份參與SSN-21細部設計工作;因此,從核子反應器艙開始,後半艦體的設計工作用轉包給通用電船負責設計,新港紐斯負責前半段艦體的設計以及最終的整合。這使得SSN-21出現了美國海軍潛艦發展史上前所未有的現象,由兩家公司聯合進行細部設計工作。等到細部設計工作完成之後,再由兩廠進行競爭程序,決定誰是首艦建造工作的主承包商。

SSN-21的細部設計在1987年1月正式展開,美國海軍首先與新港紐斯、通用電船簽署過渡性細部設計合約,緊接著在同年4月簽署正式的設計合約(固定價款加激勵)。細部設計分為兩個階段:首先是為期一年的合約設計(仍由美國海軍主導、承包商配合),在1988年5月完成,然後兩家船廠花一年時間進行競爭程序,在1989年年底選定建造首艦的主承包商。SSN-21首艦預定在1989年11月開工,美國海軍希望屆時細部設計工作能完成70%~80%。

然而,美國海軍讓兩家船廠組成聯合團隊進行細部設計,過程產生不少麻煩,導致原訂細部設計的工作期程嚴重落後。首先,通用電船跟新港紐斯的工作程序跟習慣有很大的不同。在海狼級的設計工作中,首次引進電腦輔助設計(CAD)技術,希望能改善工作效率;此外,也引進通用電船先前建造俄亥俄級核能彈道飛彈潛艦時首度採用的模組化建造技術,希望能降低成本。在當時,歷史悠久的通用電船同時採用傳統人工製圖以及新的電腦輔助設計(CAD)製圖,但新港紐斯則已經全面轉換成電腦輔助設計,且兩家公司的CAD系統都是各自發展的,彼此並不相容。這兩家船廠的工作流程以級制度也沒有統一,細節程序如零部件編號、潛艦內部電纜布置、通風管道建造、管線支架、電焊規格等,全都不相容。例如,負責艦體前段設計工作的新港紐斯船廠,必須花一番功夫將自身設計圖紙、建造說明、材料清單等相關設計資料,轉換成符合通用電船格式的工作包(Work Package),顯著增加了工作量;而美國海軍在船艦設計建造工程中經常不斷增加設計修改,再加上新港紐斯船廠將設計資料轉換成通用電傳格式的工作,形成惡性循環,使得進度不斷落後。另外,新港紐斯跟通用長期以來就是潛艦產業的競爭對手,雖然在SSN-21細部設計階段必須合作,但在接下來的建造合約又是競爭關係;因此,雙方將自己的設計工作視為機密,不願意與對方分享。

由於這些問題,美國海軍只能被迫介入作為兩家船廠的中介協調者,並且必須介入高層決策,以解決各項細部設計問題,並批准設計相關資料。這樣複雜的作業導致SSN-21的細部設計工作大幅落後,到1988年中兩家船廠預定開始競標首艦建造合約時,細部設計工作只完成5%。

作戰系統

SSN-21計畫預定使用的作戰系統,是1980年代美國海軍潛艦先進作戰系統(SubACS)項目的後階段產品(另有專文介紹)。美國海軍在1980年4月首度提出SubACS項目,目標發展一種分散式架構的整合作戰系統。最初SubACS項目預定分成三階段:第一階段SubACS A型系統於1983至1985年度裝備於新造的第一批改良型洛杉磯級(688-I)核能攻擊潛艦 (SSN-751~759),第二階段的SubACS B型系統於1986財年開始裝備於後續剩下的688-I級潛艦(SSN-660~772),第三階段SubACS B prime系統用於SSN-21上。

由於SubACS發展並不順利,進度落後且預算超支,美國海軍在1984年8月到1985年3月接連三次重整SubACS項目,在1985年8月改成兩個階段:第一階段是AN/BSY-1戰鬥系統,用於688-I型潛艦,接著為SSN-21項目開發AN/BSY-2潛艦先進作戰系統(Submarine Advanced Combat System,SUBACS)。 AN/BSY-1由IBM作為主承包商(IBM在1983年就獲得合約),而AN/BSY-2則由IBM與RCA競爭,RCA後來為通用電機(General Electric,GE)航太潛艦系統分部(後成為Martin Marietta,日後再跟洛克西德合併為洛克西德.馬丁)。在1988年1月,RCA擊敗IBM,贏得AN/BYS-2潛艦先進作戰系統(SUBACS)的發展合約。

由於先前已經有開發AN/BSY-1的經驗,美國海軍認為AN/BSY-2的開發工作只是中度風險項目;然而,實際上美國海軍低估了AN/BSY-2的開發難度。AN/BYS-2是一種擁有320行程式語言的大型複雜系統,是美國第一種分散式架構的潛艦戰鬥系統,並完全整合了艦上的聲納與射控,整個架構十分複雜,軟體應用規模更是空前龐大。BSY-2的軟體由美國國防部制訂的軍規高階標準語言(ADA)撰寫,當時ADA語言啟用未久,熟悉的工程師不多,主承包商GE無法獲得足夠的軟體工程師來開發。美國海軍原本預估AN/BSY-2的開發時間(包含研發、測試、整合到交付)需要六年半,但實際上還是不夠。 

首艦命名

以往美國海軍攻擊潛艦一向以海洋生物、魚雷等來命名;核能彈道飛彈潛艦問世之後,啟用了人名來命名,但核能攻擊潛艦仍維持以往的傳統。然而1970年代開始,「核子潛艦之父」──美國海軍反應器辦公室主管海曼.李高佛(Hyman G. Rickover)開始啟用人名來取代海洋生物,作為核能攻擊潛艦的命名,包括三艘鱘魚級(SSN-680、686、687)以及作為電力推進實驗潛艦的葛蓮納.林普斯康號(USS Glenard P. Lipscomb SSN-685),這些都是國會裡支持李高佛核子動力海軍事業的重量級議員。隨後的首批12艘洛杉磯級核能攻擊潛艦,使用的城市名都是先前支持李高佛的國會議員的故鄉;此後,核能攻擊潛艦就完全改用城市命名。

在1982年1月31日,在海軍部長李曼運作下,雷根總統簽下了高齡81歲的李高佛的退伍令。李高佛去職之後,包括海軍作戰部長(CNO)詹姆斯.渥特金斯(Adm. James D. Satkins)等潛艦部隊出身的軍官強烈要求SSN21項目恢復使用海洋生物名的傳統,擺脫李高佛開始的潛艦命名「政治化」。在1986年,美國海軍史上第二艘核子潛艦海狼號(USS Sea Wolf SSN-575)準備除役,海軍部長李曼隨即同意SSN-21首艦繼承海狼號的艦名,成為了海狼級(Sea Wolf class)。

LSV-1測試載具:紅鮭魚號

在1987年SSN-21展開細部設計工作時,為了測試驗證海狼級潛艦的流體特性,美國海軍海上系統司令部(Naval Sea Systems Command,NAVSEA,SEA 92R)的聲學研究分部(Acoustic Research Detachment,ARD)設計建造了大比例載具1號(Large Scale Vehicle,LSV-1)來進行實體測試。

LSV-1命名為紅鮭魚號(Kokanee),外型是海狼級潛艦的1/4比例,是一艘能在水下航行的無人載具,長度90英尺(27.432m),寬10英尺(3.048m)、重168噸,能源是一個25噸的閥門控制鉛酸蓄電池(Valve Regulated Lead Acid,VRLA),帶動一個3000馬力的直流電動馬達推進。LSV-1在1987年11月交付,在位在愛達荷州北部Bayview的龐多雷湖(Lake Pend Oreille)、屬於海軍水面作戰中心卡迪洛克分部(Naval Surface Warfare Center's Carderock Division, NSWCCD)的實驗場域進行各項水動力實驗。 

(上與下)在愛達荷州龐多雷湖上測試的LSV-1

正連結在操作平台旁的LSV-1

LSV-1結構圖

日後,美國海軍利用LSV-1進行先進潛艦技術發展(Advanced Submarine Technology Development)計畫,稱為大比例展示系統(Large Scale Demonstrator System),進行一系列流體動力(hydrodynamic)、流體聲學(hydroacoustic)、流體管理(flow management)、機動性測試等,此外也包括測試用於將來新核子動力攻擊潛艦的先進推進器、聲納與處理技術等。

在1999年11月,LSV-1改裝一個先進帆罩(Advanced Sail)。為此整個載具重新進行配平潛航驗證(trim verification dive)以及傾斜實驗(inclining experiment),測試顯示新帆罩為LSV-1帶來的改變如重量、應力彎曲(moment)以及BG(浮心與質心相減)等都符合預期。LSV-1改裝先進帆罩在1999年11月17日進行第一次測試,測試會在帆罩施加壓力,測試測試連接鉚丁(ttachment bolts)以及鉚丁上的塗層所承受的最終扭力(final torque);實驗人員收集帆罩上感測器的數據,估算出帆罩在各種潛航深度的受力情況。

 

進入建造階段/美蘇冷戰緩和的衝擊

隨著1988年AN/BSY-2戰鬥系統選定承包商,美國海軍也開始進行海狼級首艦建造合約的競標工作。在1988年12月,新港紐斯造船廠(Newport News Shipbuilding)抱怨由於AN/BSY-2的設計,妨害到AN/BSY-2水下作戰系統整合到海狼級核能攻擊潛艦的工作。早在AN/BSY-2確定承包商之前,新港紐斯已經進行海狼級設計工作一段時日,當時只能以較為模糊與彈性的規格進行相關設計;在1988年初正式選擇GE之前,新港紐斯無法與當時仍在競爭的廠商(GE與IBM)建立直接聯繫;結果最後得標的GE的設計,與新港紐斯的船艦設計顯著不同(包括實際的空間、重量等),新港紐斯只好在1989年6月通報海軍,必須為此重新設計艦首段的佈局,使計畫進度落後超過一年,成本也增加不少。

在1987年4月10日,雷根任命的第一位海軍部長、推動「600艦大海軍」以及攻勢性海洋戰略的約翰.李曼卸任,結束了六年的任期;繼任的海軍部長吉姆.韋伯(Jim Webb)與威廉.巴爾(William L. Ball)任期都不長,也沒有如同李曼對海軍的支持力道。少掉李曼的大力支持以及政治影響力,美國海軍爭取資源跟預算,再也無法像先前李曼任期一樣有優勢。

先前在1982年7月,美國海軍規劃從1989財年到2000財年(共12個財年),陸續編列建造30艘SSN-21型攻擊潛艦(也有說法是29艘),取代早期型洛杉磯級潛艦,平均每個財年約建造2.5艘。1987年約翰.李曼卸任後,美國海軍在1989財年預算中的未來六年造艦計畫中,打算在1989到1995財年陸續編列15艘海狼級,其中在1989財年編列首艘原型艦,1990年專注於首艦測試而不編列,1991以及1992財年各編列兩艘,1993與1994財年各編列三艘,在1995財年編列四艘;總計在六個財年共編列15艘,平均每個財年編列2.5艘。美國國會審查1989財年國防授權法案時,同意了海軍前三個財年(1989到1991財年)的規劃,在1989財年訂購首艘海狼級,1991財年編列第二、第三艘。

在1989年1月,海狼級首艦建造工作的競標結果正式揭曉,由通用電船以較低的金額獲得;通用電船投標的建造金額是7.62億美元,不包含政府供應項目(Government Furnished Equipment,GFE,如推進系統、電子及武器系統等)。

1989年1月,繼任雷根的喬治.布希總統(George HW Bush)上任。雖然喬治.布希是先前雷根的副總統,但他上任之後美蘇冷戰就全面緩和;在1989年11月,東德政府全面開放對鄰國邊境政策而引發「柏林圍牆倒塌」,緊接著蘇聯在戈巴契夫領導下轉向政治與經濟開放,對蘇聯的東歐加盟國也紛紛鬆綁。美蘇冷戰突然和緩,自然嚴重衝擊了美國軍方的各項軍備計畫,而昂貴的海狼級項目自然首當其衝。

在1990年4月,布希總統的國防部長迪克.錢尼(Dick Cheney)啟動「主要作戰船艦」審查(Major Warship Review),審查美國海軍的所有船艦採辦計畫。而美國國會不滿海狼級項目的成本控制,參議院武裝部隊委員會首先刪除1991財年起SSN-21潛艦項目的所有預算,稍後眾議院武裝部隊委員會在1990年7月恢復了預算。然而,根據在1990年8月,國防部長錢尼批准了在1991財年編列第二艘海狼級(SSN-22)。然而,依照「主要作戰船艦」結果,海狼級生產的速度遭到放緩,每二年建造三艘(每財年平均建造1.5艘)。在新的計畫之下,1991財年只編列1艘,1992財年編列2艘,1993財年1艘,1994財年2艘,到1994財年為止包含首艦只訂購7艘,而最終的採購總數暫時訂為12艘。

接下來,美國國防部在1991年2月提交的未來六年國防項目中,進一步下修海狼級的採購速率,1991到1995財年,每財年只購買1艘;而從1996到1999財年則以每兩年三艘的速率編列,逐年採購數量分別為1996財年2艘、1997財年1艘、1998財年2艘、1999財年1艘。依照此時的規劃,潛艦役期若以30年計算,美國海軍核能攻擊潛艦的總數會大幅下修至45艘,還不及雷根剛上任時設定的一百艘核能攻擊潛艦的一半。而考慮到美蘇冷戰緩和、潛艦造艦需求大幅降低,美國國防部還考慮整併美國的核能潛艦製造商,只保留通用電船一家,將新港紐斯的核能潛艦業務併入通用電船。兩船廠相形之下,新港紐斯是美國海軍設計、建造核子動力航空母艦的獨家船廠,此外當時還建造商船;而通用電船只有設計建造潛艦的單一業務而已。因此,美國國防部有意讓所有的海狼級都由通用電船來建造。

在紐波特紐斯船廠以及該廠所在的維吉尼亞州議員努力遊說之下,美國海軍同意讓第二艘海狼級仍採取兩廠競標,不過通用電船還是以較低的投標金額,在1991年5月3日得標。雖然紐波特紐斯對此提起訴訟,但最後未能改變結果。在訴訟過程中,法院曾透露海軍的想法;在後續四艘海狼級(第三到第六艘)之中,讓其中三艘交由紐波特紐斯建造,通用電船一艘。如此,前六艘海狼級之中,通用電船跟紐波特紐斯各分得三艘。

海狼級後繼型潛艦上路(百夫長級)

在1988年海狼級還在細部設計階段時,美國海軍就開始研究海狼級之後的繼任核能攻擊潛艦,似乎已經意識到價格昂貴的海狼級不可能建造足夠數量成為海軍的主力。

在1991年1月,海軍作戰部長法蘭克.凱爾索二世(Frank Kelso II)下令,啟動新一型核能攻擊潛艦的概念研究,著眼點就是經濟上可負擔(Affordable)。稍後,凱爾索二世在1991年2月21日在國會聽證會上,公開了接替海狼級的低成本新核能攻擊潛艦項目,稱為百夫長(Centurion)。

凱爾索二世在1991年9月表示,在首艘百夫長核能攻擊潛艦獲得編列之前,美國海軍仍計畫每個財年購買一艘海狼級,而他預期海狼級的總數不會超過7到8艘。在1991年10月,凱爾索二世批准了百夫長潛艦的任務需求說明(Mission Need Statement,MNS)文件,並在1992年1月確定了百夫長潛艦的性能需求清單,其成本目標設定大約是每艘6億美元,是同時期海狼級的一半,與後期洛杉磯級差不多。百夫長潛艦項目後來成為新型核能攻擊潛艦(New SSN,NSSM),產物就是後來的維吉尼亞級(Virginia class)。

後冷戰時代來臨/海狼級大幅減產

在1991年4月1日,華沙公約組織解散;在1991年12月25日,蘇聯正式解體。蘇聯突然消失,使得依照1980年代雷根政府「前進戰略」、攻勢性海上戰略的海狼級核能攻擊潛艦,必要性蕩然無存。1990伊拉克入侵科威特導致的波斯灣戰爭,美國海軍主要作戰任務是對地投射武力(航母出動艦載機、船艦發射戰斧巡航飛彈等),過去美國海軍努力打造的在大洋上爭奪制海權以及反潛作戰等傳統作戰能力,幾乎陷入無用武之地。冷戰結束使得美國海軍頓失去全球唯一可等量齊觀的「同儕對手」,也使美國海軍立刻面臨各種轉型的思考。

在1992年1月29日,美國國防部長錢尼宣布,將取消海狼級核能攻擊潛艦項目,只有已經在1989財年編列的首艦付諸建造;錢尼也要求國會撤銷1991財年編列的海狼級二號艦預算。錢尼更進一步表示,將暫停採購新潛艦,直到1997財年才編列第一艘百夫長級潛艦。

對於這項突然的轉變,美國國會自然大力反對;百夫長級潛艦最快要等到1990年代末期才能完成設計,並進入採辦和建造階段如果期間美國潛艦產業失去所有新艦訂單,潛艦生產線將被迫停止,大量有經驗的員工將會流失,而供應鏈裡許多廠商也勢必關門。由於建造潛艦的各項技術(包括耐壓鋼板的焊接加工、許多潛艦特有的設備等)都無法應用到其他領域,如果貿然結束所有潛艦生產工作,美國潛艦工業的許多寶貴根基都會徹底流失;除非有人能保障未來永久和平而再也不需要核能潛艦,否則這樣的代價太大。

於是在1992年5月,國防部長錢尼與國會妥協,同意仍建造第二艘海狼級;此外,國會還另外授權撥款5.4億美元資金,支持潛艦生產船廠以及相關供應鏈廠商,維持潛艦工業能在訂單大減的情況下繼續運轉。在1991年5月3日,美國海軍與通用電船簽署第二艘海狼級的建造合約。在1992年,美國總統喬治.布希(George HW Bush)以及國防部長迪克.錢尼(Dick Cheney)為第二、第三艘海狼級(SSN-22、23)設下了27億6590萬美元的預算上限。

在1992年年底總統大選之後,民主黨籍的比爾.柯林頓(Bill Clinton)總統上台。在競選期間,柯林頓陣營對通用電船所在的康乃狄克州承諾,他會支持繼續由通用電船建造第三艘海狼級,維持美國的核能潛艦產業;反觀敗選的共和黨喬治.布希總統先前則支持國防部的構想,傾向放棄SSN-23,直接跳到後續的百夫長型潛艦。然而當1993年1月柯林頓勝選上台後,一度轉變了態度,認為應放棄第三艘海狼級,等待之後的百夫長級,才比較符合效益。然而,1992財年美國國會撥款的潛艦工業支持經費中,部分已經被用於第三艘海狼級的先期採辦(AP)工作;而通用電船所在的新英格蘭地區的國會議員也強力施壓,要求柯林頓政府兌現競選承諾,採購第三艘海狼級。

當時通用電船建造的第二艘海狼級(SSN-22)完成後,到百夫長潛艦項目開始建造,仍有一段空窗期(海狼級二號艦(SSN-22)是在1991財年編列,接替的百夫長級當時預計在1997財年編列首艦);如果期間沒有建造SSN-23,通用電船的潛艦產線就只能徹底關閉,而上游的原物料以及設備、系統等供應商則會更早就受到衝擊。美國國防部的內部研究顯示,如果取消海狼級的三號艦,放任潛艦產業(有經驗的人員、次承包商)流失,等到日後編列首艘百夫長潛艦時,還需要額外資金重建潛艦工業,才能繼續建造潛艦;相形之下,還不如購買第三艘海狼級潛艦來維持潛艦工業的基本運轉,建造資金與停產之後重建潛艦工業的成本相當,而且風險較低(許多關鍵技術、know how一旦徹底流失,往往需要重頭摸索犯錯,才能慢慢恢復)。

在1994年1月,美國國防部同意,在1996財年編列建造海狼級三號艦,由通用電船建造。讓SSN-23在通用電船建造的決定引起了新港紐斯船廠的不滿。當時新港紐斯手中最後一艘核能攻擊潛艦──最後一艘洛杉磯級夏安號(USS Cheyenne SSN-773)已經下水,預定1996年交付;如果期間沒有新訂單維持到百夫長核能攻擊潛艦開始建造,新港紐斯廠只能暫時退出核能潛艦業務。於是在1995年4月,新港紐斯總裁比爾.弗里克斯(Bill Frikcs)在國會聽證會中提出了放棄建造SSN-23、直接由新港紐斯承接後續的百夫長核能攻擊潛艦的設計建造工作的提案。比爾.弗里克斯在聽證會表示,新港紐斯廠有廣泛的業務,包括美國海軍核子動力航空母艦(含新艦建造以及現役航母的翻修、核燃料更換等重大工程),還有商船訂單,不像通用電船只有建造核能潛艦的業務;因此,弗里克斯認為,新港紐斯廠無須建造SSN-23來填補空窗,就可以直接展開百夫長核能攻擊潛艦項目。依照新港紐斯的提案,如果跳過SSN-23,直接由新港紐斯設計承接整個百夫長級潛艦項目(意味著取消通用電船的核能潛艦業務),前五艘就能節省20億美元(大部分是不建造SSN-23而省下的經費);而當時百夫長級預定建造45艘,由新港紐斯全部承接,整個壽期生涯成本能再節省70億到100億美元(相較於以往由通用電船、新港紐斯共同承接的費用)。然而,維持通用電船的核能潛艦產能是美國政府的既定政策,而且通用電船只有核能潛艦業務,不像新港紐斯還有其他業務可以維持營運;如果為了節省數十億美元,讓美國失去這家歷史最悠久的潛艦廠商,只剩下新港紐斯有能力研製核能潛艦,在國防戰略上得不償失。因此,新港紐斯這個提議並沒有被接受,美國海軍仍維持原決議,由通用電船建造SSN-23,維繫產能。

在1996年6月29日,美國海軍與通用電船簽署第三艘海狼級的建造合約;這是最後一艘海狼級,使海狼級總產量停在三艘。而新港紐斯完成該廠最後一艘洛杉磯級夏安號(USS Cheyenne SSN-773,1996年9月交付),就暫時退出潛艦建造業務,直到後來維吉尼亞級核能攻擊潛艦項目開始之後才重新加入。

建造工作

海如同前述,海狼級細部設計工作由通用電船與新港紐斯兩家船廠聯合進行;由於溝通協調不良,加上兩船廠各有私心,導致細部設計進度嚴重落後;原訂在1989年11月安放首艦海狼號(USS Sea Wolf SSN-21)龍骨時,細部設計應完成70~80%,但是到了1988年中僅僅完成了5%。海狼號在1989年1月9日舉行切割第一塊鋼板的儀式開始製造,1989年10月25日安放龍骨,但實際上細部設計工作一直持續到1990年代中期。

截至1992年為止,美國海軍對於海狼號核准了超過800項設計變更,這些變更總共追加了1.8億美元的設計費用;如同前述,由於細部設計工作同時由通用電船以及新港紐斯分擔,因此每次設計變更還要牽涉到兩個團隊之間溝通以及資料轉換的成本,導致費用增幅更為高昂。在海狼號開工之後,主要系統設計規格也曾遭到變更,通用電船有時還必須針對一些艦上系統進行重新設計與施工。依照1993年美國政府審計組織(GAO)的統計,海狼號細部設計成本上漲了1700萬美元,建造成本則提高3.5%。

此外,在國防部長錢尼在1990年推動「主要作戰船艦」審查之後,由於SSN21攻擊潛艦項目遭到大幅裁減,許多美國潛艦產業的次供應商看到無利可圖而紛紛退出;這使得美國海軍以及通用電船尋找符合資格的零組件供應商時,面臨重重困難。結果,通用電船不得不用遠高於預定的成本,自己製造或取得零部件,這讓SSN21項目的成本控制更加惡化。

建造中的海狼號的船段。

在通用電船的船塢艤裝中的海狼號,攝於1995年5月。



海狼級的建造工作由通用電船在昆西特角(Quonset Point)以及格羅頓(Groton)的廠區合作;這兩個廠區的模組化建造流程是在先前通用電船建造俄亥俄級彈道飛彈潛艦時奠定的,由昆西特角廠區建造船艦的圓柱型單元並完成內部的初步艤裝( 包含板金結構、管道線路裝設等)以及測試,然後將這些單元用駁船送到格羅頓廠區組裝並安裝所有設備,然後下水。然而如同前述,由於通用電船與新港紐斯聯手進行細部設計的流程問題很多,再加上美國海軍不斷修改設計,導致海狼號開工時細部設計進度嚴重落後。原本大多數艤裝工作預定在昆西特角廠區製造圓柱型艦殼單元時就應完成,但由於細部設計藍圖沒有及時到位,導致工程無法照原訂計畫進行;這些船殼單元運離昆西特角廠區時,內部艤裝程度相當低,許多工作都要在格羅頓廠區才補做。這使得原本美國海軍打算透過模組化建造技術來提高工作效率、降低成本的目標,在海狼號上完全落空。

在1991年6月,海狼號艦體建造進度達17%時,發現艦體結構出現嚴重的焊接缺陷;電船公司發現最早完成的艦殼分段裡,連接不同殼體的連接焊縫出現髮絲裂紋,必須花費許多時間跟成本進行全面檢測以及大規模返工。這導致通用電船幾乎等於要把已經製造的艦體結構再重新焊接一遍,同時還被迫放棄一段有缺陷的艦殼單元、重新製造。事後調查,這次焊接問題是因為美國海軍提供了錯誤的焊條規範(背後原因顯然還是因為HY-100高張力鋼板加工難度高、對相關工藝技術不熟悉),所以美國海軍承擔了這些檢查與返工成本,因此海狼號的建造合約又增加了5882萬5000美元。這項重大失誤導致海狼號的成本超支以及進度落後更加惡化,並受到國會嚴厲批評。美國政府審計組織(GAO)在1992年時估計,因為這個焊接工程失誤,導致海狼號的成本因而增加6860萬美元,交付時程推遲一年。到1993年為止,美國海軍總共四次修改了海狼號的建造時程。

海狼號1989年11月進入建造工程,在1995年6月24日才以下水,1997年7月19日成軍,整整耗費八年半;比起前一次美國修改交付時程,又晚了25個月,而成本則大幅增加45%。事實上,進度落後、成本超支在美國核能攻擊潛艦建造歷史中屢見不鮮,例如1970年代後期到1980年代,洛杉磯級核能攻擊潛艦項目也曾因為細部設計工作延遲、大規模焊接工作瑕疵等因素而導致返工以及伴隨而來的延誤超支;然而在1980年代,因為美國正在積極建軍與蘇聯對抗,政府相對能容忍軍事裝備延誤超支;等到到美蘇冷戰結束後,因為刪減軍費以及享受「和平紅利」,外界對此更難容忍。

除了潛艦平台本身的延誤,海狼級的AN/BSY-2作戰系統開發整合進度落後,也影響到潛艦實際上形成戰力的時間。依照原訂期程,第一套AN/BSY-2原本應該在1993年11月交付,並由通用電船裝上海狼號;但由於軟體開發進度落後,直到1993年3月才開始整合功能測試,因此交付時間延後到1994年6月;隨後BSY-2繼續落後,整套系統直到1995年2月才安裝在海狼號上。原本洛馬集團預定在1995年1月交付擁有部分功能的第一階段BSY-2軟體,然後跟隨海狼號在1996年夏季進行海上測試,然後在1996年10月交付具備完整功能的第二階段軟體。不過,最後這些時程還是沒有趕上,海狼號在1997年夏季交付美國海軍時,艦上BSY-2軟體仍然是第一階段,日後才升級為完整功能的第二階段。

在1996年夏季,海狼號進行試航測試(包括最大航速、潛航深度、聲噪測試等),測試結果超出原先指標。 在作戰測試評估(DOT&E)中,美國海軍認為雖然有幾項測試門檻無法通過,但整體而言還是判定海狼級潛艦以及艦上的AN/BSY-2作戰系統能有效而合適 地服役。由於美國海軍沒有編列經費讓海狼級進行全船抗衝擊測試,使得海狼級無法通過完整的生存能力評估;然而,海狼級具有諸多新的設計,被認為生存性高於 洛杉磯級。

由於艦上新技術、設備需要時間調整,因此海狼號交付美國海軍之後,又花費不少時間進行測試與調整,直到2001年6月才展開第一次正式的海外作戰部署;距離1989年11月該艦開工,已經過了將近12年。
 

 

(上與下)海狼號在1996年7月3日從康乃狄克州格拉頓(Groton)海軍基地啟航進行

首次試航的照片。

海狼級二號艦康迺迪克號(USS Connecticut SSN-22)在1992年9月14日安放龍骨,1997年9月1日下水,1998年12月11日交艦成軍,工期縮減為六年三個月;交付美國海軍後,也進行了額外的船廠修改以及調整,之後才在2002年5月進行首次實戰部署。 實際完工後,前兩艘海狼級平均建造費用約24億美元。 

海狼級三號艦吉米卡特號(USS Jimmy Carter SSN-23)在1998年12月5日安放龍骨。此時通用電船對海狼級的建造流程與工藝已經更加熟悉,原本預計在三年就能完工;然而在1999年,美國海軍變更了吉米卡特號的任務需求(見後文),遂與通用電船簽署合約修改,艦體中插入一段長100英尺(30.48m)的多任務平台(Multi-Mission Platform,MMP),成為機敏任務(包含特種作戰、情報蒐集監視、水雷作戰等)的作戰平台。由於這項臨時修改,吉米卡特級的工期延長40個月,在2005年2月19日服役。

在1996財年,美國國會為海狼級建造項目設定72億美元的上限(依照當年幣值), 意味三艘海狼級平均每艘的建造費用上限為24億美元(設計以及計畫支持工作的5.576億美元支出不算在內);在1998財年預算中,美國海軍為SSN-23編列1.534億美元的最終採辦預算,至此SSN-23的總預算還在原先國會設定的上限以內。由於美國海軍隨後在1999年決定大幅修改 SSN-23的設計,因此 SSN-23的建造成本不受到前述的上限限制。 最後, SSN-23的成本達到35億美元,使得三艘海狼級的單艦平均成本約達28億美元左右。  

海狼級的命名與編號嚴重攪亂了美國海軍的規則。原本SSN-21只是計畫代號,不料後來竟然變成海狼級首艦的編號 ,完全脫離了美國核能彈道飛彈潛艦與攻擊潛艦的流水號。如同前述,第一艘命名為海狼號(USS Sea Wolf SSN-21),打破了洛杉磯級核能攻擊潛艦以來的城市命名,重回以往潛艦的海洋生物名;然而,隨後政局演變,海狼級攻擊潛艦的命名再度受到影響,第二艘海狼級以康乃迪克州為名。第三艘 則以前總統吉米.卡特(USS Jimmy Carter SSN-23)命名;吉米.卡特總統唯一曾擔任潛艦軍官的美國總統,在1950年代初期原本是美國海軍第二艘核子潛艦海狼號(USS Sea Wolf SSN-575)的首批船員(當時吉米卡特官階為少尉,準備出任海狼號的工程軍官);然而在海狼號剛開始建造的1953年,吉米卡特就因為父親過世、為了繼承父業而辭職退伍。

有趣的是,繼海狼級之後的維吉尼亞級核能攻擊潛艦,首艦編號(SSN-774)又接上了洛杉磯級(最後一艘此級艦為夏安號(USS Cheyenne,SSN-773)),如此一來海狼級彷彿成為美國核能潛艦艦隊之中獨樹一幟的異類。

 

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