長尾鯊級(大鯧鰺級)核子動力攻擊潛艦

(上與下) 長尾鯊號(USS Thresher SSN-593)在1960年7月9日於樸次茅茲海軍造船廠下水的畫面。

下水典禮前夕的長尾鯊號,可以清楚觀察淚滴型的艦體外型。

停泊中的長尾鯊號。長尾鯊號的帆罩是當時美國海軍核能潛艦中最小的,可降低航行阻力與流體噪音,

然而也減少了可安裝的電子截收桅杆的數量,犧牲了情報蒐集能力。

大鯧鰺級核能攻擊潛艦的USS Plunger(SSN-595)

大鯧鰺級核能攻擊潛艦的粉紅鮭號(USS Haddo SSN-604)下水時的畫面,首度採用七葉片高曲度螺旋槳來降低噪音。

大鯧鰺級核能攻擊潛艦的小丑魚號(USS Jack SSN-605) 

風雪中停泊在母港的大鯧鰺級守衛魚號(USS Guardfish SSN-612)

大鯧鰺級核能攻擊潛艦的USS Gato(SSN-615),屬於艦體加長、帆罩加大的後期型。

大鯧鰺級核能攻擊潛艦的USS Greenling (SSN-614),屬於艦體加長的後期型。

 

──by captain Picard

艦名/使用國 長尾鯊級(大鯧鰺級)核子動力攻擊潛艦/美國 

 (USS Thresher SSN-593/Permit  class)

承造國/承造廠 美國/

SSN-593、605、606──Portsmouth Naval Shipyard, Kittery, Maine

SSN-594、595──Mare Island Naval Shipyard, Vallejo, California

SSN-596、607、621──Ingalls Shipbuilding, Pascagoula, Mississippi

 SSN-603、604、612──New York Shipbuilding, Camden, New Jersey

SSN-613~615──General Dynamics Electric Boat, Groton, Connecticut

尺寸(m) 長84.8、90.6(SSN-605)、89(SSN-613~615) 直徑9.7 浮航吃水8.54
排水量(ton) 浮航3540 潛航4200
動力系統/軸馬力 S5W反應爐*1/15000

蒸汽渦輪*1

單軸 七葉螺旋槳

航速(節) 官方數字:潛航20以上

實際數字:潛航28~30

最大安全潛深(m) 官方數字:122以上

實際數字:400以上

偵測/電子戰系統

AN/BPS-14平面搜索雷達*1

 

 聲納 AN/BQQ-2聲納系統*1

(最初裝備,包含BQS-6大型球形主/被動陣列聲納、BQR-7艦首被動陣列聲納、一具TB-16被動式拖曳陣列聲納等)

AN/BQQ-5聲納系統*1

(改良時換裝,包含BQS-12/13大型球形主/被動陣列聲納、BQR-23/25艦首被動陣列聲納、一具TB-16被動式拖曳陣列聲納等)

射控/作戰系統

MK-112/113射控系統

人員 129
艦載武裝 艦側MK-63 21吋魚雷管*4

線導魚雷或飛彈22枚(彈艙籌載量)+管內4枚

(可使用MK-48線導魚雷、UUM-44反潛火箭、水雷等)

MK-2 3吋誘餌發射器*2

姊妹艦

共十四艘

艦名 簽約時間 安放龍骨 下水時間 服役時間 除役時間 除籍時間
SSN-593 THRESHER  1958/1/15 1958/5/28 1960/7/9 1961/8/3 1963/4/10沈沒 1963/4/10
SSN-594 PERMIT  1958/1/27 1959/5/1 1960/7/1 1962/5/29 1991/7/23 1991/7/23
SSN-594 PLUNGER  1959/3/23 1960/3/2 1961/12/9 1962/11/21 1990/2/2 1990/2/2
SSN-596 BARB  1959/3 1959/11/9 1962/2/22 1963/8/24 1989/12/20 1989/12/20
SSN-603 POLLACK 1959/3/3 1960/3/14 1962/3/17 1964/5/26 1989/3/1 1989/3/1
SSN-604 HADDO  1959/3/3 1960/9/9 1962/8/18 1964/12/16 1991/6/12 1991/6/12
SSN-605 JACK 1959/3/13 1960/9/16 1963/4/24 1967/3/31 1990/7/11 1990/7/11
SSN-606 TINOSA  1958/12/17 1959/11/24 1961/12/9 1964/10/17 1992/1/15 1992/1/15
SSN-607 Dace 1959/3/3 1960/6/6 1962/8/18 1964/4/4 1988/12/2 1988/12/2
SSN-612 GUARDFISH  1960/6/9 1962/2/28 1965/5/15 1966/12/20 1992/2/4 1992/2/4
SSN-613 FLASHER  1960/6/9 1961/4/14 1963/6/22 1966/7/22 1992/9/14 1992/9/14
SSN-614 GREENLING  1960/6/9 1961/8/15 1964/4/4 1967/11/3 1994/4/18 1994/4/18
SSN-615 GATO 1960/7/9 1961/12/15 1964/5/14 1968/1/25 1996/4/25 1996/4/25
SSN-621 HADDOCK 1960/8/24 1961/4/24 1966/5/21 1967/12/22 1993/4/7 1993/4/7

 


 

前言

長尾鯊級級潛艦是美國海軍核能潛艦發展的里程碑,是一次長足的進步,但是本級艦的首艦不幸成為美國海軍史上第一艘失事的核能潛艦。

起源

雖 然美國海軍在1955年推出了世界第一艘核能潛艦,但蘇聯也急起直追,因此美國海軍本身 很快就要在戰場上面對可以持續高速潛航的核能潛艦;因此,美國海軍也亟思核能潛艦時代的反潛/潛艦作戰的新技術。 在1956年,美國海軍軍令部長(CNO)阿利.柏克上將(Admiral Arleigh Burke)命令 美國國家科學院(National Academy of Sciences)的水下作戰委員會(Committee on Undersea Warfare,CUW)研究 未來十年蘇聯潛艦威脅以及水下作戰的新技術趨勢;CUW召集美國學術界、核能業界、海軍等相關專家在1956年7月到9月在於麻州麻伍茲霍爾(Woods Hole)附近、位於諾布斯卡( Nobska)的莊園進行研討會,在11月發佈「諾布斯卡報告」,對美國海軍未來水下作戰發展提出建議。「諾布斯卡報告」其中一個結論,是發展新型核能潛艦來獵殺敵方的核能潛艦,著重的方面包括增加潛艦的靜音能力、潛航深度,以及 利用深海聲學通道來延長探測距離的新型聲納系統等。

第一艘根據諾布斯卡報告結論的新型實驗潛艦是 1958年開工、1960年服役的 白鲑魚號(USS Tulibee SSN-597) ,這是一種潛航排水量僅2600噸的獵殺型核能攻擊潛艦。白鲑魚號擁有AN/BQQ-1整合式艦首球型聲納系統、核能渦輪電力推進系統等嶄新技術,然而為了追求極致靜音表現的渦輪電力系統,最大潛航速度只能達到15節,對於部署與戰術運動造成極大限制,只適合伏擊敵方潛艦而無法有效追擊高速目標。

在建造白鮭魚號之餘,美國緊接著發展一種新型核能攻擊潛艦,繼續沿用 白鲑魚號的幾項主要革新 技術,包括艦首球型聲納、艦側魚雷管等, 但是艦體規模大得多(潛航排水量增至4200噸,比飛魚級還大),並使用傳統的齒輪傳動蒸汽渦輪推進系統,使之維持過去艦隊型核能攻擊潛艦的高速與續航力。此種兼具 良好靜音性能、大型陣列聲納、大潛深能力的新型潛艦就是長尾鯊級(Thresher class)。

革命性的設計

與先前建造的早期美國海軍核子潛艦甚至全世界各國的潛艦相比,長尾鯊級無論是在外型或內部設計上都有極大區別。長尾鯊級 成為日後美國核能攻擊潛艦的母型,許多由長尾鯊級開始技術特徵被往後所有的美國潛艦沿用。長尾鯊級的主要設計創新如下:

1.外型方面,長尾鯊號的帆罩重新設計,帆罩體積較飛魚級的縮小一半,以減低流體阻力和噪音。 長尾鯊級仍沿用與飛魚級相似的淚滴形艦殼(單殼),不過艦體延長,長寬比增加。由於縮小帆罩與增加長寬比都有降低阻力的效果, 因此雖然沿用與飛魚級相同的S5W反應器,但是在排水量增加的情況下(潛航排水量從飛魚級的3500噸增為 4200噸級左右),首艦長尾鯊號仍達到與飛魚級相仿的最高航速(約33節)。 當然,縮減帆罩也必需付出代價,例如帆罩內可以安裝的桅杆數量減少(長尾鯊號只能配備一部潛望鏡),電子截收桅杆數量減少 意味削弱了電子情報蒐集的頻寬;此外,較為低矮的帆罩在較高海象浮航時,海浪比較容易打過帆罩,造成浮航航行作業的困擾。

長尾鯊號的帆罩

2.長尾鯊級首創將輪機裝備安裝在減震浮筏上 。為了降低輪機輻射至水中的噪音與震動,潛艦開始使用彈性減震基座來安裝主機,而減震浮筏技術則是更先進的減震技術;減震浮筏系統將機械設置在一個浮筏基 座上(其尺寸通常很大,重量則接近所承載的輪機設備),浮筏本身則裝置在一個減震基座上,此外輪機設備與筏體本身也以一層減震基座相連接。相較於過去純粹 的彈性基座,減震浮筏由於在減震基座與主機之間又加入一層浮筏,使得機組運轉時的彈性模態改變較大,能在主機振動輻射到艦殼之前大幅降低將其降低。而相關 的降噪減震技術也被應用於同時期研製的艾森.阿倫級(Ethan Allen class)核能彈道飛彈潛艦上。 不過使用減震浮筏將機械與艦殼隔離,潛艦需要更大的直徑才能容納這些機械設備,因此靜音化的核能潛艦也往往會隨之大型化。

建造中的長尾鯊號,可以看到艦首的BQS-6球型陣列主/被動聲納。

3. 長尾鯊級 配備當時全球最先進完善的AN/BQQ-2整合式球型聲納系統,由白鲑魚號的AN/BQQ-1進一步改良而成,包括BQS-6球型主/被動陣列聲納、 BQR-7艦首被動陣列聲納、TB-16被動式拖曳陣列聲納 與後端的MK-112射控計算機(後來升級為MK-113)等。位於艦首的BQS-6大型球型主動聲納系統(BQQ-2),是全世界第一種採用球型設計的 聲納,巨大的球型音鼓 (直徑4.6m)佔滿了整個艦首前端的空間;此種設計能讓聲納音鼓的尺寸達到艦體容許的最大值,因而獲致更遠的偵測距離。球型音鼓的另一好處,是能讓聲納 波束在水平與垂直方位任意進行三度空間掃瞄,操作範圍比以往的主動聲納更為寬廣。綜合以上,球型聲納堪稱潛艦艦首聲納的最佳化系統,而美國的核能潛艦從長 尾鯊級開始,全部都配置球型的艦首聲納系統。由於球型聲納佔滿了艦首,長尾鯊級的魚雷管 比照白鲑魚號的配置,向後移至艦體兩側,從側面以十度斜向伸出,此一設計也被日後所有的美國潛艦承襲。

4.長尾鯊級是第一種裝備射控計算機,並能發射中長程反潛武器(UUM-44A SRBOC反潛火箭)的潛艦。

美國海軍原本打算在 長尾鯊級上配備被動式水下射控聲納系統(Passive Underwater Fire Control Feasibility System,PUFFS,詳見刺尾魚級柴電攻擊潛艦一文),這種被動測距聲納系統裝在接受 GUPPY III 改良的柴電潛艦、刺尾魚級(Tang class)柴電潛艦以及白鲑魚號(USS Tulibee SSN-597)核能攻擊潛艦。然而,PUFFS在長尾鯊級的測試結果並不理想;為了配合長尾鯊級的低阻流線需求,安裝在長尾鯊級的PUFFS系統採用伸縮式天線。在長尾鯊號測試的BQG-1實驗型PUFFS系統,即便長尾鯊號本身以最安靜的模式下低速航行,面對通氣管航行狀態的吵雜潛艦,追蹤距離也只有4000~5000碼(3657~4572m),遠不及安裝在柴電潛艦上時的表現(約7000~9000碼)。這可能是因為長尾鯊級採用淚滴型艦殼,佈置PUFFS的三個水聽器條件不同於柴電潛艦(部署PUFFS的柴電潛艦都採用傳統船型,上部線型平直,使得PUFFS的天線基線較為單純),導致使用效果受到影響。最後,只有少部分長尾鯊級如魮魚號(USS Barb SSN-596)、鯔魚(USS Harder SS-568)曾裝備BQG-4 PUFFS聲納系統,而原本美國海軍打算在後續鱘魚級(Sturgeon class)核能攻擊潛艦上裝備PUFFS的計畫也遭到取消。

長尾鯊級使用與先前飛魚級(Skipjack class)相同的HY-80高張力鋼板 (屈服強度550MPa,相當於56kgf/mm2)建造,但首度引進新的結構設計,使得潛航深度增長到1300英尺(395公尺)左右(以往美國攻擊潛艦的潛航深度官方數字為700英尺,約213.4m) ,極限潛航深度應可達500m左右,壓潰深度約1900英尺(580m),而官方潛航深度數字則是400英尺(約122m)以上。

 長尾鯊級採用單殼、單軸設計,並使用十字尾舵、置於帆罩上的前水平翼。本級艦為首種裝備UUM-44潛射反潛火箭的美國潛艦,射出後浮出抵達水面並點火升 空,飛抵敵方潛艦位置附近的上空時便投下一枚W-55核子深水炸彈,因此無須直接命中便可直接摧毀敵方潛艦,而射程約40∼48km。此種武器現在已經退 役。

長尾鯊號最初採用圖中這種五葉片螺旋槳,之後則改用靜音能力更好、轉速較慢的高曲度

七葉片螺旋槳。

首艦長尾鯊號使用與先前飛魚級類似的五葉片螺旋槳; 依照先前飛魚級的操作測試經驗,螺旋槳還沒有產生空蝕之前,就已經發出某種顯著聲響,研究後發現是潛艦帆罩與控制面 通過海水的水流通過螺旋槳葉片而產生噪音,而這種聲響可以在海中傳遞很遠。潛艦必需 盡量避免讓敵方在很遠距離就聽到顯著的?葉聲,這會暴露螺旋槳每分鐘轉速(RPM), 使敵方推算出這艘潛艦的航速並利於魚雷射控解算。有兩種選擇來解決這種問題,第一種策略 是減少螺旋槳葉直徑來避開帆罩與控制面產生的水流,但這會縮小推進器可用面積,必需 提高轉速才能達成相同的推進效果,然而提高轉速就意味著更容易產生空蝕效應; 另一種策略則是加大螺旋槳葉面積,使螺旋槳能在較慢的轉速下達成相同的推進效率, 不僅延後空蝕發生,也能緩和螺旋槳與帆罩、控制面尾流的交互作用。 美國海軍在長尾鯊級後續艦(大鯧鰺級)測試這兩種策略的推進器, 首先是加大螺旋槳葉片可用面積、降低轉速的七葉片高曲度螺旋槳,另外還曾在 長尾鯊級的小丑魚號(USS Jack SSN-605)測試過一種的同軸反轉螺旋槳(見下文), 由兩組面積較小、共軸安裝且轉向相反的螺旋槳構成,希望能在避開帆罩與舵面水流的同時 又能達到較高的表面積來降低轉速要求。測試結果顯示七葉片高曲度螺旋槳的整體效能較好(同軸反轉螺旋槳較為複雜笨重),所以 大鯧鰺級後續艦都使用七葉片高曲度螺旋槳,首艘採用的是粉紅鮭號(USS Haddo SSN-604 )。 然而,換用七葉片高曲度螺旋槳也使最高航速降低;使用五葉片螺旋槳的長尾鯊號仍能達到33節,換裝 七葉片高曲度螺旋槳的後續艦就降至28至29節,水下戰術速度(較安靜的實用航速)約15節。 長尾鯊級之後的美國海軍各型潛艦也都使用七葉片高曲度螺旋槳,直到1990年代被噴泵推進器取代為止。

長尾鯊號服役初期經歷

長尾鯊號在1961年8月3日服役。在同年10月18日,長尾鯊號在竹莢魚號柴電攻擊潛艦(USS Cavalla SS-244)的陪同下進行為期三週的測試,在11月2日抵達波多黎各的聖胡安(San Juan, Puerto Rico)港。在聖胡安碼頭停靠時,長尾鯊號關閉了S5W核子反應器。由於聖胡安沒有岸基電源可用,長尾鯊號以艦上的備用柴油發電機供應船艦停靠時運作所需的電力(空氣調節、維生輔助設施等)。然而,柴油發電機工作數小時後突然故障,雖然艦上還有電池,但電池主要是用來提供重要系統作業(例如啟動反應器),因此艦上的空調與照明完全停擺。在沒有空調與燈光的惡劣情況下,艦上人員徹夜工作企圖修復柴油發電機,但沒有成功。空調關閉後,艦內空間的濕度與溫度逐漸上升,10小時候來到攝氏60度。由於自力修復柴油發電機的可能性不大,艦上人員嘗試重新啟動核子反應器,然而艦上電池的存量已經不足;當艦長從岸上設施返回艦上的時候,電池就完全耗盡。最後,長尾鯊號的人員像港內其他船隻借了數條電纜,連上一旁的友艦竹莢魚號,由竹莢魚號的柴油發電機供電來啟動長尾鯊號的核子反應器。事後,長尾鯊號四名在無燈光、無空調惡劣環境下徹夜工作試圖修復柴油發電機的人員,獲得美國海軍表彰勳章( Navy Commendation Medals)。

隨後,長尾鯊號進行後續的試航,包括進行魚雷試射,然後再1961年11月29日返回母港朴次茅茲( Portsmouth),停留在港裡直到年底。在1962年的前兩個月,長尾鯊號的主要工作是進行艦上聲納系統與潛射反潛火箭(SUBROC)測試,隨後在3月參與NUSUBEX 2–62演習(此項演習的目的是改進核子潛艦的戰術能力),然後又加入阿爾發特遣群(Task Group ALPHA)協助反潛作戰訓練。在南卡羅萊納州的查爾斯頓(美國海軍重要潛艦基地)外海,長尾鯊號參與幾項協助發展SUBROC反潛火箭的測試。

 

意想不到的悲劇

攝於1961年4月30日的長尾鯊號,該艦在1963年4月10日沈沒。

在1962年7月16日,長尾鯊號進入朴次茅茲船塢(Portsmouth Shipyard),進行結束成軍巡航後檢查評估與維護船艦系統的標準程序;原本這項檢修預計耗時六個月,但由於長尾鯊號是新的一型潛艦的首製艦,檢修工作花了比預期更長的時間,將近九個月。長尾鯊號在1963年4月8日重新出塢下水。

在1963年4月9日上午,長尾鯊號,長尾鯊號在潛艦救難艦雲雀號(USS Sky Lark ASR-20)的伴隨下從朴次茅茲出發,進行出塢後的試航作業。在4月10日上午,長尾鯊號在大西洋距離新英格蘭350km、海盜海溝(Corsair Canyon)附近的地方進行潛深測試,雲雀號在水面上監視整個過程,並以水中通話器和長尾鯊號保持聯絡。測試從上午7時47分開始,長尾鯊號首先依照標準程序下潛至100英尺(約30m),檢查船艦所有部位與裝備,隨後在上午8時25分抵達至1000英尺(約305m)左右。上午9時13分,長尾鯊號的指揮官約翰.哈維中校(Lieutenant Commander John Wesley Harvey)報告「出現小狀況 ,船首揚起,準備吹除壓載水櫃」(experiencing minor difficulty, have positive up-angle, attempting to blow)。9時15分,雲雀號告知長尾鯊號自己正航向270,並詢問長尾鯊號的距離與姿態(My course 270 degrees. Interrogative range and bearing from you.),然而沒有得到回應,雲雀號的艦長還詢問長尾鯊號是否保持控制(Are you in control?)。9時16到17分時雲雀號分別接到長尾鯊號傳來的訊息,不過語意支離破碎 ,其中有包括一個「900 N.」(可能是對先前雲雀號艦長詢問「是否保持狀況」回應否定)、「超過測試深度」("exceeding test depth....")。9時18分 時,雲雀號 的設備聽到類似艇殼被壓碎的低頻聲音。10時58分,雲雀號在水中投擲命令潛艦立刻上浮的榴彈,但也長尾鯊號還是沒有上浮,雲雀號隨即在11時4分回報紐倫敦的 大西洋潛艦司令部(Commander, Submarines, Atlantic Fleet,COMSUBLANT),與尾鯊號失去聯繫 ,美國海軍出動搜索但一無所獲。長尾鯊號129名官兵無人生還。

事後美國海軍急於打撈長尾鯊號以便調查,甚至將汽車放入海中模擬下沈路徑,當時美國海軍也派出唯一的深海迷你潛艇垂艾斯帝號(Trieste)搜索。 1963年6月27日,垂艾帝斯號 進行第三次潛航作業時,在2560公尺的海床發現大量紙片和雜物,其中包括一個只有核能潛艦反應器艙人員才會穿著的橡膠鞋子,鞋子上印有長尾鯊號的舷號 SSN-593, 這是美國海軍首次找到長尾鯊號的遺物,正式確認該艦遇難。 在1985年,美國海軍備役軍官兼海洋學者羅伯.巴拉勒(Robert Ballard)為了尋找沈沒於大西洋的鐵達尼號郵輪,與美國海軍達成協議,在美國海軍的資助下利用迷你潛艇去詳細拍攝長尾鯊號以及1968年失事的天蠍 座號核能潛艦殘骸,並可利用之間的空檔來找鐵達尼號。在拍攝時長尾鯊號時,發現該艦被海水壓得支離破碎,各種碎片沿著長尾鯊號沈沒時的附近洋流,如慧星尾 跡般灑在1英里範圍內。羅伯.巴拉勒完成長尾鯊號與天蠍座號的拍攝後,也很快地發現鐵達尼號的殘骸,成為第一個拍攝到鐵達尼號殘骸的研究團隊。

依照推測,長尾鯊號是在1300至2000英尺(400至610m)的深度被壓潰。依照事後美國海軍的追蹤調查,長尾鯊號沈沒地點周邊區域並無明顯異常的放射線情況,顯示反應器仍然完整,內部的放射物質並未外洩。

 

失事原因的官方推測

當時美國海軍推測,長尾鯊號在執行潛深測試時,可能在出事前夕的4月10日上午9時9分左右,輪機艙內流通高壓海水的管路承受不了水壓而發生破裂(可能是從焊接處破裂);由於當時長尾鯊號在最大操作深度附近,從破裂處噴入機艙的高壓海水會以霧狀瀰漫在機艙中,導致機艙內的人員難以目視與工作。美國海軍推測,瀰漫在輪機室裡的水霧噴到電子控制設備導致短路,迴路的保護機制自動讓反應器跳機離線,使長尾鯊號失去動力。

一般而言,而且潛艦上浮是靠著改變艦體姿態、艦首上仰,以本身動力向水面上航行,上升到潛望鏡深度並檢查四週水域沒有其他船隻或障礙,然後才吹除水櫃增加浮力浮出水面。此外,潛艦必要時還可進行「緊急上浮」,直接在深海中以大量壓縮空氣直機吹除壓載水櫃,直接增加浮力上浮,然而一般情況下不會進行這樣的操作;首先,在深海中用高壓氣體吹除壓載水櫃會製造大量噪音、能在很遠的距離被聽見;再者,潛艦因重量快速減輕而上浮時,姿態很容易失控,潛艦會以不可控的姿態劇烈地衝出水面,容易對艦體結構、艦上裝備與人員安全造成嚴重危害,甚至可能在過程中滾轉翻覆。

潛艦、魚雷等水下航行體需要最起碼的航行速度來完全抵銷負向力。因此,潛艦萬一在最大操作深度附近喪失動力,既不能抵銷負浮力也沒辦法靠推進力往上,是極其危急的情況;更何況管路破裂後,高壓海水大量進入潛艦,使潛艦逐漸變重而必然下沈。美國海軍推測,當時長尾鯊號的人員應該一面進行重啟動反應器的程序,然後全力吹除壓載水櫃緊急上浮。

然而,長尾鯊號雖然潛航深度較以往潛艦增加,但水櫃的氣壓吹除系統仍採用舊式設計,灌氣速率較慢,在長尾鯊號潛航深度的水壓下無法迅速排出海水(更何況此時海水也從破裂的管路中快速進入艦體)。此外,海水管路中設有過濾器防止異物阻塞,而向水櫃吹入高壓氣體時,空氣、水氣會在過濾器上聚集;由於通入高壓氣體會使海水管路發生膨脹,高壓海水在管路空間徒然增加的情況下迅速降溫,導致聚集在過濾器的水氣在數秒內就結冰,阻塞整個海水管路流動,妨礙海水向外排除。由於水櫃排水能力不足,加上為了防止異物阻塞的過濾器在吹除過程中結冰阻塞,長尾鯊號即便全力吹除水櫃,也無法在短時間內獲得足夠的浮力、扭轉下沈的趨勢。

反應器跳機後,長尾鯊號輪機艙內的人員首先會盡快堵住漏水,然後重新啟動反應器,重啟程序至少要花7分鐘。反應器跳機後會緊急停爐(scram),此時標準操作程序是立刻關閉主蒸氣迴路的閥門,切斷推動蒸氣渦輪(帶動發電機與傳動齒輪)的蒸氣流,避免主迴路迅速失去熱能;然而,這會使得長尾鯊號失去推進與供電,在當時接近最大深度的情況下極其危險。主蒸氣迴路的閥門一旦關閉,就無法立刻重新打開。在先前長尾鯊號模擬輪機艙進水、反應器停機的訓練情境中,艦上人員需要花費約20分鐘才能將海水輔助系統與模擬的管路破裂處分離;等分離反應器控制迴路短路失效的部位,又要花費將近10分鐘才能重啟反應器。而當時在最大潛航深度附近的長尾鯊號根本就沒有這麼多時間進行這些程序,喪失推進又無法順利吹除水櫃,潛艦會迅速向下沈而來到耐壓殼被壓潰的臨界點。 當時長尾鯊號的反應器控制軍官(Reactor Control Officer)雷蒙德.麥可庫爾中尉(Lieutenant Raymond McCoole)因為處理妻子在家中意外受傷的事故而告假,他的代理人:缺乏經驗的輪機人員吉米.亨利(Jim Henry)可能依照前述的標準程序,在反應器停爐後立刻切斷主蒸氣迴路,但此後還來不及隔離受損部位並重啟反應器,長尾鯊號被海水壓潰;雷蒙德.麥可庫爾表示,如果當時他在場,肯定會延遲關閉主蒸氣閥門的時間,讓潛艦維持動力上浮到安全深度才進行關閉。之後,美國「核子海軍之父」──海軍反應器辦公室主管海曼.李高佛(Hyman Rickover)更改反應器操作程序,針對這類極端情況制訂「快速重新啟動」(Fast Recovery Startup)程序,允許反應器緊急停爐、主蒸氣迴路切斷後,允許立刻恢復部分蒸氣流通往關鍵系統(次要系統的蒸氣流仍關閉),維持潛艦的推進與關鍵供電能力。

經過調查後,美國海軍大致推論長尾鯊號失事的經過如下:長尾鯊號在最大作業深度附近時,輪機艙內的海水管路破裂,機艙瀰漫在高壓水霧中,輪機控制迴路接觸海水而短路, 使反應器跳機並緊急停爐,潛艦喪失主動力。隨後長尾鯊號的人員將高壓空氣吹入水櫃排除海水,並上揚艦首企圖上浮;但在反應器離線的情況下 ,無法靠推進力獲得上衝速度(即便有備用電池,產生的速度不足以潛艦上浮) ,而水櫃因為排除速率不夠、過濾器結冰等因素,也無法迅速排水讓長尾鯊號上浮。高壓海水由管路破口迅速進入長尾鯊號,艦上水櫃排水速率無法抵銷進水量,潛艦也沒有動力上浮;長尾鯊號在掙扎一會兒之後,就以艦首朝上的姿勢向下沈沒,最後終於超過耐壓界線而被海水壓毀。

 

潛艦管路焊接品管問題

之後美國海軍詳細調查顯示,長尾鯊號發生海水管路破裂的起因,可能是當時激烈的美蘇軍力競爭,美國海軍為了加快建造更多潛艦,採用較快速便捷的方式,犧牲了品質,終究造成了悲劇性的後果。

美國核能潛艦的核能設施安 全標準向來極端嚴格,但是長尾鯊號的艦內海水管路工程顯然並沒有得到同等級的標準(當時美國核能潛艦應該普遍有類似狀況);艦內直徑四吋以上 的水管路採用焊接 (weld)來接合,但是四吋以下的次級管路則採用溶銀銜接(Silver brazed),也就是將銀環放在管路接口加熱,使其以毛細原理滲入管路接合處細縫;如果這些次管路被物件檔著,工作人員沒有空間直接進行加熱焊接作業, 就會以火炬來加熱溶銀。雖然溶銀銜接較焊接方便省時,但是管路沒有確實接牢的機率較高。由於長尾鯊號的建造時程緊湊,沒有確實執行品管檢測工作,工作人員僅僅檢驗了容易接近的焊點,而被物件擋住的和點就不予檢 查。長尾鯊號 全艦的管路系統總共有超過3000個接點,建造品管階段有145個接受檢查,包含傳統的靜態液體壓力檢查(Hydrostatic Test,測試方式是在管路內注入相當於工作壓力150%的液壓來檢視是否漏水)以及較新但昂貴的超音波檢查(Ultrasonic Test),其中20個 接點通過靜態液體壓力檢查,但未通過昂貴耗時的超音波檢查 ,而其餘大量管道則根本沒接受超音波檢查。當時美國海軍對潛艦管路焊接的品管標準是最低連結強度(minimum bond requirement)不得低於40%,但長尾鯊號有14%的受測管道沒有符合這項標準。長尾鯊號出事後,美國海軍重新檢查其他潛艦,果然發現許多採用 溶銀銜接的管路根本不合安全標準。在深海中,這些水櫃管路內流動著與外界相同壓力的海水,一旦有了裂縫,高壓的海水就會瘋狂地往艦體內猛灌。

在1963年的國會質詢中,李高佛表示,他相信長尾鯊號並不是因為單一特定原因而失事,而是各種廣泛系統性因素連鎖造成的結果,包括設計時的哲學、潛艦建造與品管檢驗等。李高佛認為,此時有必要重新檢討美國海軍潛艦發展的作為;「為了(在美蘇軍力競賽)取得優勢,我們可能拋棄了一些最基本的好工程原則。」

 

潛艦安全計畫(SUBSAFE)

在長尾鯊號失事調查廷(Court of Inquiry)提交最終報告時,建議美國海軍針對潛艦設計審查、建造品管作業進行更嚴謹的計畫。回應這項報告,美國海軍 在1963年12月推動潛艦安全(Submarine Safety Program,SUBSAFE)計畫,在潛艦設計建造的四個領域進行更嚴格的認證,包括設計、材料、製造、測試;這些程序會落實在美國海軍各項潛艦設計建造與操作維護的書面文件中,包括潛艦設計建造階段的初始文件、海軍各廠站船塢的例行維護程序、以及海軍艦隊維護操作潛艦的文件手冊等。在這些步驟中,都需要採集質量證據(quality evidence)並進行檢視、證明,同時儲存起來作為這艘潛艦壽命生涯狀況追蹤的紀錄。而這些品質監控作業都會經過內部與外部單位審核。

SUBSAFE計畫啟動後,美國海軍陸續推行的設計、建造品管改進與後勤維護措施包括:

1.潛艦的管路以及任何需要承受海水水壓的部位一律採用焊接,徹底揚棄溶銀銜接。 品管檢查標準也大幅提高,至今美國潛艦上每一個管路接點都要接受超音波測試(而不像建造長尾鯊號的時代只有部分接點被抽測),而最低連結強度(The minimum bond requirement)要求為80%,是建造長尾鯊號時代(40%)的兩倍。

2.水櫃的緊急灌氣管路的口徑加大,灌氣速率較以往增加七倍左右,使潛艦在較大的深度時也能快速上浮。

3.海水筏增加了液壓輔助機械,即便失去電力時也能從控制中心直接關閉。

4.緊急艙內的空氣要盡量保持乾燥,以免水氣結冰。

5.為了讓潛艦人員在緊急情況下能快速控制壓載水櫃與筏門等關鍵設備,在控制室安裝用於緊急上升的備用機械控制裝置,並安裝於明顯的位置並清楚標示;而潛艦控制室設置中央閥門控制系統(central valve control system)。

6.潛艦進塢翻修的工期延長,以進行更仔細的檢修。

 

此外,美國海軍 在1970年代推出了深海救難載具(DSRV),以拯救遇難的潛艦。

從1915年美國海軍潛艦部隊成立到1963年啟動SUBSAFE計畫,包含長尾鯊號在內,美國海軍因為非戰鬥意外而喪失的潛艦總共有16艘 ;而起動SUBSAFE計畫後至今,美國海軍只喪失了一艘潛艦──1968年沈沒的天蠍號(USS Scorpion SSN-589);而天蠍號是在長尾鯊級之前的飛魚級核能攻擊潛艦,設計與建造並未依照SUBSAFE規範。 諷刺的是,天蠍魚號的失事可能是SUBSAFE計畫 過於嚴苛的「反效果」;由於SUBSAFE的標準繁瑣嚴苛, 推動後使美國海軍建造、維修核子潛艦的速率大受影響, 例如SUBSAFE規定潛艦進行大翻修工程必需長達36個月, 而且建造與維修等工作必須由有經驗的技術人員進行。 但是當時美國潛艦部隊的戰備壓力依舊沈重,依照SUBSAFE的規範 會使第一線部隊能用的潛艦更少,導致每艘潛艦勤務壓力更重, 影響日常維修節奏;天蠍魚號到1967年排定入塢翻修時, 美國海軍為了維持可值勤的潛艦數量,大幅簡化了該艦的翻修程序, 也不加裝SUBSAFE規定的新設備,只進行一般翻修的1/7工作量 就匆促回到現役,結果導致天蠍魚號機械狀況不佳,出塢8個月後 就告失事。

 

2013年的Bruce Rule分析報告

一般而言,美國海軍官方推測長尾鯊號先發生海水管路破裂,之後反應器才因為控制迴路因海水短路而跳機。日後大西洋上的戰略音響監視系統(SOSUS)的聽音資料解密並經過分析之後,開始有人懷疑長尾鯊號管路漏水是發生在反應器停爐之前或之後;在長尾鯊號被壓潰之前,SOSUS似乎沒有紀錄到高壓海水在機艙內噴濺的聲響(在長尾鯊號所在的潛航深度,就算是極微小的破洞,高壓海水的滲漏都會造成顯著聲響)。如果反應器停機之前並沒有漏水,則當時官方調查認為長尾鯊號首先因為管路破裂進水引發短路、使反應器停機的理論將被推翻。

在2013年4月8日,長期參與整合水下監視系統(Integrated Undersea Surveillance System,IUSS)計畫的退役聲學資料專家Bruce Rule在海軍時報(Navy Times)刊登他個人的分析論點,資料來自於當時伴隨長尾鯊號的雲雀號救難艦,以及SOSUS聽音設施的數據;當時這些SOSUS數據仍處於機密狀態,無法在1963年的調查庭(Court of Inquiry)以及國會質詢等公開場合中引用。Bruce Rule的分析報告總結認為,導致長尾鯊號失事的主因是冷卻迴路的泵浦的供電迴路失效;冷卻迴路泵浦在1962年 4月10日上午9時11分左右停止工作(聲響消失),進而觸發保護機制使反應器緊急停機,因此失去主推進和供電。隨後長尾鯊號的人員將高壓空氣吹瑞壓載水櫃試圖上浮,但因為過濾器結冰而無法順利吹除;失去推進又無法吹除水櫃的長尾鯊號逐漸下沈,最後終於被海水壓潰。

依照Bruce Rule引用SOSUS的聽音數據,在反應器停機之前,並沒有聽到長尾鯊號任何進水的聲響;而直到長尾鯊號被海水壓潰之前,該艦沒有發生任何破裂進水,耐壓殼體與管路都保持完整。此外,Bruce Rule也分析當時雲雀號救難艦與長尾鯊號之間通話的錄音檔案,長尾鯊號方面通話時,並沒有任何類似高壓海水滲漏的背景聲響。此外,當時長尾鯊號上的約翰.哈維中校在潛艦遇難前通知雲雀號「發生小問題,正試圖上浮」,Bruce Rule認為如果潛艦潛艦在深海發生漏水,就算是一個小直徑水管破裂,約翰.哈維中校也絕對不會用「小問題」來形容。分析SOSUS的監聽數據後,Bruce Rule認為長尾鯊號是在上午9時18分24秒,在2400英尺(730m)的深度遭到壓潰,比原本官方報告估計的壓潰深度(610m)還要深120m。長尾鯊號的耐壓殼在0.1秒之內整個爆炸,艦上人員的神經系統根本還來不及感到疼痛就已死亡。

後續艦

長尾鯊號沈沒後,後續同型艦的設計都做了若干修正與強化,並改以第二艘大鯧鰺號(USS Permit SSN-594)作為命名艦,總共有十三艘服役,其中SSN-613~615採用了一些根據SAFESUB規範的新設計, 包括強化機械結構、艦體長度增加10英尺以提高儲備浮力並改善艦內起居空間, 此外加大帆罩,增加的電子截收桅杆數量,使其情報蒐集能力恢復到以往美國攻擊潛艦的水平。 最後一艘長尾鯊級粉紅鮭號(USS Haddo SSN-604 )使用與SSN-613~615相同的放大型帆罩, 但艦體長度維持在原本的279英尺(85m)。

大鯧鰺級守衛魚號(USS Guardfish SSN-612)正在船塢裡維修。

大鯧鰺級的小丑魚號(USS Jack SSN-605)是一艘降噪實驗艦,採用特殊設計,蒸汽渦輪直接驅動大軸而不經過齒輪箱,推進器則是一組同軸反轉螺旋槳。 這些設計變更導致小丑魚號的輪機艙長度增加10英尺,推進器長度則增加7英尺。 雖然同軸反轉推進器在先前大青花魚號(USS Albacore AGSS-569)實驗潛艦上的測試相當成功,然而在小丑魚號的測試結果卻讓人失望,其結構複雜使艦尾軸封不容易維持密閉 而產生漏水(這對潛艦是無法容忍的)。此後美國海軍就放棄了這一型推進器的發展。 此外,美國海軍也曾在小丑魚號測試在艦首噴射有機溶劑(polymer)來降低艦首水流噪音,可增加被動聲納的聽音效能。

依照冷戰結束後公布的資料,大鯧鰺級的守衛魚號(USS Guardfish SSN-612)在1970年代,曾在越南水域秘密尾隨追蹤蘇聯的核子動力巡航飛彈潛艦(SSGN),這種潛艦攜帶長程反艦飛彈, 可能對美國水面艦隊造成威脅。