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潜艇,特别是装备着战略核武器的弹道导弹核潜艇一旦发生碰撞,可能发生的破坏作用是多方面的。潜艇碰撞时产生的冲击,除了对带有核弹头的弹道导弹产生影响之外,还将对艇上的核反应堆系统、耐压艇体结构以及人员这三方面产生不同程度的影响。
碰撞对反应堆的影响
核潜艇反应堆系统中最为重要和关键的部分是活性区和控制棒,它们是反应堆的核心。为保证活性区和控制棒的安全运行,它们必须装在压力壳中。一般情况下,压力壳由下封头、壳体和顶盖这三部分组成。压力壳的下封头通常呈半球形,壳体为圆柱形,顶盖为平板形或者碟形。在对反应堆压力壳进行设计过程中,首先需要保证的是压力壳必须承受高压,而且压力壳的下封头、壳体和顶盖这三个重要组成部分必须具有同等程度的抗压能力。为此,压力壳的厚度很大,通常情况下其强度远远高于潜艇耐压艇体的强度,是核潜艇中具有最高强度的设备。再加上核潜艇耐压艇体的保护,一般说,除被核弹直接命中外,即使核潜艇遭到鱼雷、深弹、水雷的直接命中攻击,艇内的反应堆压力壳仍不会破损。为确保万无一失,在压力壳装备在核潜艇上之前,要经受极为严格的安全检查和抗冲击试验。潜艇在发展的一个多世纪里发生过上百次碰撞,但碰撞时产生的冲击强度基本没有超过鱼雷、深弹、水雷直接命中时的冲击强度。因此从这方面看,即使核潜艇发生剧烈碰撞,也不会对反应堆压力壳造成损伤。
核潜艇问世后的半个多世纪中,核潜艇反应堆的安全性虽然没经战争直接考验,但也经受了和平年代多次碰撞或者深海压力的考验。2005年1月7目,美国“洛杉矶”级SSN-711“旧金山”号核潜艇在距关岛以南560千米的海域撞上海底山脉时,该艇正以很高速度航行。据一些媒体披露,当时该艇航速超过了33节。这种剧烈的水下碰撞在潜艇发展历史中是不多见的。然而,“旧金山”号在碰撞之后,艇上的反应堆根本没受到任何影响,它仍然利用艇上的核动力装置安全返回了关岛的母港。另外,美国“长尾鲨”号核潜艇于1963年4月10日在进行深潜试验过程中,突然发生事故沉没在2560米的海底。多年之后,美国海军利用深潜器对“长尾鲨”号沉没现场进行取样检查,没发现放射性异常。1989年2月28日,苏联“共青团员”号核潜艇因发生火灾沉没在挪威北部海域1 370米的海底。1991年4月~9月期间,苏联组织了5艘海洋水文调查船,携带着“和平”号和“科尔德什”号载人深潜器,对“共青团员”号展开大规模水下调查,参加活动的有苏联一些科学家、水下考察专家、潜艇专家、核动力专家及海军武器专家等65人。此外,挪威、荷兰、英国和美国的一些专家也参加了这次水下调查。8月23日31日,“和平”号和“科尔德什”号载人深潜器多次下潜到“共青团员”号的残骸附近海底,进行了14昼夜的水下调查,采取了海水样品2880升。经过对海水样品、海底泥土试样及生物样品进行放射性强度化验,“共青团员”号在海底没发生放射性泄漏,沉艇对周围海水环境及生物没造成任何不良影响。这说明“长尾鲨”号和“共青团员”号的反应堆压力壳虽然在大深度的海底沉睡多年,并没发生任何破损。
碰撞对潜艇耐压艇体结构的影响
由于耐压艇体是核潜艇的基本安全保障,因此,核潜艇发生碰撞无论其形式如何,碰撞冲击都会直接作用于耐压艇体结构。在核潜艇设计过程中,耐压艇体强度特别是抗冲击强度,是重点考虑之一。美国在设计和建造潜艇方面有百年历史,在核潜艇设计和建造方面有50多年的历史。积多年的战争及和平年代运行潜艇的经验,美国海军对潜艇的抗冲击强度十分重视。二战结束后,美国海军为了检验潜艇的抗冲击强度,曾利用实艇参加核爆条件下的强度试验。自从20世纪50年代初第一艘核潜艇“鹦鹉螺”号建成以来,美国海军几乎在每一艘核潜艇正式服役之前,都采取水下爆炸的方式进行抗冲击试验,以便检验核潜艇的安全性。其它国家也对其潜艇进行不同程度和形式的抗冲击试验。这种试验使潜艇特别是核潜艇耐压艇体的设计水平得到很大提高。一般地说,碰撞对耐压艇体不会造成直接损伤,但对于不同结构的核潜艇,碰撞点发生在不同部位时,可能产生截然不同的影响。
目前美、俄、英、法四国的核潜艇,在结构方面分为两种截然不同的形式。以美国为代表的西方核潜艇采用典型的单壳体结构,俄罗斯则采用典型的双壳体结构。
美国的“洛杉矶”级、“海狼”级和“弗吉尼亚”级基本上采取相同的单壳体结构。这种结构的特点是,核艇体的中间部分为耐压艇体,两端则为艏艉主压载水舱,核潜艇的最前端装备了艏部球形声呐基阵,鱼雷发射管后移布置在接近指挥台围壳的下方附近,并且分布在左右两舷,与艇体纵向中心线呈10°角外斜布置。采取典型单壳体结构的核潜艇,如果碰撞点位于潜艇的艏部,则可能导致艏部球形声呐及艏部主压载水舱发生破损,但不会伤及耐压艇体。美国“旧金山”号核潜艇触礁就是这种典型的碰撞实例。“旧金山”号长109.7米,耐压艇体长约80米,耐压艇体艏端封头距艇艏最前端约为14米左右。在这段空间内,布置了巡航导弹垂直发射装置、艏部声呐及主压载水舱等。当“旧金山”号在水下状态时,其主压载水舱内充满了海水,因此,当该艇在水下触礁时,虽然速度很高,但是艏部的主压载水舱仍然对该艇的耐压艇体起到了一定的保护作用。
由于单壳体结构的核潜艇的中段是耐压艇体,因此,如果“日金山”号的触礁部位发生在中部艇体底部的话,那么,该艇的耐压艇体将与水下礁石直接擦撞,很有可能导致耐压艇体受损在160米深度,一旦耐压艇体发生微小破损,在外界巨大压力的作用下,海水将迅速涌进艇内,后果肯定比艏部触礁严重得多,在作战时,由于艇体侧面的目标面积比艇艏大得多,因此艇体中部遭鱼雷攻击的可能性也比艇艏更大,作战时西方核潜艇的生存力也存在很大问题。
俄罗斯的核潜艇采用的是典型的双壳体结构,其特点是声呐和鱼雷发射管全部位于潜艇艏部,耐压艇体艏端封头距艇艏最前端的距离比较小,而且艏部也没有主压载水舱。但是双壳体结构的核潜艇的主压载水舱布置在艇体中部的左右两舷。当双壳体结构核潜艇的碰撞点位于艇体中部时,左右两舷的主压载水舱可以对耐压艇体提供保护作用。但是碰撞点位于艏部时,耐压艇体易受损,鱼雷发射管也极易受到严重损伤,鱼雷发射管受到严重损伤可能导致两种后果。其一是引起鱼雷爆炸,使耐压艇体直接受损。或者发射管内的鱼雷发生爆炸之后,又引起艇内备用鱼雷的连锁爆炸。一旦发生这种情况,核潜艇就会重演“库尔斯克”号的悲剧。其二是,即使鱼雷发射管内的鱼雷没发生爆炸,但剧烈碰撞 可能使鱼雷发射管前盖受损,发射管变形,前后盖的连锁机构失灵。如发生这种情况,可能会导致鱼雷发射管进水和后盖密封失效,这样将会使得艇内舱室进入大量海水,最终的结果极可能导致核潜艇沉没。如果这次碰撞的英法核潜艇之中有一艘是俄罗斯那样的典型双壳体结构核潜艇,碰撞结果难以预料。
碰撞对艇内人员的影响
潜艇在航行状态发生碰撞,虽然与潜艇受到鱼雷、水雷或深弹的爆炸冲击有相似之处,但是两者却有很大差别。潜艇受到爆炸冲击时,虽然冲击强度有时很大,可能对艇体、艇上设备及艇员造成损坏及伤害,但是外界爆炸冲击往往产生较大的局部破坏作用。当潜艇在航行状态发生碰撞时,虽然作用在艇体和艇上设备的冲击力可能不像爆炸冲击那样大,但作用范围却遍及全艇,特别是潜艇高速航行碰撞时,对所有艇员的危害十分严重。“旧金山”号艇上人员透露说,在触礁瞬间,由于巨大惯性,“当时艇内就像电影《黑客帝国》里的情节一样,所有的东西都飘了起来,迅速向前方飞了出去”。这次触礁事故造成一名艇员身亡,另有24名艇员受伤。受伤艇员中,一些人骨折,另有一些人擦伤和碰伤,“旧金山”号共有137名艇员,按照美国核潜艇航行惯例,艇上按照三班轮流执勤。也就是说,当“旧金山”号触礁时,艇内应该有40余名艇员正处于睡眠休息状态,40余名艇员正在各个岗位上执勤,还有40余名艇员在从事辅助性工作或各种学习和休闲活动。从“旧金山”号伤亡25名人员的数量来看,这次水下碰撞造成艇内伤亡人员的比例已不算低如发生在战争期间,这种程度的伤亡对“旧金山”号作战能力将产生很大影响。
一般地说,潜艇在航行过程中发生碰撞对艇内人员的伤害程度与陆地上的火车或汽车有所不同。在火车或汽车上,司乘人员数量少,旅客数量多、此外,火车或汽车内的环境相对宽敞舒适,不像潜艇内部那样狭窄和险峻。因此火车或汽车发生碰撞时,车内人员受到创伤的程度相对比较轻微一般地说,当前核潜艇上的艇员人数编制能达到130~150人,而且艇上不存在乘客,潜艇上的乘员都是战斗人员。潜艇在执行任务期间,除了按三班倒休息的艇员之外,其余人员基本都处于聚精会神的值勤工作状态。处于这种高度紧张状态的艇员在潜艇发生碰撞事故时更易受到创伤。潜艇内部空间十分有限,每个身处值勤岗位的艇员,其周围的空间都十分狭小,在艇员身手触及的周围,到处都是金属管路、阀门、设备或支架等。这些金属制品的棱角外露,一旦人员撞上,轻辄皮破血流,重辄发生骨折甚至危及生命。另外,在现代潜艇执行任务期间,艇内人员基本都身着单衣单裤,执勤人员头上不戴安全帽身上也不系安全带。潜艇在运行过程中一旦发生碰撞事故,这种着装状态的艇员与艇内金属设备和支架相撞,受伤的比例往往会更高一些。
当前拥有潜艇的国家在设计新型潜艇过程中往往重点考虑潜艇的抗爆炸冲击强度,而对于潜艇发生碰撞时产生的影响,特别是对艇内人员的影响却考虑得不多。英法核潜艇的这次水下碰撞事故引起的波动虽已平息,但如何在碰撞过程中减少艇内人员伤亡,这一问题却向潜艇设计部门和潜艇运行使用部门提出了新课题和挑战。
碰撞对反应堆的影响
核潜艇反应堆系统中最为重要和关键的部分是活性区和控制棒,它们是反应堆的核心。为保证活性区和控制棒的安全运行,它们必须装在压力壳中。一般情况下,压力壳由下封头、壳体和顶盖这三部分组成。压力壳的下封头通常呈半球形,壳体为圆柱形,顶盖为平板形或者碟形。在对反应堆压力壳进行设计过程中,首先需要保证的是压力壳必须承受高压,而且压力壳的下封头、壳体和顶盖这三个重要组成部分必须具有同等程度的抗压能力。为此,压力壳的厚度很大,通常情况下其强度远远高于潜艇耐压艇体的强度,是核潜艇中具有最高强度的设备。再加上核潜艇耐压艇体的保护,一般说,除被核弹直接命中外,即使核潜艇遭到鱼雷、深弹、水雷的直接命中攻击,艇内的反应堆压力壳仍不会破损。为确保万无一失,在压力壳装备在核潜艇上之前,要经受极为严格的安全检查和抗冲击试验。潜艇在发展的一个多世纪里发生过上百次碰撞,但碰撞时产生的冲击强度基本没有超过鱼雷、深弹、水雷直接命中时的冲击强度。因此从这方面看,即使核潜艇发生剧烈碰撞,也不会对反应堆压力壳造成损伤。
核潜艇问世后的半个多世纪中,核潜艇反应堆的安全性虽然没经战争直接考验,但也经受了和平年代多次碰撞或者深海压力的考验。2005年1月7目,美国“洛杉矶”级SSN-711“旧金山”号核潜艇在距关岛以南560千米的海域撞上海底山脉时,该艇正以很高速度航行。据一些媒体披露,当时该艇航速超过了33节。这种剧烈的水下碰撞在潜艇发展历史中是不多见的。然而,“旧金山”号在碰撞之后,艇上的反应堆根本没受到任何影响,它仍然利用艇上的核动力装置安全返回了关岛的母港。另外,美国“长尾鲨”号核潜艇于1963年4月10日在进行深潜试验过程中,突然发生事故沉没在2560米的海底。多年之后,美国海军利用深潜器对“长尾鲨”号沉没现场进行取样检查,没发现放射性异常。1989年2月28日,苏联“共青团员”号核潜艇因发生火灾沉没在挪威北部海域1 370米的海底。1991年4月~9月期间,苏联组织了5艘海洋水文调查船,携带着“和平”号和“科尔德什”号载人深潜器,对“共青团员”号展开大规模水下调查,参加活动的有苏联一些科学家、水下考察专家、潜艇专家、核动力专家及海军武器专家等65人。此外,挪威、荷兰、英国和美国的一些专家也参加了这次水下调查。8月23日31日,“和平”号和“科尔德什”号载人深潜器多次下潜到“共青团员”号的残骸附近海底,进行了14昼夜的水下调查,采取了海水样品2880升。经过对海水样品、海底泥土试样及生物样品进行放射性强度化验,“共青团员”号在海底没发生放射性泄漏,沉艇对周围海水环境及生物没造成任何不良影响。这说明“长尾鲨”号和“共青团员”号的反应堆压力壳虽然在大深度的海底沉睡多年,并没发生任何破损。
碰撞对潜艇耐压艇体结构的影响
由于耐压艇体是核潜艇的基本安全保障,因此,核潜艇发生碰撞无论其形式如何,碰撞冲击都会直接作用于耐压艇体结构。在核潜艇设计过程中,耐压艇体强度特别是抗冲击强度,是重点考虑之一。美国在设计和建造潜艇方面有百年历史,在核潜艇设计和建造方面有50多年的历史。积多年的战争及和平年代运行潜艇的经验,美国海军对潜艇的抗冲击强度十分重视。二战结束后,美国海军为了检验潜艇的抗冲击强度,曾利用实艇参加核爆条件下的强度试验。自从20世纪50年代初第一艘核潜艇“鹦鹉螺”号建成以来,美国海军几乎在每一艘核潜艇正式服役之前,都采取水下爆炸的方式进行抗冲击试验,以便检验核潜艇的安全性。其它国家也对其潜艇进行不同程度和形式的抗冲击试验。这种试验使潜艇特别是核潜艇耐压艇体的设计水平得到很大提高。一般地说,碰撞对耐压艇体不会造成直接损伤,但对于不同结构的核潜艇,碰撞点发生在不同部位时,可能产生截然不同的影响。
目前美、俄、英、法四国的核潜艇,在结构方面分为两种截然不同的形式。以美国为代表的西方核潜艇采用典型的单壳体结构,俄罗斯则采用典型的双壳体结构。
美国的“洛杉矶”级、“海狼”级和“弗吉尼亚”级基本上采取相同的单壳体结构。这种结构的特点是,核艇体的中间部分为耐压艇体,两端则为艏艉主压载水舱,核潜艇的最前端装备了艏部球形声呐基阵,鱼雷发射管后移布置在接近指挥台围壳的下方附近,并且分布在左右两舷,与艇体纵向中心线呈10°角外斜布置。采取典型单壳体结构的核潜艇,如果碰撞点位于潜艇的艏部,则可能导致艏部球形声呐及艏部主压载水舱发生破损,但不会伤及耐压艇体。美国“旧金山”号核潜艇触礁就是这种典型的碰撞实例。“旧金山”号长109.7米,耐压艇体长约80米,耐压艇体艏端封头距艇艏最前端约为14米左右。在这段空间内,布置了巡航导弹垂直发射装置、艏部声呐及主压载水舱等。当“旧金山”号在水下状态时,其主压载水舱内充满了海水,因此,当该艇在水下触礁时,虽然速度很高,但是艏部的主压载水舱仍然对该艇的耐压艇体起到了一定的保护作用。
由于单壳体结构的核潜艇的中段是耐压艇体,因此,如果“日金山”号的触礁部位发生在中部艇体底部的话,那么,该艇的耐压艇体将与水下礁石直接擦撞,很有可能导致耐压艇体受损在160米深度,一旦耐压艇体发生微小破损,在外界巨大压力的作用下,海水将迅速涌进艇内,后果肯定比艏部触礁严重得多,在作战时,由于艇体侧面的目标面积比艇艏大得多,因此艇体中部遭鱼雷攻击的可能性也比艇艏更大,作战时西方核潜艇的生存力也存在很大问题。
俄罗斯的核潜艇采用的是典型的双壳体结构,其特点是声呐和鱼雷发射管全部位于潜艇艏部,耐压艇体艏端封头距艇艏最前端的距离比较小,而且艏部也没有主压载水舱。但是双壳体结构的核潜艇的主压载水舱布置在艇体中部的左右两舷。当双壳体结构核潜艇的碰撞点位于艇体中部时,左右两舷的主压载水舱可以对耐压艇体提供保护作用。但是碰撞点位于艏部时,耐压艇体易受损,鱼雷发射管也极易受到严重损伤,鱼雷发射管受到严重损伤可能导致两种后果。其一是引起鱼雷爆炸,使耐压艇体直接受损。或者发射管内的鱼雷发生爆炸之后,又引起艇内备用鱼雷的连锁爆炸。一旦发生这种情况,核潜艇就会重演“库尔斯克”号的悲剧。其二是,即使鱼雷发射管内的鱼雷没发生爆炸,但剧烈碰撞 可能使鱼雷发射管前盖受损,发射管变形,前后盖的连锁机构失灵。如发生这种情况,可能会导致鱼雷发射管进水和后盖密封失效,这样将会使得艇内舱室进入大量海水,最终的结果极可能导致核潜艇沉没。如果这次碰撞的英法核潜艇之中有一艘是俄罗斯那样的典型双壳体结构核潜艇,碰撞结果难以预料。
碰撞对艇内人员的影响
潜艇在航行状态发生碰撞,虽然与潜艇受到鱼雷、水雷或深弹的爆炸冲击有相似之处,但是两者却有很大差别。潜艇受到爆炸冲击时,虽然冲击强度有时很大,可能对艇体、艇上设备及艇员造成损坏及伤害,但是外界爆炸冲击往往产生较大的局部破坏作用。当潜艇在航行状态发生碰撞时,虽然作用在艇体和艇上设备的冲击力可能不像爆炸冲击那样大,但作用范围却遍及全艇,特别是潜艇高速航行碰撞时,对所有艇员的危害十分严重。“旧金山”号艇上人员透露说,在触礁瞬间,由于巨大惯性,“当时艇内就像电影《黑客帝国》里的情节一样,所有的东西都飘了起来,迅速向前方飞了出去”。这次触礁事故造成一名艇员身亡,另有24名艇员受伤。受伤艇员中,一些人骨折,另有一些人擦伤和碰伤,“旧金山”号共有137名艇员,按照美国核潜艇航行惯例,艇上按照三班轮流执勤。也就是说,当“旧金山”号触礁时,艇内应该有40余名艇员正处于睡眠休息状态,40余名艇员正在各个岗位上执勤,还有40余名艇员在从事辅助性工作或各种学习和休闲活动。从“旧金山”号伤亡25名人员的数量来看,这次水下碰撞造成艇内伤亡人员的比例已不算低如发生在战争期间,这种程度的伤亡对“旧金山”号作战能力将产生很大影响。
一般地说,潜艇在航行过程中发生碰撞对艇内人员的伤害程度与陆地上的火车或汽车有所不同。在火车或汽车上,司乘人员数量少,旅客数量多、此外,火车或汽车内的环境相对宽敞舒适,不像潜艇内部那样狭窄和险峻。因此火车或汽车发生碰撞时,车内人员受到创伤的程度相对比较轻微一般地说,当前核潜艇上的艇员人数编制能达到130~150人,而且艇上不存在乘客,潜艇上的乘员都是战斗人员。潜艇在执行任务期间,除了按三班倒休息的艇员之外,其余人员基本都处于聚精会神的值勤工作状态。处于这种高度紧张状态的艇员在潜艇发生碰撞事故时更易受到创伤。潜艇内部空间十分有限,每个身处值勤岗位的艇员,其周围的空间都十分狭小,在艇员身手触及的周围,到处都是金属管路、阀门、设备或支架等。这些金属制品的棱角外露,一旦人员撞上,轻辄皮破血流,重辄发生骨折甚至危及生命。另外,在现代潜艇执行任务期间,艇内人员基本都身着单衣单裤,执勤人员头上不戴安全帽身上也不系安全带。潜艇在运行过程中一旦发生碰撞事故,这种着装状态的艇员与艇内金属设备和支架相撞,受伤的比例往往会更高一些。
当前拥有潜艇的国家在设计新型潜艇过程中往往重点考虑潜艇的抗爆炸冲击强度,而对于潜艇发生碰撞时产生的影响,特别是对艇内人员的影响却考虑得不多。英法核潜艇的这次水下碰撞事故引起的波动虽已平息,但如何在碰撞过程中减少艇内人员伤亡,这一问题却向潜艇设计部门和潜艇运行使用部门提出了新课题和挑战。