世界第一艘!鸚鵡螺號核子動力攻擊潛艦[36P]

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全世界第一艘核子動力潛艦──美國海軍鸚鵡螺號（USS Nautilus SSN-571）

    潛艦在兩次世界大戰中展現了很高的制海價值，然而傳統的柴電推進系統卻嚴重限制了潛艦的能力。
眾所周知，柴電潛艦潛航後，僅靠電瓶內的續電，並無法長期在水下作業，如欲延長潛航時間，航速必須降到非常低的程度。當電池耗盡後，潛艦別無選擇必須上浮至水面，打開柴油機充電，此時的潛艦就有如待宰鴨子；雖然呼吸管等技術能部分地解決這個問題，但是日益進步的偵測技術還是能偵測到一支冒出水面的呼吸管。 在二次大戰中，美軍開始使用大量的PBY等洋面巡邏機來搜捕浮在水上的德國U艇時，U艇往往不是遭到直接攻擊而毀損，就是為了躲避飛機而被迫下潛，進而阻礙其作戰企圖。

 
圖為海獅級柴電潛艦，原為前美軍二次大戰時期柴電潛艦，於1970年代移交我中華民國海軍....順道一提，本級艦為目前全世界現役柴油潛艦中最老的，已服役超過60年....

二戰時代柴電潛艦的航速也完全不足以配合或主動迎擊一支敵方主要水面作戰艦隊，即便浮出水面以柴油機驅動 （通常潛艦只能在夜間以浮航方式追蹤目標，在晝間就很容易被敵方水面艦艇或飛機發現）， 也只能獲得約17到19節的最大航速，這樣的速度也完全不足以追趕航速動輒25甚至30節以上的第一線水面作戰艦隊 ，更不用提二戰潛艦在發動攻擊前潛入水中後，靠電瓶推進僅僅能達到7、8節的速率。這種先天限制使得柴電潛艦只適合攻擊航速緩慢的商船隊或海軍的後勤運補船隊；面對敵方 航速較高的作戰艦隊時，潛艦最多只能設法事先在敵艦航道前方埋伏，例如在靠近海岸、水面艦艇運動受限制之處，而且錯過一次攻擊機會就很難獲得第二次，除非運氣夠好 。

例如 ，1945年初美國海軍射水魚號（USS Archer-fish SS-311）潛艦雖然在開闊水域偵獲了日本海軍信濃號航空母艦，但仍必須靠著準確預測日本信濃號航空母艦的之航路徑，外加 隨後信濃號由於大軸過熱而被迫降低航速到與射水魚號相當，射水魚號才有辦法在持續數小時的追擊之後，逮到機會進入攻擊陣位，用魚雷擊沈信濃號 ；只要其中一個環節不盡人意，例如信濃號能維持一艘艦隊型航空母艦正常的速度，則射水魚號就根本不會有發動攻擊的機會。
 
美國海軍射水魚號（USS Archer-fish SS-311）

終極的推進系統──核子動力!!
為了解決潛艦潛航時間不足、航速不夠的重大限制，二戰時代的納粹德國曾研究了配備華爾特過氧化氫（HTP）渦輪的XXI潛艦。過氧化氫渦輪是一種密閉循環發動機 ，反應過程中過氧化氫會釋放純氧，而不需要透過呼吸管從水面上獲得氧氣，因此在測試中能持續以超過20節的速率潛航一段很長的時間。然而XXI潛艦推出的時機已晚，還來不及大量建造形成有效戰力，納粹德國就已經戰敗。戰後英美蘇等國瓜分了納粹德國的戰利品，英國以XXI潛艦的基礎進一步研發過氧化氫渦輪推進系統，並以實驗型潛艦創下27節的潛航速率；而西方國家還擔心蘇聯也獲得了XXI潛艦的技術，並準備大量建造。為了因應蘇聯日益壯大的潛艦部隊威脅，美國海軍一方面從1946年開始改良現有的二戰型潛艦，一方面也開始研發更新一代的潛艦推進系統。然而實際上，華爾特渦輪發動機的能量效率較差， 為了換取高速而耗費大量燃料，影響續航力，而且過氧化氫危險性頗高，容易自燃或腐蝕金屬 、人體與衣物，可靠度不佳，整體而言不能算是真正理想的潛艦推進方式。

在二次大戰期間，美國一位物理學家菲利普.愛貝森（Philip Abelson）主張以核子動力裝置來提供潛艦所需的推進與電力。一位在二次大戰之後負責輪機工程的美國上校海曼.李高佛（Hyman G Rickover） 是美國海軍最早支持這類主張的人士之一：如果核子動力系統能實用化，潛艦就能持續潛航數萬海里而不需要上浮補充氧氣與燃油，這種能耐就算是過氧化氫渦輪也不敢想像。在李高佛等人的大力推動下，美國海軍在1947年9月正式展開潛艦用高壓水冷核子反應器的研究計畫，隨後李高佛就成為美國海軍新成立的海軍反應器辦公室（Naval Reactors branch of the Atomic Energy Commission）的主任。在1948年1月，美國國防部責成西屋（Westinghouse）公司與阿岡國家實驗室（Argonne National Laboratory）共同合作發展潛艦反應器原型，為新一代艦用核能推進系統的催生進行努力。
 
海軍反應器辦公室主任的美國上校海曼.李高佛（Hyman G Rickover）

 
在1948年8月，美國海軍艦政暑研究處成立核能組（Nuclear Power Division），由李高佛擔任第一任的主管。最初美國海軍將巡洋艦作為核子動力系統的優先發展項目，然而李高佛則力主將核子動力優先用於潛艦上。

 
史上首艘核能潛艦的誕生

 
在1949年8月，美國海軍作戰部（Chief of Naval Operations，CNO）正式頒佈新一代潛艦核能推進系統的需求，並要求在1955年1月之前就能實用化。眼看核能反應系統的發展逐漸成熟，美國海軍作戰部長佛斯特.薛曼（Forrest P. Sherman）上將在1951年4月25日宣布將展開第一艘核能潛艦的建造，並在同年8月2日與位於康乃迪克州格羅頓的通用電器船舶分部（Electric Boat division of General Dynamics Corporation in Groton, Connecticut，之前霍蘭的潛艦公司）簽約 ，建造第一艘核子動力攻擊潛艦，而艦上所需的MK-1核子推進系統原型也在同月於AEC位於愛達荷的國家核子反應爐測試站（National Reactor Testing Station）開始建造。
 
1951年12月12日，美國海軍宣布將首艘核子潛艦命名為鸚鵡螺號（USS Nautilus SSN-571），這不僅是美國海軍第六艘採用此艦名的潛艦，同時也是紀念由蒸汽船先驅富爾頓設計、1799年服役的砲艇，更是紀念18世紀法國著名科幻小說先驅朱勒斯.凡爾納（Jules Verne）的名著海底兩萬里（Vingt mille lieues sous les mers，英文版為Twenty Thousand Leagues Under the Sea）中那艘在海底縱橫的巨型神秘潛艦鸚鵡螺號。

 
小說中的鸚鵡螺號有超長的續航力與潛航時間，用來影射美國第一艘核能潛艦非凡的能耐，可說是再恰當也不過。

為了盡可能減低不必要的技術風險，盡快讓配備核子動力系統的潛艦展開操作驗證，鸚鵡螺號除了嶄新的核子推進系統之外，其基本構型仍延伸自二戰末期設計的大型艦隊型潛艦 ，這使美國海軍能將所有資源心力集中在核子動力推進系統上 ；日後鸚鵡螺號的成功證實這項穩健策略完全正確，使美國海軍能在最短時間內盡力成熟可靠的核子潛艦部隊，而不橫生枝節。

 
而李高佛堅持將核子反應器的安全性置於絕對優先的地位，不僅確保了美國海軍核能潛艦操作人員免於遭受輻射傷害，也讓核能潛艦的操作變得更安全； 爾後，注重反應器安全一直是美國海軍潛艦部隊的優良傳統，使得美國海軍核能潛艦部隊從1950年代成立至今，從未發生過重大的核子反應爐意外事故，表現遠優於蘇聯海軍。
 
值得一提的是，鸚鵡螺號的序號仍接在先前美國海軍的柴電潛艦之後，而且一開始並不打算採用新的代號，繼續沿用「SS」字頭；但李高佛為了彰顯核子潛艦的不同凡響，硬是要求在原本的「SS」之後加一個「N」（代表核子動力）；最後美國海軍 核定採用括弧附註的方式來處理這個「N」，即SS(N)-571，但李高佛卻告訴手下的參謀「在每一份相關的公文、備忘錄上都寫「SSN-571」，久而久之美國海軍就會忘記這個括弧」──之後李高佛成功了。



 
鸚鵡螺號下水的歷史性畫面。

鸚鵡螺號在1952年6月14日安放龍骨，並在1952年安裝了蒸汽渦輪機、減速齒輪等主要機械裝置；反應器方面，陸地上測試的MK-1壓水式（PWR）核子推進系統原型在1953年3月30日進行了全球第一次核能系統的陸地運轉，並在同年6月25日成功完成持續96小時的全功率持續運轉測試；而鸚鵡螺號的推進系統便直接由S1W衍生而來，只經過少許修改以相容於潛艦的其他裝備，並被賦予MK-2核子反應器的代號，稍後又改稱為S2W，其中S代表潛艦（Submarine），2代表第二代，W代表製造廠商西屋公司 ，整個S2W反應器以及蒸汽渦輪、減速齒輪與傳動系統佔據了整個鸚鵡螺號的後半段艦體。
 
最早實用化的核能反應器是沸水式反應器（BWR）與壓水式反應器，其中沸水式只有一套熱交換迴路，亦即使用水直接進入爐心與燃料棒接觸，吸收熱量成為高溫壓蒸汽後經管路推動發電機蒸汽輪，然後冷凝成水進行下一回循環；而壓水式反應器則擁有兩套熱交換迴路，第一次交換迴路進入爐心帶出熱量，在一個熱交換器中把熱量傳給第二級交換迴路，讓第二級迴路產生的蒸汽去推動發電機。雖然PWR比BWR多一套熱交換迴路，等於是增加了能量的損耗以及額外的成本與重量，但負責推動蒸汽渦輪的次級迴路完全不會與爐心接觸，而且也多了一道屏障，使得蒸汽渦輪等機械比較不容易受到放射性污染。
 


 
鸚鵡螺號於1954年1月21日在總統艾森豪及夫人的主持中下水，1954年9月30日正式編入美國海軍艦隊服役 ，該艦造價為5500萬美元。在1954年10月20日，鸚鵡螺號的S2W反應器首度啟動，並在1955年1月3日在碼頭邊完成第一次全功率運轉測試。

 
 
 
鸚鵡螺號於1954年1月21日在總統艾森豪及夫人的主持中下水

 
在1955年1月17日，鸚鵡螺號首度出海試航，並在上午1100時拍發了歷史性的電文：「本艦以核子動力航行中」（Underway on nuclear power）。

在1955年4月22日，鸚鵡螺號向設籍所在的新倫敦港報到，正式加入艦隊，並在5月10日展開成軍巡航，從新倫敦以全程潛航的方式前往波多黎各的聖胡安市，整個航程約1381海里（2220km），只花了90小時，其中有一小時時間都以16節以上的速率航行，刷新了潛艦持續潛航時間以及在水下持續以最大速度航行時間的世界紀錄，而原本潛艦最長的持續潛航時間只有其1/10。隨後鸚鵡螺號從凱西市回到新倫敦時，又再度刷新持續潛航速度的新紀錄，全程以平均20節的速率以潛航方式航行了1397海里。

 
最初鸚鵡螺號只是作為技術驗證艦，隨後又加裝了射控系統與魚雷系統，擔負實戰任務。鸚鵡螺號潛航排水量約3500ton，雙軸推進，艦上的武裝是六具位於艦首的MK-59 533mm魚雷發射器，全艇總共可攜帶24件武器（含魚雷管內事先裝填者）。
 
在紐約曼哈頓外海的鸚鵡螺號

革命性的衝擊
從1955至1957年，鸚鵡螺號持續進行長時間連續高速潛航的相關作戰研究，幾乎刷新了所有關於潛艦的世界紀錄；這些實驗證實在核子動力系統賦予潛艦前所未有的高速持續潛航能力後，二次大戰時代的反潛體系與技術的效能遭到大幅削弱，而這些新能力也對潛艦在海戰中的地位帶來深遠的影響。由於核能潛艦不受油料、氧氣與蓄電量的限制，持續潛航時間僅受到艦上食物攜帶量以人員對封閉空間的忍耐能力所限制，導致雷達對浮航潛艦搜索的價值大幅減弱，光靠反潛機持續滯空搜索上浮潛艦的作用也幾乎失去了意義；而核能潛艦高速潛航以及可快速改變深度的能耐，在不受海底地形限制的大洋裡，水面艦的刺蝟砲、深水炸彈等當時主流的無導引、無自身推進系統的反潛武器幾乎淪為廢物，甚至連舊式的機械聲納音鼓也無法持續追蹤一艘持續以二十幾節高速潛航的核能潛艦。

 
核子推進讓潛艦的攻擊能力有了飛越的進步，不僅定期的上浮充電成為過去式，而且更賦予潛艦極高的持續潛航速度，足以持續在潛航狀態有效追擊敵方第一線作戰艦艇，從以往守株待兔的伏擊者 變成能主動跟蹤 並創造戰機的追擊者；核子潛艦不僅能主動選擇與水面艦交戰的時間與地點，即便一次攻擊之後還能接二連三地繼續展開後續的追擊，直到武器用盡為止。

 
事實上，鸚鵡螺號服役後在幾次美國海軍與北約的演習中都大出風頭，其無遠弗屆的持續高速潛航能力讓水面反潛部隊望塵興嘆；鸚鵡螺號曾在演習中以20節 左右的高速持續追擊水面艦隊，並發動好幾次魚雷攻擊，而水面艦艇卻由於當時機械式聲納音鼓的性能限制，根本無法有效追蹤持續高速航行的鸚鵡螺號 。

 
曾有一位鸚鵡螺號的艦長表示，如果不是艦上二戰水平的舊式射控系統的限制，鸚鵡螺號將擁有更強大的攻擊能力。 此外，由於核能潛艦擁有完全自由的水下戰略運動能力，能任意在水下抵達海中任何位置（例如敵方艦隊或敵國沿岸），在完全沒有浮上水面露臉的情況下便投擲武力並悄悄離開，因此核能潛艦擁有戰略等級的投射能力；因此，核能潛艦結合致命的長程核子洲際彈道飛彈，就成為彈道飛彈潛艦，這是美蘇冷戰期間最具隱密性且飄忽不定的毀滅性戰略武器，它們的存在令東西雙方都繃緊了神經；即便沒有核子洲際飛彈，日後搭載傳統戰鬥部的巡航飛彈（例如美國戰斧）與核能潛艦結合之後，亦成為深具價值且比核武更好用的戰略性武器。

緊接在鸚鵡螺號之後，美國海軍又陸續建造了幾艘型號各異的核能潛艦原型艦，對這種嶄新的領域進行種種嘗試，這包括嘗試液態鈉快滋生反應器的海狼號（USS Seawolf SSN-575）、大型的哨戒潛艦三叉戟號（USS Triton SSRN-586）、配備獅子座巡航飛彈的比目魚號（USS Halibut SSGN-587）等等。
 
圖為三叉戟號（USS Triton SSRN-586）

 
在1957至1959年，美國海軍建造了四艘魟魚級（Skate class）核能攻擊潛艦，這是美國海軍第一批量生產的艦隊型核能攻擊潛艦。圖為魟魚級（Skate class）核能攻擊潛艦的首艦魟魚號（USS Skate SSN-578）

蘇聯的第一艘核子動力潛艦（627型）在1953年春展開設計，首艦K-3號於1958年夏天展開首航，比鸚鵡螺號落後了四年，而此時美國第一個核能潛艦艦隊已經初具雛形。

服役歷程
在1957年4月，鸚鵡螺號回船塢進行第一次燃料棒更換作業，此時鸚鵡螺號的累積航程已經達到62562海里，超過了小說「海底兩萬里」小說中鸚鵡螺號的60000海里。燃料棒換裝工程在1957年5月完成後，重回艦隊的鸚鵡螺號又前往太平洋沿岸，參加了與美國太平洋艦隊的演習，稱為全壘打行動（Home Run），讓美國太平洋艦隊嚐嚐核子潛艦的厲害。全壘打行動之後，鸚鵡螺號於7月21日返回母港新倫敦，並在8月19日展開全球第一次核子潛艦穿越北極冰帽的航行；由於北極海是太平洋通往大西洋的捷徑 ，途中會經過漫長的蘇聯海岸，因此戰略地位重要（尤其是核能彈道飛彈潛艦出現以後），而此塊冰封極地也成為日後東西雙方水下角力的場所之一。通過180海里北極冰帽的鸚鵡螺號隨後抵達大西洋，在北海參加了北約艦隊的聯合演習，隨後並拜訪了英國與法國的軍港。

 
在1958年4月25日，鸚鵡螺號前往美國西岸；在6月9日，從西雅圖啟程的鸚鵡螺號展開了另一次著名的極地航行任務：「陽光行動」（Operation Sunshine）。
 
鸚鵡螺號隨後穿越阿留申群島與白令海，並於6月19日進入北冰洋的楚克奇海（Chukchi Sea），但隨後在淺海水域遇到許多流冰，基於安全考量而折返，並在6月28日抵達夏威夷珍珠港做短暫的停留，等到北極海的海象改善時再啟程上路。在7月23日，鸚鵡螺號從珍珠港出海北航，通過楚克奇海時短暫上浮，然後繼續下 潛，於8月1日時橫越深度3657m的巴羅海谷（Barrow Sea Valley）。在8月3日東岸日光節約時間（EDST）23時15分，鸚鵡螺號抵達地理北極，成為全世界第一艘抵達地理北極點的船隻；然而，由於頂上有厚度16m的冰層，鸚鵡螺號並無法上浮。隨後鸚鵡螺號曾四度嘗試上浮，但都由於冰層阻礙而被迫放棄。在冰層之間穿越或上浮具有很大的風險性，稍有不慎就會撞到厚重的冰層，導致艦體重創、進水沈沒；而鸚鵡螺號在冰層之間企圖上浮時，只能靠回聲探測儀與一部仰視電視攝影機進行探測。在8月5日，鸚鵡螺號在格陵蘭東北外海浮上海面並拍發電報，成功地完成潛航穿越北極的任務。整個陽光行動的技術細節都是由海軍電子實驗室（Naval Electronics Laboratory）所擬定，而該實驗室的華爾多·里昂（Dr. Waldo Lyon）博士甚至親自登艦，擔任此任務的科學總監與冰下領航員。
 
完成陽光任務後，鸚鵡螺號抵達位於英國的波特蘭，並在此獲得美國駐英大使約翰·惠特尼（John Hay Whitney）代為頒發的總統單位嘉獎勳表（Presidential Unit Citation），是美國有史以來第一次在承平時期頒發此一殊榮。


核能潛艦對反潛戰的衝擊
核能潛艦促使一切的反潛科技必須做出革新，首先只有能持續推進並搜索目標的導向魚雷才可能在大洋中有效攻擊核能潛艦，艦艇也換裝新一代低頻大型聲納以在遠距離有效追蹤核能潛艦，而光靠空中或水面的雷達偵測已經很難對可長期潛航的核能潛艦產生效果，因此反潛偵測必須全面轉移到對水下聲噪的監聽，因此有機載聲納浮標等系統的出現；而美國在冷戰期間於大西洋設置的SOSUS海底聲納監聽網，堪稱最具代表性且最龐大的固定式潛艦監聽設施。當水下聽音設施與反潛武器科技開始急起直追後，核能潛艦除了進一步追求更高的潛航速率（超過30節）之外，靜音降噪領域開始受到重視，成為冷戰期間東西方潛艦競賽的技術指標；此外，潛艦技術也逐漸朝向獵殺敵方潛艦 （而不是水面艦）而演進，特別是在核子動力彈道飛彈潛艦出現之後。為此，核能潛艦開始搭載大型化的聲納系統，魚雷的攻擊深度與攻擊速度也開始進化。一艘能長時間持續潛航、噪音微弱難以被有效監聽追蹤的新型核能潛艦，直到今日依舊是各國反潛兵力最頭痛的夢魘。

 
尾聲
在1970年5月26日，鸚鵡螺號完成了從格洛頓至加州巴羅耶的梅爾島海軍造船廠（Mare Island Naval Shipyard）的最後航程，並在1980年3月3日除役。
 
經過兩年的波折後，美國內政部在1982年5月20日宣布鸚鵡螺號為國家歷史性古蹟（National Historic Landmark），在梅爾島海軍造船廠接受一次為永久保存而進行的大規模改裝，包括撤除了核子反應器，隨後於1985年7月6日被拖回康乃迪克州的格洛頓 ，成為美國海軍潛艦武力圖書館與博物館（U.S. Navy Submarine Force Library and Museum），從1986年4月11日起對外開放。
 
 
然而直到2002年，鸚鵡螺號才在通用電船公司的船塢中進行永久保存工程，為時5個月，耗資470萬，之後停泊於昔日鸚鵡螺號設籍的新倫敦海軍潛艦基地旁，成為潛艦歷史博物館。
 
 
在2004年9月30日鸚鵡螺號成軍50週年紀念時，該艦被美洲核能協會（American Nuclear Society，ANS）指定為國家核能古蹟（National Nuclear Landmark）。
 
艦名/使用國:鸚鵡螺號核子動力攻擊潛艦（USS Nautilus SSN-571）/美國  
承造國/承造廠:美國/Electric Boat Division, General Dynamics Corporation, Groton, Connecticut
尺寸（m): 長97.5 舷寬8.5 浮航吃水7.9
排水量（ton):浮航2980 潛航3520
動力系統/軸馬力:S2W反應爐＊1/15000/蒸汽渦輪＊2/雙軸
航速（節）:潛航22
最大潛深(m):150~200
水面偵測/電子戰系統:BPS-15平面搜索雷達
聲納/射控系統:BQS-4被動聲納＊1
MK-101魚雷射控系統
人員:105
艦載武裝:MK-59 533mm魚雷管＊6 （攜帶24枚MK-14/16/37/48魚雷等）
備註: 1951年8月2日簽約訂購，1952年6月14日安放龍骨，1954年1月21日下水，1954年9月30日服役，1980年3月3日除役與除籍，1986年成為紀念艦。

sin7799

李高佛是美國核能潛艇的有力支持者.也讓他後來登上軍令部長

corn8888

這是人類重要的發明呀
太厲害了

w3411463

哀~~ 人家的潛艦強成這樣 而我們的潛艦卻是 浮的上來 沉不下去 沉的下去 浮不上來 .....

邪惡壞寶寶

這人類史上第一艘全程未上浮而越過北極冰帽的潛艦，具有舉足輕重的地位，這代表潛艦發展從柴電時代進入核子時代。

Andy_0109

謝謝大大你詳細的解說