21世紀柴電潛艦戰術與科技新知II

第2章 各型「絕氣推進系統」的優缺點

儘管全世界各國先進潛艦製造商採用與發展 AIP 的方向有所不同，但是就潛艦戰術和作戰需求的目標，卻是有共同的特徵：
一、提升潛艦水下潛航的持續能力；
二、能夠滿足潛艦在必要時，短時間執行最大航速的需求電力；
三、降低在受命巡邏區內的曝露率。
現今先進潛艦的基本配備標準，是能夠提供潛艦水下使用AIP 寂靜潛航至少15至20 天的時間。
不同的 AIP 系統所需求潛艦設計的空間和重量容許度相當不同，「密閉式循環系統」(CCD)和「史特林引擎」(SE)，就所需的空間與重量的比值相差不大；然而在相同噸位的潛艦同樣排水量的情況下衡量，「史特林引擎」所佔的空間和工作時間的綜合評估，卻是「燃料電池」的1.8 倍。
因此在潛艦考量設計裝置 AIP 時，就必須針對「寂靜、效率、體積、空間」整體進行考量，並在最後針對戰術需求進行一個「均衡的最終決策」。
當 AIP 裝置容量為300 至400KW/小時、工作時間為300 至400 小時，史特林引擎裝置量為200 至300 噸；在相同的條件下，燃料電池裝置的重量要比史特林引擎大的多，而傳統的鉛酸電池組的重量則更為巨大。
近十年來，國際潛艦的專家和學者針對潛艦的 AIP 系統，提出了一個標準，也就是「平衡速率」的概念；所謂「平衡速率」，係指潛艦僅依賴AIP 系統提供動力，直到抵達作戰海域所採取過渡航速的均值標準；而它高標期望值的設計則是能達到12 節，若依據此國際認同的標準，一艘原為2,200 噸級的潛艦，加裝AIP「密閉式循環系統」之後，必須增至3,600 噸左右(約增加63%)，若是採用「燃料電池」系統，則必須增加至3,000 噸左右(約增加36%)，當然隨著科技進步速度，這個空間和重量的所需比例會逐漸縮小(可能縮小至20 至25%，特別是鋰電池在未來可能的發展)。
此外，潛艦在考量設計裝置 AIP 時，不僅僅針對作戰需求和支援潛航動力輸出的考量，同時也必須針對潛艦整體全般考量，如艦體噸位、外型和大小的改變、潛航
速率、下潛深度、推進效率等等，特別是艇員生活空間的排擠；依據國外目前的分析，以2,000 噸級柴電潛艦為基準，人員生活負載設施約為100KW，一般1,500 至2,000噸的柴電潛艦，於水下以2 至4 節航行時，推進所需動力約數十千瓦，而艇內生活負載則約50 至150KW；因此，在安裝AIP 統的同時，就必須考量低速與高速全般情況，全艦用電量的取捨，一般考量均以200KW 為基準考量；以瑞典「加特蘭級」潛艦為例，裝配2 部75KW 功率的V4-275R 型史特林引擎，總功率可達150KW，算是勉強能夠支應；德國第一批212A 型潛艦，則是安裝了9 組34KW 的「燃料電池」模組，總功率可達306KW，當算是能夠游刃有餘。
若潛艦以相同的排水量來評估律定，對於減少呼吸管航行的使用量，所可以採取的措施有：安裝AIP 裝置；增大潛艦海軍部署的係數；降低潛艦航速；提高柴油發電機組的輸出功率和減少艇上的生活負載。
安裝 AIP 的出發點和目的，在於提高潛艦水下航速和增大二次呼吸管航行之間的間隔時間；然而為降低潛艦暴露率而降低航速，則可能會得到相反的效果。
不少人誤以為小型潛艦無法裝配 AIP 系統，其實不然，是真懂還是不懂潛艦，是專家、學者、還是名嘴，這些人都存在主觀的認知上偏見。就以向來建造大傢伙的前蘇聯，現今的俄羅斯聖彼得堡孔雀石海洋機械製造局所設計的瀕海型潛艦，就裝設AIP 作為標準配備，其排水量650 噸、長516 公尺、寬6.4 公尺、高6.3 公尺，水下最大航速20 節，最大航程2,000 海浬，以經濟航速水下續航力約200 海浬，可持續20 天，下潛深度300 公尺，裝配4 具魚雷發射管，艇員僅需9 人。
當生產規模為 1,000 台的史特林引擎時(小批量生產)，平均一台史特林引擎造價要比單台低30 倍左右；以現行的生產量來估算，功率10KW 的史特林引擎造價在15,000 美元左右，100KW 功率的史特林引擎造價在90,000 美元左右；由此可見，即使在小批量生產的情狀下，史特林引擎的造價都不高，並且與傳統的內燃機相比較，史特林引擎造價生產提供的周期都很短。
1994 年巴基斯坦向法國訂購3 艘「奧古斯塔90B 級」潛艦，此型潛艦係法國潛艦製造商DCNS 公司依據核動力潛艦的技術設計改良轉換而來，其艦體長67.6 公尺、寬6.8 公尺、吃水5.4 公尺、水下排水量1,760 噸，推進動力採用2 部SENT-皮爾斯蒂克16PA4V185VG 型柴油引擎(持續輸出功率可達3,600HP)，水面最大速率12 節、水下最大速率20 節，潛航使用呼吸管航行以9 節之續航力為8,500 海浬，若採用電瓶潛航以3.5 節速率續航力僅350 海浬；巴基斯坦所購買的第1 艘和第2 艘並未裝設法國的AIP 系統，第3 艘「哈姆札號」才加裝了法國的AIP「MESMA」系統(該系統採用乙醇和氧的混和氣體燃燒產生熱動能在轉換成電能，輸出功率為200KW)，艦長增加至76 公尺(多了8.4 公尺的船段)，排水量則增加200 噸(增加11.3%)，惟具體作戰效益是水下續航力增加4 倍以上，2007 年初巴基斯坦遂向法國再訂購2 套「MESMA」系統裝設在第1 艘和第2 艘潛艦上。
而法國的「鮋魚級」潛艦，則是法國DCNS 公司與西班牙伊薩爾公司共同研發設計出的一款柴電潛艦，其為滿足不同國家的作戰需求，計設計三型分別為：基本型CM-2000、配備AIP 的AM-2000 型和緊湊型三種。基本型CM-2000 長66.4 公尺、寬6.2 公尺、吃水5.8 公尺，水下排水量1,700 噸，推進動力採用4 部MTU16V-396SE84 型柴油機(持續輸出功率2,231KW)及一部輸出2,840KW 的發電機，水面最大速率12 節、水下最大速率20 節，水下潛航續航力為4 天，潛航使用呼吸管航行以8 節之續航力為6,500 海浬，若採用電瓶潛航以4 節速率續航力僅400 海浬；而配備AIP 的AM-2000 型，艦長增加至76.2 公尺(多了9.8 公尺的船段)，排水量則增加300 噸(增加17.6%)，配備AIP 後水下續航力增至17 天，以4 節速率潛航可達1,600海浬。
法國建造的「奧古斯塔 90B 級」潛艦在沒有安裝AIP 前，其作戰能力全面輸給了俄羅斯出口的基洛級877 型，甚至其綜合的作戰效應還略遜於噸位較小的德國212型潛艦，不過加裝AIP 之後，綜合作戰效應評估明顯大幅提高。現今的「燃料電池」技術雖然已經算是成熟，不僅在潛艦也開始落實到更廣泛的應用上(如汽車)，但就其技術和產業仍有很多地方必須再進化：
一、「適應性」：
必須提高燃料電池面對環境嚴峻的變化和使用的需求，如不同緯度的氣候環境
(高溫和低溫、高海拔和低海拔、高沙塵或高懸浮微粒)，在不同的操作使用狀態
(頻繁的變動輸出電量和啟停的次數)。
二、可靠性和耐久性：
目前燃料電池的使用壽命約僅2,000 小時，北京實驗運行的汽車平均妥善率約
92%，而傳統柴油引擎汽車卻達99.16%，因此必須嚴格降低故障率提高妥善率。
三、總能量效率：
提供工作溫度，相對就能提高燃料電池的電能轉換效率，2006 年實驗數據證
明若燃料電池工作溫度提高至90 至95℃，其可耐120℃的高溫工作膜，一旦
研發成功就將有驚人的突破；而製氫的程序和儲氫的設備，同樣也一併配套
快速發展。
四、成本需求：
2006 年日本豐田公司所研發新型的質子膜燃料電池組，目標價格約每平方公
尺10 美元，若能夠研發相關技術再降低，未來取代傳統石油能源的優勢會更
大。
五、基礎供應的設施：
即使當技術層面成熟、價格也能平民化，但對於建立相關社會所能提供支援
的基礎設施，這還必須花上數年才能夠建立。

第2章 各型「絕氣推進系統」的優缺點

儘管全世界各國先進潛艦製造商採用與發展 AIP 的方向有所不同，但是就潛艦戰術和作戰需求的目標，卻是有共同的特徵：
一、提升潛艦水下潛航的持續能力；
二、能夠滿足潛艦在必要時，短時間執行最大航速的需求電力；
三、降低在受命巡邏區內的曝露率。
現今先進潛艦的基本配備標準，是能夠提供潛艦水下使用AIP 寂靜潛航至少15至20 天的時間。
不同的 AIP 系統所需求潛艦設計的空間和重量容許度相當不同，「密閉式循環系統」(CCD)和「史特林引擎」(SE)，就所需的空間與重量的比值相差不大；然而...

自第二次世界大戰之後，遂因潛艦科技的高速發展至今，已經令人刮目相看，在某些方面柴電潛艦已經可以挑戰大國的核動力潛艦，現代化先進柴電潛艦綜合性能評估的關鍵指標有五，依據優先順序分別是：
．潛航寂靜隱蔽的能力
．被動聲納的偵搜距離
．水下潛航持續的電力
．指揮官艇員整體素質
．武器性能和攻擊距離
而違反這五個基本潛艦至高的原則和定律，優劣成敗在未開打前即可以立判，就潛艦專業的立場上無須多言亦可論斷，而非是那些在媒體上的名嘴、八卦、政客者，可以予以「誇耀、炒作、耳語、蠅寓、操弄」之作為，在這些人吹噓之餘，一切還是必須回歸到潛艦專業的基礎上來分析。
2020 年後的21 世紀，全世界先進現代化柴電潛艦的科技發展，其速度更令人深感驚訝；然觀察中國解放軍潛艦部隊的發展，自1951 年至今歷經70 餘載，由派人學習、引進、組裝、仿製、到自力設計建造，然後進而能夠外銷潛艦；這從無到有的過程，即至今日能夠逐漸追上歐美先進潛艦建造國家，以致並駕齊驅，甚至部分超越。
本次撰文接續前書再次編著，就是在各國發展潛艦先進的關鍵技術上，眾多潛艦資訊仍然是維持「高度機密不公開」的情況下。個人採用「資料採礦」的蒐集研究方式，不斷地分析整理，選擇其中含量高的資訊寶石和黃金，經過淬取菁華，提供對潛艦發展有興趣和有志參與潛艦的讀者或學子們，一個最簡易的閱讀和吸收方式。
對於台灣才剛起步的自製潛艦歷程，台灣實在沒有過多的人力、財力、物力和時間，與之競爭、對抗或是浪費，這才是要認真去分析，務實以對方為師，努力設法以思維「跳躍超越」的概念，去突破這艱辛的門檻和困境；承上一本專書的延續，期望能將潛艦知識轉變為台灣人民一般的科普常識，帶您進入潛艦知識領域轉化邁進潛艦專業領域的「小學至國中」階段；我也希望能成為對潛艦有興趣或打算加入潛艦艦隊行列的志士，必讀的一本基礎入門書籍；同時也期許現役的潛艦官士兵努力學習吸收新知，而不是仍然還自認是「海王子」或繼續當「井底之蛙」，本書亦可成為海軍反潛和潛艦訓練中心的基本教材。
此外，此書有別於前一本的差異與特點，採取了「基礎理論」與「實務分析」相互結合的方式，此係接受前書讀者們的若干建議，希望再度進入潛艦更深的領域時，能夠看得下去，不致枯燥乏味；所以在本文之後，增加了若干附錄，此係在編撰這本書的過程中，發生了若干兩岸或是國際潛艦時事議題，經媒體平台或雜誌的邀請撰寫評論分析；因此我從中挑選出與潛艦有關，比較具有討論意義或是有趣的文章，收錄於本書之後，提供讀者另一方面的閱讀趣味與實用價值。
然而，我還是必須再次闡述，我並非聖賢亦非專家，中華民國海軍出身潛艦的將校上百，豈止我一人；惟這些人退伍之後，有人閒雲野鶴再也不論潛艦事務，也有少數人仗著原有官階汲汲營營與執政者合作貪婪牟利，還有人接到號召加入潛艦建造團隊，認真茹苦致力新型潛艦建造等等，各類情況之複雜不盡其數；在此期間，我亦經歷接受過諮詢、邀請、號召、下令等不同情況；但退伍後十餘年的我，還是選擇「井蛙跳海」期能轉變為大洋中的「海狼」，我從不間斷地積極努力接受或是參與各類型式國際潛艦科技研討和交流，結識全世界不同國家的專家、學者和將校，才真正地認知我不再是台灣海軍潛艦圈中自傲的海王子；自此亦期許能夠在此專業領域，不斷的精進學習；我確實並非海軍潛艦主流，但我持續地充實自己而膽敢挑戰主流，或許是這輩子老天爺的安排和宿命，還敬請各位愛護我和鼓勵我的師長、兄弟和朋友們，不吝繼續指教斧正。
最後，我要對若干國際潛艦圈的外國朋友們，感謝近年他們私下封給我的暱稱「永遠的潛艦人 志鵬」(Al.Submariner JP)，並且彼此經常以網路交流最新的潛艦研究資訊與心得，非常感謝他們！

自第二次世界大戰之後，遂因潛艦科技的高速發展至今，已經令人刮目相看，在某些方面柴電潛艦已經可以挑戰大國的核動力潛艦，現代化先進柴電潛艦綜合性能評估的關鍵指標有五，依據優先順序分別是：
．潛航寂靜隱蔽的能力
．被動聲納的偵搜距離
．水下潛航持續的電力
．指揮官艇員整體素質
．武器性能和攻擊距離
而違反這五個基本潛艦至高的原則和定律，優劣成敗在未開打前即可以立判，就潛艦專業的立場上無須多言亦可論斷，而非是那些在媒體上的名嘴、八卦、政客者，可以予以「誇耀、炒作、耳語、蠅寓、操弄」之作為，在這些人吹噓之...

理論基礎篇
第 1 章：潛艦戰力的基本因素
第 2 章：各型「絕氣推進系統」的優缺點
第 3 章：潛艦作戰系統基本概念
第 4 章：潛艦武器攻擊概念與命中概率
第 5 章：潛艦迴避與防禦的戰術作為
第 6 章：潛艦對於水下遠程兵器的指揮與控制
第 7 章：潛艦戰術基本功：被動聲納分析

實務分析篇
附錄 1：解析2021 年日本蒼龍級潛艦意外撞船原因
附錄 2：台灣潛艦需要養貓嗎？
附錄 3：蟲蟲危機吞食美國先進海狼潛艦戰力
附錄 4：中國宣稱2 成水兵有精神問題？高壓、沒陽光？合格潛艦官兵又是如何育成？
附錄 5：澳洲拼自製潛艦卻遇上這些問題
附錄 6：2021 年初中國核潛艦大集結！
附錄 7：中國與俄羅斯最憂慮的海上威脅：美國海狼級潛艦
附錄 8：潛艦國造開工後，首艘潛艦將會面臨的問題！
附錄 9：現代新型柴電潛艦，為何能夠挑戰核動力潛艦？
附錄 10：2030 年美國潛艦與數量大國的較量
附錄 11：未來「量子科技」將改變潛艦軍事優勢？
附錄 12：是「包抄台灣」、「威懾外力」，還是「經營前院」？
附錄 13：中國海軍柴電潛艦技術轉變來源：號稱「深海黑洞」的基洛級潛艦
附錄 14：盤點2021 年解放軍潛艦量能與未來發展
附錄 15 美國海軍計畫建購「鎚頭型自走水雷」的戰術模式分析

理論基礎篇
第 1 章：潛艦戰力的基本因素
第 2 章：各型「絕氣推進系統」的優缺點
第 3 章：潛艦作戰系統基本概念
第 4 章：潛艦武器攻擊概念與命中概率
第 5 章：潛艦迴避與防禦的戰術作為
第 6 章：潛艦對於水下遠程兵器的指揮與控制
第 7 章：潛艦戰術基本功：被動聲納分析

實務分析篇
附錄 1：解析2021 年日本蒼龍級潛艦意外撞船原因
附錄 2：台灣潛艦需要養貓嗎？
附錄 3：蟲蟲危機吞食美國先進海狼潛艦戰力
附錄 4：中國宣稱2 成水兵有精神問題？高壓、沒陽光？合格潛艦官兵又是如何育成？
附錄 5：澳洲拼自製潛艦卻...