評論|梅复兴:台湾海鲲舰掷瓶命名,潜舰国造的“高光时刻”?

潜舰是高度复杂、且必须在极为严峻的环境下作业与作战的载台系统,即使很小的设计或施工瑕疵都可能导致灾难性的后果。
2023年9月28日,高雄,台湾第一艘国造潜艇“海鲲号”的下水仪式。摄:Carlos Garcia Rawlins/Reuters/达志影像

(梅复兴,台海安全研析中心主任)

台湾潜舰国造(IDS)的原型舰“海鲲舰”(SS-711)9月28日举行掷瓶命名仪式,首度对外界曝光。同时,主事者也宣示,明年年底前即可将该舰交付海军,2025年即可加入海军现有的两艘剑龙级潜舰成军服役的行列。这俨然是海军数十年来念兹在兹的建军图腾,也是台湾国防产业的重要成就,更是蔡政府寄予厚望的政绩丰碑,受到社会广大的关注。由于对潜舰国造仍有极大的未知空间,本文谨就可见以及适宜公开讨论的部分略事分析。

首先要说的是,海鲲舰还有若干仍待完成的工序。除了海军已解释的电瓶与潜望镜外(依施工工序,电瓶及潜望镜最后才能安装),最明显的应该就是帆罩。帆罩外壳浮起不平整其实并非只有在使用了一段时间之后才易出现的所谓“瘦马现象”(薄金属质板置于骨架之上缺乏结构支持,所以看起来松弛),而是因为潜望镜与电侦系统等桅杆尚未安装,目前的帆罩至少一部分只是临时性的,为了配合此次掷瓶命名典礼,所以施工较简易粗陋。

2019年5月9日,高雄海军潜舰国造专用厂房动土典礼,海军在潜艇上敬礼。摄:Chiang Ying Ying/AP/达志影像
2019年5月9日,高雄海军潜舰国造专用厂房动土典礼,海军在潜艇上敬礼。摄:Chiang Ying Ying/AP/达志影像

潜舰设计

若一定要说海鲲号与哪型潜舰设计相近,那自然非剑龙级莫属了。

至于设计,暂不必急著分析比较IDS潜舰原型舰海鲲号的外形设计究竟是像哪型外国潜舰。这是因为我们所能看到的潜舰外形基本上只是所谓的“外壳”(outer hull或casing),而非“压力壳”(pressure hull)本身。所以,肉眼所能看见的潜舰外形与该舰的潜航性能(尤其深度)并无指标意义。

然而,诚如笔者在过往拙文中所指出的,由于IDS采用了HSLA-80高张力低合金钢材(550MPa张力)建造,故较之剑龙级所使用的FE-510钢材(350MPa)张力显著为高,所以海鲲舰理论上的最大潜深应该会要比剑龙级高出30-50%。鉴于公开资讯多半指称剑龙潜深在200-300公尺之间,那海鲲舰的设计潜深当在300-400公尺之谱。而这也与官方最近透露IDS原型舰之设计潜深,会较剑龙多出50至80公尺的说法大致吻合。

若一定要说海鲲号与哪型潜舰设计相近,那自然非剑龙级莫属了。这是因为潜舰国造团队缺乏潜舰概念设计的经验,为了降低技术研发风险,缩短发展期程,最后决定还是以剑龙级(亦称Zwaardvis Mk 2),尤其其压力壳为基础,衍生出IDS(海鲲级)的设计。然而,由于事隔三十多年,许多潜舰内部装备要不都已停产,要不已因技术进步而尺寸或体积显著缩小,而提供了略为缩减压力壳大小、甚至降低吨位的空间。更何况,小幅修改剑龙级压力壳的尺寸,亦可能有助于IDS团队在遭到智慧财产权质疑时的法律答辩。

压力壳虽因有外壳(casing/outer haul,国军正式术语为“上层舾装”)掩盖,所以难以看出模仿对象。但至少有一个特征明显可见,那就是舷侧中段、看似一个小门的排水缝孔。这个缝孔的位置和外形与剑龙级完全一致。

剑龙级潜舰在荷兰建造时一景,舷侧的排水缝孔清晰可见,与“海鲲号”完全相同。图:网上图片
剑龙级潜舰在荷兰建造时一景,舷侧的排水缝孔清晰可见,与“海鲲号”完全相同。图:网上图片

浅谈声纳系统

海鲲号舷侧声纳阵列的长度应达约40公尺,对低频(100 Hz以下)讯号的波束应更宽,侦测能力更佳,可提供近乎全向的涵盖。

海鲲舰当然也有不同之处。除了众所周知的X尾舵、7叶螺旋桨,少数看得见而又或可一提的设计特点,是位于舰艏上方的拦截声纳(intercept array)。该声纳阵列体积相当大,尤其对于海鲲级这种吨位的潜舰而言。

拦截声纳的功能相当于战机或水面舰上的雷达预警系统,主要用于侦测、识别并定位潜舰所接收到的水声讯号,以提供预警并增进整体的状况知觉。譬如说,能够准确判断某个声响究竟是来自鱼雷的主动声纳寻标器,还是渔船的探鱼器或水中生物所产生的噪音,这就对潜舰非常重要。

传统拦截声纳都是高频(HF)的接收阵列,主要为侦测鱼雷与攻击声纳等高威胁声源。但目前先进拦截阵列都倾向较宽频的设计,其侦测涵盖跨度通常都在1kHz-100kHz之谱,而其相关的处理系统可以同时分析阵列所接收到到的多个水声脉波,并精确的测定其截收时间、方位、频率、强度、历时长度、重复间隔(PRI),发射模式等参数,以利推算讯号源的方位,距离以及性质等。

由于典礼保密严密,不仅遮盖部位很多,且媒体基本上无法近距离以及从侧面或后方角度拍摄,所以似乎没有看到被动测距声纳阵列。但舰体侧面下方被旗布覆盖的突起长条状显然就是舷侧阵列(flank array)。

舷侧声纳系使用低频阵列接收(可在水中传播很远的)水声讯号,以在长距离外侦测到水中目标。但因低频的解析度较差,所以都希望接收阵列的基线越长越好,以利优化对信号源的定位计算。目前一般舷侧声纳阵列的被动侦测频率多在100Hz-3kHz的范围,接收敏感度则普遍在-200dB左右。由于海鲲舰的长度与剑龙级大致相仿(将近70公尺),而根据命名仪式时的照片研判,其舷侧声纳阵列的长度应达约40公尺,这比以色列“海豚级”潜舰上使用的舷侧阵列要长出约三分之二。基于对以色列制舷侧阵列公开资料的分析,海鲲舰的舷侧阵列性能应较优。这意味著它对低频(100 Hz以下)讯号的波束应更宽,侦测能力更佳,可提供近乎全向的涵盖。

相形之下,因为测距需要较高的解析度,所以被动测距声纳阵列均采用中频,且必须要有多组阵列以利三角定位测距。同时又因为阵列之间的基线越长,能够精确解算的距离也就越远,所以通常也都会安装在舰体的两侧。各国较早期多将被动测距阵列布置在潜舰的水线以上,甚至(像美军1950年代开始发展的PUFFS、或如今仍在加拿大海军潜舰上使用的Micro PUFFS系统)还安装在甲板上。但后来实际服役时发现容易造成阵列损耗,导致音鼓效能严重降低或妥善状况差。是以,现在的潜舰设计几乎都已将被动测距阵列设置到水线之下了。希望海鲲级在设计时也有考虑到这个问题。

2023年9月28日,高雄,总统蔡英文在高雄出席潜舰“海鲲号”下水仪式。摄:I-Hwa Cheng/Bloomberg via Getty Images
2023年9月28日,高雄,总统蔡英文在高雄出席潜舰“海鲲号”下水仪式。摄:I-Hwa Cheng/Bloomberg via Getty Images

潜舰国造的“高光时刻”

即便是非常有经验的先进潜舰工业大国,在原型舰上都会要花上至少一、两年的时间,才可从下水到成军服役。

我们可以肯定的说,2023年9月28日是潜舰国造与潜舰国造团队的“高光时刻”无误。这是因为到目前为止,该案似乎执行堪称顺利,而该团队也始终严格的掌握著所有的相关资讯和话语权。专案进度是否顺利、设计是否先进、施工是否优质、工程问题能否解决、成本有否控制、智慧财产权/技术来源是否合法、专案管理是否有效⋯⋯全都极度缺乏(包括对海军与国防部的)透明度,而是极少数人说了算,并对外包装成了高度成功的一个计划。

然而,冷酷的事实是,在保密的大前提下(也确实有必要保密),潜舰国造已堪称是台湾历史上最无监督与当责(accountability)管制的大型国家工程。这个投注了巨额资源以及全民期望的计划,是真的那么成功吗?大家其实无需焦急或怨怼,因为接下来的原型舰测试,尤其海上测试(海试/sea trials)以及海军的评估,才会见真章。海试阶段会发现什么缺失?是设计上的问题,还是施工上的缺失?能否改正?如何改正?需要什么样技术协助来改正或修改?会对成本或建造期程有何影响?这些将会决定后续潜舰的建造,乃至於潜舰国造全案的成败。

根据过去一百多年来建造潜舰的经验(包括最近的许多案例),建造新的设计时都会需要相当长的测试与修改设计的时间。即便是非常有经验的先进潜舰工业大国,在原型舰上都会要花上至少一、两年的时间,才可从下水(launched)到成军服役(commissioned)。

以下谨以过去二十多年来,几个有代表性的潜舰案之原型舰,或首艘授权合作建造舰的下水到服役时间来简单示意:

由以上可见,即便是原厂手把手教外国船厂授权建造已相当成熟的设计(如:韩国/Type 214、印度/Scorpene),首艘潜舰从下水到交船成军都还需要18到32个月,而即便是德国,为自己建造第一艘Type 212时,从下水到交舰成军都还耗时达43个月;第二艘时有显著缩短,但还是经历了22个月。日本算是最快的了,但苍龙级与最新的大鲸级之原型舰也都是下水后16、17个月才交舰服役的。而且,不要忘了,日本与德国等都是潜舰产业基础深厚、经验丰富的国家,不可跟缺乏这方面经验、且技术来源还处处受限的台湾相提并论。

柯林斯级的教训

以一个从未制造过潜舰的国家和产业体系,又没有原厂光明正大的提供全面技术协助,实在很难想像这艘潜舰能在下水后不到8个月的时间内就能完成交舰。

最后当然不能不提一下澳大利亚(港译:澳大利亚)柯林斯级潜舰案的经验教训。柯林斯级(Collins-class),在1990代推动时是极具企图心的先进传统动力潜舰设计,由瑞典原厂Kockums全力支援在澳大利亚建造。原型舰“柯林斯号”(SSG 73/HMAS Collins)于1993年8月下水,但因多重设计、技术与施工等问题,一直到了1996年7月才交舰成军。

事实上,柯林斯全级六艘潜舰都延宕交舰18-41个月,更严重的是,因为该型潜舰的设计与技术问题涵盖了銲接、水下噪音(舰身流体构型、螺旋桨、柴油机消音器)、动力系统(油柜、轴封)、潜望镜与战斗管理系统多个领域众多项目,解决这些问题后来不仅花了将近10年才完全改善,追加了巨额的预算,最后还是请求美国大力协助才获致解决的,整体代价惨重。柯林斯级案也就成为了世界各国有志自制潜舰者的经典专案研究。据了解,潜舰国造团队的主要成员当年都阅读了研究该案的专书。

而就算完全不遭遇柯林斯级那样严重的缺失,以一个从未制造过潜舰的国家和产业体系,又没有原厂光明正大的提供全面技术协助,建造一个从未执行过、包含著非常多从未整合过的系统装备的设计,实在很难想像这艘潜舰能在下水后不到8个月的时间内就能完成交舰——注意,海鲲舰严格来说非但尚未“下水”,而且还有不少重要舾装工作仍待完成——在2025年内就能改正所有的缺失,完成训练,成军服役。这样的宣示,是否有政治或其他势力的运作干预?实有待了解、澄清。

潜舰压力壳与外壳的差异。图:网上图片
潜舰压力壳与外壳的差异。图:网上图片

坚持严谨测试、避免灾难性后果

潜舰是高度复杂、且必须在极为严峻的环境下作业与作战的载台系统,即使很小的设计或施工瑕疵都可能导致灾难性的后果。

这里要强调倒不是质疑或唱衰潜舰国造团队的能力,而是呼吁各界支持海军必须严谨、从容的对海鲲舰执行广泛、完整的海上测试,并对设计与施工的缺点进行修改后,再推动后续潜舰的建造。台湾社会必须正确认知,并不是把原型潜舰完成船厂测试后丢给海军,原型舰就算成功了,而后续的船也就可以开始建造了。国舰国造过去多年来的经验显示,交舰典礼时,全新舰艇缺失仍多达百余项,致使海军不敢让总统搭舰绕港航行的状况并不罕见。

由於潜舰是高度复杂、且必须在极为严峻的环境下作业与作战的载台系统,即使很小的设计或施工瑕疵都可能导致灾难性的后果。而这些惨痛的后果,无论个人、军种、政府还是政治人物都无法(更不希望)承担。是以,世界各国海军对每种主要的原型舰(或“首舰”/lead ship),甚至在交船成军后都仍会不断进行更广泛的海试(sea trials),以发现原先未曾预期的设计或施工问题,暨或验证评估该载台系统之新潜能。

举例来说,美国海军“长尾鲨号”(USS Thresher/SSN-593)核子动力潜舰系“长尾鲨级”系列的原型舰,于1960年7月下水后,与1961年8月成军服役。然却于1963年4月在美国麻州外海测试最大潜深时失事,导致舰上129名官兵及工程人员全部丧生。美军事后调查判断系因舰上通海管路银銲剥裂,造成大量进水导致核子反应器急停后,重新启动反应器恢复动力所需时间不足,而高压气瓶内的水气结冻,无法吹除压舱水紧急上浮终致酿成悲剧。

美海军“长尾鲨号”核子动力潜舰的残骸。 图:美国国家档案局
美海军“长尾鲨号”核子动力潜舰的残骸。 图:美国国家档案局

事后,美军检讨了这些造成失事的因素,修改了一些设计与工法,并于同年开始执行“潜安”(SUBSAFE)品质保障制度迄今。根据SUBSAFE的指导,长尾鲨级(后改名“镰鳍鲳鲹级”(Permit-class))的后续潜舰都采取了修改若干设计,并严格规定对海水管线的銲接工法等措施,才从此大幅改善了潜舰的安全记录。

明白了如此惨烈的历史教训,以及如果发生在台湾所可能会引发的政治震撼,相信任何理性的人都会同意,海军必须在不受到政治压力影响下,从容的完成对海鲲舰完整、专业、严谨的测试评估,确定该设计不仅能符合作战需求,而且其设计与施工也安全可靠,并对设计与施工的缺失找出具体解决方案后,政府才可(也才应该)做出后续建造的决定。切不可为了政治、集团或个人利益,而仓促推动或施压迫使海军/国防部放松把关。

有些论者认为,如果明年大选后政府轮替,可能会影响到潜舰案的后续推动。这种担忧虽不能说没有根据,但其实可能是多虑了。这是因为,对于筹建潜舰强化国防战力的民意支持度多年来都一直相当强韧,几乎堪称台湾社会在国防领域罕见的共识。故潜舰国造,除非出现重大问题或弊端,应不致轻易翻转。更何况,倘若大多数选民真的支持了不重视潜舰国造的候选人,那就表示人民认为这个方面不值得优先投注国家资源,而军方或政府届时也无法忤逆民意。

前述这些简单的道理,也正是平时对政府高层政策意向尽可能配合的国防部,始终不肯积极支持现阶段就先编列后续七艘潜舰建造预算的根本原因。就算军备商或民意代表可能因利益卖国好了,国防部总不至于刻意刁难自身多年来都优先争取、且全民支持共识又极高的潜舰案吧?

讀者評論 2

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  1. 祝呆湾的潜舰在海底爆破成功,提前祝贺🤣🤣🤣

  2. 非常專業。
    謝謝端。