論潛艇的“自強不息”——不依賴空氣動力裝置

常規動力潛艇在水面航行時使用柴油機推進，而在水下航行時由于無法進氣和排氣，就必須關閉柴油機、使用蓄電池組推進。

受限于蓄電池組的電量，常規潛艇不得不經常浮出水面啟動柴油機充電，而潛艇一旦出水也就暴露了自己。因此，只有發展不需要從空氣中獲取氧氣的動力裝置，潛艇才能保持更長的水下航行時間，這就是“不依賴空氣的動力裝置”，簡稱AIP。

今天，AIP系統已經成為先進常規潛艇的“標配”，只是實現“不依賴空氣”的方式各有不同，主要可分為：閉式循環柴油機、“斯特林”發動機、燃料電池等幾種。

閉式循環柴油機，顧名思義就是通過改進柴油機的進氣與排氣方式，由特殊的供氣系統輸送氧氣與氬氣混合氣體點燃柴油，而廢氣中的二氧化碳被吸收裝置吸收、再排入海水，剩余的氬氣再與新的氧氣混合，使柴油機持續做功。這種AIP誕生于二戰時期，但由于性能和安全性存在重大缺陷，始終未能真正實用化。

“斯特林”發動機則是一種采用閉式循環的外燃式發動機，由英國人羅巴特·斯特林發明。所謂“外燃式”是指：燃料不直接做功、而是加熱另外一種“功質”并使之循環做功的動力方式。傳統的蒸汽機就是典型的外燃機，水和蒸汽就是所謂的功質。

“斯特林”發動機以柴油作為燃料、液氧作為氧化劑，燃燒生成的熱連續供給一個閉路系統中的氦氣，由它作為功質循環做功。瑞典建造的“哥德蘭”號是世界上第一艘裝備“斯特林”發動機的潛艇，它可以連續潛航14天。目前，日本的“蒼龍”級和中國新型潛艇也采用“斯特林”發動機。

燃料電池AIP則是將燃料與氧化劑中蘊含的化學能直接轉換為電能的裝置。單個燃料電池也由正、負兩個電極和電解質組成，但與普通蓄電池不同的是，它的正、負極本身不包含活性物質而只是催化元件，工作時燃料和氧化劑由外部供給。

氫-氧燃料電池的反應原理，可以認為是水被電解產生氫氣和氧氣的“逆過程”。因此，使用這種AIP系統的潛艇必須攜帶大量的液氫和液氧，技術難度可想而知。

燃料電池突出的優勢是能量轉換效率極高、噪聲低，德國最先進的212A型潛艇便使用燃料電池AIP，一次潛航可達12天。

今天，先進的AIP系統已經在各國海軍普及開來，但有一個關鍵問題也不能忽視，那就是目前的各類AIP輸出功率普遍較小，只有幾百千瓦量級，與數千千瓦的柴油機相去甚遠，因此還只能作為潛艇的輔助動力、在4～5節的低速航行時使用。