◎郭文彬

 潛艦號稱「水下隱形殺手」，具有難以偵測、高隱匿性與攻擊力等特性，在歷次戰爭均獲致優異戰果，是保衛海疆及維護海洋利益關鍵戰力。近年來，全球潛艦發展趨勢，以新式動力系統最受矚目。先進動力技術超越傳統動力侷限，大幅提升潛艦水下匿蹤優勢和整體作戰能力，有效擴展戰略及戰術運用，成為現代化海軍之水下戰備核心。

新興技術陸續開發改良

 二戰結束後，全球軍事對抗因核武登場驟然改觀，搭載「戰略巡弋飛彈」和「潛射彈道飛彈」的新式潛艦陸續問世，使潛艦角色從傳統海戰力量，轉型為現代戰爭中，最具嚇阻性與多重打擊能力的水下平臺；而其動力來源與應用，也由傳統柴電邁向核動力及更多樣化的蓬勃發展。

 潛艦動力結構主要由引擎、發電機、蓄電池、電動機及電力管理系統等5大部分組成，主要功能為替全艦提供電力與航行所需動力，被喻為「潛艦的心臟」，是至關重要的核心設施。現代潛艦運作高度電子化及自動化，各項航海儀器、精密設備、作戰與維生系統等，皆須獲得安全、穩定、連續性供電，以維繫人員生命與潛艦正常運作。

 而供給推進動力的方式，則直接影響潛艦的潛航性能、機動性、隱匿性、續航力與安全性等，攸關整體作戰性能的發揮，因此，潛艦推進系統採先進、可靠之動力源為首選。

 19世紀末至20世紀初，世界主要海權大國競相發展、籌建潛艦部隊，以柴油機和電動機組成的雙動力系統成為主要形式。此種常規動力潛艦在兩次大戰中被廣泛運用，但實戰中亦暴露混合動力系統的嚴重缺陷。

 潛艦浮航時，由柴油機帶動發電機產生電力、驅使電動機輸出推進動力，並為電池充電；潛航時，因無外界空氣循環，無法運作柴油機，電動機的電源改由電池供應。但電池蓄電量有限，造成潛艦必須控制航速或頻繁上浮充電，使潛艦的機動性和水下匿蹤能力備受限制。而二戰末期雖然開始採用通氣管進行水下換氣，但面對反潛技術的大幅提升，潛艦已難保絕對隱蔽性和生存力，對執勤與作戰造成巨大威脅。為了延長水下航行時間及自持力，包含核能動力、各式絕氣推進動力（AIP）等新興技術，陸續開發與改良，尤以1990年代AIP技術日益更新與普及，使AIP潛艦成為當前傳統動力水下作戰生力軍。

AIP系統為傳統潛艦主流

 所謂AIP是指「不依賴外界空氣，使潛艦在水下仍可進行動力運轉之技術」，主要有閉式循環柴油機（ CCD）。早在1930年代，德、蘇即進行研發以潛艦自帶氧氣方式供柴油機在水下運作，除進、排氣系統異於普通柴油機，其餘工作原理大致相同，如1950年代蘇聯推出的615型潛艦，但因液氧儲存技術未臻成熟，曾發生多起爆炸事故，70年代全面除役，此後，德國205級U-1亦僅止於實驗階段。CCD由於耗氧量大、排放熱源多且噪聲顯著等缺陷，不符現代作戰標準而被其他AIP所取代。

 之後發展「閉式循環蒸汽渦輪機」（CCGT），以封閉迴路系統將蒸汽循環利用而推動渦輪產出動力的技術，以酒精和液態氧為燃料與氧化劑，目前實用化的是法國「海軍集團」（Naval Group，原DCNS），自1980年代開始研製的「模組化船艦用動力系統」（MESMA），具高效率、可靠、靜音與低污染之優點，但整體系統龐雜，需較大艙室空間、造價與後勤成本高昂。以法系鮋魚級AM-2000和奧古斯塔-90B型等潛艦為代表。 

 另一款「史特林」引擎（SE）是利用熱脹冷縮原理，將熱能轉化為機械能的發動機，屬「外燃機」形式，熱源在引擎外部，內部不產生爆炸或燃燒，構造相對簡單，運轉也較為安靜、燃料適用性廣；但體積大造價昂貴，輸出功率較小，水下航行速度有限，其技術仍有待改進。1996年服役的瑞典哥特蘭級為全球首款採此系統的潛艦，日本海上自衛隊在21世紀初的新型潛艦蒼龍級前10艘亦引進相同技術。

長期作戰仍依靠核動力

 燃料電池與上述3種高溫主機形態不同，AIP主要為氫燃料電池，是藉氫與氧進行電化學反應，將燃料化學能直接轉換為電能的發電裝置，擁有發電效率高、啟動快速、低溫運作、無機械噪音與零排放等優點，適合做為潛艦動力來源。氧由艦載液氧槽供應，而氫屬高危險性燃料，存取技術要求甚高，德國212A與南韓KSS-2潛艦所使用的「質子交換膜燃料電池」（PEMFC），採獨特的固體金屬儲氫技術，是一種以含氫燃料與空氣作用產生電力與熱力的燃料電池，運作溫度在50℃至100℃，無需加壓或減壓，以高分子質子交換膜為傳導媒介，沒有任何化學液體，發電後產生純水和熱，安全性較高。

 俄、法等另有以甲醇重整，自柴油燃料中提取氫氣，以解決儲氫風險與後勤補給困難的方式。雖然PEMFC技術門檻較高、價格昂貴，但隨著氫能技術改良及在交通、運輸和軍事領域上運用日廣，未來在潛艦上之發展前景可期。但各式AIP充其量只能將水下續航力做有限延伸（從低速4-5天提升至2-3週），仍無法使常規潛艦達到長期作戰的目標。而真正動力產出完全不需藉助空氣，不論水上、水下均可保持連續運轉和最大性能表現的唯有核子動力。

 核子動力裝置以壓水式反應爐和蒸汽渦輪機為主體，具有極高的能量密度與動力輸出，不只使潛艦擁有超高航速，且氧氣、淡水、電力供應無虞、無須頻繁燃料補給、無航程限制，能在全球範圍內執行長期的遠洋任務。主要有攻擊型核潛艦和彈道飛彈核潛艦兩類，尤以後者為「核三位一體」中最重要的海基核武嚇阻平臺。

全電動力與新能源整合利用

 現今，以新一代反應爐搭配整合電力推進系統（IEPS）、永磁同步電動機（PMSM)、低噪/無軸泵噴或磁流體推進器（MHD）的先進電機與靜音推進動力架構，大幅降低聲學特徵，使核子潛艦充分發揮匿蹤優勢、增加戰場主動權。

 而未來非核子潛艦的動力發展，將聚焦於儲能技術與前瞻性能源科技，如日本海自末2艘蒼龍級和最新大鯨級，已使用鋰電池取代傳統鉛酸電池和AIP系統，使水下航速提高、續航時間更增長約45%。而法國規劃的SMX31E，則無柴油機設置，是以燃料電池搭配鋰電池的「全電動力」潛艦，預估儲能是一般常規潛艦的6倍，潛航可達40天以上。放眼全球能源轉型，全電動力概念與新能源的整合利用，將是今後發展的重要方向。

 提升產電與儲能技術，並結合智慧化能源、電網管理系統，從而實現更靜肅、高效、可靠的動力模式，將全面增益潛艦「匿蹤、機動、獨立」的作戰特性，為邁向更高層次的戰場運用創造絕佳條件。

（作者為軍事作家）