核潜艇

背景

核潜艇是一种由原子能驱动的船只，主要在水下航行，但也可以在海面航行。以前，传统潜艇使用柴油发动机，需要空气才能在水面上移动，并使用电池供电的电动机在水面下方移动。电池的有限寿命意味着即使是最先进的常规潜艇也只能在低速下潜入水中几天，而在最高速度下也只能保持几个小时。另一方面，核潜艇可以在水下停留数月。这种能力与先进的武器技术相结合，使核潜艇成为有史以来最有用的战舰之一。

历史

1578 年，英国数学家威廉·伯恩 (William Bourne) 提出了第一个设计用于水下航行的船舶的严肃提议。伯恩建议使用两种船体，一种是木材，一种是皮革，但这种设备从未真正建造过。荷兰发明家科内利斯·德雷贝尔 (Cornelis Drebbel) 于 1620 年建造了第一艘正在工作的潜艇。该装置采用与伯恩提出的设计相似的设计，由八根木桨在泰晤士河水面下方推进。

在 18 世纪初期，几艘小型潜艇使用类似的设计建造。 1747 年，一位不知名的发明家建议将山羊皮袋系在潜艇上。用水填充袋子会使潜艇降低，而从袋子中喷出水会使潜艇升起。现代压载舱使用相同的基本概念。

这艘潜艇在美国独立战争期间首次用于战争。 乌龟， 由耶鲁大学学生大卫布什内尔设计，试图在英国军舰上安装炸药，但未能穿透船体上的铜护套。 1801 年，美国发明家罗伯特·富尔顿 (Robert Fulton) 建造了 Nautilus， 用铜片盖在铁肋上的潜艇。 鹦鹉螺号， 可以搭载四名船员，在测试中成功击沉船只，但被法国和英国拒绝。富尔顿于 1815 年去世时，他正在研究一艘可搭载 100 名船员的蒸汽动力潜艇。

在美国内战期间，Horace L. Hunley 资助了为邦联建造潜艇。其中第三艘， H. L. Hunley， 袭击并击沉了联合舰 Housatonic 1864 年 2 月 17 日，但在由此产生的爆炸中被摧毁。

在 19 世纪后期，美国和欧洲建造了许多潜艇。移动潜艇的方法从手动螺旋桨发展到蒸汽机、汽油机和电动机。使用柴油发动机进行水面航行和使用电池进行水下航行的潜艇在第一次世界大战和第二次世界大战中得到了成功使用。

二战后核电的发展彻底改变了潜艇技术。在美国海军工程师兼军官 Hyman Rickover 的指导下，美国发明家 Ross Gunn 和 Philip Abelson 设计了 ​​ Nautilus， 第一艘核潜艇于1954年下水。到1959年，一些被称为战略潜艇的核潜艇被用来携带带有核弹头的导弹。其他核潜艇，被称为攻击潜艇，旨在击沉敌方船只和潜艇。战略潜艇和攻击潜艇成为全球海军力量的重要组成部分。核潜艇首次用于现役作战发生在 1982 年，当时英国攻击潜艇征服者 击沉阿根廷船 贝尔格拉诺将军 在福克兰群岛的冲突中。

罗伯特·富尔顿

罗伯特·富尔顿 (Robert Fulton) 以其在汽船技术方面的工作而闻名，他于 1765 年出生于宾夕法尼亚州的小不列颠。富尔顿在孩提时代就喜欢建造机械设备。随着他的成熟，他的兴趣转向了艺术，尽管他设法通过销售肖像和技术图纸来养活自己，但他的作品收到的普遍反响令人失望，并说服他专注于自己的工程技能。

1797 年，在法国巴黎研究运河时，罗伯特富尔顿对“潜水艇”或潜艇的概念着迷，并开始根据美国发明家大卫布什内尔的想法设计一艘。富尔顿与当时与英国交战的法国政府接洽，建议他的潜艇可用于在英国军舰底部放置火药水雷。经过一番劝说，法国人同意为这些船的开发提供资金，1800 年，富尔顿下水了第一艘潜艇 鹦鹉螺号， 在鲁昂。

这艘 24.5 英尺（7.5 米）长的椭圆形船只像一艘普通船一样在水面上航行，但是当船被淹没到 25 英尺（7.6 米）的深度时，桅杆和帆可以平放在甲板上用水填满它的空心金属龙骨。富尔顿的计划是将金属指挥塔上的尖刺锤入目标船的底部。安装在长钉上的延时水雷设计为一旦潜艇超出射程就会爆炸。尽管该系统在试验中奏效，但英国军舰比试验中使用的单桅帆船快得多，因此设法避开了速度较慢的潜艇。在战斗尝试失败后，法国人停止了对该项目的资助，但认为这项技术很有前途的英国人将富尔顿带到了他们身边。不幸的是，这艘潜艇在测试中再次表现良好，但在实际情况下证明并不令人满意。在特拉法加战役（1805 年）中失败后，英国人也放弃了该项目。

在这些经历之后，勇敢的富尔顿转向了一个新的探索领域——蒸汽。通过在巴黎的接触，富尔顿结识了罗伯特·利文斯顿（1746-1813 年），这位美国驻法国外交部长在纽约州拥有 20 年的蒸汽航海垄断权。 1802年，两人决定结成商业伙伴关系。第二年，他们在塞纳河上推出了一艘基于美国同胞约翰·菲奇 (John Fitch) 设计的汽船。

1803 年晚些时候，富尔顿返回纽约继续发展他的设计。经过四年的努力，富尔顿推出了克莱蒙， 一艘蒸汽动力船，速度接近每小时 5 英里。富尔顿和利文斯顿之间的伙伴关系蓬勃发展，富尔顿终于取得了公认的成功。

富尔顿对他的想法的坚持和信念帮助蒸汽船成为美国河流上的主要运输来源，并导致国内航运成本的显着降低。

原材料

制造核潜艇的主要材料是钢材。钢用于制造容纳船员和潜艇所有内部工作的内壳，以及外壳。两个船体之间是压载舱，它吸水使潜艇下沉，喷水使潜艇上升。

典型的潜艇。

除钢外，核潜艇的各个部件均由其他金属制成，例如铜、铝和黄铜。用于制造构成装备齐全的核潜艇的数千个部件的其他材料包括玻璃和塑料。电子设备包括硅、锗等半导体。为潜艇提供动力的核反应堆依赖于铀或其他一些放射性元素作为能源。

制造
过程

准备生产

• 1 由于核潜艇仅用于军事用途，因此建造它们的决定由国家政府做出。在美国，海军的海底作战部门负责要求制造一批潜艇，称为飞行潜艇。
• 2 海军接受了数千家公司的投标，以制造构成核潜艇的许多部件。潜艇的船体一般由通用动力公司的电船部门制造。 （最初的电动船公司于 1900 年制造了美国海军使用的第一艘潜艇。）
• 3 核潜艇的资金包含在总统提交给国会的国防预算中。如果获得批准，制造过程就开始了。核反应堆由政府的海军反应堆项目提供。用于制造这些核反应堆的方法受到严密保护，披露将被视为对国家安全的威胁。

制作船体

• 4 厚约 2-3 英寸（5.1-7.6 厘米）的钢板从钢铁制造商处获得。这些板用乙炔炬切割成合适的尺寸。
• 5 切割的钢板在巨大的压力下在大型金属辊之间移动。每个滚轮的直径约为 28 英寸（71.1 厘米），长约 15 英尺（4.6 米），它们的设置使一个滚轮靠在另外两个滚轮上。当钢板在顶辊下方和两个底辊上方移动时，它被弯曲成曲线。将板来回滚动，直到获得所需的曲率。
• 6 弯曲的钢板放置在一个木制模板周围，该模板勾勒出船体的形状。然后用手将它们焊接在一起，形成船体的一部分。该部分由起重机吊起并放置在另一个部分旁边。这两个部分在自动焊机下缓慢滚动，将它们密封在一起。旋转部分在焊机下方移动数次，从而形成极强的焊缝。
• 7 焊接部分通过焊接弯曲的 T 形钢肋加强。这些是通过加热制成的 潜艇的制造非常复杂，采用人工和自动化两种工艺。大块钢板被轧制和焊接成内外船体的形状。脚手架是在制造过程中架设的，因此可访问性不受阻碍。制造的每个方面都通过检查和质量控制措施进行检查。例如，焊接钢部件用 X 射线检查。管道充满氦气以检查泄漏。因此，海军反应堆计划被认为是所有核电计划中安全记录最好的。直到它们软到可以弯曲为止。自动锤击击杆的末端，产生与船体匹配的曲线。
• 8 将几个部分焊接在一起产生一个内壳。重复相同的过程以形成外壳。内壳焊接到钢肋上，然后再焊接到外壳上。钢肋将两个船体分开，为控制潜艇深度的压载舱留出空间。外壳只延伸到内壳的底部和侧面，使潜艇保持直立。
• 9 同时，钢板被焊接到内壳内部，以便将潜艇分成几个水密舱室。钢甲板和舱壁也焊接到位。外部焊缝采用高速砂轮打磨，平整光滑。这不仅改善了喷漆表面，而且还为潜艇提供了一个流线型的表面，在航行过程中几乎没有摩擦。然后船体涂上一层保护涂层。

完成外观

• 10 舵和螺旋桨等外部组件采用各种金属加工技术制成。许多金属部件使用的一种重要方法是砂型铸造。此过程涉及制作所需零件的木材或塑料模型。然后模型被紧密填充、硬化的沙子包裹在模具中。模具的两半分开，允许移除模型。所需零件的形状保留为硬化砂中的空腔。将熔融金属倒入型腔并冷却，从而得到所需的零件。
• 11 船体周围有脚手架，使工人可以到达船体的所有部分。外部组件被焊接或以其他方式连接。某些部件，例如声纳设备，连接到船体上，然后用光滑的钢板覆盖，以减少水下航行期间的摩擦。

内部装修

• 12 大型设备在建造时放置在内部船体中。较小的设备在完成后被带入内壳。潜艇在安装大部分内部设备之前下水。下水仪式结束后，潜艇被拖入装修码头，继续进行内部装修。安装了潜望镜、通气管、发动机和电子设备等重要部件。冰箱、电炉、空调、洗衣机等机组人员的舒适设备也在此时安装。
• 13 随着潜艇开始第一次海上试验，核反应堆开始运行。船员在大西洋航行期间接受培训。武器的发射和测试通常是在巴哈马安德罗斯岛附近的水域进行。这艘潜艇在一个仪式上正式服役，将其名称从“预调试单位”（PCU）改为“美国舰艇”（USS）。然后潜艇在进入现役服役之前进行试航巡航。

质量控制

它在国防中发挥的重要作用、船员的生命取决于其正常运作的事实以及其核反应堆中固有的危险，确保质量控制对核潜艇来说比几乎任何其他制造产品都更重要。在施工开始之前，将检查用于建造各种组件的材料是否有任何结构缺陷。以前，当提出核潜艇的新设计时，会建立一个比例模型，看看是否可以进行任何改进。制作了新设计的比例图，然后扩展为全尺寸纸样，以便仔细研究小细节。制作了一个全尺寸的内部模型，让建筑商有机会调整组件的位置，以节省空间或使它们更容易接近。目前，设计建模、修改和模拟都是通过使用计算机来增强的。

当钢板被切割和轧制成船体时，它们会被检查以确保所有尺寸精确到一英寸（0.16 厘米）的十六分之一以内；较小的零件可能需要精确到千分之一英寸（0.00025 厘米）或更小。使用 X 射线检查所有钢部件的焊接是否正确。通过向管道填充氦气并检查是否泄漏来检查管道。每台仪器都经过测试以确保其正常工作。尤其是核反应堆经过严格的测试以确保其安全。由于采取了这些预防措施，海军反应堆计划被认为是所有核电计划中安全记录最好的。

潜艇服役后，它会进行一次试航巡航，以了解它在战时条件下的运行情况。对潜艇的速度和机动性进行测试，以确保其满足必要的要求。

副产品/废物

处理核潜艇产生的废物的最大问题涉及核反应堆产生的放射性废物。虽然核潜艇产生的废物比大型核电站产生的废物少得多，但也存在类似的处理问题。海军反应堆计划在安全储存放射性废物方面有着出色的记录。然而，一些环保主义者对核潜艇意外沉没或在军事行动中被释放的放射性物质的可能性表示担忧。

未来

预计未来许多年，核潜艇仍将是海军防御系统的重要组成部分。未来的设计将采用新方法来提高核潜艇的速度和深度能力。研究还将提高探测敌舰的能力，同时保持不被发现。随着苏联解体导致国防预算减少，美国海军面临着降低核潜艇成本同时保持其效能的挑战。考虑到这一目标，新攻击潜艇计划于 1990 年代设计，目标是取代大型且昂贵的 海狼 用更小、更便宜但同样有效的核潜艇来攻击潜艇。