潛艦的技術【修訂版】

揭開潛艦的神祕面紗，
解開在水底下航行的祕密！

保護海上安全、建立海底防線的潛艦，是守衛海域的重要角色！
但提起潛艦，你會不會有以下的困惑？

▶戰術角度◀
◎潛艦為什麼重要？如何影響戰局？
◎在深海中，要如何操縱潛艦？
◎要如何透過雷達等資訊，準確攻擊敵人？

▶科學角度◀
◎要如何抵抗大海的浮力，下潛到海中？
◎深潛海中的潛艦，又要如何浮出水面？
◎潛艦的動力使用又是如何從柴油、電池轉變到核能？

此次完整介紹潛艦的歷史、構造、運行原理、作戰武器、救援等，以及鮮少為外人所知的潛艦艦員的水底生活。透過詳細的圖說及照片，讓你一窺潛艦的內部構造及潛艦人員的工作內容，輕鬆讀懂潛艦的奧祕！

本書特色

◎詳細豐富的圖文解析，初對潛艦感興趣的讀者們也能輕鬆入門！
◎珍貴的現場照片，一窺潛艦的內部構造及潛艦人員的工作內容！
◎全方面剖析潛艦技術，不論構造、航行還是作戰，都有相當完整的解說，資深愛好者必收藏的書籍！

山內敏秀
西元1948年出生於日本兵庫縣。1970年自防衛大學校（第14期）畢業（主修基礎工學一）後，進入日本海上自衛隊服役。1982年成為海上自衛隊幹部學校指揮幕僚課程學生。1986年升任「瀨戶潮號」潛艦艦長。1996年青山學院大學國際政治經濟學研究科研修完畢。2000年開始擔任防衛大學校國防論教育室教授。2004年由海上自衛隊退役，現為太平洋技術監理有限責任事業組合理事（專責安全保障）及首席分析師。主要著作有《軍事學入門》（かや書房，合著）、《水中潛航》（かや書房），以及《中國的海上戰力》（創土社、編著）等書。

前言

提到日本「蒼龍」級潛艦可能出口至澳洲的新聞，想必大家還是記憶猶新吧！雖然日本與澳洲對於這項交易的相關協商仍在持續當中，但潛艦（尤其是常規動力潛艦）倒是拜此新聞所賜而成為大眾矚目的焦點。論其背後因素，更是和澳洲及亞洲各國的潛艦部隊均在頻繁進行創建、近代化，以及強化等情勢有關。
馬來西亞訂製了兩艘法國的鮋魚級潛艦（Scorpène class submarines），越南則是在2009年向俄羅斯購買了六艘基洛級潛艦（Kilo class submarine），而目前越南海軍的陣容也已擴展增加第三艘潛艦。另外，印尼亦曾在1990年代初期建制了兩艘德國的209型潛艦（Type 209 submarine），目前則是改向韓國下單訂製三艘潛艦，預計最終將潛艦數量增加到十二艘。菲律賓也發表了未來會購入三艘潛艦的計畫。至於新加坡，則是將四艘老舊潛艦更新為德國的218SG型潛艦（Type 218SG submarine）。
亞洲各國之所以採取這些行動，其中的一個原因就是要藉此因應中國的崛起。
因為這些國家看到中國海軍壓倒性的力量，所以採用潛艦來加強應對。那麼，為何許多國家選擇的都是「潛艦」呢？這個問題的答案就在於，潛艦正是一種能夠「潛入水中」的艦艇。
自潛艦問世以來，大多數情況下，僅用一艘潛艦就能直接挑戰以戰艦與航空母艦為中心的強大水上艦隊。如果使用現今的詞彙來形容，可說是一場終極的海軍非對稱戰。雖然潛艦在速度、火力及裝甲等方面都遠遠不及戰艦及航空母艦，但潛艦之所以能夠向其挑戰抗衡，原因就在於其「隱密性」。潛艦藉由覆蓋「水」這層面紗而取得極高的「隱密性」。就如同擁有此種隱密性的潛艦被稱為「神秘鐵塊」所顯示，許多潛艦的相關資訊至今仍未公開。因此，只要擁有潛艦，就可以壓制對手的行動，甚至還能夠迫使對方必須為找出潛艦蹤跡與排除威脅而投入巨大的資產與努力。
讀者們如果搭乘電車前往神奈川縣橫須賀市的JR橫須賀站（譯註：Japan Railway，日本鐵路公司。日本國鐵在1987年經過分割民營化後所成立的鐵路企業集團，營業範圍涵蓋鐵路、公路及科技研發等領域），下車後就能親眼目睹停泊在對岸的潛艦。另外，在廣島縣吳市的國道沿線車站同樣可以近距離觀看潛艦的黑色船體。電視上也會播出一邊說明著「這是首次有電視節目攝影機進入潛艦當中拍攝」，一邊介紹艦艇內部的節目。不過，因為這類場合與情況都未採用「作戰」的觀點，所以終究無法看清潛艦的真正樣貌。當立足於「作戰」的觀點時，前面所稱的「覆蓋海水面紗」又代表什麼樣的意義呢？
要怎麼做才能讓潛艦覆蓋著海水的面紗呢？艦艇覆蓋海水面紗時又會導引出何種作戰模式呢？在本書中，我們將稍稍推開這些神祕的阻隔巨牆，並試著更加接近潛艦的本質與真相。
將各種要素匯集融合之後，潛艦才具備作戰能力。因此，為了更加接近潛艦本質，本書將針對各種交融的要素進行解謎釐清及深入說明。有些章節我們會依循潛艦歷史的脈絡進行探討；有時則是對潛艦擁有何種構造、以及建造時應該注意哪些部分等內容加以解說。如果把這些脈絡當作是經線，那潛艦潛在水中究竟代表何種意義、下潛的大海裡頭又是何種環境、或是如何在海中行動等問題就能作為緯線來深入觀察。另外，我們也會把如何打造真正潛艦、與敵人交戰所需技能（海上自衛隊稱之為術科）等核心問題編入重點區域，而其中最令人難忘的重點就在於潛艦會為生存進行何種戰鬥吧！
本書亦附加許多照片與插圖，盡量簡單說明這些經緯線的相關資訊，並努力讓內容更為淺顯易懂。如果讀者們能夠透過本書而更加關注或是喜歡潛艦，那可真是預期之外的莫大喜悅。

前言

第1章 潛艦的歷史
1-1 武器為「附裝炸藥的尖鑽」
1-2 由始祖鳥至近代潛艦
1-3 日本的首艘潛艦
1-4 潛水艇與航空器的合體
1-5 搭載彈道飛彈潛艦的出現
1-6 世界首艘核能動力潛艦

第2章 潛艦的構造
2-1 主壓載艙、舵
2-2 內殼、外殼，上層建築

第3章 潛艦的潛航與浮出水面
3-1 作戰準備
3-2 潛航
3-3 浮出水面
3-4 通氣管的起始開端
3-5 通氣管的構造
3-6 通氣管的悲喜劇

第4章 潛艦的動力
4-1 主機
4-2 電池、充電
4-3 核能動力
4-4 AIP系統

第5章 潛艦的航法
5-1 水上航行
5-2 水上航行的辛苦與樂趣
5-3 水中的行動
5-4 沈底與懸浮
5-5 在冰洋中航行

第6章 潛艦與聲音
6-1 潛艦依賴聲音
6-2 聲納、TASS、聲紋
6-3 潛艦討厭聲音

第7章 潛艦的作戰
7-1 潛艦的通訊
7-2 魚雷
7-3 魚雷是如何進入潛艦內部
7-4 襲擊
7-5 潛望鏡襲擊
7-6 聽音襲擊
7-7 魚雷的射法
7-8 飛彈
7-9 水雷
7-10 火災、進水時的處理應對
7-11 無氣浮上
7-12 迴避

第8章 潛艦的救難
8-1 潛艦救難前史
8-2 DSRV
8-3 飽和潛水與人員轉移艙
8-4 個人逃脫

Column 1 登上潛艦之前
Column 2 成為艦長之前

參考文獻
索引

武器為「附裝炸藥的尖鑽」－－歷史上首次潛艇攻擊事件
人類歷史上首次藉由潛艇來攻擊敵艦的行動出現在美國獨立戰爭期間。西元1776年，一艘名為「海龜號（turtle）」的潛艇展開潛入大海的水中行動，企圖將炸藥置放在停泊港口的英國軍艦船底。
海龜號潛艇是由大衛．布希內爾（譯註：David Bushnell，西元1740年∼1824年，畢業於耶魯大學的美國發明家。）所建造的。這艘木製船艇的外觀像是左右兩個碗合攏蓋住，而且一般認為海龜號是藉由裝在艦首方向的手動式螺旋槳、設置於垂直方向用以改變深度的螺旋槳，以及船舵等裝置來進行水中行動。兼具現今壓載艙（ballast tank）與調整櫃（adjusting tank）功能的潛水用船艙位於船內，並裝設有腳踏式通海閥（kingston valve）與排水泵（drain pump）。至於壓載艙與調整櫃的部分，我們會在後文解說得更詳細些。
那麼，海龜號原本是企圖採取何種方式來攻擊敵艦呢？原來海龜號潛艇計畫在潛入海中到達敵艦所在之處後，從船艇內側轉動把手，藉由裝設在船體上方的尖鑽來鑽開敵艦的船底。這個尖尖的鑽頭與背在海龜號後方的定時炸藥是用繩子連接在一起的，所以當海龜號的鑽頭鑽入敵艦船底且脫離潛艇後，就可以將炸藥留在敵艦的船底處，等設定的時間一到就會立刻炸開。
海龜號的初次實戰就是在哈德遜河（Hudson River）針對英國軍艦進行攻擊，但因當時的目標軍艦船底包覆有一層金屬板，所以海龜號的鑽頭始終無法順利鑽開，導致炸藥在脫離中途爆破而驚動了敵軍。至於海龜號的第二次攻擊行動則是發生在康乃狄克州的新倫敦（New London），對象同樣都是英國的軍艦。據說該次行動雖然順利裝上炸藥，但因連接著鑽頭與炸藥的繩索被敵軍發現，所以炸藥在拉至艦上的中途就引爆炸開，只造成些許災情。

由始祖鳥至近代潛艦－－讓水中行動得以實現的蓄電池
在海龜號之後，各式各樣的嶄新嘗試也陸續面世。像是開發出蒸氣船的羅伯特．富爾頓（譯註：Robert Fulton，西元1765年∼1824年，美國著名工程師，以建造世界第一艘蒸汽動力輪船而聞名。）在西元1800年嘗試打造了「鸚鵡螺號（Nautilus）」，而且也實驗成功。不過，軍方最後並未採用鸚鵡螺號。之後，富爾頓繼續嘗試開發設置蒸汽機械的潛水艦，但卻在建造途中即染病去世。美國的南北戰爭時期，隸屬於南軍的9人座潛艇「漢利號（H.L.Hunley）」曾因擊北軍的豪薩通尼克號（USS Housatonic）軍艦而立下彪炳戰績。漢利號潛艇在船首設置了裝有炸藥的長木桿，然後利用這隻長桿來推擠敵方船艦舷側以擊沈敵軍，而這根裝有炸藥的木桿就稱之為竿式魚雷（Spar torpedo）。
不過，上述行動雖然在「沉入水中行動以攻擊敵艦」方面深具劃時代的意義，但畢竟這些船艦的動力還是人力，且攻擊手段也屬於極為粗糙原始的方法，所以在潛艦的歷史上只被認為是有如始祖鳥般的存在。
這種始祖鳥般的潛艦若想進化到近代的潛艦，就必須擁有三種嶄新技術。
首先，一定要提到的就是內燃機（Internal combustion engine）的開發與發展。西元1823年，一位名為布朗的英國人製作了實用的燃氣引擎（gas engine），六十年後的1884年，德國被稱為汽車實用化之父的戈特利布．戴姆勒（譯註：Gottlieb Wilhelm Daimler，西元1834年∼1900年，德國工程師及發明家，也是汽車發明者之一。）製作出高速汽油引擎（gasoline engine），進而確保了潛艦必要的動力來源之一。不過，因為需要空氣的汽油引擎無法在水中使用，所以需要另一種動力來源才能讓水中行動得以實現。
因此，電池便成為了大家矚目的焦點。此時的潛艦需要的是即使在水中行動時放電，還是能夠再次充電以反覆使用的電池。因此，西元1860年即改為裝設法國葛斯頓．普朗泰（譯註：Gaston Planté，西元1834年∼1889年，法國物理學家，於1859年發明了可反覆充電的鉛酸蓄電池。）設計的二次電池，也就是在稀硫酸中放入二氧化鉛（PbO2）與鉛（Pb）兩種極板的蓄電池。這種鉛蓄電池之後歷經多次改良修正，甚至到今天仍是潛艦所使用的電池。

讓潛艇成為軍艦的關鍵就是魚雷
至於將潛艇一舉推升至軍艦地位的關鍵則是魚雷（torpedo）的完成。最早的魚雷是由英國工程師－－懷海德（譯註：Robert Whitehead，西元1823年∼1905年，英國工程師，與盧皮斯共同發明首款魚雷。）於西元1866年所開發。當時他接受奧地利海軍委託製作可於海中行動的魚雷。懷海德的魚雷之後陸陸續續獲得了世界各國海軍採用，所以這些國家也一個個地建造出「魚雷艇（torpedo boat）」。這裡可能要說點題外話，那就是原本所謂的驅逐艦就是用來驅逐此類魚雷艇，並且守護主力戰艦的船艇，但因為驅逐艦後來本身也改為配備魚雷，所以也兼具了魚雷艇的功用。
另一方面，英國海軍則是在1870年代初期開始，就將讓潛艦搭載白頭魚雷（Whitehead torpedo）。而被稱為潛艦之父的約翰．菲利普．霍蘭（譯註：John Philip Holland，西元1840年∼1914年，出生於愛爾蘭，後移籍至美國，為世界首艘實戰用潛艇的發明者。）則是在西元1878年製作出霍蘭一號試作艇，並且不斷嘗試修正改良。到了1898年，完成了可說是近代潛艦出發點的「霍蘭六號（Holland VI）」潛艇。霍蘭六號全長3英尺（約16.2公尺），排水量為63噸，設置的是45馬力的汽油引擎，並搭載了60座電池組。
當時的美國海軍副部長及後來的總統－－西奧多．羅斯福（譯註：Theodore Roosevelt Jr.，西元1858年∼1919年，美國第二十六任總統。人稱老羅斯福，亦暱稱為「泰迪」。）在親眼見到霍蘭六號的展示後，便向長官提出購入潛艦的建議，於是美國海軍便於西元1900年4月購進霍蘭六號潛艇，當年10月命名為〈霍蘭號〉，賦予SS-1編號後就開始正式服役。

水中的行動－－如何得知自己的位置所在？
潛艦潛入水中航行後的問題點，就在於無法看到外部景象。當然，潛艦上人員可以伸出潛望鏡並實際以目視確認，並以前面提到的方法一邊確認位置、一邊繼續航行，但其實這是非常少見的情況。
當艦艇潛入連潛望鏡都無法伸出的大海深處時，基本上可以從航線及速度等資訊得知目前的位置。艦上人員可利用電羅經（gyrocompass）與艦底測程儀等裝置來分別測知航程路線及潛艦的航速。
若從「某個地點」以「某種速度」航行「某條航線」，則須航行「某段時間」，再以速度×時間而得出的距離由「某個地點」延伸出航線方向，就會得知目前潛艦的位置。不過，這種潛艦位置的計算方式並未加入任何外力影響，只是一個推測出來的潛艦位置。換句話說，這個位置其實是包含誤差在內的，所以艦上人員常常需要修正潛艦的所在位置，才會在可伸出潛望鏡的深度來再次進行潛艦位置的確認。
以往的主流方法是所謂的「羅遠」導航系統，也就是利用主臺與副臺電波到達的時間差來測出潛艦的所在位置。原理是接收兩個羅遠電台發出的電波，再求出從各個電臺取得的雙曲線位置線的交叉點。但隨著現今GPS技術的普及，美國已經不再使用這種方法，而日本也陸續關閉各個羅遠電波站臺。
目前最重要的方法就是「GPS（全球定位系統，Global Positioning System）」。藉由汽車的導航系統（automotive navigation system），大家應該都很熟悉這個技術了。
發射彈道飛彈的潛艦為了提昇飛彈的命中率，必須掌握正確的發射位置，所以這個方法才會應運而生。在美國發射至太空的涵蓋全球定位衛星中，至少選擇四顆，然後藉由接收這些衛星送出的電波來得知潛艦本身所在位置。據說，如果只是要知道位置，三顆衛星就已經足夠，但若想提高精確度，就必須整合接受器與衛星上的時鐘，所以才會用到第四顆衛星。另外，要順便說明的是，中國為了與美國抗衡，也已經建制了地區型衛星定位系統，稱之為「北斗衛星導航系統（BeiDou Navigation Satellite System, BDS）」。

什麼是潛艦用慣性導航系統？
不管使用哪種方法，潛艦都必須航行至較淺處才能接收到電波，而潛艦用慣性導航系統（Inertial Navigation System, INS）便是因為此目的而開發出來的。大家應該都知道，將加速度兩次積分後就可求得距離。因此，測出潛艦所承受的所有加速度並予以積分，即能得知潛艦的明確位置，而且會比用測程儀測得的速度為基礎而計算出的位置更為精準。這種導航系統可說是噴射客機搭載的慣性導航系統的潛艦版本。
不過，日本的潛艦原則上都會以較為和緩的速度在水中行動。因自身速度而形成的加速度分量（component）就有可能被承受自地球自轉或是潮汐洋流的加速度給蓋過。不過，日本還是以本身優異的技術能力，打造出能夠檢測出如此微小加速度的加速度計。因為這個發明，日本的潛艦能夠在水中持續取得極為精確的位置所在，並且安心地採取行動。
潛艦雖然擁有了這樣優良的設備，還是需要常常藉由GPS來校正潛艦的位置。
潛艦在水中的行動大致可分為兩種。一種是將潛望鏡伸出水面行動，一種則是始終潛在深處行動。能夠將潛望鏡伸出水面的深度稱之為「潛望深度（periscope depth）」，當在此深度行動時，哨戒長會隨時使用潛望鏡持續觀測四周景象。不過，如果始終由一人持續站立觀測潛望鏡的話，就會因疲倦導致注意力渙散，所以通常會與相關人員彼此輪替進行監測。
我們在2-2章節中也有提到，潛望鏡上折疊式左右把手前端部位的右邊可以變動倍率、左邊可以變動俯仰角度。當使用潛望鏡觀測時，手握把手前段部位就能隨時調整倍率與俯仰角度，並且一邊持續監看觀測。一般觀測時都是降低倍率，好讓視野範圍變大，若發現什麼狀況才會提高倍率再加以詳細觀察。

潛艦內部日落後改為紅燈的原因
到了夜晚，尤其是沒有月光的漆黑夜裡，如果使用潛望鏡進行觀測，就會導致人的眼睛產生「暗適應（dark reaction）」的問題。雖然潛艦在水上航行時也會有這個現象，但人的眼睛如果突然受到光線刺激，瞳孔會急速收縮以保護眼睛，但就算很快再進入暗處，瞳孔也不會快速放大，而是要慢慢習慣暗處光線後才會再逐漸放大瞳孔。
如果身處潛艦內部的艦長與哨戒長必須立即使用潛望鏡觀測漆黑的外部景象，尚未適應暗處的眼睛是無法看到任何東西的，也會造成很大的困擾，所以就必須將潛艦內部變暗，好讓眼睛預先適應黑暗。因此，潛艦在太陽下山之後，艦內的燈光照明就會改成紅燈。不過，在紅色燈光下進食，味覺也會感覺更加美味，這倒也是意料之外的收穫吧！