出现在 XNUMX 世纪末 - XNUMX 世纪初的潜艇（潜艇）成为公海中一种新的、革命性的战争手段。 尽管在它们出现时，潜艇还远非完美，但它们几乎立即成为所有级别水面舰艇的严重威胁。
潜艇的主要问题是它们可以在水下停留而不浮出水面的时间。 这是使用的发电厂 - 柴油发动机和电池的结果。 柴油发动机需要空气才能运行，可以在水面上移动或给电池充电时使用，而当时的电池容量不允许潜艇长时间隐藏在水下。
核潜艇（NSA）的出现似乎永远解决了这个问题——核反应堆允许核动力船在水下停留几乎无限的时间。 柴油潜艇（DEPL）的时代似乎已经结束——一些国家已经完全放弃了它们。 然而，并非世界所有国家都可以使用核技术，此外，柴电潜艇的成本也比核动力船的成本低几倍。 柴油潜艇的优点是体积更小，可以在浅水区有效作业，而且柴油潜艇在电力推进模式下的噪音水平低于同代潜艇。 环境问题并不是最后一个角色——一些国家根本不允许拥有核电站的船只进入其领海。
因此，核潜艇和柴油潜艇开始并行存在。 一些国家完全放弃了柴电潜艇，有些国家只使用它们，在一些国家，例如在苏联和俄罗斯，两种潜艇都使用。
然而，柴电潜艇的主要缺点——水下航行距离短，并没有在任何地方消失。
无核潜艇
为了增加柴电潜艇在水下花费的时间，人们考虑了各种方法来使用不依赖空气的发电厂（VNEU）来增加它们的自主权。 带有 VNEU 的潜艇获得了 NAPL（非核潜艇）的称号。
最成功的决定之一是在哥特兰系列的瑞典潜艇上安装斯特林发动机。 斯特林发动机和罐中的液氧供应使瑞典 NNS 能够在水下移动长达 30 天，这可以被认为是一个出色的结果。 缺点是操作的复杂性增加，需要额外为潜艇提供液氧，以及与其在岸上生产和储存相关的困难。 斯特林发动机的水下速度限制在大约 XNUMX 节（最近版本为 XNUMX 节）。
Gotland 型 NNS，配备斯特林发动机。 图片来自 wikipedia.org
德国人则另辟蹊径，在他们的非核潜艇上安装了 VNEU，包括基于燃料电池的发电厂和金属间化合物储氢工厂。 安装了 VNEU 的 214 型核潜艇在 2350 节的速度下具有 2800 公里（测试中为 4 公里）的水下航程。 该项目的缺点也被认为是操作的复杂性以及需要陆上基础设施来生产和储存氢气。 由于金属间化合物储存的氢气释放速度依赖于温度，因此在热带和北纬地区也存在运营风险，这可能会降低潜艇的特性，甚至导致紧急情况。
德语 NNS 类型 214。图片 wikipedia.org
法国人还尝试为 Scorpen 型潜艇制造自己的 VNEU。 他们正在开发一种使用乙醇和氧气运行的闭式循环蒸汽轮机。 然而，他们未能超越原型——实验装置的能源效率被证明是极低的。
法国从未设法为蝎子型柴电潜艇制造VNEU。 图片来自 wikipedia.org
俄罗斯也在尝试为 NPL 创建 VNEU。 对于677“Lada”项目（出口版“Amur”）的潜艇，大概是由VNEU开发的氢燃料电池MT“Rubin”的中央设计局。 目前，该工作的状态未知，但鉴于阿穆尔潜艇正在积极推动出口，缺乏 新闻 关于 VNEU 并没有激发乐观情绪。 无论如何，在氢燃料电池上使用 VNEU 的 NNS 将具有与德国 214 型 NNS 大致相同的优点和缺点。
俄罗斯677“拉达”号柴电潜艇尚未获得VNEU。 图片来自 wikipedia.org
俄罗斯的另一个发展是由孔雀石设计局设计的 P-750B Serval 项目的 NNS。 在 P-750B 项目的 NNS 上，应使用两台燃气轮机作为 VNEU，氧化剂应从处于水下位置的杜瓦容器（液氧？）供应。 P-750B NNS 项目的最大水下速度应该在 10-12 节左右，高于配备斯特林发动机或氢燃料电池的 NNS。 P-750B Serval 项目的 NNS 将能够在水下停留长达 30 天，同时在不浮出水面的情况下克服 1200 海里（约 2200 公里）。 并且随着上升到地面，巡航范围将达到4300海里。
现在谈论 P-750B Serval 项目的 VNEU NAPL 的优缺点还为时过早。 可以假设 P-750B Serval 项目的 NNS 的操作复杂性和对沿海基础设施的要求将与配备斯特林发动机的 NNS 相媲美。
无论如何，我们可以说所有现有的和有前途的非核潜艇项目在某种程度上比传统的柴电潜艇更难操作，此外，它们的操作需要复杂而昂贵的沿海基础设施。 总之，这些因素导致客户经常返回“经典”柴电潜艇，包括用于水面行驶和电池充电的柴油发动机，以及增加容量的电池。
锂电池的出现
日本“自卫队”没有现役核动力舰艇，但对待潜艇舰队的“非核”部分却相当负责任。 日本舰队配备10艘苍龙级核潜艇，每艘配备XNUMX台斯特林发动机和XNUMX台川崎柴电发动机。 假设下一代日本核潜艇也将配备基于斯特林发动机的 VNEU。
然而，显然，日本自卫队对这种 VNEU 并不完全满意。 据推测，与瑞典哥特兰级核潜艇相比，日本苍龙级核潜艇的排水量增加，无法在斯特林发动机上获得可接受的水下速度，并且不可能扩大斯特林发动机的尺寸和功率。
在第 XNUMX 艘苍龙型核潜艇中，决定放弃斯特林发动机而改用锂电池，锂电池取代了传统的柴电潜艇/核潜艇的铅电池。
苍龙级核潜艇。 图片来自 wikipedia.org
配备锂电池的柴电潜艇潜航范围，与配备 VNEU 的非核潜艇相当，前者可以以约 20 节的潜航速度航行，是配备 VNEU 的非核潜艇性能的两倍多。 唯一的缺点是锂电池成本高，但首先是时间问题——锂电池正在逐渐变得便宜，其次需要考虑到潜艇的整个生命周期，包括成本为 NALP 部署和维护沿海氧/氢基础设施，不需要配备锂电池的柴电潜艇。
2014 年至 2020 年每千瓦时能源成本的变化图片 habr.com
配备锂电池的柴电潜艇的优势还包括快速充电的能力，这意味着在通气管下靠近水面的时间更短。
至于缺点，就要包括锂电池增加的爆发力。 这可能是由于机械损坏、温度升高、老化、过度充电或过度放电（不爆炸的，例如磷酸铁锂电池，比容量小）而发生的。
高生产文化和称职的电路解决方案与内置诊断工具相结合，可能会解决大多数潜在问题。 至于机械损伤，它们的存在很可能意味着坚固船体的破坏和潜艇的死亡，这种情况下电池的爆炸不再那么关键。 此外，日本人在现有项目的现代化潜艇中建造了锂电池，在有前景的项目中，锂电池可以从坚固的外壳中取出，放入单独的受保护隔间（或多个隔间）中，无人看管。
顺便说一句，早在 2014 年，俄罗斯 SKB Rubin 总干事就宣布成功测试了用于核潜艇的锂电池，但此后有关此类工作的信息并未出现在公开媒体上。
为什么特斯拉在这里？
文章的标题是电动汽车的领先制造商之一 - 特斯拉，但它与潜艇有什么关系？
不，特斯拉不打算为他们生产 NNS 或组件，至少在互联网上没有这方面的信息之前（尽管在 2019 年埃隆马斯克宣布了特斯拉在制造商用潜艇方面的进展 - 一种两栖车辆，但在这个方向上几乎没有进行认真的发展).
但柴电潜艇水下航程持续时间的基础是电池，而特斯拉是电动汽车，其中电池也是关键部件。 没有人比特斯拉和许多人喜爱/厌恶的埃隆马斯克在发展电动汽车市场方面做得更多。 当然，如果没有特斯拉，电动汽车市场就会形成，但 10 到 15 年后——以类似的方式，苹果形成了智能手机市场，尽管从技术上讲，它们在 iPhone 之前就已经存在。
电动汽车市场的爆炸式增长需要大量的高性能电池。 在这个领域投入了大量资金，数百家上市和私营公司以及初创企业正在运作。 正在建造新工厂以增加电池的产量。
所有这些都会导致某些后果。 首先，如上所述，现有大量生产的电池的成本降低了。 其次，电动汽车公司正在开发高效的电路解决方案，以安全运行大容量电池。 民用市场对你来说不是军火市场。 电动汽车和民事诉讼开始爆炸，保险公司和交易所将“吃掉制造商的内脏”。 第三，研究的结果迟早会产生影响，而且很可能已经发生了。
目前，能量密度高达 3 Wh/kg 的电池安装在特斯拉 Model 260 电动汽车上。 可以假设在日本苍龙型柴电潜艇上安装了大约相同容量的锂电池（当时根本没有），同时它们的航程已经可以与核潜艇相媲美与 VNEU。
2022 年 450 月，与特斯拉密切合作的美国公司 Amprius 宣布开始交付能量密度为 XNUMX Wh/kg 的锂离子电池，这是目前市售电池中能量密度最高的。
很容易想象，安装这种电池后，柴电潜艇的能力会增加多少——它们在航程和水下速度以及操作便利性方面都将大大超过非核潜艇。
发现
可以充满信心地预测，电动汽车市场的发展，以及电动飞机、船舶市场的发展，将导致可用于各种用途的军事装备——无人机——的电能存储技术的密集发展。无人机）、具有全部或部分电力推进的地面平台，以及自主无人水下航行器（AUV）和新一代柴电潜艇。
综上所述，俄罗斯现代高容量电池的开发和生产问题可被视为我国国家安全的优先事项之一。