近期台湾海军表示，国造潜舰的高性能电池能够取代绝气推进系统（AIP），引起舆论关注，不过到底 AIP 是什么？两者之间真的是替代关系吗？
传统动力潜舰基本上是由柴油引擎驱动，所以称为柴电潜舰，其特征为需要经常浮上潜望镜深度利用呼吸管进行换气，才能替电池充电并进行水下匿踪航行。所以在早期潜舰基本上都还是在水面活动，只有紧急状况才会下潜，以维持电池饱满，若潜舰在作战中耗尽电力会陷入非常的不利境地。
▲ 第一次世界大战时，德国曾用无限制潜艇战来对抗英国的封锁，不过当时还没有 AIP ，U 艇大部分时间都还是在水面航行，虽然性能非常差，但仍然取得相当惊人的战果。（Source：The Library of Congress, Public domain, via Wikimedia Commons）
基本上，传统柴电潜舰动力的原始构成就是开放循环式柴油引擎、铅酸蓄电池和推进电动马达这 3 大部分。而广泛地来讲，呼吸管其实就是最初的 AIP，因为船身不需要完全露出海面，只是这种程度的潜行，随着反潜技术的发展，已经没有用处。
AIP 非指单一技术
是的，广义上，其实只要能让潜舰持续在水下作战，都算是 AIP 概念的涵盖范围，如今所称的 AIP 基本上有多种方案，包括核动力、封闭循环涡轮机（CCDE）、史特林引擎（Stirling Engine）以及燃料电池系统等。当然若安装核动力，基本上也不会再被称为柴电潜舰，所以狭义来讲，AIP 主要指的是后 3 种方案，并成为柴电潜舰动力的第 4 部分。
AIP 具体的设计思路，就是一种可以在不对外循环氧气下就能运转的动力系统，例如最早的封闭循环涡轮机本质上仍然是柴油发电机，只不过提高氧气燃烧效率，以潜舰自带氧气进行循环，结构大部分于传统柴油引擎雷同，且最早的设计其实是为了提高水下推进力，而非为了增加潜航时间，废气排放等限制还是不少。值得一提的是，现代法国的朗肯循环涡轮技术（MESMA）则更为理想，采纳了核能引擎的设计经验，改为用酒精与液态氧在高温高压下混合燃烧，可靠性相当高。
而史特林引擎其实也同样需要液态氧，但这是一种外燃机，燃烧室内不产生爆震，所以噪音更小，且处理废气也更简单。不过制程要求高、造价昂贵、体积大且笨重，其应用对空间狭小的潜舰是一种挑战，且最致命的是马力相对内燃机小，水下航行速度并不快，这是最为军方诟病的一点。
而燃料电池其实也有燃烧室，但这是由化学反应直接放电，不需要先转换成机械能，所以被称为“电池”。其性能也同样轻薄安静，不需要处理废气循环等问题，能量转换效率及密度都很高，对潜舰来讲可说是相当理想。但单位电流输出是个问题，且除了液态氧，通常还需要再携带大量液态氢，这些都需要低温高压的储存环境的危险燃料，相关材料价格也很高昂，技术上并未较容易，也常传出故障的消息，还在持续发展当中。
▲ 2019 年法国海军集团公布了最新的燃料电池 AIP FC2G，可以直接从柴油中提取氢气，不用再另外携带液态氢，性能及可靠性更加提升。（Source：Naval Group）
“电池”技术备受关注
不过演进至今，已可以明显看出，柴电潜舰水下动力的演进，基本上已开始从“引擎”向“电池”靠拢，成为最可能同时满足静音及续航的解决方案。但必须注意的是，近年来广为讨论的锂电池技术并非是为了取代燃料电池，主要是为了淘汰效率太低的铅酸蓄电池。过去，无论是何种 AIP 基本上都还是与铅酸电池搭配使用。
包括燃料电池 AIP 也是如此，虽然燃料电池可以直接输出电力，理论上似乎不需要再与传统电池连结，但实务上性质还是有所不同。燃料电池的能量密度够高，但出力偏低。然而锂电池的出现更好的弥补了这缺点，虽然能量密度低，但出力足够高。这也是锂电池越受青睐的原因，能让潜舰实现高速水下航行。
法国海军集团近年来所专注发展的先进柴电潜舰 SMX-Ocean 系列就是使用燃料电池 AIP 搭配锂电池的组合，能够进行远洋航行，作战能力不输核动力潜舰，连续潜航时间长达 21 日，且静音能力更胜，可连续作战 90 日，足以横渡大西洋 6 次，其设计曾在 2016 年澳洲的标案中击败日本的苍龙级。
不是取代，而是舍弃 AIP
而目前最积极在潜舰上使用锂电池的就是日本，由于早前燃料电池在潜舰上的应用还在发展中，据信日本因其不稳定性，所以在初代 AIP 潜舰上采用史特林引擎，但自苍龙级第 5 艘瑞龙号后，开始引进锂电池，最终目标则是直接使用锂电池，而不再需要狭义的 AIP，重回原始的柴电设计，还能解决水下航行太慢的问题。值得一提的是，日本也曾拨过预算研发燃料电池 AIP 但似乎并不顺遂。
如今第 11 艘凰龙号，以及去年刚下水的闘龙号，已舍弃传统 AIP 成为全锂电潜舰。锂电池虽然有快速充放电的性能，但相对也不太稳定，若要在潜舰上大规模使用，散热等管理是非常重要的，甚至连配合的动力机组都要重新规划。苍龙级由于一开始并非为全锂电设计，所以还无法完全发挥锂电池的实力，充电及出力等都不是最佳，只能算是试验舰。而最新的次世代常规潜舰大鲸级，已从设计上让锂电池性能有更好的发挥。
▲ 法国海军集团 2020 年提出的未来概念潜舰 SMX 31 E，甚至舍弃了柴油发电机，只使用燃料电池及锂电池的混合动力，能搭载无人机群及海军陆战队，且在水下高速航行近 40 天，还具有高度自动化的人工智能系统。（Source：Naval Group YouTube）
但过去为何不直接使用电池、而要发展 AIP 的主要原因，还是碍于电池续航力不够。近年来，虽然锂电池技术屡有突破，但还是很难摆脱能量密度低的缺点，虽然取代铅酸电池是没有问题，但要把整套 AIP 给替换掉并不是件容易的事。虽然号称有铅酸电池两倍的电力，但这数据可能还不够好看。不少意见认为，潜舰所用应不是常见的锂铁电池，而是能量密度非常高的锂硫电池，就可能展现出相当惊人的性能，但似乎还没有证据显示这方面技术已经成熟。
不过就算非锂硫电池等崭新技术，若用在不需要远洋或长时间机动作战的台湾自制防御潜舰（IDS）还是有其可行性。IDS 与苍龙级外观类似，且采用同样的 X 型尾舵，容易在海床上进行埋伏，操控及反应也更灵活，若只是静态待机，锂电池系统应仍足以胜任潜航作战，当然这也只是猜测。
▲ 台湾 IDS 与日本苍龙级同样采用较少见的 X 尾舵，不过因最初就没计划要搭载 AIP 而舰身较短。（Source：科技新报）
更早之前，据传 IDS 采用的是工研院研发的燃料电池系统，台湾在这方面的技术能力其实并不差，军方也一直有研究，只是燃料电池造价昂贵，且若近期海军发言并无口误，台湾将不采用 AIP，当然也就不是燃料电池。目前来看，台湾第一艘 IDS 为锂电实验舰的概率很高，且吨位比苍龙级小，若载有 700 吨锂电池，水下的爆发力应还是能保证。
实务上，同型潜舰要更换动力系统是很难的，就算外观不变，内部空间的配置及配重都需要重新计算，且不一定能成功，若一开始没有考量到系统升级，不如另求新舰型。所以台湾海军表示后续舰也不采用 AIP 是很正常的，但若如此，军方可能就是压注在新一代电池技术的发展，以继续提升潜舰性能。
（首图来源：日本海上自卫队）
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