潜艇隐形技术：一场永无止境的军备竞赛
自上世纪60年代以来，美苏两国便开始了在海洋深处的“捉迷藏”游戏，不断研发更先进的潜艇和探测技术，试图在水下占据优势。如今，这场军备竞赛仍在继续，参与者也更加多元化。
美国海军计划将“明尼苏达”号核动力攻击潜艇部署到关岛，这艘潜艇是世界上最安静的潜艇之一。先进的核动力系统赋予了“明尼苏达”号潜艇强大的隐蔽作战能力。美国、英国和澳大利亚将部署更多类似的潜艇，以在印太地区与中国竞争影响力和军事优势。
作为AUKUS协议的一部分，澳大利亚将获得、运营和维护3至5艘美国弗吉尼亚级潜艇，每艘价值约43亿美元。此外，澳大利亚还将与英国合作建造5艘特殊版本的AUKUS级潜艇，这些潜艇将采用美国核动力技术。作为交换，澳大利亚承诺向美国和英国海军造船业投入数十亿美元。
这些潜艇预计将承担对中国的核威慑任务，因为中国正在进行核现代化计划，包括部署能够攻击美国的潜射弹道导弹。
中国人民解放军海军是世界上规模最大的海军，但目前仅拥有12艘核动力潜艇，与美国海军的67艘攻击潜艇和弹道导弹潜艇相比，数量相当少。而且，与美国潜艇相比，中国潜艇噪音较大，更容易被发现。然而，这种情况不会持续太久。美国国防部声称，中国计划到2035年大幅现代化和扩大其潜艇部队，包括建造更多隐形潜艇。
澳大利亚的第一批核潜艇建成后，将服役33年，直到2060年代，甚至可以通过延长寿命继续服役。为了巩固其战略优势，AUKUS协议还计划开发先进的反潜技术，包括由人工智能驱动的传感器网络和分析系统。然而，这种技术是双刃剑，它也提高了海洋的透明度。一些专家甚至认为，到2050年，海洋“捉迷藏”的游戏可能会结束。
与此同时，AUKUS协议也面临着一些实际问题，包括潜艇燃料所需的浓缩铀供应短缺、协议巨额成本引发的反对以及更便宜、更适合特定任务的替代潜艇设计。
那么，现在真的是各国投入数千亿美元发展潜艇隐形技术的最佳时机吗？
潜艇隐形技术：无声的战争
为了实现隐形，海军工程师首先要考虑潜艇可能被发现的方式，然后设计出能够最大程度规避探测的潜艇。
前关岛潜艇中队15号指挥官斯科特·米尼姆表示，追踪潜艇主要有两个步骤：第一步是探测到潜艇的特征信号，第二步是根据已知的特征信号进行分类，确定是否真的探测到了潜艇。这些特征信号包括不同潜艇类别发出的独特噪音模式以及其他识别特征，它们对于探测和追踪潜艇至关重要。
噪音是最重要的特征信号，因此，潜艇隐形技术工程师专注于抑制潜艇发出的声波，使其在低速航行时几乎无声。弗吉尼亚级潜艇的船体覆盖着数千块橡胶吸音瓦，这些瓦片可以吸收或扭曲来自被动和主动声呐的声波，掩盖潜艇的位置。类似地，减振材料可以减少发动机和涡轮机传到周围水域的声音。
潜艇长期以来一直采用特定的几何形状，以最大程度地减少其雷达截面积，即雷达能够探测到的区域。在潜艇暴露的部分，例如潜望镜和天线，添加雷达吸波材料也有助于吸收而不是反射雷达波。
近年来，潜艇设计师还致力于降低潜艇的温度、磁场和尾流特征信号。例如，热交换器和冷却系统可以减少潜艇产生的热量，使商业卫星更难进行热成像和红外探测。为了消除残余磁场，需要进行消磁或“去磁”程序，即让潜艇在平行码头之间行驶，并用高压电缆将其包裹起来。虽然这个过程听起来很复杂，但它越来越必要：通过水下监视网络追踪磁场特征已经成为一种新的探测潜艇的方法。
潜艇隐形技术可能会有进一步的突破，但这些突破的成本和工业基础都难以承受。
最后，弗吉尼亚级潜艇使用泵喷推进器，在水中产生的湍流更少，使其尾流更难被探测到。虽然传统的螺旋桨更简单、更便宜，但泵喷推进器提供了更高的速度和灵活性，在高速航行时效率更高，噪音更低。
尽管取得了这些创新，但哈德逊研究所的著名海军专家布莱恩·克拉克警告称，“由于物理和机械系统的限制，进一步降低噪音和其他信号的难度越来越大”。他表示，可能会有进一步的突破，但这些突破“成本和工业基础都难以承受”。
与此同时，探测技术的重大进步降低了潜艇隐形技术的有效性。如今，越来越复杂和分布式的传感器网络收集来自多个领域的信息，就像美国海军在冷战期间部署在大西洋和太平洋的SOSUS水听器阵列一样。量子传感器的兴起，能够在原子层面上探测环境中的微小扰动，有望实现更高的灵敏度和精度。而人工智能驱动的系统可以轻松地识别海洋中细微的异常现象，例如经过潜艇引起的改变，这些异常现象很可能被人类分析员忽略。
新美国智库高级研究员、科技惊悚小说《幽灵舰队》的合著者P.W.辛格认为，人工智能“能够从各种传感器中获取零散的信息并进行分析……将能够探测到过去可能保持隐形的目标”。
其他专家，包括罗杰·布拉德伯里和斯科特·班布里奇，声称这场技术革命已经带来了前所未有的海洋透明度。如果最极端的预测成真，澳大利亚新核潜艇舰队的隐形能力可能在其服役不到十年后就失效。
潜艇隐形技术：新的战术与挑战
许多专家表示，他们并不担心这些对潜艇隐形能力的侵蚀。他们声称，海军作战人员仍然有很多方法可以保护潜艇的隐形能力。这些保护隐形能力的技术包括：1）通过噪音对抗探测，2）部署更多水下无人机，3）使用战略性行动来对抗敌人的目标。
第一个策略是将噪音作为一种特征，而不是缺陷。米尼姆建议，海军作战人员可以尝试“制造更多噪音，或者找到改变潜艇声学特征的创新方法”。例如，他说，“我们可以让潜艇发出的主动声呐波与鲸鱼的声音相同”。
这种想法利用了当前人工智能系统的局限性，以及数据中意外变化很容易欺骗人工智能系统的事实。潜艇特征信号的细微调整可能足以混淆人工智能算法，使其错误识别或完全错过潜艇。米尼姆表示，这种方法依赖于这样一个事实，“你需要知道你在寻找什么，才能利用人工智能来寻找潜艇。如果你无法对探测到的特征信号进行分类，潜艇就安全了”。
除了掩盖潜艇特征信号外，海军还可以更多地使用廉价的水下无人机，即无人驾驶水下航行器。正如克拉克解释的那样，无人驾驶水下航行器是摆脱传统“捉迷藏”游戏，转向“感知和理解竞争”的一部分。这种转变得益于民用无人驾驶水下航行器数量的急剧增加，这些无人驾驶水下航行器用于部署光缆和进行科学研究。所有这些活动都会产生更多水下噪音，使探测单个特征信号变得更加困难。他说，军用无人驾驶水下航行器也可以在“其他地方制造更多噪音，使潜艇信号不被探测到”。
辛格在推测水下战争的未来时表示，更小、更便宜的无人驾驶系统的兴起将使这些“一次性传感器也成为武器”。它们的易用性将使各国能够更积极地使用它们，进入有争议的空间，并“干扰”传感器网络收集的数据。“通过用虚假信号淹没区域，”辛格说，“海军可以暴露追捕虚假目标的猎手，甚至可能浪费掉敌人的昂贵武器系统”。
有趣的是，最新的弗吉尼亚级潜艇已经升级了部署无人驾驶水下航行器的能力。根据国会研究服务局的数据，这次升级增加了一个巨大的中段，其中包含四个发射管，“用于储存和发射额外的战斧导弹或其他有效载荷”。然而，克拉克和哈德逊研究所高级研究员蒂莫西·沃尔顿告诫不要将宝贵的有效载荷空间用于无人驾驶水下航行器。他们建议潜艇携带更小、一次性的无人驾驶水下航行器，“可以放在外部反制措施发射器或潜艇内部的储物柜中”。
可以想象，随着“捉迷藏”游戏对每个人来说都变得更加困难，海军可能会采取进攻措施来保护潜艇的隐形能力。这可能包括在和平时期采取更隐蔽的战术，以及在危机时期采取更积极的行动。克拉克举了一个例子：“一艘潜艇可以拖着锚在海底行驶，破坏传输电缆，同时仍然保持合理的否认”，使其看起来像是一起事故。然后，这艘潜艇可以“监视到达进行基础设施维修的船只和无人驾驶水下航行器，收集有关敌人的重要情报”。
“人工智能能够从各种传感器中获取零散的信息并进行分析……将能够探测到过去可能保持隐形的目标”。
辛格表示，一个更微妙的选择是利用这样一个事实：各国无力在所有地方部署水下监视网络。相反，他们正在创建“覆盖和非覆盖窗口”——例如，专注于浅水区的关键点，在那里潜艇更容易被探测到。然后，其他国家可以“用网络攻击针对这些传感器网络的关键节点，破坏其运行，并允许潜艇秘密通过”。
为了在冲突中获得进一步的优势，辛格补充说，各国可以“控制一个网络，同时使其看起来仍然完全正常，并向敌人发送虚假信号”。这种被称为欺骗的战术包括将虚假数据源伪装成合法数据源。GPS欺骗已经成为公海上的一个重大挑战。2021年发生的一起引人注目的事件涉及一个身份不明的行动者伪造英国军舰的位置。辛格说，在其他情况下，敌人可能会决定简单地“摧毁传感器和监视平台”。
用于处理和分析海量数据的基于人工智能的系统也可能成为目标。例如，数据中毒是指秘密污染用于训练人工智能算法的数据，这会导致错误的结果。当然，克拉克表示，为了策划这种攻击，敌人可能需要物理访问权限才能绕过防火墙系统。另一种数据中毒途径是“使用射频传输攻击网络，并在源头插入错误数据”。
AUKUS协议：机遇与挑战
AUKUS潜艇协议代表着一种针对性的战略，旨在削弱中国在印太地区的影响力，并破坏其攻击台湾的任何计划。卡内基国际和平基金会研究员杰米·邝认为，AUKUS潜艇将能够“对中国装备核武器的弹道导弹潜艇（SSBN）构成威胁”。
中国官员则一再批评AUKUS协议，警告称该安全协议将加剧地区紧张局势。加州蒙特雷詹姆斯·马丁非扩散研究中心的助理研究员潘彦良表示，中国在追赶西方方面还有很长的路要走。“但他们似乎正在朝着正确的方向前进”。考虑到建造核潜艇的漫长周期，这并不令人意外。潘彦良表示，根据公开的报道，中国的计划包括“快速扩大其海上力量，包括建造核动力航母舰队和一种新的原型核反应堆，该反应堆将配备到其新的[核攻击潜艇和弹道导弹潜艇]中”。
目前的预测表明，中国可能很快将在先进潜艇总数方面超过其对手，并在隐形能力方面更接近。据军事专家称，中国新型潜艇的设计得益于俄罗斯的推进技术，噪音将更低，这将使美国海军更难探测和追踪它们。
此外，中国的整体造船能力和建造速度远远超过美国，美国目前每年在海军的两家潜艇造船厂平均生产1.2艘核动力潜艇。为了履行AUKUS协议的条款，美国需要将生产速度提高到每年至少两艘。
美国目前已经无法实现AUKUS协议的第一阶段目标，即向澳大利亚提供弗吉尼亚级核动力攻击潜艇。美国海军在其2025财年预算请求中仅包括采购一艘弗吉尼亚级潜艇，尽管美国众议院后来通过了一项国防支出法案，将这一数字恢复到两艘。在美国总统大选结束后，国防资金政治将如何发展尚不清楚。但似乎AUKUS成员国不太可能在核动力潜艇生产方面超过中国。
部署更多先进的潜艇并不足以解决问题。美国、英国和澳大利亚还需要预测中国可能如何破坏其预期目标。
AUKUS成员国可能会决定通过投资更多不对称的反潜战手段来对抗中国的战略。这可能是AUKUS协议第二阶段的理由，该阶段探索在人工智能、量子计算、网络能力和高超音速武器等新兴技术方面深化合作。这也利用了中国在开发先进传感能力方面起步较晚的优势。
利用这些技术，AUKUS成员国可以，例如，利用中国浅海和海岸线周围关键点的弱点。美国及其盟国还可以通过部署基于量子的传感器、干扰、无人驾驶水下航行器探测和人工智能驱动的分析来对抗中国潜艇在更深水域中不被探测到的能力。
如果最极端的预测成真，澳大利亚新核潜艇舰队的隐形能力可能在其服役不到十年后就失效。
然而，如果他们利用新兴技术来探测中国的潜艇，AUKUS成员国是否还需要来自美国的极其先进的潜艇呢？
詹姆斯·马丁非扩散研究中心的驻院科学家乔治·M·摩尔指出，弗吉尼亚级潜艇“似乎没有针对南海的浅水区进行优化。澳大利亚可能更适合建造更多传统的柴电潜艇，这些潜艇在使用电池时比核动力潜艇更安静”。
核动力潜艇可以在水下停留的时间比柴电潜艇更长，因此被认为是更隐蔽的选择，因为潜艇每次浮出水面都会增加被探测到的可能性。但摩尔表示，使用一种称为不依赖空气推进（AIP）的新型非核推进系统的潜艇“几乎消除了这种优势，因为它们能够在水下停留长达30到40天”。与传统的柴电潜艇不同，AIP潜艇在长时间内使用电池运行，不需要定期接触氧气，也不需要经常浮出水面或使用通气管。
选择AIP潜艇而不是弗吉尼亚级核潜艇可以节省每艘潜艇数十亿美元。这可能为澳大利亚提供一个更可行的选择，用于覆盖南海和东海的较短距离，而另外两个AUKUS成员国则在更深的水域中追踪中国潜艇。
摩尔还对AUKUS协议的核威慑任务持保留意见。为了执行这项任务，AUKUS潜艇需要在任何中国弹道导弹潜艇离开港口之前对其进行跟踪，直到它变得沉默。“但我们现在已经没有足够的数量来做到这一点，”他说。
AUKUS协议：未来的走向
最终，AUKUS协议的未来可能取决于比潜艇隐形能力下降更实际的问题。在短期内，澳大利亚政府必须翻新其位于西澳大利亚的HMAS斯特林潜艇基地，以便轮流部署5艘美国和英国核动力攻击潜艇。这将花费约80亿澳元。但该计划可能会遇到困难，因为国内对该协议及其巨额费用越来越持怀疑态度。
该计划也可能在美国国内遇到反对。摩尔表示，西澳大利亚的潜艇基地比关岛距离南海更远，而美国更倾向于将关岛作为其潜艇行动基地。关岛也更靠近中国位于海南岛的潜艇基地。
此外，澳大利亚新潜艇将使用的浓缩铀（HEU）库存正在减少。多年来，美国核动力潜艇“一直使用从旧核武器中回收的HEU”。在AUKUS协议下，这种有限的燃料库存将由美国、英国和澳大利亚共享。摩尔表示，建造新的浓缩设施可能需要长达40年。
然后是澳大利亚接受HEU用于其新的核动力潜艇舰队的问题。根据AUKUS协议，澳大利亚将成为第一个运营使用武器级材料的潜艇的非核武器国家。然而，卡内基国际和平基金会的邝指出，澳大利亚没有核能产业，因此“没有准备处理乏燃料”。事实上，自1998年以来，澳大利亚联邦立法一直禁止发展核能，包括禁止与核燃料相关的设施。
无论AUKUS协议的最终结果如何，人工智能、无人机和传感技术的进步正在迅速改变水下战争的动态，这将迫使许多国家重新思考其潜艇战略和投资。随着“捉迷藏”游戏的结束，新的战略可能更多地依赖于不对称创新，而不是潜艇数量和隐形能力——无论这些潜艇有多先进。
本文由《外交政策》杂志和《IEEE Spectrum》杂志联合发布。
本文刊登在2024年12月刊，标题为“不再捉迷藏”。
