中共潛艦匿蹤技術的發展趨勢
2023.04.17
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壹、新聞重點
據香港《南華早報》3月24日報導，中國北京理工大學使用「稀土」研究出一款全新的潛艇塗層材料，該技術名為「巨磁致材料伸縮」，該款『活性磁磚』能主動產生147分貝的低頻聲波，將『被動』轉為『主動』，活性磁磚能反射敵方發出的聲納頻率，並產生低頻、高分貝回波，使敵方聲納操作員誤以為是普通的海水聲。該報導認為，中國是稀土資源最豐富的國家之一，這也導致活性磁磚材料只有中國才有實力製造和運用，中國潛艇隱形技術的提升恐將威脅美國海軍。[1] 由新聞的報導可以獲知中共利用國內稀土豐富礦產蘊藏量，加大研究應用範圍，使其在軍事層面可以發展驚人的技術。
貳、安全意涵
一、增加辨識程度困難
潛艦為了增加匿蹤特性，莫不是朝三個方向去發展：（1）動力系統；（2）幾何外型；（3）塗料特性。當今最先進的潛艦，如美國「維吉尼亞級」和「海狼級」核動力攻擊潛艦，其潛航時噪音僅比平均海洋背景噪音（90db）高5分貝（95db）。[2] 就傳統柴電潛艦航行時噪音都比較大，所以2003年的中共明級361號潛艦失事，據研判就是為了降低傳統柴電潛艦動力的噪音，進行實驗所導致。[3] 另外潛艦俥葉也是航行中噪音來源之一。[4] 至於潛艦幾何外型，為了降低海水阻力，一般均採「淚滴型」船體設計。因此除了動力之外，塗料特性便成為改進潛艦匿蹤的關鍵因素。基於上述「活性磁磚」能產生147分貝，此數值也落於鯨魚發出的低頻聲音區間（155至188分貝），[5] 因此導致「英國伊莉莎白女王級」航空母艦（Queen Elizabeth-class），利用聲納偵測誤成一隻鯨魚，卻透過聲音反射頻譜的影像發覺是解放軍「基洛級」潛艦的情況。[6]
二、稀土擁有的獨特性
聲音在海水中傳播的速度比空氣中快五倍，在水下用來發射聲訊號的發射器，及用來接收聲訊號的水聽器，則普遍地應用在反潛偵測上。[7] 由於聲音傳播速度大小與介質有關，[8] 且「稀土」塗層材料產生低頻、高分貝回波，將易造成誤判，成為匿蹤研究的新趨勢。
「稀土」元素（rare-earth element, REE），或稱稀土金屬，為元素週期表上第3族，例如：鋱、鏑和鑭系元素共17種金屬元素合稱。一個常用的比喻，如果石油是工業的血液，那稀土就是工業的維生素。中國稀土礦藏豐富，雄霸世界三個第一：藏量第一、產量第一、出口量第一；其中「鑭」（La）元素源自於希臘語“lanthanon”，具有「隱藏」之意，其具有高折射率，可應用於壓電材料、電熱材料、熱電材料、磁阻材料等；「鋱」（Tb）元素應用大多涉及高技術領域，可以應用於磁致伸縮效應（magneto strictive effect）指的是對軟磁體進行磁化後，其形狀、大小會發生變化的物理現象，造成聲波反射的改變；另外一種元素「鏑」（Dy）元素同樣亦具有磁致伸縮效應，[9] 由於產地均源自於中國，使得其研究團隊具有競爭優勢。
參、趨勢研判
一、傳統潛艦的匿蹤將性能提升
圖、絕氣推進系統
資料來源：H I Sutton, “AIP Submarines Will Increase The Lethality Of The Indian Navy,” Forbes, https://www.forbes.com/sites/hisutton/2020/07/22/aip-submarines-will-increase-the-lethality-of-the-indian-navy/?sh=1d43d4b641c7。
參考美國國防部2022年公布的《中國軍力報告書》內容顯示，截至2020年中共擁有6艘核子動力攻擊潛艦與6艘彈道飛彈潛艦，和44艘傳統柴電動力及絕氣推進系統（Air-independent propulsion system, AIP system）攻擊潛艦，[10] 此項AIP裝備非常疑似安裝於2003年中共明級361潛艦，造成該艘潛艦失事時所實驗的設備，相似的裝備如圖一印度潛艦中絕氣推進系統，主要是由三個次系統組成：燃料電池系統、氫氣產生器與液態氧儲存桶。此段的描述發現中共仍有近八成的傳統柴電動力與絕氣推進系統的潛艦，如果在截面積的材質上再提高匿蹤特性，勢必將成為反潛作戰的一大挑戰。
二、反潛執行工作將更形嚴峻
由於潛艦在水下作戰與航行，具有良好的隱密性、奇襲性，可以神不知鬼不覺在需要的水域或者航道執行作戰任務，進行封鎖、伏擊與布雷等任務，成為各國海軍竭盡心力想要建立的部隊。中共傳統潛艦從元級（039A）採用雙殼體結構，搭配消音瓦和反聲納橡膠塗層，接著（039B）採用斯特林絕氣推進系統（AIP），[11] 再到如今採用「稀土」作為一款全新的潛艇塗層材料，他們不斷透過各種先進技術以增加其潛艦的匿蹤性，於此同時，我們該如何強化有關水下聲學的量測與識別將成為一項嚴峻的挑戰。
[1]Stephen Chen, “Chinese Scientists Say New Stealth Tech for Submarines Can ‘Cancel Out’ US Navy Sona, South China Morning Post, March 24, 2023, https://www.scmp.com/news/china/science/article/3212279/chinese-scientists-say-new-stealth-tech-submarines-can-cancel-out-us-navy-sonar；蔡雨婷，〈潛艦變成水? 中國稱隱型潛艇塗層透過聲納回波可偽裝成「水」美軍偵測不到〉，《Newtalk新聞》，2023年3月28日，https://newtalk.tw/news/view/2023-03-28/863904。
[2]王志鵬，〈美國先進潛艦難偵測，但「量子科技」將改變全球軍事優勢？〉，《ETtoday新聞雲》，2021年4月11日，https://forum.ettoday.net/news/1957365。
[3]賀增原，〈中共明級361潛艦失事之探討〉，《海軍學術月刊》，第38卷，第6期，頁77-81，2004年。
[4]林澄貴，〈潛艦低噪音工況水下隱蔽航行時自動舵智能操控研究〉，《台船季刊》，第44卷，第1期，第67-86頁，2023年3月。
[5]Kieran Mulvaney, “The Loneliest Whale in the World?” The Washington Post, January 26, 2017, https://www.washingtonpost.com/sf/style/2017/01/26/the-loneliest-whale-in-the-world/.
[6]李靖堂，〈陸稱掌握潛艦新技術 能騙過美軍聲納不被發現〉，《TVBS新聞網》，2023年3月28日，https://news.tvbs.com.tw/world/2081178。
[7]〈國家中山科學研究院產品介紹-換能器〉，《國家中山科學研究院》，https://www.ncsist.org.tw/csistdup/products/product.aspx?product_Id=595&catalog=38。
[8]李忠義、蔡志申，〈聲音的傳播(Sound)〉，《科學Online》，2011年1月6日，https://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=19289。
[9]〈稀土知識普及：17種稀土用途介紹〉，《每日頭條》，2017年3月27日，https://kknews.cc/finance/b28n3x6.html。
[10]“Annual Report to Congress: 2022 Military and Security Developments Involving the People’s Republic of China,” U.S. Office of the Secretary of Defense, November 29, 2022, https://www.defense.gov/News/Releases/Release/Article/3230516/2022-report-on-military-and-security-developments-involving-the-peoples-republi/.
[11] 應紹基，〈中共與東亞各國傳統潛艦兵力之發展與戰力比較〉，《海軍學術雙月刊》，第51卷，第6期，2017年，第36-50頁。