此刻，你正坐在太平洋上空平稳而急遽上升的协和式客机上啜着免费香槟，是否有点怡然自得？可曾想到在数千公尺下方的海面下，一艘身份不明、细长的笔状舰只正在飞速超越你——超声潜艇。

实际上，这个运载器现在还是个想象，不过产生它的技术却是相当实际的，至少已有利用该技术制造的鱼雷装备着俄罗斯潜艇。利用该技术还可以使水翼艇等水面交通工具的速度倍增。最引人注目的是由该技术可以提供一种能以每小时数千公里的速度航行而又几乎完全保持干燥的水下船只——关键却全在于那毫不起眼的气泡。

水下高速航行高技术：超空化

超声潜艇就像其他许多异乎寻常的想法一样出现于冷战时期。60年代，前苏联的鱼雷比较笨拙，其潜艇处于极端的劣势。苏联决定尝试采用根本的解决办法来超越美国。

制约普通鱼雷的问题在于阻力。无论是多么流线型的物体，在移动时都会遭遇到阻力。阻力之一来自表面摩擦力，即剪切靠近运动物体表面的流体薄层所需的力。物体在空气中运动时也发生摩擦阻力，而因水的密度约为空气的千倍，所以水中产生的阻力千倍于空气中的阻力。更为重要的是克服阻力所需的功率正比于物体速度的三次方。因此推进技术的每次改进所提高的速度都不大。

60年代初，基辅流体动力学研究院的M · 梅尔库洛夫认识到问题的解决有赖于空化现象。这无疑是一个大胆的想法，通常军舰设计师视空化作用为有害的作用，没有看出它有什么好处。班加罗尔的印度科学院研究超空化物体的力学家R · 普拉塔普解释道，当物体在流体中迅速移动时，会使物体上个别位置——例如物体后缘的压力降低。物体移动愈快，压力便愈低。“当压力降至与流体的蒸气压相等时，液体状态就再也保持不了”。当压力不足以把水分子聚集在一起时，后者就气化形成空穴亦即气泡，从而导致物体点蚀和磨蚀。

空化作用会在泵、水轮机和螺旋桨中产生两类麻烦：一是气泡会使流型畸变，从而使效率降低；其二，最终气泡到达高压区就会破裂，产生强烈的冲击波，会在接触的金属表面上凿出坑来。

超空化却完全是另一回事。在某些条件下会形成单个的气泡或超空穴，几乎完全盖住了移动中的物体。牛顿在其1687年的《力学初步》一书中曾提到这一基本原理，但要实现超空化却相当不易。

开始时物体须运动得相当快——据普拉塔普说，至少得每小时180公里，即至少每秒50米。这比普通鱼雷要快得多。罗得岛新港的美国海军水下战争中心超空化课题的J · 卡斯塔诺说，头部的形状还必须合适。超空化物体不需流线型的头部，而需要扁平的（见图）。这样，在高速下，流体被迫从头部边缘流开，而不致盖住物体表面。

超空化物体由于表面摩擦几乎消失，故阻力极低。包围着它的不是水，而是超空穴中粘度和密度很低的水蒸汽。

普拉塔普认为：超空化运载器仅头部实际与水接触，故只有头部引起相当数量的阻力。不过，这里应取得平衡，头部愈圆钝，则阻力愈大。通常以略呈曲线的头部为最佳。一旦达到超空化状态，总的阻力就大大降低，仅随速度线性增加。其原因相当复杂，恐怕流体力学界还不能解释。但不论为何种原因，其作用却是无可置辨的。由于阻力几乎消除，故可达到很高的速度。

“斯克瓦尔”：俄罗斯超音速鱼雷

超空化可使海上运载器顺畅运行的想法是加利福尼亚大学现任海洋工程实验室主任M · 杜林提出的。杜林的想法是利用超空化降低水翼艇的翼上阻力，使速度成倍增长。

当梅尔库洛夫获悉杜林的工作后，意识到利用超空化作用可创造出超高速的鱼雷。但存在着一个问题：对普通的推进器来说，如实际上只有动力构件头部与水接触，就无法工作，因此需要一种全新形式的水下推进器。解决的办法只要在后部安装一台火箭发动机。火箭可在绝对空间运行，没有水推动也不成问题；同时火箭还提供了无比强大的反冲力。

尽管想法简单，但要在切实可行的鱼雷上付诸实施却颇为艰难。尤其是稳定性问题以及找到足以阻止在极大压力下头部变形的高强度材料的问题。此外，在可能达到的速度下，空穴还不够长，不足以包围整个鱼雷。为此俄罗斯的鱼雷设计成能借送进部分通过头部排出的气体形成人工空穴，使空穴能保持到物体通过。

但直到90年代初，俄国人才有条件生产出出色、有效的鱼雷。这种鱼雷称为“斯克瓦尔”（是“飑”的意思）。据说“斯克瓦尔”的速度可高达每小时500公里。用机动弹射器有可能把它从潜艇上像箭一样发射出去，这样就使其速度足以产生空穴。

但比起后来出现的鱼雷，“斯克瓦尔”只能算是行动迟缓的鱼雷了。当90年代初“斯克瓦尔”刚出现的时候，美国就制定了自己的超空化计划。开始时致力于无动力的射弹——水下子弹。普通的射弹射入水中不到1公尺就会受阻停下来。美国海军水下战争中心的研究人员明白，超空化鱼雷在水中行进应该能远得多，而且速度也应很高。

仅在“斯克瓦尔”初次露面数年后的1997年，美国海军水下战争中心即证实了这一点，他们宣布已在超声鱼雷方面取得了成功。头部仔细设计成扁平、由水下喷枪射出的无动力射弹能在水中穿透音障。其速度接近5400公里/小时，即1.5公里/秒。

因弹上没有动力维持其运动，弹速迅即减低，但依然清楚显示出超空化所能达到的速度，与普通炮弹在空气中最高的速度纪录每秒2.5公里/秒，已相距不远。美国海军水下战争中心的科学工作者估计，他们的超空化射弹应能赶上甚或超过这一速度。

即使还没有达到这么高的速度，超空化枪弹依然可得到充分利用。海军希望只要在空中射击水雷即可把后者排除，而普通的枪弹则不能深穿水层射击大多数的水雷。由激光制导的、头部为钝圆锥形的射弹从水面上350多米的高空发射，穿过12米的水层，依然能一下子击中水雷。

超空化潜艇：速度超过协和式飞机

那么怎么能使快速的潜艇比协和式飞机还要快呢？向水中发射枪弹并不难，但驱动以火箭为动力的水下舰只高速行进，且使其始终被包围在干的气泡中则要困难得多。那么，切合实际的速度范围该是如何呢？

军事科学家不愿讨论他们在机动运载器方面已经达到的速度，但决不要认为它们的运行达不到枪弹那么快。他们认为：“俄国人肯定把`斯克瓦尔'看作开始，而不是结束”。同时，没有理由认为这一技术不能用于载人运载器。

但存在着不少技术上的障碍。首先，还是需要强大而小巧的推进装置。一个解决办法是采用燃铝火箭。但燃铝火箭用于短程或许不错，用于长距离超声水下运动，或许只有核反应器才是足够小巧的动力源。这样，每秒行进2.5公里的运载器用不了1小时就可作从伦敦到纽约的旅行，无疑超过了协和式飞机。

当然这是假设它在途中没有撞到鲸的情况。此外操舵也成问题。“斯克瓦尔”系水平发射装置，根本没有控制功能。有控制功能的高速运载器是专家们努力追求的目标。

超空化将彻底改变海下战争的性质。传统舰只那种猫捉老鼠式的游戏将变为声音刺耳的空中格斗。军事科学家说，“如果我们真的有了超空化运载体，就不用谈什么大型潜艇了”。小小的超空化船可以由母舰发出，转而使其水下机枪获得满意的瞄准范围，“恰似变成空战一样”。

被称道的超空化船还面临着一个问题，似乎谁都无法解答。首先，这种运载器怎么能达到超空化的速度？最后，有谁希望坐在由发射装置射出的船只上，又有谁愿意冒万一速度降低过度在海洋中途搁浅的危险呢？只有这些问题得到解决，才可能有众多的志愿者乘坐这种海洋“喷火式战斗机”出航。

[New Scientist，2000年7月22日]