Sukellusvene

Sukellusvene on laiva tai vene, joka on suunniteltu kulkemaan pintakulun lisäksi veden alla. Sukellusveneen toiminta perustuu Arkhimedeen lakiin, jonka mukaan kappaleen nostovoima on sama kuin sen syrjäyttämän nestetilavuuden paino. Mikäli syrjäytetyn vesimäärän tilavuutta, ja siten painoa, voidaan muuttaa, alus saadaan kellumaan tai sukeltamaan. 
Sukellusveneitä on sotilaallisten alusten lisäksi hyvinkin erilaisia tutkimus- ja siviilikäyttöön suunniteltuja sukellusveneitä, joista osa voi olla vedenpinnalta kauko-ohjattavia ja ilman sukellusmiehistöä käytettäviä. Joissain sukellusvenetyypeissä voivat merentutkimuskäyttö ja sotilaallinen käyttö yhdistyä. 
Pienillä, syvälle sukeltavilla sukellusveneillä voidaan kuunnella merenalaista tietoliikennettä sekä paikallistaa tai tehdä toimintakyvyttömäksi sukellusveneiden liikkeitä kuuntelevia poijuja, minkä vuoksi teoriassa myös tutkimussukellusveneitä voidaan pitää sotilaallisina.

Ihmisvoimin toimivat sukellusveneet

Italialainen yleisnero Leonardo da Vinci suunnitteli sukellusveneen paperilla 1400-luvun lopulla. Veneen toteuttaminen ei kuitenkaan onnistunut.
Ensimmäinen tunnettu toimiva sukellusvene oli Cornelius Drebbelin noin 1620 rakentama laite, jota testattiin Thamesjoella useampaan kertaan. Laite oli soutukäyttöinen ja se sukelsi 4–5 metrin syvyyteen. Aluksessa oli jopa jonkinlainen ilmanpuhdistinkin eli astiallinen alkalista ainetta, joka imi hiilidioksidia. 
Yhdysvaltain vapaussodan aikana 1775 David Bushnell rakensi Turtle-nimisen sukellusveneen. Alusta käytettiin veivattavalla ruuvilla ja sen oli tarkoitus kiinnittää vihollislaivan pohjaan miina. Alusta myös kokeiltiin käytännössä englantilaisen laivasto-osaston lippulaivaan HMS Eagleen, mutta kiinnitysyritys epäonnistui. Syynä epäonnistumiseen oli kohteeksi valitun laivan pohjaa pieneliöiltä suojannut laatoitus. 
Robert Fultonin sukellusveneessä Nautiluksessa noin vuodelta 1800 oli sukelluksissa käytössä paineilma. 6,5-metrinen alus kulki sukelluksissa kampilaitteistolla pyöritettävällä kolmilapaisella potkurilla, ja pinnalla sillä oli apuna purjeet. Se onnistui upottamaan maalialukseksi valitun kuunarin. Fulton ei kuitenkaan saanut sen paremmin Ranskaa kuin Englantiakaan innostumaan keksinnöstään, ja hän jatkoi höyrylaivojen parissa.
Schweffel & Howaldtin telakalla Kielissä rakennettiin vuonna 1850 sukellusvene Brandtaucher, jonka suunnitteli Wilhelm Bauer. 8-metrinen alus oli koottu niitatuista rautalevyistä, ja siinä oli kahden miehen pyörittämä potkuri. Alus upposi toisella koesukelluksella Kielin kanavaan, josta se myöhemmin nostettiin ja pantiin näytteille Dresdenin Militärisches Museum der Bundeswehriin.
Bauer jatkoi uraa Venäjällä, ja siellä Pietarissa laskettiin 1855 vesille Seeteufel. Aluksessa oli irtoköli ja keskellä pelastautumista varten sulkukammio. Se upposi vasta 134. sukelluksella. Bauerin ura suunnittelijana kuitenkin päättyi.
Yhdysvaltain sisällissodassa Konfederaatiolla oli käytössään yksi lihasvoimalla kulkeva sukellusvene, CSS Hunley. Ainoassa tehtävässään 1864 alus onnistui ruutimiinalla upottamaan Unionin sotalaivan USS Housatonicin. Sukellusveneen miehistö kuitenkin menehtyi samalla matkalla.

Konevoimin toimivat sukellusveneet

Ensimmäinen ei-ihmisvoimaa käyttävä sukellusvene oli Narcís Monturiolin peroksidikäyttöinen Ictineo II vuodelta 1864. Se oli alun perin suunniteltu korallin keräämiseen merestä. 
 
 
George Garret suunnitteli 1879 ensimmäisen pinnalla kulkiessaan höyrvoimaa käyttäneen sukellusveneen Resurgamin. Hänen keksintöään kehitteli edelleen ruotsalainen Torsten Nordenfelt, joka valmisti Nordenfelt I -veneen.
Isaac Peral suunnitteli 1885 Espanjassa laivastolle rautaisen sukellusveneen, joka kulki sähkömoottorilla. Siinä oli myös keulassa putki, josta voi laukaista torpedon sukelluksissa.
Irlantilaissyntyinen John Philip Holland suunnitteli Yhdysvalloissa ensimmäiset sen laivaston virallisesti käyttöön ottamat sukellusveneet. Niiden valmistamiseksi Isaac Rice perusti Electric Boat Companyn vuonna 1899. Yhdysvallat otti käyttöön USS Hollandin vuonna 1900. Hollandin kehittämä sukellusvenemalli oli siinä määrin vaikutusvaltainen että Vickers rakensi niitä lisenssillä Kuninkaalliselle laivastolle viisi. Uusi ase pidettiin tarkoin salassa, ja harva edes tiesi niitä Kuninkaallisella laivastolla olevan. Britannialla ei uskottu olevan minkäänlaista kiinnostusta sukellusveneiden kehittämiseen.
Venäjällä laskettiin 1903 vesille ensimmäinen aseistettu sukellusvene Delfin. Venäjän-Japanin sodan aikana Venäjä tilasi saksalaisen Kruppin Germaniawerftilta kolme venettä, jotka eivät kuitenkaan ehtineet sotaan. Saksassa samojen suunnitelmien mukaan valmistettu ensimmäinen Saksan keisarikunnan laivaston sukellusvene SM U-1 otettiin käyttöön 1906.
Venäjä osti myös Electric Boatin Holland 602GF -veneitä ensimmäisen maailmansodan aikana. Näistä AG 11, AG 12 ja AG 15 ja AG 16 upotettiin Hankoon 3. huhtikuuta 1918, juuri ennen saksalaisten maihinnousua, ja kaksi nostettiin myöhemmin. Yhdysvalloissa sama malli tunnettiin H-luokkana.

Diesel- ja sähkömoottori-yhdistelmä

Sukellusveneet alkoivat toden teolla kehittyä vasta 1800-luvun loppupuolella. Sähkömoottorit ja akut mahdollistivat kulun pinnan alla ja dieselmoottorit pinnalla sekä akkujen latauksen. Vielä toisessa maailmansodassa sukellusveneiden kulku pinnan alla oli varattu lähinnä vain hyökkäysvaiheeseen.
Ennen ydinkäyttöisiä sukellusveneitä suurin osa 1900-luvun sukellusveneistä käytti akkukäyttöisiä sähkömoottoreita liikkumiseen sukelluksissa ja bensiini- tai dieselmoottoreita pinnalla liikkumiseen ja akkujen lataamiseen. Alkuaikojen sukellusveneet käyttivät bensiiniä, mutta koska bensiini on syttymisherkkää polttoainetta, siirryttiin sukellusveneissä käyttämään vähemmän syttymisherkkää kerosiinia ja sen jälkeen dieselöljyä. Dieselmoottoreita asennettiin sukellusveneisiin jo ennen ensimmäistä maailmansotaa.
Dieselmoottori ja sähkömoottori, jotka voitiin kytkeä irti toisistaan mekaanisilla kytkimillä, pyörittivät potkuria aluksi käyttäen samaa akselia. Tämä mahdollisti sen, että dieselmoottori pystyi käyttämään sähkömoottoria generaattorina akkujen lataamista varten ja pyörittämään samalla potkuria. Dieselmoottorin ja sähkömoottorin välinen kytkin irrotti dieselmoottorin, kun sukellusvene sukelsi, jolloin sähkömoottori pystyi pyörittämään potkuria. Sähkömoottorissa roottorissa saattoi olla useita käämejä, joita voitiin kytkeä sarjaan hidasta nopeutta varten ja rinnakkain suurempaa nopeutta varten.
1930-luvulla erityisesti Yhdysvaltain laivastossa ja Brittilaivastossa siirryttiin järjestelmään, jossa dieselmoottori ei enää pyörittänyt suoraan potkuria, vaan dieselmoottori pyöritti pinta-ajossa erillistä generaattoria, joka tuotti virtaa potkuria pyörittävällä sähkömoottorille, sekä latasi samalla akkuja. Tämä dieselsähköinen voimansiirto antoi uusia käyttömahdollisuuksia: sukellusvene pystyi esimerkiksi kulkemaan hitaalla nopeudella vaikka dieselmoottori toimi täydellä teholla, jolloin akkujen lataaminen tehostui ja akkujen lataamiseen tarvittava aika pinta-ajossa tai snorkkelisyvyydessä väheni. Dieselsähköinen voimansiirto myös vähensi dieselmoottorin tuottamaa ääntä, koska dieselmoottori voitiin erottaa painerungosta.
Toisen maailmansodan loppuvaiheessa kehitettiin suuremmalla akkukapasiteetilla varustettuja sukellusveneitä. Saksa rakensi alun perin Walter-vetyperoksidi-moottorin testialustaa varten tehdyn veneen pohjalta perinteisemmän sukellusveneen tyyppi XXI:n jonka akusto oli noin kolminkertainen tyyppi VIIC:hen verrattuna ja jonka runko oli virtaviivaisempi kuin aikaisemmat veneet ja suunniteltu varta vasten sukelluksissa ajoa varten. Akusto salli aluksen nopeudeksi sukelluksissa noin 17 solmun huippunopeuden sekä huomattavasti aikaisempaa pidemmän sukellusajan. Lisäksi aluksen runko kesti tavallista pidemmän sukellussyvyyden ja tarjosi miehistölle mm. suihkut sekä pakastimen elintarvikkeita varten. Alustyyppiä kopioitiin sodan jälkeen mm. NL:n Projekti 613-luokan veneissä sekä Yhdysvaltain USS Nautilus-luokassa. Myös Japanilla oli toisen maailmansodan loppuvaiheessa vastaava sukellusvenetyyppi jota kutsuttiin Sen Taka -luokaksi. Sen Taka osin jopa ylitti XXI:n suoritusarvot.
Muitakin kuin dieselsähköisiä voimanlähteitä on testattu. Öljypolttimen ja höyryturbiinin yhdistelmä toimi brittiläisen K-luokan sukellusveneiden voimanlähteenä ensimmäisen maailmansodan aikana ja myöhemmin, mutta sukellusveneluokka ei saavuttanut menestystä. Saksalaisiin tyyppi XVIII-sukellusveneisiin suunniteltiin vetyperoksidikäyttöisiä moottoreita, joilla olisi saatu pitkä sukellusaika, koska järjestelmä ei tarvinnut sukellusveneen ulkopuolista ilmaa.
Toisen maailmansodan lopussa britit ja venäläiset kokeilivat vetyperoksidi/kerosiini (parafiini) moottoreita, joita olisi voitu käyttää sekä pinnalla että sukelluksissa. Kokeilut olivat epäonnistuneita, vaikkakin venäläisillä oli myös käytössään ko. järjestelmään perustuvia sukellusveneitä (NATO-koodi Quebec).
Nykyään useat laivastot käyttävät sukellusveneitä, joissa on järjestelmiä, jotka eivät tarvitse ilmaa aluksen ulkopuolelta (AIP, air-independent propulsion).

Aseistus

Käyttökelpoisia aseita sukellusveneet olivat ensimmäisessä maailmansodassa. Yleisen käsityksen mukaan saksalaiset sukellusveneet olivat kehittyneimpiä. Kehitys jatkui toisessa maailmansodassa, jossa sukellusveneet olivat merkittävä merisota-ase. Sukellusveneiden pääaseeksi vakiintui torpedo. Vuonna 1954 otettiin käyttöön ensimmäinen ydinkäyttöinen sukellusvene, USS Nautilus (SSN 571). Ydinkäyttöisyys mahdollisti sukellusveneiden omavaraisen toiminnan kuukausiksi.

Rakenne

Moderni sukellusvene koostuu kahdesta sisäkkäisestä rungosta, muotorungosta, joka antaa sukellusveneelle sen ulkomuodon ja siten myös sen hydrodynaamiset ominaisuudet ja painerungosta, joka suojaa miehistötiloja vedenpaineelta. Sukellustankit sijaitsevat muoto- ja painerunkojen välissä.
Diesel-sukellusveneen voimanlähteenä pinnalla ovat dieselmoottorit ja sukelluksissa sähkömoottorit, jotka saavat virtaa akuista. Sähkömoottoreiden akkuja voidaan ladata ja sukellusvenettä ajaa pinnan alla snorkkelin, eli pinnalle ulottuvan ilmanottoputken avulla. Sukellusveneen snorkkeli keksittiin juuri ennen toista maailmansotaa Hollannissa. Saksalaiset saivat keksinnön haltuunsa miehittäessään maan vuonna 1940. Snorkkeleita alettiin asentaa saksalaisiin U-veneisiin vuoden 1943 aikana.
Ydinsukellusveneiden käyttövoima tulee ydinreaktorista, siihen kytketystä höyryturbiinista ja sähkögeneraattorista, jotka tuottavat tarvittavan sähkön. Potkurit on nykyisin kaikissa aluksissa kytketty alennusvaihteiden välityksellä höyryturbiiniin, koska tämä todettiin taloudellisimmaksi ratkaisuksi. 
Moderneimmissa diesel-veneissä voi olla nykyään Stirling-moottorit, jotka mahdollistavat myös akuista ja snorkkelista riippumattoman ja pidemmän toiminta-ajan pinnan alla. Stirling-moottoreiden toiminta-aika riippuu sukellusveneeseen taltioidun nestemäisen hapen määrästä. Myös polttokennoja voidaan käyttää Stirling-moottoreiden sijasta.
Sukeltamista varten painolastitankit täytetään vedellä. Kulkusyvyyttä säädetään muuttamalla pumpuilla pienten trimmitankkien sisältämän veden määrää. Sukelluskulmaa ja kulkusyvyyttä voidaan säädellä myös syvyysperäsimillä. Pintaan noustaan tyhjentämällä painolastitankit paineilmalla.
Suurimmat käytössä olevat sukellusveneet ovat venäläisiä Akula- eli NATO-koodiltaan Typhoon-luokan ydinsukellusveneitä, joiden pituus on 172 m, leveys 23 m ja uppouma 23 000—48 000 tonnia. Aluksissa on 2 kpl 190 MW ydinreaktoria, jotka tuottavat turbiinien ja sähkömoottorien kautta 2 × 50 000 hevosvoimaa. Nopeus on 12 solmua pinnalla, 27 solmua sukelluksissa ja suurin sukellussyvyys 500 m. Pääaseistuksena on 20 mannertenvälistä monikärkiydinohjusta, joiden kantama on noin 10 000 km. Pinta-aluksia ja toisia sukellusveneitä vastaan on 6 torpedoputkea. Miehistöä on 150, joista 50 on päällystöä.
Maailman pisin sukellusvene on 184-metrinen venäläinen Belgorod.

Sukellusveneet Suomen laivastossa

Suomen laivasto sai käyttöönsä sukellusveneitä ensimmäisen kerran vuonna 1930. Sukellusveneiden nimet olivat Vetehinen, Vesihiisi ja Saukko. 1931 valmistui neljäs sukellusvene nimeltään Iku-Turso. Sukellusveneet valmisti saksalaisten opastuksella ja lisensseillä Crichton-Vulcanin telakka Turussa, joka toimitti veneitä myös saksalaisille. Telakan yksityinen prototyyppi lunastettiin valtiolle ja siitä tuli viides sukellusvene Vesikko (nykyisin museona Suomenlinnassa). Pariisin rauhansopimuksessa Suomelta evättiin oikeus sukellusveneiden käyttöön, vaikka sittemmin eduskunta on kumonnut sopimuksen kiellot (ydinaseita mukaan lukematta).