잠수함 기술
잠수함의 성공은 1866년 로버트 화이트헤드가 발명한 어뢰의 개발과 밀접하게 연관되어 있다. 그의 발명(본질적으로 140년 전과 동일함)은 잠수함이 단순한 신기한 장치에서 전쟁 무기로 도약할 수 있도록 했다. 수중 잠수함을 추적할 만큼 충분히 민감한 소나가 개발 및 소형화되기 전에는 공격이 전적으로 수상 또는 수면 근처에서 작동하는 선박과 잠수함에만 국한되었다. 무유도 어뢰의 표적화는 처음에는 눈으로 이루어졌지만, 제2차 세계 대전이 시작되면서 아날로그 표적화 컴퓨터가 확산되기 시작하여 기본적인 발사 해법을 계산할 수 있게 되었다. 그럼에도 불구하고, 목표물에 명중시키기 위해 여러 개의 "직선 주행" 어뢰가 필요할 수 있었다. 최대 20~25개의 어뢰만 탑재할 수 있었으므로, 잠수함이 할 수 있는 공격 횟수는 제한적이었다. 전투 지속 능력을 늘리기 위해 제1차 세계 대전부터 잠수함은 잠수 가능한 포함으로도 기능하여, 비무장 표적에 대해 갑판포를 사용하고, 적 군함을 탈출하고 교전하기 위해 잠수했다. 이들 갑판포의 초기 중요성은 프랑스 Surcouf와 영국 왕립 해군의 X1 및 M급 잠수함과 같은 성공적이지 못한 순양 잠수함의 개발을 장려했다. 대잠수함전 항공기가 등장하면서 총은 공격보다는 방어용이 되었다. 전투 지속 능력을 늘리는 더 실용적인 방법은 항구에서만 장전되는 외부 어뢰 발사관이었다.
잠수함이 은밀하게 적항에 접근할 수 있는 능력은 기뢰부설함으로서의 사용으로 이어졌다. 제1차 세계 대전과 제2차 세계 대전의 기뢰 부설 잠수함은 그 목적을 위해 특별히 제작되었다. 영국의 마크 5 스톤피시 및 마크 6 해삼과 같은 현대 잠수함 발사 기뢰는 잠수함의 어뢰 발사관에서 배치될 수 있다.
제2차 세계 대전 이후 미국과 소련 모두 SSM-N-8 레귤러스 및 P-5 피야티요르카와 같은 잠수함 발사 순항 미사일을 실험했다. 이러한 미사일은 잠수함이 미사일을 발사하기 위해 수면으로 부상해야 했다. 이들은 잠수함 발사 어뢰 발사관에서 발사할 수 있는 현대 순항 미사일, 예를 들어 미국 BGM-109 토마호크 및 러시아 RPK-2 비유가 및 엑조세 및 하푼과 같은 대함 미사일의 변형(잠수함 발사를 위해 캡슐화됨)의 전신이었다. 탄도 미사일도 잠수함의 어뢰 발사관에서 발사될 수 있었는데, 예를 들어 대잠수함 미사일인 SUBROC과 같은 미사일이 있다. 내부 용량이 여전히 제한적이고 더 무거운 무장을 운반하고자 하는 욕구로 인해 외부 발사관의 개념이 부활했으며, 일반적으로 캡슐화된 미사일용으로, 이러한 발사관은 내부 압력 선체와 외부 유선형 선체 사이에 배치되었다. 유도 어뢰 또한 제2차 세계 대전 중 및 그 이후에 광범위하게 확산되어 잠수함의 전투 지속 능력과 치명성을 더욱 증가시켰고, 잠수함이 수중에서 다른 잠수함과 교전할 수 있게 했다(후자는 현대 공격 잠수함의 주요 임무 중 하나이다).
SSM-N-8과 P-5의 전략적 임무는 미국 해군의 UGM-27 폴라리스 미사일을 시작으로 잠수함 발사 탄도 미사일에 의해, 그리고 이후 UGM-73 포세이돈 및 트라이던트 (미사일) 미사일에 의해 수행되었다.
독일은 대잠수함 헬리콥터, 수상함 및 해안 목표물에 사용할 수 있는 어뢰 발사관에서 발사되는 단거리 IDAS 미사일을 개발 중이다.
잠수함은 임무에 따라 다양한 센서를 가질 수 있다. 현대 군사 잠수함은 목표물을 찾는 데 전적으로 수동 및 능동 소나에 의존한다. 능동 소나는 가청 "핑"을 사용하여 잠수함 주변의 물체를 드러내는 에코를 생성한다. 능동 시스템은 잠수함의 존재를 드러내므로 거의 사용되지 않는다. 수동 소나는 선체에 설치되거나 예인 배열로 끌려가는 민감한 수중청음기 세트로, 일반적으로 잠수함 뒤 수백 피트 뒤에 매달려 있다. 예인 배열은 NATO 잠수함 탐지 시스템의 주요 구성 요소인데, 이는 운용자가 듣는 유동 소음을 줄이기 때문이다. 선체 장착 소나는 예인 배열 외에도 사용되는데, 예인 배열은 얕은 심도와 기동 중에는 작동할 수 없기 때문이다. 또한 소나는 잠수함을 "통과하는" 사각지대가 있으므로, 앞뒤에 시스템을 장착하여 그 문제를 해결한다. 예인 배열은 잠수함 뒤편 아래로 끌려가므로, 잠수함이 수온약층 위아래로 적절한 깊이에 시스템을 가질 수 있게 하며, 수온약층을 통과하는 소리는 왜곡되어 탐지 범위가 감소한다.
잠수함은 또한 수상함과 항공기를 탐지하기 위한 레이더 장비를 탑재한다. 잠수함 함장들은 능동 레이더보다 레이더 탐지 장비를 사용하여 목표물을 탐지할 가능성이 더 높은데, 이는 레이더가 자체 반사 범위보다 훨씬 멀리서 탐지될 수 있어 잠수함의 위치를 드러내기 때문이다. 잠망경은 위치 확인 및 접촉 대상의 신원 확인을 위해서만 가끔 사용되는데, 이는 가시 범위가 짧기 때문이다. 버지니아급 잠수함과 어스튜트급 잠수함은 선체 관통 광학 잠망경 대신 포토닉스 마스트를 사용한다. 이 마스트는 여전히 수면 위로 배치되어야 하며, 가시광선, 적외선, 레이저 거리 측정 및 전자기 감시를 위한 전자 센서를 사용한다. 마스트를 수면 위로 들어올리는 한 가지 이점은 마스트가 물 위에 있을 때 잠수함 전체가 여전히 물 아래에 있어 시각적으로나 레이더로 탐지하기 훨씬 더 어렵다는 것이다.
알빈이나 러시아 미르 잠수정과 같은 민간 잠수함은 항해를 위해 소형 능동 소나와 관측창에 의존한다. 사람의 눈은 수중 약 300 피트 (91 m) 아래에서는 햇빛을 감지할 수 없으므로, 고강도 조명을 사용하여 관측 영역을 비춘다.
초기 잠수함은 항해 보조 장치가 거의 없었지만, 현대 잠수함은 다양한 항해 시스템을 갖추고 있다. 현대 군사 잠수함은 잠수 중 관성항법장치를 사용하여 항해하지만, 시간이 지남에 따라 필연적으로 표류 오차가 발생한다. 이를 보정하기 위해 승무원은 가끔 글로벌 포지셔닝 시스템을 사용하여 정확한 위치를 얻는다. 잠망경은 수면을 볼 수 있는 프리즘 시스템이 있는 접이식 튜브인데, 가시 범위가 짧기 때문에 현대 잠수함에서는 가끔만 사용된다. 버지니아급 잠수함과 어스튜트급 잠수함은 선체 관통 광학 잠망경 대신 포토닉스 마스트를 사용한다. 이 마스트는 여전히 수면 위로 배치되어야 하며, 가시광선, 적외선, 레이저 거리 측정 및 전자기 감시를 위한 전자 센서를 사용한다. 마스트를 수면 위로 들어올리는 한 가지 이점은 마스트가 물 위에 있을 때 잠수함 전체가 여전히 물 아래에 있어 시각적으로나 레이더로 탐지하기 훨씬 더 어렵다는 것이다.
군용 잠수함은 먼 지휘소나 다른 선박과 통신하기 위해 여러 시스템을 사용한다. 그 중 하나는 VLF (초저주파) 라디오로, 수상 또는 비교적 얕은 심도, 보통 250 피트 (76 m) 미만의 심도에 있는 잠수함에 도달할 수 있다. 극저주파 (ELF)는 더 깊은 심도에 있는 잠수함에 도달할 수 있지만, 대역폭이 매우 낮아 일반적으로 VLF 신호가 도달할 수 있는 더 얕은 심도로 잠수함을 호출하는 데 사용된다. 잠수함은 또한 길고 부력 있는 와이어 안테나를 더 얕은 심도까지 띄워 깊이 잠수한 잠수함이 VLF 송신을 할 수 있도록 하는 옵션도 있다.
라디오 마스트를 확장함으로써 잠수함은 "버스트 전송" 기술을 사용할 수도 있다. 버스트 전송은 1초도 채 걸리지 않으므로 잠수함의 탐지 위험을 최소화한다.
다른 잠수함과 통신하기 위해 거트루드(Gertrude)라는 시스템이 사용된다. 거트루드는 기본적으로 수중 전화이다. 한 잠수함에서 음성 통신이 저전력 스피커를 통해 물속으로 전송되면, 수신하는 잠수함의 수동 소나에 의해 감지된다. 이 시스템의 범위는 아마도 매우 짧을 것이며, 이를 사용하면 물속으로 소리가 방출되어 적에게 들릴 수 있다.
민간 잠수함은 해당 지역의 지원 선박이나 다른 잠수정과 통신하기 위해 유사하지만 덜 강력한 시스템을 사용할 수 있다.
원자로 또는 공기 불요 추진을 통해 잠수함은 한 번에 몇 달 동안 잠수 상태를 유지할 수 있다. 재래식 디젤 잠수함은 주기적으로 부상하거나 잠수함 스노클을 사용하여 배터리를 재충전해야 한다. 대부분의 현대 군용 잠수함은 담수의 전기 분해를 통해 호흡용 산소를 생산한다("전해 산소 발생기"라는 장치 사용). 비상 산소는 염소산 나트륨 촛불을 태워 생산할 수 있다. 대기 제어 장비에는 이산화 탄소 스크러버가 포함되어 있으며, 이는 모노에탄올아민 흡수제를 분사하여 공기에서 가스를 제거한 후, MEA를 보일러에서 가열하여 CO2를 방출하고 이를 배 밖으로 펌프질한다. 비상 세척은 수산화 리튬으로도 가능하며, 이는 소모성이다. 일산화 탄소를 이산화 탄소(CO2 스크러버로 제거됨)로 변환하고, 함정의 저장 배터리에서 생성된 수소를 대기 중 산소와 결합하여 물을 생성하는 촉매를 사용하는 기계도 사용된다. 대기 모니터링 시스템은 질소, 산소, 수소, R-12 및 R-114 냉매, 이산화 탄소, 일산화 탄소 및 기타 가스를 선내 여러 영역에서 샘플링한다. 유독 가스는 제거되며, 산소는 주 밸러스트 탱크에 위치한 산소 탱크를 사용하여 보충된다. 일부 더 무거운 잠수함에는 두 개의 산소 주입 스테이션(전방 및 후방)이 있다. 공기 중 산소는 화재 위험을 줄이기 위해 때때로 대기 농도보다 몇 퍼센트 낮게 유지된다.
담수는 증발기 또는 역삼투 장치로 생산된다. 담수의 주요 용도는 원자로 및 증기 추진 공장에 공급수를 제공하는 것이다. 추진 공장 요구 사항이 충족되면 샤워, 싱크대, 요리 및 청소용으로도 사용할 수 있다. 해수는 변기 플러시용으로 사용되며, 결과적으로 발생하는 하수는 위생 탱크에 저장되었다가 가압 공기를 사용하여 배 밖으로 불어내거나 특수 위생 펌프를 사용하여 배 밖으로 펌프질된다. 하수 배출 시스템은 작동에 숙련도가 필요하며, 배출 전에 격리 밸브를 닫아야 한다. 독일 VIIC형 잠수함 U-1206는 이 시스템을 사용하는 동안 인적오류로 인해 사상자를 내며 침몰했다. 샤워 및 싱크대에서 나오는 물은 "회수" 탱크에 별도로 저장되어 배수 펌프를 사용하여 배 밖으로 배출된다.
현대 대형 잠수함의 쓰레기는 보통 쓰레기 처리 장치(TDU)라고 불리는 튜브를 사용하여 처리되는데, 이 장치에서 쓰레기는 아연 도금 강철 캔으로 압축된다. TDU 바닥에는 큰 볼 밸브가 있다. 이 볼 밸브를 보호하기 위해 얼음 마개가 설치되며, 캔은 얼음 마개 위에 놓인다. 상단 차단 도어가 닫히고, TDU는 해수압으로 침수 및 평형을 이룬 후 볼 밸브가 열리면 캔은 캔에 있는 고철 무게의 도움을 받아 떨어진다. TDU는 또한 해수로 세척되어 완전히 비어 있고 볼 밸브가 닫히기 전에 깨끗한지 확인한다.