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潛艇在第二次世界大戰時期的使用經驗暴露出傳統柴/電混合動力潛艇的缺陷:
首先是水下續航時間過短。傳統潛艇在水面下由電動馬達驅動,潛航時間受到電池蓄電量的嚴重限制,必須在一段時間之後浮出水面充電,在充電的過程中非常容易遭到攻擊。德國在二戰末期引入了荷蘭研發的呼吸管,但也僅能解決部分需求。
其次是航速(尤其是在水下)過慢。傳統潛艇依靠電動馬達輸出的動力從水面下追隨高速航行的水面船艦幾乎不可能,即使浮出水面以柴油引擎輸出動力,也只能勉強追上航速較慢的水面船艦,而且這樣一來潛艇在海水保護下潛伏作戰的優勢也不復存在。
因此,為了擴大潛艇的戰術價值,大幅提高海面下持續操作時間,研發替代動力來源一直是潛艇研究的一個重要目標。
世界上第一艘核潛艇是由美國海軍上將海曼·里科弗(Hyman G. Rickover)積極倡議並研製和建造的。他被稱為「核動力海軍之父」,1946年,以里科弗為首的一批科學家開始研究艦艇用原子能反應爐也就是後來潛艇上廣為使用的艦載壓水反應爐。第二年,里科弗向美國海軍和政府建議製造核子動力潛艇。1951年,美國國會終於通過了製造第一艘核潛艇的決議。「鸚鵡螺號」核潛艇於1952年6月開工製造,1955年1月開始試行。到1957年4月止,「鸚鵡螺」號在沒有補充燃料的情況下持續航行了11萬餘公里,其中大部分時間是在水下航行。1958年8月,鸚鵡螺號從冰層下穿越北冰洋冰冠,從太平洋駛進大西洋,完成了常規動力潛艇所無法想像的壯舉。此後,美國宣布不再製造常規動力潛艇。
跟隨美國的腳步,蘇聯、英國、法國、中國和印度也相繼製造了本國的核潛艇。但第二次世界大戰結束後,由於德國、日本與義大利皆為戰敗國,同盟國禁止上述三國生產具有侵略性的核動力潛艇,以及核動力潛艇配備的彈道飛彈與巡弋飛彈,故只能生產近海防衛用的柴電動力潛艇並使用傳統魚雷、水雷和中短程反艦飛彈。
世界上第一艘核子動力潛艇,目前保存中作為博物館用途的鸚鵡螺號
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