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10月14日に進水した最新鋭3000トン型潜水艦「たいげい」(三菱重工業提供)

海上自衛隊の最新鋭潜水艦の命名・進水式が10月14日、三菱重工業神戸造船所で行われた。同造船所での潜水艦の進水式は2018年10月の「おうりゅう」以来で戦後29隻目。「たいげい」と名付けられた。

海上幕僚監部広報室によると、艦名のたいげいは漢字では「大鯨」と書き、大きなクジラを意味する。戦前の1934年に建造され、1942年に空母「龍鳳(りゅうほう)」に改装された潜水母艦「大鯨」に由来する。

たいげいは、日本の主力潜水艦「そうりゅう型」の後継艦となる最新鋭の3000トン型潜水艦1番艦となる。全長84メートルと全幅9.1メートルは、そうりゅう型と同じだが、深さは10.4メートルとなり、そうりゅう型より0.1メートル大きい。基準排水量も3000トンとなり、そうりゅう型より50トン多い。軸出力は6000馬力。建造費は約800億円。乗員は約70人。

たいげいは今後、内装工事や性能試験を実施し、2022年3月に海上自衛隊に引き渡される。海上幕僚監部は「配備先は未定」と説明する。

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平成29年度計画潜水艦「たいげい」のイメージ図(出所:海上幕僚監部広報室)

●たいげいもリチウムイオン蓄電池搭載

そうりゅう型は世界最大のディーゼル潜水艦で、低振動で静粛性に優れ、世界有数の高性能艦として知られてきたが、たいげいは、その性能向上型となる。

たいげいは、そうりゅう型11番艦おうりゅう、12番艦とうりゅうに続き、GSユアサが開発したリチウムイオン蓄電池を搭載し、ディーゼル電気推進方式の通常動力型潜水艦となる。

たいげいは、高性能シュノーケル(吸排気装置)を擁し、潜水艦に重要な隠密性を高める。さらに、光ファイバー技術を用いた新型の高性能ソナーシステムを装備して探知能力が向上する。

また、そうりゅう型8番艦のせきりゅうから導入された潜水艦魚雷防御システム(TCM)も装備している。

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平成29年度計画潜水艦「たいげい」の概要(出所:海上幕僚監部広報室)

●最新の18式長魚雷を装備へ

たいげい型は、89式長魚雷の後継である最新の18式長魚雷を装備することが見込まれている。

日本の潜水艦は三菱重工業神戸造船所と川崎重工業神戸造船所が隔年で交互に建造している。

川崎重工業神戸造船所でたいげい型2番艦、三菱重工業神戸造船所で3番艦がそれぞれすでに建造中だ。2018年度予算ではその2番艦建造費として697億円、2019年度予算ではその3番艦建造費として698億円、2020年度予算ではその4番艦建造費として702億円がそれぞれ計上された。さらに、先月にあった2021年度予算の概算要求では、5番艦建造費として691億円が示された。

海上幕僚監部広報室は、たいげい型が合計で何隻建造されるかは決まっていないと説明した。しかし、これまでの年に1隻の建造ペースや古い艦の退役時期を考慮すると、今後8年で計8隻程度が建造される公算が高い。

海上自衛隊は現在、そうりゅう型11隻のほか、おやしお型11隻を保有している。ただし、おやしお型のネームシップ1番鑑の「おやしお」と2番艦の「みちしお」はすでに練習潜水艦として運用されている。そうりゅう型12番艦とうりゅうは2021年3月に海上自衛隊に引き渡される。たいげいは2022年3月に就役する予定で、これをもって防衛省・海上自衛隊は2018年12月の防衛大綱でも定められた潜水艦22隻体制(=そうりゅう型12隻+おやしお型9隻+たいげい型1隻)を確立する方針だ。
最新鋭3000トン型潜水艦が進水した、艦名は2年ほど前に予想した鯨の名前の艦名は当たり、たいげいは問題ない候補の上位でした。

「たいげい」は「大きな鯨」の意味で、旧日本海軍では「大鯨」が潜水母艦(後に航空母艦「龍鳳」に改装)として存在した。

でも、一番艦の艦名は2年前に提案した「いさな:勇魚」にしてほしかったなぁと思う。
「いさな」は、枕詞「いさなとり」の「いさな」を「勇魚」と解してできたクジラの古名、
鯨類全体を指す和名であるからだ・・・まあ、公募したら、応募数が少ない名前である。

「たいげい」は一番艦としては無難といえば無難な名前だ。


一番艦が「たいげい」なら、2.3番艦は、旧帝国海軍の潜水母艦名「ちょうげい:長鯨」と「じんげい:迅鯨」は間違いない。

高橋氏の説だと「くじら」クラスは8隻、残り5隻の候補は
、「はくげい:白鯨」、「そうげい:蒼鯨」、「いさな:勇魚」、「きげい:鰭鯨」、「びげい:美鯨」、「こうげい:香鯨」、「ざとう:座頭(鯨)」「こくげい:克鯨/黒鯨」あたりが候補ではないだろうか?

2018年09月23日記事の 次期 海上自衛隊潜水艦 艦名を考える より


しかしながら。29SS(SS-513)
以降の新型3000トン型潜水艦名は水中動物の中でも、帝国海軍でも使われた「鯨」がもっとも相応しいと思う。

残念なことに、帝国海軍の軍艦名で鯨とつくのはわずか三艦しかない。
潜水母艦であった、迅鯨 長鯨 大鯨 である。

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とはいえ
、りゅう型も剣龍や翔龍、神龍など、ありそうな龍の名前の艦名を創作し、それなりに潜水艦名としてふさわしい命名が行われたと思う。

そこで、くじらの名前で、潜水艦名に相応しい名前を考えてみました。


まず、29SSネームシップであるが、あえて「鯨」の字を使わず、鯨の別名
「いさな:勇魚」から SS-513「いさな:勇魚と提案したい。
そうすれば、そうりゅう型をりゅう型、29SSを いさな型と呼び区別しやすい。

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SS-513「いさな:勇魚SS-514「じんげい:迅鯨」(迅とは速いという意味) 
SS-515「ちょうげい:長鯨」、SS-516「たいげい:大鯨」 は問題ないが五番艦からが少し考えなくてはならない。

五番艦名の有力候補として、米国の小説家メルヴィルの長編小説モビーディック 白鯨から海の悪魔 SS-517「はくげい:白鯨」を推薦する。
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小説白鯨の鯨は昔私は、白長須鯨だと思い込んでいたが、白いマッコウくじらであった。


世界最大の哺乳類:白長須鯨を艦名候補としたいところだが、白長須鯨では少々ひねりが無い為、英語名BlueWhaleを直訳すると「あおくじら」となるので、漢字に直すと六番艦はSS-518「そうげい:蒼鯨では如何だろうか現存鯨の種類シリーズで名前を決めるならば、りゅう型のそうりゅうに対する、SS-513「そうげい:蒼鯨一番艦の名前としても悪くは無い。

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長須鯨も潜水艦名に直すと、「ながすげい:長須鯨」では長すぎて芸がない。長須鯨の英語名はFin Whale:ヒレクジラである。七番艦候補名としてFinを漢字に直すと「鰭」(ひれ:キ)なので、SS-519「きげい:鰭鯨でどうだ❗


セミクジラのセミは昆虫の「蝉」でも英語の半分の~を意味するsemiでもなく、漢字で書くと背美鯨/勢美鯨、背が美しい/勢いが美しいクジラという意味である。
うつくしい鯨「美鯨」。八番艦候補名SS-520「びげい:美鯨」
でも、長須鯨に比べずんぐりむっくりなんだけどね・・・

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マッコウクジラはハクジラ類の中で最も大きく、歯のある動物では世界最大で、巨大な頭部形状が特徴。抹香鯨と書くが、古代からアラビア商人が取り扱い、洋の東西を問わず珍重されてきた品に、香料であり医薬でも媚薬でもある龍涎香というものがあったが、それはこの香料の正体はマッコウクジラの腸内でごくまれに形成されることがあり、自然に排泄されることもあった結石である。香料が取れたクジラ、ということで、九番艦候補名としてSS-521「こうげい:香鯨

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イワシクジラだが、漢字で書けば鰯鯨です。鰯を食べるからイワシクジラなのだが、「じゃくげい:鰯鯨」ではいかにも弱そうなので、「鰯:じゃく」の別漢字「鰮:おん」を当て十番艦候補名としてSS-522「おんげい:

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ザトウクジラも漢字で書くと座頭鯨となるが、ネーミングセンスとして「ザゲイ:座鯨」でGAYは平和主義者が多いLGBTをイメージさせるネーミングで失礼かもしれないので、
潜水艦「ざとう」とした方が強そうだ。11番艦候補名としてSS-523「ざとう


次にコククジラ克鯨だが。これはそのまま、「こくげい:克鯨」英語ではGray whale灰色鯨だが、こくげいの日本語の響きは黒鯨としても意味が通るので12番艦候補名としてSS-524こくげい:克鯨

まあ、このあたりまでくれば、次は原子力潜水艦か、通常動力でも更に大型化して次のクラスになっているだろう。

しかし、29SS(SS-513)1番艦を「そうげい:蒼鯨」として、実在の鯨シリーズを採用した場合、「イサナ」や「ジンゲイ」「チョウゲイ」「タイゲイ」「ハクゲイ」が採用されないかもしれないので、その場合に備え、あと5つ候補を出します。

セミクジラの近種ホッキョククジラは、北を取って「きょくげい:極鯨」イントネーションを間違えると曲芸となってしまう恐れがあります(笑)。

ツチクジラも漢字で書くと「槌鯨」、音読みすると「ついげい:槌鯨」そのまま艦名として使える。

ニタリクジラも漢字で書くと「似鯨」音読みすると、「じげい:似鯨」これもそのまま艦名に使える。

ミンククジラ、ミンクは漢字で水鼬(みず・いたち)鯨はそもそも水の中で暮す生き物だから、水を省き、イタチ・クジラ鼬・鯨「ゆうげい:鼬鯨」

ミナミ・ミンククジラですが、ミナミを強引に使って、南沙諸島の鯨という意味で、
「なんさげい:南沙鯨」・・・おもいっきり中国を挑発する艦名ですが、15年以上前から海自は南シナ海で訓練を続けている。

 
たいげいは全長84メートル、全幅約9メートルで乗組員は約70人。建造費は約800億円で、今年3月に就役した「おうりゅう」、来年就役の「とうりゅう」に続きリチウムイオン電池を搭載。長時間の潜航が可能となるほか、ソナー(水中音波探知機)の性能も向上した。だが、2-3年後に試験潜水艦に艦種変更となる予定だ。




■試験潜水艦
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29SS ⇒ 2025年試験潜水艦へ?

防衛省の2019/02/21の防衛計画の大綱及び中期防衛力整備計画についてPDF
P18~19 に”驚きの記述”がさらっと書かれてあった!

昨年12月に策定された31年防衛計画の大綱/中期防衛力整備計画に試験潜水艦を導入すると書いてはったが、2019/02/21の防衛計画の大綱及び中期防衛力整備計画についてPDFをよくよく読んでみると、試験潜水艦は、 29SS次期3000トン型ネームシップを充てるというのだ!


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P19に
② 試験潜水艦の導入
「※ 29SSの種別変更を予定」 と、書いてある!
種別変更とは潜水艦から試験潜水艦になるということだ。

新型潜水艦29SSについて 2016/8/25(木) 午後 11:13


先代の試験潜水艦「あさしお」は、平成4年度計画2500トン型潜水艦として、三菱重工業神戸造船所で1992年12月24日に起工され、1995年7月12日に進水、1997年3月12日に就役した。就役後3年目の2000年3月9日、練習潜水艦に種別変更され、艦籍番号がTSS-3601に変更。2001年11月30日、スウェーデンのコックムス社からのライセンス生産のスターリング式AIP搭載のための9mの艦尾延長工事を三菱重工業神戸造船所にて開始した。これにより基準排水量は2,900トンとなる。2003年11月からスターリングエンジンの試験が行われた。

29SSも最初もSSとして就役し、同型艦が2隻就役後3年あたりで種別変更することが考えられる。有事には潜水艦隊に復帰可能な有力潜水艦となるであろう。

有事には、練習潜水艦おやしお型2隻と、29SSで潜水艦は合計25隻体制となるのではないか?29SSは2020年(平成32年)に進水予定 2022年(平成34年)3月予定なので、2025年にSS潜水艦からTSS試験潜水艦へ変更されるのではないだろうか?

●何を試験するのか?

主な試験は、推進装置関連だとは思われるが、新型魚雷(ステルス魚雷)など各種新型兵器、UUV、海底通信装置、非接触エネルギー補給装置、女性自衛官潜水艦搭乗実験、新型ソナー、超撥水塗料・・・・
そういった、一連の潜水艦関連の技術開発試験を一手に引き受けるようだ。

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「潜水艦用高効率電力貯蔵・供給システムの研究試作 研究開発の推進」
  参考
担当部局等名:防衛装備庁プロジェクト管理部事業監理官(艦船担当)
評価実施時期:平成30年7月~平成30年8月

1 事業名 
潜水艦用高効率電力貯蔵・供給システムの研究試作 

2 政策体系上の位置付け 

(1)施策名 研究開発の推進 

潜水艦の水中持続力の向上及び大型化抑制を図るため、電力貯蔵システム及び電力供給システムを試作し、潜水艦用主蓄電池の小型化

(2)施策の概要

 厳しい財政事情の下、自衛隊の運用に係るニーズに合致した研究開発の優先的な実施を 担保するため、研究開発の開始に当たっては、防衛力整備上の優先順位との整合性を確保 する。

また、新たな脅威に対応し、戦略的に重要な分野において技術的優越を確保し得る よう、最新の科学技術動向、戦闘様相の変化、費用対効果、国際共同研究開発の可能性等 も踏まえつつ、中長期的な視点に基づく研究開発を推進する。安全保障の観点から、技術 開発関連情報等、科学技術に関する動向を平素から把握し、産学官の力を結集させて、安 全保障分野においても有効に活用し得るよう、先端技術等の流出を防ぐための技術管理機 能を強化する。

また、大学や研究機関との連携の充実等により、防衛にも応用可能な民生 技術(デュアルユース技術)の積極的な活用に努めるとともに、民生分野への防衛技術の 展開を図る。 

(3)達成すべき目標 自衛隊の運用に係るニーズに合致した研究開発を優先的に実施する。また、新たな脅威 に対応し、戦略的に重要な分野において技術的優越を確保し得るよう、最新の科学技術動 向、戦闘様相の変化、費用対効果、国際共同研究開発の可能性等も踏まえつつ、中長期的 な視点に基づく研究開発を推進する。

 3 事業の概要等 

(1)事業の概要 
将来潜水艦は、より厳しい安全保障環境下での任務遂行及びより高いレベルの被探知防 止性並びに機動力が求められており、これらに対応するための検討が必要となっている。 本事業においては、潜水艦の水中持続力の向上及び大型化抑制を図るため、電力貯蔵シス テム及び電力供給システムを試作し、潜水艦用主蓄電池の小型化及び高エネルギー化並び に電力変換装置等装備品の小型化及び高効率化のための技術を確立するものである。 

(2)所要経費 
約44億円(平成31年度概算要求額。後年度負担額を含む。研究試作総経費約82億 円)

 (3)事業実施の時期 
平成31年度から平成34年度まで研究試作を実施する。また、本事業成果と関連先行 事業における成果を合わせて、平成35年度に潜水艦への搭載状態を模擬した所内試験を 実施し、その成果を検証する。(所内試験のための試験研究費は別途計上する。) 

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4 評価のねらい 

(略)

5 政策評価の結果 

(1)必要性 
ア 防衛省が当該事業を実施する理由 本事業は、潜水艦に搭載する電力貯蔵・供給システムの高効率化、高エネルギー化の 研究であり、潜水艦全体の成立性、安全性を考慮した検証が必要不可欠である。これに より、防衛省以外に当該研究を実施する研究機関等が存在しないことから、防衛省が独 自で実施する必要がある。 
イ 当該年度から実施する必要性 本事業の成果は、船体規模、供給電力量といった潜水艦の根幹に関わるものであり、 海上自衛隊が実施するトータルシップ(搭載機器を含めた潜水艦全体)検討のトレード オフスタディー(相反する性能を両立させるための検討)の前提となるものである。こ れら検討を手戻りなく、高精度に実施するため、平成35年度中に成果を得る必要があ るが、当該研究試作及び所内試験を含めて5年の期間を要することから、平成31年度 から実施することが必要である。 
ウ 既存の組織、装備等によらない理由 諸外国においては、ドイツにおいて潜水艦用のリチウムイオン電池が開発されており、 電力貯蔵性能、電力変換、供給性能は我が国の平成27年度潜水艦以降に装備されるリ チウムイオン電池を採用した電力貯蔵・供給システムと同等と見積もられるが、その他 の諸外国も含め、電力貯蔵技術及び電力供給技術については機微性が高く、技術交流は 成立しない。また、当該研究は船体の大型化抑制、水中持続力向上の観点から、トータ ルシップ検討との連接が必須であることから、他国装備品をそのまま導入しても期待す る効果は得られない。 
エ 代替手段との比較検討状況 現有装備品の改良・改善の可能性に関し検討したものの、現状の電力貯蔵・供給シス テムでは、主蓄電池の高密度ぎ装、電源供給回路全体の小型、高効率化を実施できず、 電源系統装備全体の新規設計及び安全性、電力貯蔵・供給特性等の技術課題の解明、検 証が必要となるため、軽易な改良・改善ではなく当該研究開発が必要である。

 (2)効率性 
潜水艦の電力貯蔵・供給システムの構成要素のうち、技術課題の解明ができる必要最小 限の組み合わせを試作することで研究期間の短縮を図るとともに、コストの低減を図る。 

(3)有効性 
ア 得ようとする効果 (ア)主蓄電池高容量化技術 潜水艦主蓄電池の能力を発揮できる、より高精度の電圧、温度等の計測技術及び充 放電管理技術を確立しつつ、最新の蓄電材料技術を適用し、主蓄電池の高容量化を図 る。 
(イ)主蓄電池及び電源系統装備の高密度ぎ装技術 潜水艦への高密度ぎ装技術及び高密度ぎ装状態における冷却技術、消火技術等を確 立する。
 (ウ)高効率電力変換、省電力化技術 潜水艦の負荷特性、安全性、耐環境性に適合した高効率電力供給技術、高効率電力 変換技術及び保護装置技術を確立する。 
イ 効果の把握の仕方 本事業においては、試作品の設計製造及び構成要素ごとの試験を実施し、その後、潜 水艦への搭載状態を模擬した所内試験により、システムとしての総合性能の確認を行う とともに、技術の優位性及び安全性が確保されているか検証する。 なお、試作品の設計製造においては、契約相手方に対し、適宜、設計の技術的妥当性 について確認を行いながら事業を行う。また、「国の研究開発評価に関する大綱的指針」 (平成28年内閣総理大臣決定)に則り、事業の事前及び中間時点等に複数回の研究開 発評価を実施して、適切な事業実施に努める計画である。 

(4)費用及び効果 
本事業の実施にあたっては、電池技術や電力変換素子技術等の我が国の優れた民生技術 の活用を図り、潜水艦に搭載するための艦全体の成立性、安全性等、試作・評価を行うべ き対象を絞り込み、コストの低減を図る。また、進展の早いこれら民生技術を逐次導入す ることが容易となるよう考慮し、主蓄電池の交換が容易となる設計とすることで、ライフ サイクルコストの低減を図る。 これらの努力を行う一方、前号で述べた各種技術の確立に加え、これらの技術の優位性 の確保が見込まれることから本事業に着手することは妥当と判断する。

 6 事後検証を行う時期 

技術的な検証については、防衛装備庁において、基本設計終了時点、試作終了時点等にお いて中間段階の技術検証を実施するとともに、所内試験終了時点において事後の検証を実施 する。また、行政事業レビューとも連携しつつ、本事業の進捗状況を検証した上で、目標管 理型政策評価を実施する。 

7 総合的評価 

本事業を実施することにより、第5項第3号で述べた各種技術の確立が見込まれる。これ らの成果については、潜水艦への搭載状況を模擬した所内試験により検証する。これらの検 証結果が得られた場合には、我が国において世界トップレベルの高容量蓄電材料、高効率の 電力変換素子を潜水艦に適用するための基盤技術の確立が見込まれる。 これらは、戦略的に重要な分野における技術的優越の確保として極めて重要な成果であり、 最終的に政策目標である防衛力の能力発揮のための基盤の確立につながるものである。 


以下略

 潜水艦用高効率電力貯蔵・供給システムの研究試作 研究開発の推進」の、
潜水艦用高効率電力貯蔵・供給システムとは?

①固体電池
おそらく①潜水艦用の全固体電池の開発をすることが主な試験潜水艦の種別変更目的だと思いますが、更に次世代の②空気電池、③燃料電池を試験潜水艦で試験搭載する可能性はなきにしもあらず。

トヨタ自動車が1999年にハイブリットカー「プリウス」を発売して20年となるが、現在、日本の基幹産業である自動車産業は、EV自動車革命の最中である。

EVの基幹部品は4つ、①モーター②インバーター(モーターの回転速度を制御する装置)③回生ブレーキ(走行エネルギーを電気に変換リサイクル④電池。
まさに、通常型潜水艦の基幹部品と重なる箇所が多い。

潜水艦は、ハイブリットカーそのものである、ディーゼルで発電して、バッテリーに充電します。そのバッテリーですが、2018年進水したSS-511おうりゅう(27SS)が世界初のチウムイオン蓄電池搭載艦となった。

鉛蓄電池は長く充電する必要があり、シュノーケル充電中、潜水艦は長時間水上にいることを強いられた。その間、潜水艦は対潜哨戒機等に発見されやすく、攻撃を受けやすかったが、リチウムイオン電池は短時間での充電が可能であり、おうりゅう以降AIPを外しオール・リチウムイオン電池を選択した一因となった。

リチウムイオン電池の方が従来の鉛蓄電池と比べて、エネルギー密度が非常に大きく、高容量、高出圧作動、高エネルギー密度で、水素ガス発生の危険がなく、2倍以上の重量容積あたりエネルギー密度と、1.5倍以上の繰り返し充放電回数を持ち、充電時間が短く、放電による電気容量の低下を抑えられるなど優れた特性をもつ。

充電と放電を繰り返す潜水艦用電池のサイクル寿命としてはおよそ鉛蓄電池では200~500回程度に対しリチウムイオン電池では2000回~10000回以上が目安であり、消耗した鉛電池から水素が放出されて蓄積し、あらゆる火花によって爆発する危険性があった。一定電圧で給った状態での劣化のしにくさを表すフロート特性などの各種劣化耐性もリチウムイオン電池の方が高く寿命が長い。

特に充電時間については、鉛蓄電池では発電機出力に余裕があってもそれ以下の電流量で充電せざるをえず、またLに近づくと少量ずつしか充電できないために、作戦海域で満充電することがほとんど不可能であったのに対し、リチウムイオン蓄電池ではこれらの制約を受けないことから、潜水艦にとっては非常に望ましいバッテリーである。

だが、外部から衝撃が加わったり、システム故障によって電池が過充電になったりすると、電池が破裂・発火するリスクがあります。これは鉛電池では起きにくい現象である。

武器は戦争のために作られ、戦争条件のために評価する必要があることを覚えておく必要がある。水中の潜水艦破壊手段は第2次世界大戦から変わっていない。爆雷か魚雷だ。爆雷や魚雷による攻撃は潜水艦を沈めないかもしれないが、リチウムイオン電池が損傷してしまう事態は十分ある。

鉛電池も硫酸が充填された電池に穴を通じて海水が侵入すれば、化学反応で極めて有毒な塩素ガスが放出され、非常に危険だが、リチウムイオン電池は液体の電解質を使わず、ガスを放出しない。

だが、戦闘時損傷すれば、電気化学セルのショートも引き起こしかねない。結果、加熱され、リチウムと電解質との反応により可燃性ガスが生成され、燃焼および温度の急上昇が起きる。

こうした例はよく知られている。電池の損傷から複数台のテスラ電気自動車が炎上した。燃え盛るリチウム電池の消火は非常に難しい。リチウム電池は空気に触れずに燃え、リチウムと水の反応は水素を生成するからだ。鉛蓄電池は様々な問題があるが、燃えない。

そのため、執拗な追跡と爆雷による攻撃という極限状況下で、リチウムイオン電池搭載潜水艦のリチウムイオン電池は強く損傷し、発火するおそれもある。火災は潜水艦にとって最も恐ろしい危険性だ。そのため、おうりゅう搭載リチウムイオン電池は、発火しにくいリチウムイオン電池の開発に成功したと言う。

 リチウムイオン電池・安全性

1 事業名 
潜水艦用高効率電力貯蔵・供給システムの研究試作 

2 政策体系上の位置付け 

(1)施策名 研究開発の推進 

潜水艦の水中持続力の向上及び大型化抑制を図るため、電力貯蔵システム及び電力供給システムを試作し、潜水艦用主蓄電池の小型化

(2)施策の概要

 厳しい財政事情の下、自衛隊の運用に係るニーズに合致した研究開発の優先的な実施を 担保するため、研究開発の開始に当たっては、防衛力整備上の優先順位との整合性を確保 する。

また、新たな脅威に対応し、戦略的に重要な分野において技術的優越を確保し得る よう、最新の科学技術動向、戦闘様相の変化、費用対効果、国際共同研究開発の可能性等 も踏まえつつ、中長期的な視点に基づく研究開発を推進する。安全保障の観点から、技術 開発関連情報等、科学技術に関する動向を平素から把握し、産学官の力を結集させて、安 全保障分野においても有効に活用し得るよう、先端技術等の流出を防ぐための技術管理機 能を強化する。

また、大学や研究機関との連携の充実等により、防衛にも応用可能な民生 技術(デュアルユース技術)の積極的な活用に努めるとともに、民生分野への防衛技術の 展開を図る。 

(3)達成すべき目標 自衛隊の運用に係るニーズに合致した研究開発を優先的に実施する。また、新たな脅威 に対応し、戦略的に重要な分野において技術的優越を確保し得るよう、最新の科学技術動 向、戦闘様相の変化、費用対効果、国際共同研究開発の可能性等も踏まえつつ、中長期的 な視点に基づく研究開発を推進する。

 3 事業の概要等 

(1)事業の概要 
将来潜水艦は、より厳しい安全保障環境下での任務遂行及びより高いレベルの被探知防 止性並びに機動力が求められており、これらに対応するための検討が必要となっている。 本事業においては、潜水艦の水中持続力の向上及び大型化抑制を図るため、電力貯蔵シス テム及び電力供給システムを試作し、潜水艦用主蓄電池の小型化及び高エネルギー化並び に電力変換装置等装備品の小型化及び高効率化のための技術を確立するものである。 

(2)所要経費 
約44億円(平成31年度概算要求額。後年度負担額を含む。研究試作総経費約82億 円)

 (3)事業実施の時期 
平成31年度から平成34年度まで研究試作を実施する。また、本事業成果と関連先行 事業における成果を合わせて、平成35年度に潜水艦への搭載状態を模擬した所内試験を 実施し、その成果を検証する。(所内試験のための試験研究費は別途計上する。) 

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4 評価のねらい 

(略)

5 政策評価の結果 

(1)必要性 
ア 防衛省が当該事業を実施する理由 本事業は、潜水艦に搭載する電力貯蔵・供給システムの高効率化、高エネルギー化の 研究であり、潜水艦全体の成立性、安全性を考慮した検証が必要不可欠である。これに より、防衛省以外に当該研究を実施する研究機関等が存在しないことから、防衛省が独 自で実施する必要がある。 
イ 当該年度から実施する必要性 本事業の成果は、船体規模、供給電力量といった潜水艦の根幹に関わるものであり、 海上自衛隊が実施するトータルシップ(搭載機器を含めた潜水艦全体)検討のトレード オフスタディー(相反する性能を両立させるための検討)の前提となるものである。こ れら検討を手戻りなく、高精度に実施するため、平成35年度中に成果を得る必要があ るが、当該研究試作及び所内試験を含めて5年の期間を要することから、平成31年度 から実施することが必要である。 
ウ 既存の組織、装備等によらない理由 諸外国においては、ドイツにおいて潜水艦用のリチウムイオン電池が開発されており、 電力貯蔵性能、電力変換、供給性能は我が国の平成27年度潜水艦以降に装備されるリ チウムイオン電池を採用した電力貯蔵・供給システムと同等と見積もられるが、その他 の諸外国も含め、電力貯蔵技術及び電力供給技術については機微性が高く、技術交流は 成立しない。また、当該研究は船体の大型化抑制、水中持続力向上の観点から、トータ ルシップ検討との連接が必須であることから、他国装備品をそのまま導入しても期待す る効果は得られない。 
エ 代替手段との比較検討状況 現有装備品の改良・改善の可能性に関し検討したものの、現状の電力貯蔵・供給シス テムでは、主蓄電池の高密度ぎ装、電源供給回路全体の小型、高効率化を実施できず、 電源系統装備全体の新規設計及び安全性、電力貯蔵・供給特性等の技術課題の解明、検 証が必要となるため、軽易な改良・改善ではなく当該研究開発が必要である。

 (2)効率性 
潜水艦の電力貯蔵・供給システムの構成要素のうち、技術課題の解明ができる必要最小 限の組み合わせを試作することで研究期間の短縮を図るとともに、コストの低減を図る。 

(3)有効性 
ア 得ようとする効果 (ア)主蓄電池高容量化技術 潜水艦主蓄電池の能力を発揮できる、より高精度の電圧、温度等の計測技術及び充 放電管理技術を確立しつつ、最新の蓄電材料技術を適用し、主蓄電池の高容量化を図 る。 
(イ)主蓄電池及び電源系統装備の高密度ぎ装技術 潜水艦への高密度ぎ装技術及び高密度ぎ装状態における冷却技術、消火技術等を確 立する。
 (ウ)高効率電力変換、省電力化技術 潜水艦の負荷特性、安全性、耐環境性に適合した高効率電力供給技術、高効率電力 変換技術及び保護装置技術を確立する。 
イ 効果の把握の仕方 本事業においては、試作品の設計製造及び構成要素ごとの試験を実施し、その後、潜 水艦への搭載状態を模擬した所内試験により、システムとしての総合性能の確認を行う とともに、技術の優位性及び安全性が確保されているか検証する。 なお、試作品の設計製造においては、契約相手方に対し、適宜、設計の技術的妥当性 について確認を行いながら事業を行う。また、「国の研究開発評価に関する大綱的指針」 (平成28年内閣総理大臣決定)に則り、事業の事前及び中間時点等に複数回の研究開 発評価を実施して、適切な事業実施に努める計画である。 

(4)費用及び効果 
本事業の実施にあたっては、電池技術や電力変換素子技術等の我が国の優れた民生技術 の活用を図り、潜水艦に搭載するための艦全体の成立性、安全性等、試作・評価を行うべ き対象を絞り込み、コストの低減を図る。また、進展の早いこれら民生技術を逐次導入す ることが容易となるよう考慮し、主蓄電池の交換が容易となる設計とすることで、ライフ サイクルコストの低減を図る。 これらの努力を行う一方、前号で述べた各種技術の確立に加え、これらの技術の優位性 の確保が見込まれることから本事業に着手することは妥当と判断する。

 6 事後検証を行う時期 

技術的な検証については、防衛装備庁において、基本設計終了時点、試作終了時点等にお いて中間段階の技術検証を実施するとともに、所内試験終了時点において事後の検証を実施 する。また、行政事業レビューとも連携しつつ、本事業の進捗状況を検証した上で、目標管 理型政策評価を実施する。 

7 総合的評価 

本事業を実施することにより、第5項第3号で述べた各種技術の確立が見込まれる。これ らの成果については、潜水艦への搭載状況を模擬した所内試験により検証する。これらの検 証結果が得られた場合には、我が国において世界トップレベルの高容量蓄電材料、高効率の 電力変換素子を潜水艦に適用するための基盤技術の確立が見込まれる。 これらは、戦略的に重要な分野における技術的優越の確保として極めて重要な成果であり、 最終的に政策目標である防衛力の能力発揮のための基盤の確立につながるものである。 


以下略

 潜水艦用高効率電力貯蔵・供給システムの研究試作 研究開発の推進」の、
潜水艦用高効率電力貯蔵・供給システムとは?

①固体電池
おそらく①潜水艦用の全固体電池の開発をすることが主な試験潜水艦の種別変更目的だと思いますが、更に次世代の②空気電池、③燃料電池を試験潜水艦で試験搭載する可能性はなきにしもあらず。

トヨタ自動車が1999年にハイブリットカー「プリウス」を発売して20年となるが、現在、日本の基幹産業である自動車産業は、EV自動車革命の最中である。

EVの基幹部品は4つ、①モーター②インバーター(モーターの回転速度を制御する装置)③回生ブレーキ(走行エネルギーを電気に変換リサイクル④電池。
まさに、通常型潜水艦の基幹部品と重なる箇所が多い。

潜水艦は、ハイブリットカーそのものである、ディーゼルで発電して、バッテリーに充電します。そのバッテリーですが、2018年進水したSS-511おうりゅう(27SS)が世界初のチウムイオン蓄電池搭載艦となった。

鉛蓄電池は長く充電する必要があり、シュノーケル充電中、潜水艦は長時間水上にいることを強いられた。その間、潜水艦は対潜哨戒機等に発見されやすく、攻撃を受けやすかったが、リチウムイオン電池は短時間での充電が可能であり、おうりゅう以降AIPを外しオール・リチウムイオン電池を選択した一因となった。

リチウムイオン電池の方が従来の鉛蓄電池と比べて、エネルギー密度が非常に大きく、高容量、高出圧作動、高エネルギー密度で、水素ガス発生の危険がなく、2倍以上の重量容積あたりエネルギー密度と、1.5倍以上の繰り返し充放電回数を持ち、充電時間が短く、放電による電気容量の低下を抑えられるなど優れた特性をもつ。

充電と放電を繰り返す潜水艦用電池のサイクル寿命としてはおよそ鉛蓄電池では200~500回程度に対しリチウムイオン電池では2000回~10000回以上が目安であり、消耗した鉛電池から水素が放出されて蓄積し、あらゆる火花によって爆発する危険性があった。一定電圧で給った状態での劣化のしにくさを表すフロート特性などの各種劣化耐性もリチウムイオン電池の方が高く寿命が長い。

特に充電時間については、鉛蓄電池では発電機出力に余裕があってもそれ以下の電流量で充電せざるをえず、またLに近づくと少量ずつしか充電できないために、作戦海域で満充電することがほとんど不可能であったのに対し、リチウムイオン蓄電池ではこれらの制約を受けないことから、潜水艦にとっては非常に望ましいバッテリーである。

だが、外部から衝撃が加わったり、システム故障によって電池が過充電になったりすると、電池が破裂・発火するリスクがあります。これは鉛電池では起きにくい現象である。

武器は戦争のために作られ、戦争条件のために評価する必要があることを覚えておく必要がある。水中の潜水艦破壊手段は第2次世界大戦から変わっていない。爆雷か魚雷だ。爆雷や魚雷による攻撃は潜水艦を沈めないかもしれないが、リチウムイオン電池が損傷してしまう事態は十分ある。

鉛電池も硫酸が充填された電池に穴を通じて海水が侵入すれば、化学反応で極めて有毒な塩素ガスが放出され、非常に危険だが、リチウムイオン電池は液体の電解質を使わず、ガスを放出しない。

だが、戦闘時損傷すれば、電気化学セルのショートも引き起こしかねない。結果、加熱され、リチウムと電解質との反応により可燃性ガスが生成され、燃焼および温度の急上昇が起きる。

こうした例はよく知られている。電池の損傷から複数台のテスラ電気自動車が炎上した。燃え盛るリチウム電池の消火は非常に難しい。リチウム電池は空気に触れずに燃え、リチウムと水の反応は水素を生成するからだ。鉛蓄電池は様々な問題があるが、燃えない。

そのため、執拗な追跡と爆雷による攻撃という極限状況下で、リチウムイオン電池搭載潜水艦のリチウムイオン電池は強く損傷し、発火するおそれもある。火災は潜水艦にとって最も恐ろしい危険性だ。そのため、おうりゅう搭載リチウムイオン電池は、発火しにくいリチウムイオン電池の開発に成功したと言う。

 リチウムイオン電池・安全性

外部からの衝撃によってリチウムイオン電池が爆発する仕組みを簡単に解説します。衝撃が加わると、正極と負極の短絡を防いでいる部材のセパレータなどの厚生部材が破損することがあります。セパレータが破損すると部分的に正極と負極の短絡(ショート)がおこります。短絡すると、発熱を生じ、短絡部周囲のセパレータが溶融し、収縮します。すると、さらなる短絡がおこり、さらに熱が発生します。

以下のようなイメージです。


 イメージ 4

このように、急激に発熱していくと電池内部に熱がたまり、電解液と負極の反応温度に達します。すると、さらには発熱を生じ、電解液自体の分解、電荷液と正極の反応温度、正極の分解温度に達し・・・という悪循環が起こるのです。

さらに、基本的にリチウムイオン電池の正極材にはマンガン酸リチウムなど、結晶構造が分解された際に酸素を放出するものが多いです(このときリン酸鉄リチウムでは熱安定性が高いために結晶構造の崩壊が起こりにくく、酸素を出しいくい)。この酸素が短絡が起こって火花が起きている部分に混ざったとすると、爆発してしまうのです。


 
イメージ 5

このような一連の流れによってリチウムイオン電池が破裂、発火に至ることがあります。

一方で鉛蓄電池であれば、異常時に水素を発生させることはありますが、リチウムイオン電池ほどの危険な状態になりにくいです。
よって、安全性が低いことのみが、潜水艦において使用時の懸念事項といえます。

もちろん、電池単体では危険なときもあありますが、システムや周囲の筐体設計を頑丈にしていれば、十分な信頼性を得ることもできます。

当初そうりゅう型5番艦ずいりゅうよりリチウムイオン蓄電池を搭載するはずだったが、実際の搭載は財政上の理由により、平成27年度計画で概算要求された11番艦のおうりゅう(SS-511)以降となったが、実際は電池の改良をしていたのではないかと思われる。

またリチウムイオン蓄電池搭載にあたっては、水中持続力等向上のため、スターリングAIPと鉛蓄電池の双方を廃した上でリチウムイオン蓄電池のみ搭載する方式になった。



我が国は、安全で信頼性の高い潜水艦用のリチウムイオンバッテリー開発に多額の予算を投じてきた。より強靭な隔壁、安定した原材料と自動消化器などを導入し、数々のストレス実験によって、戦闘時にも安全性が求められると判断し、実用化に至ったという。「おうりゅう」用のリチウムイオン電池の開発には、GSユアサが参画した。

※参考
リチウムイオン電池発火事故が多発して、サムソン製のスマートフォンは飛行機に持ち込み禁止となっているが、おうりゅう進水報道直後、あせった韓国海軍は自国の潜水艦にもリチウムイオン電池を搭載すると発表してしまった。

【Record china】2018年11月21日(水) 19時50分関係者は、「潜水艦用のリチウムイオン電池は、まず安全性が重要だ。

{ある程度蓄電量を減らすことでより高い安全基準を確保できた。また、新たな電池は爆発や海水、火災、及び極端な温度などの劣悪な条件でのテストも経験している」と語ったとのこと。} 


とのことだが、たぶんケッチャナヨの嘘である。
韓国製リチウムイオン電池搭載の韓国製潜水艦の乗員は相当の勇気と覚悟が要るはずである。(笑)


浅海や欺瞞に対応できる新長魚雷G-RX-6が18式魚雷として正式化されたが、

潜水艦用長魚雷(G-RX6)

イメージ 17
高性能な水上艦船及び潜水艦に対し、高度なTCCM機能※ を有し、深海域から浅海域までのいずれの海域においても探知、追尾及び命中性能に優れる潜水艦用長魚雷を開発中です。
※TCCM:Torpedo Counter Counter Measures(魚雷攻撃から母艦を防御するために魚雷を欺瞞或いは 妨害された際の対抗手段)

海自は更に次世代の新型魚雷(ステルス魚雷)を研究開発中である。もちろん29SSが試験潜水艦となれば、そういった兵器の試験開発実験テストベットにもなる。

イメージ 7 新型魚雷(ステルス魚雷)

静粛型動力装置搭載魚雷
要旨 評価書 参考

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潜水艦用静粛型駆動システムの研究試作 要旨 評価書 参考

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ソーナーからの信号を処理し、目標運動解析や戦闘指揮のリコメンドを行うシステムを開発中です。
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UUVの活用
UUVの活用についても試験潜水艦は活用されるであろう。
水中脅威役は練習潜水艦でも可能と思うが、UUVを従え、機雷の敷設/掃海母艦となる可能性がある。
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将来的にはポスト3000トン型が機雷を水中曳航する複数のUUV艦隊を誘導し、仮想敵沿岸地域に機雷を秘密裏にばら撒くことも可能である。
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これは、Ddog個人のアイディア 妄想だが、
水中救難艦と深海救難艇(DSRV)を日常的な潜水艦への消耗品補給を行えば、救難訓練も兼ねることができるので、一石二鳥ではないかと思う。



この「たいげい型」方はそうりゅう型の改良型というこから「おやしお型」の最終形とるかと思い。

8隻~10隻建造されると思いますが、その次の「ポストたいげい型」はまったく刷新されると思いますが、
海上幕僚監部広報室の平成29年度計画潜水艦「たいげい」のイメージ図を見る限り「そうりゅう型」以来の特徴的な x 柁、従来型スクリュー推進は引き継がれている。
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平成29年度計画潜水艦「たいげい」のイメージ図(出所:海上幕僚監部広報室)

水中での最大速力は20ノット強。ポンプジェットの採用は「ポストたいげい型」以降と思われます。

そうりゅう型は通常動力型攻撃潜水艦 としては間違いなく世界一の高性能艦ではあるが、原子力潜水艦は、動力が原子力せあるため、半永久的に潜航して任務を継続することができます。また、原子力潜水艦であれば海水を蒸発させて真水を作りだすことができ、それを電気分解することによって酸素も作り出せるため、通常動力型と比べ物にならない、スピードで海洋を巡回することができる。その為、外洋においては原潜にはかなわない。

しかしながら、原子力潜水艦が不得意とする静粛性に優れているため、艦内で発生させる音はほぼ無音です。

ただ、現在日本は画期的次世代電池の開発が進んでいるため、遠からず通常型潜水艦の画期的性能アップが予想されるため、「たいげい型」が試験潜水艦に早々転用される理由も想像できる。





潜行深度については、「はそうりゅう型」と同じ NS 110鋼材と思われますので潜行深度については大幅な潜航深度の改善はないが、船体に大きな穴をあける貫通式潜望鏡を廃止しデジタル式の潜望鏡を採用した分潜行深度は深くなった可能性があります。

非貫通型の潜望鏡を採用しても
シュノーケルや通信アンテナ ESM など複数の機能アンテナ等があるため、「ポストたいげい型」ではかなり低い艦橋が採用されると思われるので、後期型は抵抗力を下げることが可能となる。

ちなみに18式魚雷の最高深度が1200mを超えているとの噂がある為、「たいげい型」の最深潜度は1000m越えの可能性は「そうりゅう型」以上であると思えます。

艦首ソナーに米SSNバージニア級で採用された最新型の馬蹄形ソナーである、広開口バウソナー(Large Aperture Bow (LAB) Soner)を採用される。
「そうりゅう型」の球形ソナーより格段に性能が上がっていると思われます。