Lịch sử của tàu ngầm kéo dài toàn bộ lịch sử nỗ lực của con người khi nhân loại từ nền văn minh sơ khai đã tìm cách khám phá và du hành dưới biển. Nhân loại đã sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để di chuyển dưới nước để khám phá, giải trí, nghiên cứu và đặc biệt là chiến tranh. Trong khi những nỗ lực ban đầu, chẳng hạn như những nỗ lực của Alexander Đại đế, còn thô sơ, thì sự ra đời của các hệ thống động cơ đẩy, nhiên liệu và sonar mới, đã thúc đẩy sự gia tăng công nghệ tàu ngầm. Sự ra đời của động cơ diesel, sau đó là tàu ngầm hạt nhân, đã chứng kiến sự mở rộng lớn trong việc sử dụng tàu ngầm – và đặc biệt là sử dụng trong quân sự – trong Thế chiến I, Thế chiến II, và Chiến tranh Lạnh. Việc Hải quân Đức sử dụng U-Boat trong Thế chiến II để chống lại Hải quân Hoàng gia Anh và tàu thương mại, và việc Hoa Kỳ và Nga sử dụng tàu ngầm trong Chiến tranh Lạnh, đã giúp củng cố vị trí của tàu ngầm trong văn hóa đại chúng. Các cuộc xung đột sau này cũng chứng kiến vai trò ngày càng tăng của tàu ngầm quân sự như một công cụ đánh lén, tác chiến ngầm và răn đe hạt nhân. Việc sử dụng tàu ngầm trong quân sự vẫn tiếp tục cho đến ngày nay, chủ yếu là do Triều Tiên, Trung Quốc, Hoa Kỳ và Nga.
Ngoài mục đích sử dụng trong chiến tranh, tàu ngầm tiếp tục được sử dụng cho mục đích giải trí và khoa học. Chúng được sử dụng nhiều trong việc khám phá đáy biển và những nơi sâu nhất của đáy đại dương. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các hoạt động tìm kiếm và cứu nạn cho các tàu ngầm, tàu mặt nước và máy bay khác, đồng thời cung cấp phương tiện để đi xuống độ sâu rộng lớn ngoài tầm với của lặn biển để khám phá và giải trí. Chúng vẫn là tâm điểm của văn hóa đại chúng và là chủ đề của nhiều cuốn sách và bộ phim.
Sơ khai
Khái niệm chiến đấu dưới nước có nguồn gốc sâu xa từ thời cổ đại. Có hình ảnh những người đàn ông sử dụng những chiếc gậy rỗng để thở dưới nước để săn bắn tại các ngôi đền ở Thebes, nhưng việc sử dụng quân sự đầu tiên được biết đến xảy ra trong cuộc bao vây Syracuse (415-413 TCN), nơi các thợ lặn dọn sạch chướng ngại vật, theo Lịch sử của chiến tranh Peloponnesian. Theo Aristotle, trong cuộc bao vây Tyre (332 TCN), Alexander Đại đế đã sử dụng thợ lặn. Các truyền thuyết sau này cho rằng Alexander đã xuống biển bằng cách sử dụng một chiếc tàu lặn nguyên thủy có dạng chuông lặn, như được mô tả trong một bức tranh minh họa vào thế kỷ XVI trong các tác phẩm của nhà thơ Mughal – Amir Khusrau.
Theo một báo cáo được cho là của Tahbir al-Tayseer trong Opusculum Taisnieri xuất bản năm 1562: “hai người Hy Lạp đã nhấn chìm và nổi lên trên sông Tagus gần Thành phố Toledo nhiều lần trước sự chứng kiến của Hoàng đế La Mã Thần thánh Charles V, mà không bị ướt và ngọn lửa họ mang trên tay vẫn cháy”.
Mặc dù có nhiều kế hoạch khác nhau về tàu lặn hoặc tàu ngầm trong thời Trung Cổ, William Bourne, một người Anh, đã thiết kế một trong những chiếc tàu ngầm nguyên mẫu vào năm 1578. Đây là một chiếc tàu hoàn toàn kín có thể lặn và chèo dưới mặt nước. Bao gồm một chiếc bình gỗ được bao bọc hoàn toàn bằng da không thấm nước, nó được nhấn chìm bằng cách sử dụng pít-tông điều chỉnh ren vít bằng gỗ vận hành bằng tay ấn vào túi da linh hoạt nằm ở hai bên để tăng hoặc giảm lượng nước nhằm điều chỉnh độ nổi của thuyền. Bản phác thảo gợi ý rằng việc điều chỉnh độ sâu đang sử dụng một bộ quây chiếu lên trên bề mặt. Không có chỗ ở rõ ràng cho người vận hành.
Năm 1596, nhà toán học và thần học người Scotland John Napier đã viết trong tác phẩm Những phát minh bí mật của mình như sau: “Những phát minh này bên cạnh việc nghĩ ra cách lặn dưới nước với thợ lặn, những sáng kiến và chiến lược khác để làm hại kẻ thù nhờ Ân điển của Chúa và công việc của những người thợ lành nghề mà tôi hy vọng để biểu diễn”. Không rõ liệu Napier có từng thực hiện kế hoạch của mình hay không. Henry Briggs, giáo sư toán học tại Đại học Gresham, London, và sau đó tại Oxford, là bạn của Napier, người mà ông đã đến thăm vào năm 1615 và 1616, và cũng là người quen của Cornelius Van Drebbel, một người Hà Lan phục vụ cho James tôi của nước Anh, người đã thiết kế và chế tạo chiếc tàu ngầm thành công đầu tiên vào năm 1620. Do đó, không phải là không thể vì Napier quan tâm đến chiếc tàu ngầm mà Briggs đã liên lạc với Drebbel.
Tàu ngầm của Drebbel được đẩy bằng mái chèo. Bản chất chính xác của chiếc tàu ngầm này là không rõ ràng, có thể nó giống một chiếc chuông được kéo bởi một chiếc thuyền. Hai loại cải tiến đã được thử nghiệm ở sông Thames trong khoảng thời gian từ 1620 đến 1624. Một trong những thử nghiệm này Constantijn Huygens báo cáo trong cuốn tự truyện năm 1651 của mình như sau: “Đáng giá hơn tất cả những gì còn lại là con tàu nhỏ, trong đó anh ta bình tĩnh lặn xuống nước, trong khi anh ta giữ nhà vua và vài nghìn người dân London trong sự hồi hộp tột độ. Phần lớn những người này đã nghĩ rằng người đàn ông đã rất khéo léo ẩn mình trước mặt họ – trong ba giờ đồng hồ, như lời đồn đại – đã chết, khi anh ta bất ngờ trồi lên mặt nước cách nơi anh ta lặn xuống một khoảng khá xa, mang theo anh ta, một số bạn đồng hành trong cuộc phiêu lưu nguy hiểm của anh ta để làm chứng cho sự thật rằng họ không gặp rắc rối hay sợ hãi nào dưới nước, nhưng đã ngồi dưới đáy, khi họ muốn và đã lên khi họ muốn làm như vậy; rằng họ đã chèo thuyền đến bất cứ nơi nào họ muốn, trồi lên gần mặt nước hơn hoặc lặn xuống sâu hơn tùy ý họ mà không hề bị thiếu ánh sáng; vâng, thậm chí là họ đã làm trong bụng con cá voi đó tất cả những việc mà con người vẫn thường làm trong không khí, và điều này không có bất kỳ rắc rối nào. Từ tất cả những điều này, không khó để tưởng tượng tác dụng của phát minh táo bạo này trong thời chiến là gì, nếu theo cách này (điều mà tôi đã nhiều lần nghe Drebbel khẳng định) tàu địch đang neo đậu an toàn có thể bị tấn công và đánh chìm một cách bí mật, bất ngờ sử dụng một chiếc ram đập – một công cụ mà ngày nay người ta sử dụng nó một cách gớm ghiếc trong việc chiếm giữ các cổng và cầu của các thị trấn”.
Vào ngày 18/10/1690, con trai của ông là Constantijn Huygens, Jr. đã nhận xét trong nhật ký của mình về cách Drebbel có thể đo độ sâu mà thuyền của ông đã hạ xuống (điều cần thiết để ngăn thuyền chìm) bằng cách sử dụng phong vũ biểu thủy ngân: “Bà già Kuffler đến gặp tôi vào buổi sáng. Bà ấy vẫn đang nói về một vị trí tại tòa án hoặc nơi nào khác; Tôi nói tôi không thể giúp bà ấy. Bà ấy nói rằng cha bà ấy là Cornelis Drebbel có một ống thủy ngân dài trong chiếc thuyền mà ông ấy dùng để lặn dưới nước”.
Để giải quyết vấn đề thiếu oxy, Drebbel đã có thể tạo ra oxy từ muối tiêu để làm mới không khí trong tàu ngầm của mình. Có thể tìm thấy dấu hiệu về điều này trong tác phẩm của chính Drebbel: Về bản chất của các nguyên tố (1604), trong chương thứ năm: “Không khí rất khô, tinh tế hoặc ấm áp, sau đó rất nhanh xuyên qua các đám mây thô, nặng, mở rộng chúng, làm cho chúng trở nên tinh tế và mỏng, và một lần nữa biến chúng thành bản chất của không khí, theo đó thể tích của nó tăng lên gấp trăm lần trong một khoảnh khắc, điều này tạo ra chuyển động khủng khiếp, nứt vỡ và vỡ ra, đốt cháy không khí và di chuyển nó, cho đến khi thể tích và mật độ bằng nhau, khi có sự nghỉ ngơi. Do đó, cơ thể của diêm tiêu bị phá vỡ và phân hủy bởi sức mạnh của lửa và do đó thay đổi bản chất của không khí, hoặc khi một bàn tay ướt hoặc một miếng vải ướt được vẫy trên bàn là nóng, hoặc chì nóng chảy, do nở ra. hoặc mở rộng do nhiệt nứt và vỡ với tiếng ồn như sấm sét”.
Sự ra đời của khái niệm tàu ngầm Drebbel dường như nằm ngoài những mong đợi thông thường về những gì khoa học được cho là có khả năng vào thời điểm đó. Nhận xét về cơ sở khoa học trong những tuyên bố của Drebbel, nhà thiên văn học nổi tiếng người Đức Johannes Kepler được cho là đã nhận xét vào năm 1607: “Nếu (Drebbel) có thể tạo ra một linh hồn mới, nhờ đó anh ta có thể di chuyển và duy trì chuyển động của thiết bị của mình mà không cần trọng lượng hoặc lực đẩy sức mạnh, theo ý kiến của tôi, anh ấy sẽ là Apollo”.
Mặc dù những phương tiện lặn đầu tiên là công cụ để khám phá dưới nước, nhưng không mất nhiều thời gian để các nhà phát minh nhận ra tiềm năng quân sự của chúng. Những lợi thế chiến lược của tàu ngầm lần đầu tiên được Bishop John Wilkins của Chester đưa ra trong Mathematical Magick năm 1648:
– Điều này là riêng tư: do đó, một người có thể đi đến bất kỳ bờ biển nào trên thế giới một cách vô hình, mà không bị phát hiện hoặc ngăn cản trong hành trình của mình.
– Nó an toàn, khỏi sự không chắc chắn của Thủy triều và sự dữ dội của Bão tố, những thứ không bao giờ di chuyển biển sâu hơn 5 hoặc 6 bước. Từ Cướp biển và Cướp làm như vậy phá hoại các chuyến đi khác; từ băng và sương giá lớn, gây nguy hiểm rất nhiều cho các lối đi tới Ba Lan.
– Nó có thể mang lại lợi thế lớn khi chống lại Hải quân của kẻ thù, những kẻ mà bằng cách này có thể bị phá hoại dưới nước và nổ tung.
– Nó có thể được sử dụng đặc biệt để cứu trợ bất kỳ nơi nào bị nước bao vây, để vận chuyển những nguồn cung cấp vô hình cho họ; và tương tự như vậy đối với sự ngạc nhiên của bất kỳ nơi nào có thể tiếp cận bằng nước.
– Nó có thể mang lại lợi ích không kể xiết cho các thí nghiệm trên tàu ngầm.
Giữa năm 1690 và 1692, nhà vật lý người Pháp Denis Papin đã thiết kế và chế tạo 2 chiếc tàu ngầm. Thiết kế đầu tiên (1690) là một hộp vuông bằng kim loại nặng và chắc chắn, được trang bị một máy bơm hiệu quả để bơm không khí vào thân tàu để tăng áp suất bên trong. Khi áp suất không khí đạt đến mức yêu cầu, các lỗ được mở ra để cho một ít nước vào. Chiếc máy đầu tiên này đã bị phá hủy một cách vô tình. Thiết kế thứ hai (1692) có hình bầu dục và hoạt động theo các nguyên tắc tương tự. Một máy bơm nước kiểm soát độ nổi của nó. Theo một số nguồn tin, một điệp viên của nhà toán học người Đức Gottfried Wilhelm Leibniz tên là Haes đã báo cáo rằng Papin đã đạt được một số thành công với thiết kế thứ hai của ông trên sông Lahn.
Vào giữa thế kỷ XVIII, hơn một chục bằng sáng chế cho tàu ngầm/thuyền lặn đã được cấp ở Anh. Năm 1747, Nathaniel Symons đã được cấp bằng sáng chế và chế tạo ví dụ hoạt động đầu tiên được biết đến về việc sử dụng két dằn để nhận chìm. Thiết kế của anh ấy sử dụng những chiếc túi da có thể chứa đầy nước để nhấn chìm con tàu. Một cơ chế đã được sử dụng để vặn nước ra khỏi túi và làm cho thuyền nổi lên. Năm 1749, Tạp chí Quý ông báo cáo rằng một thiết kế tương tự đã được đề xuất bởi Giovanni Borelli vào năm 1680. Đến thời điểm phát triển này, những cải tiến hơn nữa trong thiết kế đã bị đình trệ trong hơn một thế kỷ, cho đến khi các công nghệ công nghiệp mới về động cơ đẩy và độ ổn định có thể được áp dụng.
Thời hiện đại sơ khai
Người thợ mộc Yefim Nikonov đã chế tạo chiếc tàu ngầm quân sự đầu tiên vào năm 1720 theo lệnh của Sa hoàng Peter Đại đế ở Nga. Nikonov đã trang bị cho chiếc tàu ngầm của mình những “ống lửa”, vũ khí tương tự như súng phun lửa. Tàu ngầm được thiết kế để tiếp cận tàu địch, đưa các đầu “ống” lên khỏi mặt nước và cho nổ tung con tàu bằng hỗn hợp dễ cháy. Ngoài ra, Nikonov đã thiết kế một khóa khí để các thủy thủ thoát ra khỏi tàu ngầm và phá hủy đáy tàu. Với cái chết của Peter I vào tháng 1/1725, Nikonov mất đi người bảo trợ chính của mình và Bộ Hải quân rút hỗ trợ cho dự án.
Tàu ngầm quân sự đầu tiên của Mỹ là Turtle vào năm 1776, một thiết bị hình quả trứng (hoặc hình quả trứng cá) chạy bằng tay được thiết kế bởi David Bushnell người Mỹ, chứa được một người. Đây là chiếc tàu ngầm đầu tiên có khả năng hoạt động và di chuyển độc lập dưới nước, và là chiếc đầu tiên sử dụng trục vít để đẩy. Tuy nhiên, theo nhà sử học hải quân người Anh Richard Compton-Hall, vấn đề đạt được sức nổi trung tính sẽ khiến chân vịt thẳng đứng của Turtle trở nên vô dụng. Con đường mà Turtle phải thực hiện để tấn công mục tiêu đã định, HMS Eagle, nằm ngang dòng thủy triều một chút, điều này rất có thể đã khiến Ezra Lee trở nên kiệt sức. Cũng không có hồ sơ nào của Anh về một cuộc tấn công của tàu ngầm trong chiến tranh. Đối mặt với những vấn đề này và những vấn đề khác, Compton-Hall gợi ý rằng toàn bộ câu chuyện xung quanh Turtle là bịa đặt như một thông tin sai lệch và tuyên truyền nâng cao tinh thần, và rằng nếu Ezra Lee thực hiện một cuộc tấn công, thì đó là trong một chiếc thuyền chèo có mái che chứ không phải trong Turtle. Bản sao của Turtle đã được xây dựng để thử nghiệm thiết kế. Một bản sao (Acorn), được xây dựng bởi Duke Riley và Jesse Bushnell (tuyên bố là hậu duệ của David Bushnell), đã sử dụng thủy triều để vào bên trong200 foot (61 m) của RMS Queen Mary 2 ở Thành phố New York (thuyền cảnh sát đã chặn Acorn vì vi phạm khu vực an ninh). Trưng bày các bản sao của Rùa thừa nhận vị trí của nó trong lịch sử xuất hiện tại Bảo tàng Sông Connecticut, Bảo tàng và Thư viện Lực lượng Tàu ngầm của Hải quân Hoa Kỳ, Bảo tàng Tàu ngầm Hải quân Hoàng gia Anh và Bảo tàng Hải dương học của Monaco.
Năm 1800, Hải quân Pháp đã chế tạo một chiếc tàu ngầm chạy bằng sức người do Robert Fulton thiết kế, chiếc Nautilus. Nó cũng có một cánh buồm để sử dụng trên bề mặt và do đó đã thể hiện việc sử dụng động cơ đẩy kép đầu tiên được biết đến trên tàu ngầm. Nó đã chứng tỏ khả năng sử dụng thủy lôi để tiêu diệt 2 tàu chiến trong các cuộc trình diễn. Người Pháp cuối cùng đã từ bỏ cuộc thử nghiệm vào năm 1804, người Anh cũng vậy, khi Fulton sau đó đề nghị họ thiết kế tàu ngầm.
Năm 1834, Tướng quân đội Nga Karl Andreevich Shilder trình diễn tàu ngầm trang bị tên lửa đầu tiên cho Hoàng đế Nicholas I.
Submarino Hipopótamo, chiếc tàu ngầm đầu tiên được chế tạo ở Nam Mỹ, đã trải qua quá trình thử nghiệm ở Ecuador vào ngày 18/9/1837. Nhà thiết kế của nó, Jose Rodriguez Lavandera, đã vượt sông Guayas thành công ở Guayaquil cùng với Jose Quevedo. Rodriguez Lavandera đã gia nhập Hải quân Ecuador vào năm 1823, trở thành Trung úy vào năm 1830. Hipopotamo đã vượt qua Guayas hai lần nữa, nhưng nó đã bị bỏ hoang vì thiếu kinh phí và sự quan tâm từ chính phủ.
Năm 1851, một hạ sĩ pháo binh người Bavaria, Wilhelm Bauer, đã đưa một chiếc tàu ngầm do ông thiết kế có tên là Brandtaucher (thợ lặn cứu hỏa) ra khơi ở Cảng Kiel. Được chế tạo bởi August Howaldt và chạy bằng bánh đà, Brandtaucher bị chìm, nhưng thủy thủ đoàn ba người đã trốn thoát được.
Trong Nội chiến Hoa Kỳ, cả hai bên đều sử dụng tàu ngầm. Ví dụ là Alligator, cho Liên minh và Hunley, cho Liên minh. Hunley là tàu ngầm đầu tiên tấn công thành công và đánh chìm tàu chiến đối phương.
Năm 1863, Sub Marine Explorer được chế tạo bởi kỹ sư người Mỹ gốc Đức Julius H. Kroehl và có buồng làm việc điều áp để thủy thủ đoàn ra vào dưới nước. Sự sắp xếp lặn hiện đại này đã được tính toán trước, chẳng hạn như buồng lặn có khóa, mặc dù các vấn đề về bệnh giảm áp vẫn chưa được hiểu rõ vào thời điểm đó. Sau lần lặn đầu tiên vào năm 1866, Sub Marine Explorer được sử dụng để lặn tìm ngọc trai ngoài khơi bờ biển Panama. Nó có khả năng lặn sâu hơn 31 m, sâu hơn bất kỳ tàu ngầm nào được chế tạo trước đó.
Chính phủ Chile đã đưa Flach vào hoạt động năm 1865, trong Chiến tranh Quần đảo Chincha (1864-1866) khi Chile và Peru chiến đấu chống lại Tây Ban Nha. Được chế tạo bởi kỹ sư người Đức Karl Flach, chiếc tàu ngầm bị chìm trong các cuộc thử nghiệm ở Vịnh Valparaiso vào ngày 3/5/1866 với toàn bộ thủy thủ đoàn gồm 11 người.
Trong Chiến tranh Thái Bình Dương năm 1879, chính phủ Peru đã đặt hàng và chế tạo một chiếc tàu ngầm, chiếc Toro Submarino do kỹ sư người Peru Federico Blume thiết kế và được đóng tại Paita, Peru. Nó được coi là tàu ngầm hoặc tàu lặn đầu tiên hoạt động ở Mỹ Latinh. Với chiều dài 15 m và được vận hành thủ công bởi thủy thủ đoàn gồm 11 người, nó có thể lặn xuống độ sâu 3,7 m với hệ thống thông gió có tốc độ 3 hl/g (5,6 km/h) và lặn tối đa 22 m. Đang hoạt động đầy đủ, chờ cơ hội tấn công bằng mìn hải quân trong Cuộc phong tỏa Callao, nó đã bị đánh đắm để tránh bị quân đội Chile bắt giữ vào ngày 17/1/1881, trước khi Lima sắp bị chiếm đóng.
Điện cơ
Tàu ngầm đầu tiên không dựa vào sức người để đẩy là tàu ngầm Plongeur của Hải quân Pháp, hạ thủy năm 1863 và được trang bị động cơ pit-tông sử dụng khí nén từ 23 bình chứa ở áp suất 180 psi (1.200 kPa). Trên thực tế, chiếc tàu ngầm hầu như không thể điều khiển được dưới nước, với tốc độ và khả năng cơ động rất kém.
Tàu ngầm chạy bằng năng lượng đốt và độc lập với không khí đầu tiên là Ictineo II, được thiết kế bởi kỹ sư người Tây Ban Nha Narcís Monturiol. Được hạ thủy lần đầu tiên vào năm 1864 với tư cách là một con tàu chạy bằng sức người, được đẩy bởi 16 người, nó được chuyển đổi thành động cơ đẩy peroxide và hơi nước vào năm 1867. Con tàu dài 14 m được thiết kế cho thủy thủ đoàn gồm 2 người, có thể lặn sâu tới 30 m, và trình diễn lặn trong 2 giờ. Trên bề mặt, nó chạy bằng động cơ hơi nước, nhưng dưới nước, động cơ như vậy sẽ nhanh chóng tiêu thụ oxy của tàu ngầm. Để giải quyết vấn đề này, Monturiol đã phát minh ra động cơ đẩy không phụ thuộc vào không khí. Khi hệ thống năng lượng độc lập với không khí điều khiển trục vít, quá trình hóa học điều khiển nó cũng giải phóng oxy vào thân tàu cho thủy thủ đoàn và một động cơ hơi nước phụ trợ. Ngoài việc được cung cấp năng lượng cơ học, các tàu hai thân tiên phong của Monturiol còn giải quyết các vấn đề về áp suất, độ nổi, độ ổn định, lặn và đi lên mà các thiết kế trước đó gặp phải.
Tàu ngầm đã trở thành một vũ khí khả thi với sự phát triển của ngư lôi tự hành thực tế đầu tiên. Ngư lôi Whitehead là loại vũ khí đầu tiên như vậy và được thiết kế vào năm 1866 bởi kỹ sư người Anh Robert Whitehead. “Tàu mìn” (mine ship) của anh ta là một quả ngư lôi dài 3,4 m, đường kính 36 cm được đẩy bằng khí nén và mang theo một đầu đạn nổ. Thiết bị có tốc độ 7 hl/g (13 km/h) và có thể bắn trúng mục tiêu cách xa 640 m. Nhiều lực lượng hải quân đã mua ngư lôi Whitehead trong những năm 1870 và lần đầu tiên nó chứng tỏ bản thân trong chiến đấu trong Chiến tranh Nga-Thổ khi vào ngày 16/1/1878, tàu Intibah của Thổ Nhĩ Kỳ bị đánh chìm bởi các tàu phóng ngư lôi của Nga chở Whiteheads.
Trong những năm 1870 và 1880, các đường nét cơ bản của tàu ngầm hiện đại bắt đầu xuất hiện, thông qua các phát minh của nhà phát minh và giám tuyển người Anh, George Garrett, và nhà tài chính công nghiệp Thorsten Nordenfelt, và nhà phát minh người Ireland John Philip Holland.
Năm 1878, Garrett chế tạo một chiếc tàu ngầm quay bằng tay dài 4,3 m nặng khoảng 4,5 tấn, được ông đặt tên là Resurgam. Tiếp theo là chiếc Resurgam thứ hai (và nổi tiếng hơn) năm 1879, do Cochran & Co. chế tạo tại Birkenhead, Anh. Việc xây dựng bằng các tấm sắt được gắn chặt vào khung sắt, với phần trung tâm của con tàu được ốp bằng gỗ được cố định bằng dây đai sắt. Khi được chế tạo, nó dài 14 m, đường kính 3,0 m, nặng 30 tấn và có thủy thủ đoàn 3 người, được cung cấp năng lượng bởi một động cơ hơi nước chu trình kín, cung cấp đủ hơi nước để quay một chân vịt trong tối đa 4 giờ. Nó được thiết kế để có sức nổi tích cực và quá trình lặn được điều khiển bởi một cặp thủy phi cơ ở giữa tàu. Vào thời điểm đó, nó có giá 1.538 bảng Anh.
Mặc dù thiết kế của ông không thực tế lắm – nồi hơi tạo ra nhiệt độ cao trong không gian chật hẹp của con tàu và thiếu sự ổn định theo chiều dọc – nhưng nó đã thu hút sự chú ý của nhà công nghiệp Thụy Điển Thorsten Nordenfelt. Các cuộc thảo luận giữa hai bên đã dẫn đến những chiếc tàu ngầm chạy bằng hơi nước thực tế đầu tiên, được trang bị ngư lôi và sẵn sàng sử dụng trong quân sự.
Con tàu đầu tiên như vậy là chiếc Nordenfelt I, một con tàu nặng 56 tấn, dài 19,5 m tương tự như chiếc Resurgam xấu số của Garret, với tầm hoạt động 240 km (130 hl), được trang bị một quả ngư lôi duy nhất, trong Năm 1885. Giống như Resurgam, Nordenfelt I hoạt động trên bề mặt bằng hơi nước, sau đó tắt động cơ để lặn xuống. Trong khi chìm dưới nước, tàu ngầm giải phóng áp suất được tạo ra khi động cơ chạy trên bề mặt để cung cấp lực đẩy cho một khoảng cách dưới nước. Hy Lạp, lo sợ về sự trở lại của Ottoman, đã mua nó. Nordenfelt ủy thác Nhà máy đóng tàu Barrowở Anh vào năm 1886 để chế tạo Nordenfelt II (Abdül Hamid) và Nordenfelt III (Abdül Mecid) vào năm 1887. Chúng được trang bị động cơ hơi nước Lamm 250 mã lực (190 kW) đốt than quay một trục vít và mang theo hai ống phóng ngư lôi 356 mm và hai súng máy 35 mm. Chúng được chất đầy tổng cộng 8 tấn than làm nhiên liệu và có thể lặn xuống độ sâu 49 m. Nó dài 30,5 m, rộng 6 m và nặng 100 tấn. Nó chở theo thủy thủ đoàn thông thường gồm 7 người. Nó có tốc độ bề mặt tối đa là 6 hl/g (11 km/h) và tốc độ tối đa là 4 hl/g (7,4 km/h) trong khi ngập nước. Abdülhamid trở thành tàu ngầm đầu tiên trong lịch sử bắn ngư lôi khi lặn.
Những nỗ lực của Nordenfelt lên đến đỉnh điểm vào năm 1887 với Nordenfelt IV, có động cơ đôi và ngư lôi đôi. Nó được bán cho người Nga, nhưng nhanh chóng mắc cạn và bị tháo dỡ. Garrett và Nordenfelt đã đạt được những tiến bộ đáng kể trong việc chế tạo những chiếc tàu ngầm hiện đại, có khả năng quân sự đầu tiên và khơi dậy mối quan tâm quân sự cũng như phổ biến trên khắp thế giới đối với công nghệ mới này. Tuy nhiên, giải pháp cho các vấn đề kỹ thuật cơ bản, chẳng hạn như lực đẩy, khả năng chìm nhanh và duy trì sự cân bằng dưới nước vẫn còn thiếu và sẽ chỉ được giải quyết vào những năm 1890.
Điện
Phương tiện đẩy đáng tin cậy cho các tàu chìm chỉ có thể thực hiện được vào những năm 1880 với sự ra đời của công nghệ pin điện cần thiết. Những chiếc tàu ngầm chạy bằng điện đầu tiên được kỹ sư người Ba Lan Stefan Drzewiecki chế tạo vào năm 1881. Ông đã thiết kế và chế tạo chiếc tàu ngầm đầu tiên trên thế giới ở Nga, và sau đó các kỹ sư khác đã sử dụng thiết kế của ông trong các công trình của họ, họ là James Franklin Waddington và nhóm của James Ash và Andrew Campbell ở Anh, Dupuy de Lôme và Gustave Zédé ở Pháp và Isaac Peral ở Tây Ban Nha.
Năm 1884, Drzewiecki đã chuyển đổi 2 tàu ngầm cơ học, lắp đặt trong mỗi chiếc một động cơ 1 mã lực (0,75 kW) với một nguồn năng lượng mới vào thời điểm đó – pin. Trong các cuộc thử nghiệm, các tàu ngầm di chuyển dưới nước ngược dòng chảy của sông Neva với tốc độ 4 hl/g (7,4 km/h). Chúng là những chiếc tàu ngầm đầu tiên trên thế giới có động cơ đẩy bằng điện. Ash và Campbell đã chế tạo chiếc tàu của họ, chiếc Nautilus, vào năm 1886, dài 18 m với động cơ 9,7 kW (13 mã lực) chạy bằng 52 cục pin. Nó là một thiết kế tiên tiến vào thời điểm đó, nhưng đã bị mắc kẹt trong bùn trong quá trình thử nghiệm và đã bị ngừng sản xuất. Porpoise của Waddington cho thấy nhiều hứa hẹn hơn. Waddington trước đây đã từng làm việc trong xưởng đóng tàu nơi Garrett đã từng hoạt động. Tàu của Waddington có kích thước tương tự như Resurgam và hệ thống đẩy của nó sử dụng 45 ô tích điện với công suất 660 ampe giờ mỗi ô. Chúng được ghép nối tiếp với một động cơ dẫn động chân vịt với tốc độ khoảng 750 vòng/phút, giúp con tàu duy trì tốc độ 7 hl/g (13 km/h) trong ít nhất 8 giờ. Con thuyền được trang bị hai quả ngư lôi gắn bên ngoài cũng như một quả ngư lôi có thể kích nổ điện tử. Mặc dù con tàu hoạt động tốt trong các cuộc thử nghiệm, nhưng Waddington không thể thu hút thêm hợp đồng và bị phá sản.
Ở Pháp, những chiếc tàu ngầm điện đầu tiên Goubet I và Goubet II được chế tạo bởi kỹ sư dân dụng Claude Goubet. Những con tàu này cũng không thành công, nhưng chúng đã truyền cảm hứng cho kiến trúc sư hải quân nổi tiếng Dupuy de Lôme bắt tay vào chế tạo tàu ngầm của mình – một loại tàu ngầm chạy bằng điện tiên tiến dài gần 20 m. Ông không còn sống để chứng kiến thiết kế của mình được hoàn thành, nhưng con tàu này đã được hoàn thành bởi Gustave Zédé vào năm 1888 và được đặt tên là Gymnote. Nó là một trong những tàu ngầm chạy bằng điện thực sự thành công đầu tiên và được trang bị một kính tiềm vọng thời kỳ đầu và một la bàn điện để điều hướng. Nó đã hoàn thành hơn 2.000 lần lặn thành công bằng cách sử dụng pin 204 cell. Mặc dù Gymnote bị loại bỏ vì tầm hoạt động hạn chế, các bánh lái thủy lực bên hông của nó đã trở thành tiêu chuẩn cho các thiết kế tàu ngầm trong tương lai.
Tàu ngầm Peral, do Isaac Peral chế tạo, được Hải quân Tây Ban Nha hạ thủy cùng năm 1888. Nó có ba ngư lôi Schwartzkopff 360 mm và một ống phóng ngư lôi ở mũi, hệ thống không khí mới, hình dạng thân tàu, chân vịt, và các điều khiển bên ngoài hình chữ thập dự đoán nhiều thiết kế sau này. Peral là một tàu ngầm chạy hoàn toàn bằng điện với tốc độ dưới nước là 3 hl/g (5,6 km/h). Sau hai năm thử nghiệm, dự án đã bị hủy bỏ bởi quan chức hải quân, người đã viện dẫn, trong số những lý do khác, lo ngại về phạm vi cho phép của các khẩu đội của nó.
Nhiều thiết kế khác đã được chế tạo vào thời điểm này bởi nhiều nhà phát minh khác nhau, nhưng tàu ngầm không được hải quân đưa vào phục vụ cho đến đầu thế kỷ XX.
Thời hiện đại
Bước sang thế kỷ XX đánh dấu thời điểm then chốt trong quá trình phát triển tàu ngầm, với một số công nghệ quan trọng lần đầu tiên ra mắt, cũng như việc một số quốc gia áp dụng và trang bị rộng rãi tàu ngầm. Động cơ đẩy điện diesel sẽ trở thành hệ thống năng lượng chiếm ưu thế và các thiết bị như kính tiềm vọng sẽ trở thành tiêu chuẩn hóa. Pin được sử dụng để chạy dưới nước và động cơ xăng (xăng) hoặc diesel được sử dụng trên bề mặt và để sạc lại pin. Tàu ban đầu sử dụng xăng, nhưng nhanh chóng nhường chỗ cho dầu hỏa, sau đó là động cơ diesel, vì khả năng bắt lửa giảm. Các chiến thuật và vũ khí hiệu quả đã được cải tiến vào đầu thế kỷ này, và tàu ngầm sẽ có tác động lớn đến chiến tranh thế kỷ XX.
Nhà phát minh người Ireland John Philip Holland đã chế tạo một chiếc tàu ngầm mẫu vào năm 1876 và một chiếc hoàn chỉnh vào năm 1878, sau đó là một số chiếc không thành công. Năm 1896, ông thiết kế tàu ngầm Holland Type VI. Loại tàu này sử dụng năng lượng động cơ đốt trong trên mặt nước và năng lượng ắc quy điện khi hoạt động dưới nước. Được hạ thủy vào ngày 17/5/1897 tại Nhà máy đóng tàu Crescent của Hải quân Lt. Lewis Nixon ở Elizabeth, New Jersey, Holland VI được Hải quân Hoa Kỳ mua vào ngày 11/4/1900, trở thành tàu ngầm được đưa vào hoạt động đầu tiên của Hải quân Hoa Kỳ và được đổi tên thành USS Holland.
Phiên bản nguyên mẫu của tàu ngầm lớp A (Fulton) được phát triển tại Nhà máy đóng tàu Crescent dưới sự giám sát của kiến trúc sư hải quân và nhà đóng tàu đến từ Vương quốc Anh, Arthur Leopold Busch, cho Công ty Thuyền điện mới được tổ chức lại vào năm 1900. Fulton chưa bao giờ được đưa vào hoạt động bởi Hải quân Hoa Kỳ và được bán cho Hải quân Đế quốc Nga vào năm 1905. Các tàu ngầm được chế tạo tại hai xưởng đóng tàu khác nhau trên cả hai bờ biển của Hoa Kỳ. Năm 1902, Holland đã nhận được Bằng sáng chế Hoa Kỳ số 708.553 vì sự theo đuổi không ngừng của ông để hoàn thiện nghề chế tạo tàu ngầm hiện đại. Nhiều quốc gia bắt đầu quan tâm đến sản phẩm (vũ khí) của Hà Lan và mua bản quyền chế tạo chúng trong thời gian này.
Hải quân Hoàng gia Anh đã đưa vào hoạt động tàu ngầm lớp Holland từ Vickers, Barrow-in-Furness, theo giấy phép của Holland Torpedo Boat Company trong những năm 1901 đến 1903. Việc chế tạo những con tàu này mất nhiều thời gian hơn dự kiến, với chiếc đầu tiên chỉ sẵn sàng để lặn chạy thử trên biển vào ngày 6/4/1902. Mặc dù thiết kế đã được mua hoàn toàn từ công ty Hoa Kỳ, nhưng thiết kế thực tế được sử dụng là một phiên bản cải tiến chưa được thử nghiệm của thiết kế ban đầu của Hà Lan sử dụng động cơ xăng 180 mã lực (130 kW) mới.
Trong khi đó, chiếc Narval chạy bằng hơi nước và điện của Pháp được đưa vào hoạt động vào tháng 6/1900 và giới thiệu thiết kế thân tàu kép cổ điển, với thân tàu áp suất bên trong lớp vỏ ngoài. Những con tàu nặng 200 tấn này có tầm hoạt động hơn 160 km dưới nước. Tàu ngầm Aigrette của Pháp vào năm 1904 đã cải tiến hơn nữa khái niệm này bằng cách sử dụng động cơ diesel thay vì động cơ xăng cho năng lượng mặt nước. Một số lượng lớn các tàu ngầm này đã được chế tạo, với 76 chiếc hoàn thành trước năm 1914.
Đến năm 1914, tất cả các cường quốc đều có hạm đội tàu ngầm, mặc dù việc phát triển một chiến lược sử dụng chúng còn phải chờ trong tương lai.
Khi bắt đầu Thế chiến I, Hải quân Hoàng gia Anh có lực lượng tàu ngầm lớn nhất thế giới với biên độ đáng kể, với 74 chiếc thuộc các lớp B, C và D, trong đó 15 chiếc đi biển, số còn lại có khả năng tuần tra ven biển. Lớp D, được chế tạo từ năm 1907-1910, được thiết kế để chạy bằng động cơ diesel trên bề mặt nhằm tránh các sự cố với động cơ xăng đã gặp phải với lớp A. Những con tàu này được thiết kế để phục vụ nước ngoài với độ bền 2.500 hl (4.600 km) ở tốc độ 10 hl/g (19 km/h) trên bề mặt và điều kiện sống được cải thiện nhiều cho một phi hành đoàn lớn hơn. Chúng được trang bị trục vít đôi để có khả năng cơ động cao hơn và với thùng yên sáng tạo. Chúng cũng là những chiếc tàu ngầm đầu tiên được trang bị súng boong phía trước tháp chỉ huy. Vũ khí trang bị cũng bao gồm 3 ống phóng ngư lôi 46 cm (hai ống đặt thẳng đứng ở mũi tàu và một ống đặt ở đuôi tàu). Lớp D cũng là lớp tàu ngầm đầu tiên được trang bị bộ phát sóng không dây tiêu chuẩn. Thiết bị an toàn được gắn vào cột tàu của tháp chỉ huy đã được hạ xuống trước khi lặn. Với cấu trúc cầu được mở rộng, hình dạng của con tàu có thể nhận ra là của tàu ngầm hiện đại. Tàu ngầm lớp D được coi là sáng tạo đến mức nguyên mẫu D1 được xây dựng bí mật tối đa trong một nhà kho được bảo vệ cẩn mật.
Người Anh cũng thử nghiệm các nguồn năng lượng khác. Tuabin hơi nước đốt dầu cung cấp năng lượng cho tàu ngầm lớp “K” của Anh được chế tạo trong Thế chiến I và trong những năm tiếp theo, nhưng chúng không thành công lắm. Mục đích là cung cấp cho họ tốc độ bề mặt cần thiết để theo kịp hạm đội chiến đấu của Anh.
Người Đức đã chậm hơn trong việc nhận ra tầm quan trọng của loại vũ khí mới này. Một chiếc tàu lặn ban đầu được Hải quân Đế quốc Nga đặt hàng từ xưởng đóng tàu Kiel vào năm 1904, nhưng bị hủy bỏ sau khi Chiến tranh Nga-Nhật kết thúc. Một ví dụ đã được sửa đổi và cải tiến, sau đó được đưa vào hoạt động trong Hải quân Đế quốc Đức vào năm 1906 với tư cách là chiếc U-boat đầu tiên, U-1. Nó có thân kép, được trang bị động cơ dầu hỏa Körting và được trang bị một ống phóng ngư lôi duy nhất. SM U-2 lớn hơn 50% có 2 ống phóng ngư lôi. Động cơ diesel không được lắp đặt trên tàu hải quân Đức cho đến U-19 lớp 1912-13. Khi bắt đầu Thế chiến I, Đức có 20 tàu ngầm thuộc 13 lớp đang phục vụ và nhiều chiếc khác đang được chế tạo.
Giữa chiến tranh
Tàu ngầm diesel cần không khí để chạy động cơ và do đó mang theo những cục pin rất lớn để di chuyển dưới nước. Những điều này đã hạn chế tốc độ và tầm hoạt động của tàu ngầm khi lặn dưới nước.
Ống thở thời kỳ đầu của tàu ngầm được thiết kế bởi James Richardson, trợ lý giám đốc tại Công ty Kỹ thuật và Đóng tàu Scotts, Greenock, Scotland, vào đầu năm 1916. Ống thở cho phép tàu ngầm tránh bị phát hiện trong thời gian dài bằng cách di chuyển dưới nước không sử dụng lực đẩy năng lượng điện. Mặc dù công ty đã nhận được Bằng sáng chế của Anh cho thiết kế, nhưng nó không được sử dụng thêm nữa – Bộ Hải quân Anh không chấp nhận nó để sử dụng trong các tàu ngầm của Hải quân Hoàng gia.
U-boat đầu tiên của Đức được trang bị ống thở là U-58, nó đã thử nghiệm thiết bị này ở biển Baltic vào mùa hè năm 1943. Công nghệ này dựa trên các thí nghiệm trước chiến tranh của Hà Lan với một thiết bị có tên là snuiver (máy đánh hơi). Ngay từ năm 1938, một hệ thống đường ống đơn giản đã được lắp đặt trên các tàu ngầm HNLMS O 19 và O 20 cho phép chúng di chuyển ở độ sâu bằng kính tiềm vọng hoạt động bằng động cơ diesel với phạm vi hoạt động dưới nước gần như không giới hạn trong khi sạc pin động cơ đẩy. U-boat bắt đầu sử dụng nó vào hoạt động vào đầu năm 1944. Đến tháng 6/1944, khoảng một nửa số tàu đóng tại các căn cứ của Pháp đã được trang bị ống thở.
Nhiều thiết kế tàu ngầm mới đã được phát triển trong những năm giữa hai cuộc chiến. Trong số đáng chú ý nhất là tàu sân bay tàu ngầm (submarine aircraft carriers), được trang bị nhà chứa máy bay chống nước và máy phóng hơi nước để phóng và thu hồi một hoặc nhiều thủy phi cơ nhỏ. Sau đó, tàu ngầm và máy bay của nó có thể hoạt động như một đơn vị trinh sát đi trước hạm đội, một vai trò thiết yếu vào thời điểm không có radar. Ví dụ đầu tiên là HMS M2 của Anh, tiếp theo là Surcouf của Pháp và nhiều tàu ngầm chở máy bay của Hải quân Đế quốc Nhật Bản.
Các thiết kế tàu ngầm ban đầu đặt động cơ diesel và động cơ điện trên cùng một trục, động cơ này cũng dẫn động một chân vịt có ly hợp giữa mỗi trục. Điều này cho phép động cơ điều khiển động cơ điện như một máy phát điện để sạc lại pin và cũng có thể đẩy tàu ngầm theo yêu cầu. Bộ ly hợp giữa động cơ và động cơ sẽ được nhả ra khi tàu lặn để động cơ có thể được sử dụng để quay chân vịt. Động cơ có thể có nhiều hơn một phần ứng trên trục – những phần ứng này sẽ được ghép điện nối tiếp đối với tốc độ chậm và song song đối với tốc độ cao (tương ứng được gọi là “nhóm xuống” và “nhóm lên”).
Vào những năm 1930, nguyên tắc này đã được sửa đổi cho một số thiết kế tàu ngầm, đặc biệt là của Hải quân Hoa Kỳ và lớp U của Anh. Động cơ không còn được gắn vào trục truyền động của động cơ/chân vịt nữa mà điều khiển một máy phát điện riêng, động cơ này sẽ điều khiển các động cơ trên bề mặt và/hoặc sạc lại pin. Động cơ diesel-điện này cho phép linh hoạt hơn nhiều. Ví dụ: tàu ngầm có thể di chuyển chậm trong khi động cơ hoạt động hết công suất để sạc lại pin nhanh nhất có thể, giảm thời gian nổi trên mặt nước hoặc sử dụng ống thở của nó. Ngoài ra, giờ đây người ta có thể cách ly động cơ diesel ồn ào khỏi vỏ áp lực, giúp tàu ngầm hoạt động êm hơn.
Một dạng động cơ đẩy kỵ khí ban đầu đã được Ictíneo II sử dụng vào năm 1864. Động cơ này sử dụng hỗn hợp hóa chất có chứa hợp chất peroxide, tạo ra nhiệt cho động cơ đẩy hơi nước đồng thời giải quyết vấn đề tái tạo oxy trong bình chứa kín cho mục đích thở. Hệ thống này không được sử dụng lại cho đến năm 1940 khi Hải quân Đức thử nghiệm một hệ thống sử dụng các nguyên tắc tương tự, tuabin Walter, trên tàu ngầm thử nghiệm V-80 và sau đó là U-791 của hải quân.
Vào cuối Thế chiến II, người Anh và người Nga đã thử nghiệm động cơ hydro peroxide / dầu hỏa (parafin), có thể được sử dụng cả trên và dưới bề mặt. Kết quả không đủ khích lệ để kỹ thuật này được áp dụng vào thời điểm đó, mặc dù người Nga đã triển khai một lớp tàu ngầm với loại động cơ này được NATO đặt tên là Quebec. Họ bị coi là một thất bại. Ngày nay, một số lực lượng hải quân, đặc biệt là Thụy Điển, sử dụng các tàu đẩy không phụ thuộc vào không khí (AIP), thay thế oxy lỏng cho hydro peroxide.
Nền tảng đẩy và tên lửa hạt nhân
Vụ phóng tên lửa hành trình đầu tiên (SSM-N-8 Regulus) từ tàu ngầm diễn ra vào tháng 7/1953 từ boong tàu USS Tunny, một tàu chiến của hạm đội trong Thế chiến II được sửa đổi để mang tên lửa này với đầu đạn hạt nhân. Tunny và tàu chị em USS Barbero là tàu ngầm tuần tra răn đe hạt nhân đầu tiên của Hoa Kỳ. Chúng được tham gia vào năm 1958 bởi hai tàu ngầm Regulus chuyên dụng, USS Grayback, USS Growler, và sau đó là USS Halibut chạy bằng năng lượng hạt nhân. Để không có mục tiêu nào bị phát hiện, 4 tên lửa Regulus phải có mặt trên biển vào bất kỳ thời điểm nào. Do đó, Barbero và Tunny, mỗi chiếc mang theo 2 tên lửa Regulus, tuần tra đồng thời. Growler và Grayback, với 4 tên lửa, hoặc Halibut, với 5 tên lửa, có thể tuần tra một mình. 5 tàu ngầm này đã thực hiện 40 cuộc tuần tra răn đe chiến lược Regulus từ tháng 10/1959 đến tháng 7/1964. Chúng được thay thế bằng sự ra đời của một hệ thống ưu việt hơn rất nhiều bắt đầu từ năm 1961: tên lửa Polaris phóng từ tàu ngầm tên lửa đạn đạo chạy bằng năng lượng hạt nhân (SSBN). Hải quân Liên Xô phát triển tên lửa đạn đạo phóng từ tàu ngầmđược phóng từ các tàu ngầm thông thường trước Mỹ vài năm, song song với sự phát triển sau đó của Mỹ trong lĩnh vực này.
Vào những năm 1950, năng lượng hạt nhân đã thay thế một phần động cơ diesel-điện. Chuyến ra khơi của tàu ngầm chạy bằng năng lượng hạt nhân đầu tiên, USN Nautilus vào năm 1955, ngay sau đó là các tàu tương tự của Anh, Pháp và Nga. Thiết bị cũng được phát triển để chiết xuất oxy từ nước biển. Hai cải tiến này, cùng với hệ thống định vị quán tính, đã mang lại cho tàu ngầm khả năng duy trì trạng thái chìm trong nước trong nhiều tuần hoặc nhiều tháng, đồng thời cho phép thực hiện các chuyến đi bất khả thi trước đây, chẳng hạn như việc tàu USS Nautilus băng qua Bắc Cực bên dưới chỏm băng Bắc Cực vào năm 1958. Tàu ngầm hải quân được chế tạo từ thời điểm đó ở Hoa Kỳ và Liên Xô và quốc gia kế thừa của nó Liên bang Nga đã được cung cấp bởi các lò phản ứng hạt nhân. Các yếu tố hạn chế trong khả năng chịu đựng dưới nước của các tàu này là nguồn cung cấp thực phẩm và tinh thần của thủy thủ đoàn trong tàu ngầm có không gian hạn chế.
Hải quân Liên Xô đã cố gắng sử dụng một lò phản ứng nhanh làm mát bằng chì rất tiên tiến trên Project 705 “Lira” (lớp Alfa của NATO) bắt đầu từ những năm 1970, nhưng việc bảo trì nó được cho là quá tốn kém và chỉ có 6 tàu ngầm lớp này được hoàn thành. Bằng cách loại bỏ yêu cầu về oxy trong khí quyển, tất cả các tàu ngầm chạy bằng năng lượng hạt nhân có thể lặn dưới nước vô thời hạn miễn là nguồn cung cấp thực phẩm vẫn còn (không khí được tái chế và nước ngọt được chưng cất từ nước biển). Các tàu này luôn có lắp đặt một pin nhỏ và máy phát điện diesel để sử dụng khẩn cấp khi các lò phản ứng phải ngừng hoạt động.
Trong khi độ bền và hiệu suất cao hơn của lò phản ứng hạt nhân có nghĩa là tàu ngầm hạt nhân tốt hơn cho các nhiệm vụ đường dài hoặc bảo vệ lực lượng tác chiến tàu sân bay, thì cả các quốc gia sử dụng và các quốc gia không sử dụng năng lượng hạt nhân đều tiếp tục sản xuất tàu ngầm diesel-điện thông thường, bởi vì chúng có thể được làm cho tàng hình hơn, trừ khi được yêu cầu chạy động cơ diesel để nạp lại pin cho tàu. Những tiến bộ công nghệ trong giảm âm, cách ly và loại bỏ tiếng ồn đã làm xói mòn đáng kể lợi thế này. Mặc dù kém hơn nhiều về tốc độ và tải trọng vũ khí, tàu ngầm thông thường cũng rẻ hơn để chế tạo. Sự ra đời của các tàu đẩy không khí độc lập (AIP) dẫn đến số lượng bán các loại tàu ngầm như vậy tăng lên.
Năm 1958 USN đã thực hiện một loạt các thử nghiệm với USS Albacore. Các cấu hình điều khiển và thân tàu khác nhau đã được thử nghiệm để giảm lực cản và do đó cho phép tốc độ dưới nước và khả năng cơ động cao hơn. Kết quả của những cuộc thử nghiệm này đã được tích hợp vào lớp Skipjack và các tàu ngầm sau này. Từ cùng thời đại là SSBN đầu tiên, USS George Washington.
Gần đây
Tàu ngầm Type 212 của Đức là tàu ngầm sản xuất hàng loạt đầu tiên sử dụng pin nhiên liệu cho động cơ đẩy không phụ thuộc vào không khí. Nó được cung cấp bởi chín tế bào nhiên liệu hydro 34 kilowatt.
Hầu hết các tàu ngầm thương mại hiện đại cỡ nhỏ dự kiến không hoạt động độc lập đều sử dụng pin có thể được sạc lại bằng tàu mẹ sau mỗi lần lặn.
Vào cuối thế kỷ XX, một số tàu ngầm được trang bị động cơ phản lực bơm thay vì chân vịt. Mặc dù những thứ này nặng hơn, đắt hơn và thường kém hiệu quả hơn chân vịt, nhưng chúng yên tĩnh hơn đáng kể, mang lại lợi thế chiến thuật quan trọng.
Một hệ thống đẩy khả thi cho tàu ngầm là hệ thống truyền động từ thủy động lực học, hay “truyền động sâu bướm”, không có bộ phận chuyển động. Nó đã được phổ biến trong phiên bản điện ảnh của Cuộc săn lùng Tháng Mười đỏ, được viết bởi Tom Clancy, mô tả nó như một hệ thống gần như im lặng. (Trong cuốn sách, một dạng động cơ đẩy đã được sử dụng thay vì MHD). Mặc dù một số tàu mặt nước thử nghiệm đã được chế tạo với hệ thống động cơ đẩy này, nhưng tốc độ không cao như mong đợi. Ngoài ra, tiếng ồn do bong bóng tạo ra và cài đặt năng lượng cao hơn mà một lò phản ứng của tàu ngầm cần, có nghĩa là nó khó có thể được xem xét cho bất kỳ mục đích quân sự nào.
Công nghệ liên kết
Cảm biến
Những chiếc tàu ngầm đầu tiên chỉ có một cửa sổ để cung cấp tầm nhìn hỗ trợ điều hướng. Kính tiềm vọng ban đầu được Simon Lake cấp bằng sáng chế vào năm 1893. Kính tiềm vọng hiện đại được phát triển bởi nhà công nghiệp Sir Howard Grubb vào đầu thế kỷ XX và được trang bị cho hầu hết các thiết kế của Hải quân Hoàng gia.
Sonar thụ động đã được giới thiệu trong các tàu ngầm trong Thế chiến I, nhưng sonar chủ động ASDIC đã không được đưa vào sử dụng cho đến thời kỳ giữa các cuộc chiến. Ngày nay, tàu ngầm có thể có nhiều hệ thống sonar khác nhau, từ gắn ở mũi tàu đến hệ thống định vị theo đuôi. Thường có các sonar dưới băng hướng lên trên cũng như máy đo độ sâu.
Những thử nghiệm ban đầu về việc sử dụng âm thanh để “xác định vị trí bằng tiếng vang” dưới nước giống như cách loài dơi sử dụng âm thanh để điều hướng trên không đã bắt đầu vào cuối thế kỷ XIX. Bằng sáng chế đầu tiên cho thiết bị đo tiếng vang dưới nước được nhà khí tượng học người Anh Lewis Fry Richardson đệ trình một tháng sau vụ chìm tàu Titanic. Thế chiến I đã kích thích nghiên cứu trong lĩnh vực này. Người Anh đã sớm sử dụng ống nghe dưới nước, trong khi nhà vật lý người Pháp Paul Langevin nghiên cứu phát triển thiết bị âm thanh chủ động để phát hiện tàu ngầm vào năm 1915 sử dụng thạch anh. Năm 1916, trực thuộc Hội đồng Phát minh và Nghiên cứu Anh, nhà vật lý người Canada Robert William Boyle đã tham gia dự án phát hiện âm thanh chủ động với AB Wood, sản xuất một nguyên mẫu để thử nghiệm vào giữa năm 1917. Công việc này, dành cho Bộ phận Chống tàu ngầm của Bộ Tham mưu Hải quân Anh, được thực hiện trong điều kiện bí mật tối đa và sử dụng các tinh thể áp điện thạch anh để sản xuất thiết bị phát hiện âm thanh hoạt động dưới nước thực tế đầu tiên trên thế giới.
Đến năm 1918, cả Pháp và Anh đều đã chế tạo được các hệ thống chủ động nguyên mẫu. Người Anh đã thử nghiệm ASDIC của họ trên HMS Antrim vào năm 1920 và bắt đầu sản xuất vào năm 1922. Chi hạm đội Khu trục 6 có các tàu được trang bị ASDIC vào năm 1923. Một trường dạy chống tàu ngầm, HMS Osprey, và một đội huấn luyện gồm 4 tàu đã được thành lập trên HMS Antrim của Anh. Isle of Portland vào năm 1924. Bộ Sonar QB của Hoa Kỳ đến vào năm 1931.
Vũ khí và biện pháp đối phó
Những chiếc tàu ngầm ban đầu mang ngư lôi gắn bên ngoài tàu. Các thiết kế sau này đã kết hợp vũ khí vào cấu trúc bên trong của tàu ngầm. Ban đầu, cả ống gắn ở mũi tàu và ống gắn ở đuôi tàu đều được sử dụng, nhưng loại ống này cuối cùng không được ưa chuộng. Ngày nay, chỉ có các cài đặt gắn trên thân được sử dụng. Tàu ngầm hiện đại có khả năng bắn nhiều loại vũ khí từ các ống phóng của nó, bao gồm cả UAV. Tàu ngầm rải mìn đặc biệt cũng được chế tạo. Cho đến khi kết thúc Thế chiến II, người ta thường trang bị súng boong cho tàu ngầm để cho phép chúng đánh chìm tàu mà không lãng phí số lượng ngư lôi hạn chế.
Để hỗ trợ cho việc nhắm mục tiêu vũ khí, các máy tính cơ học đã được sử dụng để cải thiện khả năng kiểm soát hỏa lực của vũ khí trên tàu. Tính toán bắn được xác định theo hướng và tốc độ của mục tiêu thông qua các phép đo góc và phạm vi của nó thông qua kính tiềm vọng. Ngày nay, những tính toán này được thực hiện nhờ máy tính kỹ thuật số với màn hình hiển thị cung cấp thông tin cần thiết về tình trạng ngư lôi và tình trạng tàu.
Tàu ngầm của Đức trong Thế chiến II có lớp phủ cao su và có thể phóng các thiết bị hóa học để làm mồi nhử khi tàu bị tấn công. Những điều này tỏ ra không hiệu quả, vì những người điều khiển sonar đã học cách phân biệt giữa mồi nhử và tàu ngầm. Các tàu ngầm hiện đại có thể phóng nhiều loại thiết bị cho cùng một mục đích.
Sự an toàn
Sau vụ chìm tàu ngầm A1 vào năm 1904, các mắt nâng đã được trang bị cho các tàu ngầm của Anh, và vào năm 1908, khóa khí và mũ thoát hiểm đã được cung cấp. Hải quân Hoàng gia đã thử nghiệm nhiều loại thiết bị thoát hiểm khác nhau, nhưng mãi đến năm 1924, “Thiết bị thoát hiểm dưới nước Davis” mới được phát triển cho các thành viên thủy thủ đoàn. USN đã sử dụng “Momsen Lung” tương tự. Người Pháp sử dụng “bộ máy Joubert” và người Đức sử dụng “bộ máy Draeger”.
Các tàu ngầm cứu hộ để sơ tán thủy thủ đoàn của một tàu ngầm bị nạn đã được phát triển vào những năm 1970. Một phương tiện không người lái của Anh đã được sử dụng để trục vớt thủy thủ đoàn tàu ngầm Nga bị vướng vào năm 2005. Hệ thống Cứu hộ Tàu ngầm mới của NATO được đưa vào sử dụng năm 2007.
Truyền thông và điều hướng
Mạng không dây được sử dụng để cung cấp thông tin liên lạc đến và đi từ các tàu ngầm trong Thế chiến I. Tàu ngầm lớp D là lớp tàu ngầm đầu tiên được trang bị máy phát không dây vào năm 1907. Theo thời gian, loại, phạm vi và băng thông của hệ thống liên lạc đã tăng lên. Với nguy cơ bị đánh chặn, việc truyền tải bằng tàu ngầm được giảm thiểu. Nhiều ăng-ten gắn kính tiềm vọng khác nhau đã được phát triển để cho phép liên lạc mà không cần bề mặt.
Hệ thống định vị tiêu chuẩn cho các tàu ngầm đời đầu là bằng mắt, sử dụng la bàn. La bàn con quay được giới thiệu vào đầu thế kỷ XX và điều hướng quán tính vào những năm 1950. Việc sử dụng định vị vệ tinh chỉ được sử dụng hạn chế đối với tàu ngầm, ngoại trừ ở độ sâu kính tiềm vọng hoặc khi nổi lên.
Quân sự
Tàu ngầm quân sự đầu tiên là Turtle vào năm 1776. Trong Chiến tranh Cách mạng Hoa Kỳ, Turtle (do Thượng sĩ Ezra Lee, Lục quân Lục địa điều hành) đã cố gắng nhưng thất bại trong việc đánh chìm một tàu chiến của Anh, HMS Eagle (soái hạm của quân phong tỏa) tại cảng New York vào 7/ 9/1776. Không có ghi chép nào về bất kỳ cuộc tấn công nào trong nhật ký của các con tàu.
Trong Chiến tranh năm 1812, năm 1814 Silas Halsey chết khi sử dụng tàu ngầm trong một cuộc tấn công bất thành vào một tàu chiến của Anh đóng tại cảng New London.
Nội chiến Hoa Kỳ
Trong Nội chiến Hoa Kỳ, Liên minh là lực lượng đầu tiên trang bị tàu ngầm. Alligator do Pháp thiết kế là tàu ngầm đầu tiên của Hải quân Hoa Kỳ và là tàu đầu tiên có khí nén (để cung cấp không khí) và hệ thống lọc không khí. Đây là chiếc tàu ngầm đầu tiên mang khóa thợ lặn, cho phép thợ lặn gài mìn kích nổ bằng điện lên tàu địch. Ban đầu được cung cấp năng lượng bằng mái chèo, sau 6 tháng, nó đã được chuyển đổi thành chân vịt trục vít chạy bằng tay quay. Với thủy thủ đoàn 20 người, nó lớn hơn các tàu ngầm của quân miền Nam. Alligator dài 14 m và đường kính khoảng 1,2 m. Nó đã bị mất trong một cơn bão ngoài khơi Cape Hatteras vào ngày 1/4/1863 trong khi tháo dỡ và được kéo đến đợt triển khai chiến đấu đầu tiên tại Charleston.
Intelligent Whale được chế tạo bởi Oliver Halstead và được Hải quân Hoa Kỳ thử nghiệm sau Nội chiến Hoa Kỳ và gây ra cái chết của 39 người trong các cuộc thử nghiệm.
Liên minh miền Nam Hoa Kỳ đã triển khai một số tàu ngầm chạy bằng sức người, bao gồm CSS HL Hunley (được đặt tên theo nhà thiết kế và nhà tài chính chính của nó, Horace Lawson Hunley). Chiếc tàu ngầm đầu tiên của Liên minh miền Nam dài 9,1 m Pioneer, đã đánh chìm một tàu lặn mục tiêu bằng cách sử dụng một quả mìn kéo trong các cuộc thử nghiệm trên Hồ Pontchartrain, nhưng nó không được sử dụng trong chiến đấu. Nó bị đánh đắm sau khi New Orleans bị chiếm và được bán để tháo dỡ vào năm 1868. Tàu ngầm Bayou St. John tương tự được bảo quản tại Bảo tàng Bang Louisiana. CSS Hunley được dự định để tấn công các tàu của Liên minh đang phong tỏa các cảng biển của Liên minh. Tàu ngầm có một cột dài với một lượng thuốc nổ ở mũi tàu, được gọi là ngư lôi spar. Tàu ngầm phải tiếp cận tàu địch, gắn thuốc nổ, di chuyển ra xa rồi cho nổ. Nó cực kỳ nguy hiểm khi vận hành và không có nguồn cung cấp không khí nào ngoài những thứ được chứa bên trong ngăn chính. Trong hai lần, chiếc phụ bị chìm; trong lần đầu tiên, một nửa thủy thủ đoàn thiệt mạng, và trong lần thứ hai, toàn bộ thủy thủ đoàn 8 người (bao gồm cả chính Hunley) chết đuối. Ngày 17/2/1864, Hunley đánh chìm USS Housatonic ngoài khơi Cảng Charleston, lần đầu tiên một tàu ngầm đánh chìm thành công một con tàu ngầm khác, mặc dù nó đã chìm trong cuộc giao chiến tương tự ngay sau khi báo hiệu thành công. Tàu ngầm không có tác động lớn đến kết quả của cuộc chiến, nhưng cho thấy tầm quan trọng sắp tới của chúng đối với chiến tranh hải quân và sự quan tâm ngày càng tăng đối với việc sử dụng chúng trong chiến tranh hải quân.
Chiến tranh Nga-Nhật
Vào ngày 14/6/1904, Hải quân Đế quốc Nhật Bản (IJN) đã đặt hàng 5 tàu lặn Holland Type VII, được chế tạo ở Quincy, Massachusetts, tại Fore River Yard và được vận chuyển đến Yokohama, Nhật Bản theo từng phần. Năm cỗ máy đến nơi vào ngày 12/12/1904. Dưới sự giám sát của kiến trúc sư hải quân Arthur L. Busch, những chiếc Hollands nhập khẩu đã được lắp ráp lại và những chiếc tàu lặn đầu tiên đã sẵn sàng cho các hoạt động chiến đấu vào tháng 8/1905, nhưng chiến sự đã gần kết thúc vào ngày đó, và không có tàu ngầm nào hoạt động trong chiến tranh.
Trong khi đó, Hải quân Đế quốc Nga (IRN) đã mua các tàu lặn do Đức chế tạo do nhà máy đóng tàu Germaniawerft ở Kiel chế tạo. Năm 1903, Đức hoàn thành thành công chiếc tàu ngầm chạy bằng động cơ đầy đủ chức năng đầu tiên của mình, Forelle (Trout), Nó được bán cho Nga vào năm 1904 và được vận chuyển qua Đường sắt xuyên Siberia đến khu vực chiến sự trong Chiến tranh Nga-Nhật.
Do hải quân phong tỏa Cảng Arthur, Nga đã gửi những chiếc tàu ngầm còn lại của họ đến Vladivostok, và đến cuối năm 1904, 7 chiếc tàu ngầm đã đóng ở đó. Vào ngày 1/1/1905, IRN đã thành lập hạm đội tàu ngầm hoạt động đầu tiên trên thế giới xung quanh 7 tàu ngầm này. Cuộc tuần tra chiến đấu đầu tiên của hạm đội tàu ngầm IRN mới thành lập diễn ra vào ngày 14/2/1905, do Delfin và Som thực hiện, với mỗi cuộc tuần tra thường kéo dài khoảng 24 giờ. Som tiếp xúc với kẻ thù lần đầu tiên vào ngày 29/4, khi nó bị các tàu phóng lôi của IJN tấn công, chúng đã rút lui ngay sau khi khai hỏa và không gây thương vong hoặc thiệt hại cho cả hai chiến binh. Lần tiếp xúc thứ hai diễn ra vào ngày 1/7/1905 tại eo biển Tartar khi hai tàu phóng lôi của IJN phát hiện tàu ngầm Keta của IRN. Không thể lặn đủ nhanh, Keta không thể có được vị trí bắn thích hợp và cả hai chiến binh đã mất liên lạc.
Thế chiến I
Lần đầu tiên tàu ngầm quân sự có tác động đáng kể đến một cuộc chiến là trong Thế chiến I. Các lực lượng như U-boat của Đức hoạt động chống lại thương mại của Đồng minh (Handelskrieg); khả năng hoạt động như một cỗ máy chiến tranh thực tế của tàu ngầm dựa vào các chiến thuật mới, số lượng của chúng và các công nghệ tàu ngầm như hệ thống động cơ diesel / điện kết hợp đã được phát triển trong những năm trước. Giống như tàu lặn hơn là tàu ngầm ngày nay, tàu ngầm hoạt động chủ yếu trên mặt nước bằng cách sử dụng động cơ tiêu chuẩn, thỉnh thoảng lặn xuống nước để tấn công bằng năng lượng pin. Chúng có mặt cắt ngang gần như hình tam giác, với một ke riêng biệt, để điều khiển lăn khi nổi lên và một cái cung rõ ràng.
Không lâu trước khi Thế chiến I bùng nổ, tàu ngầm đã được sử dụng bởi Regia Marina của Ý trong Chiến tranh Ý-Thổ Nhĩ Kỳ mà không thấy bất kỳ hành động hải quân nào, và bởi Hải quân Hy Lạp trong Chiến tranh Balkan, trong đó đáng chú ý là chiếc Delfin do Pháp chế tạo đã trở thành chiếc đầu tiên như vậy phóng ngư lôi vào tàu địch (mặc dù không thành công).
Khi bắt đầu chiến tranh, Đức có 48 tàu ngầm đang hoạt động hoặc đang được chế tạo, với 29 chiếc đang hoạt động. Chúng bao gồm các tàu thuộc lớp U-19 động cơ diesel với tầm hoạt động 5.000 hl, (9.300 km) và tốc độ 8 hl/g (15 km/h) để hoạt động hiệu quả xung quanh toàn bộ bờ biển Anh. Ban đầu, Đức tuân theo “Quy tắc giải thưởng” quốc tế, yêu cầu thủy thủ đoàn của một con tàu được phép rời đi trước khi đánh chìm con tàu của họ. U-boat đã chứng kiến hành động trong Trận chiến Đại Tây Dương lần thứ nhất.
Sau khi người Anh ra lệnh cho các tàu vận tải đóng vai trò là tàu tuần dương phụ trợ, hải quân Đức đã áp dụng chiến tranh tàu ngầm không hạn chế, thường không đưa ra cảnh báo về một cuộc tấn công. Trong chiến tranh, 360 tàu ngầm đã được chế tạo nhưng 178 chiếc đã bị mất. Phần còn lại đã đầu hàng khi chiến tranh kết thúc. Một chiếc U-boat của Đức đã đánh chìm RMS Lusitania và thường được coi là một trong những lý do khiến Hoa Kỳ tham chiến.
Vào tháng 8/1914, một đội gồm 10 chiếc U-boat khởi hành từ căn cứ của họ ở Heligoland để tấn công các tàu chiến của Hải quân Hoàng gia Anh ở Biển Bắc trong cuộc tuần tra chiến tranh tàu ngầm đầu tiên trong lịch sử. Mục đích của họ là đánh chìm các tàu chủ lực của Hạm đội Grand của Anh, và do đó làm giảm ưu thế về quân số của Hạm đội Grand so với Hạm đội Biển khơi Đức. Phụ thuộc nhiều vào may mắn hơn là chiến lược, cuộc xuất kích đầu tiên đã không thành công. Chỉ có một cuộc tấn công được thực hiện, khi U-15 bắn một quả ngư lôi (trượt) vào HMS Monarch, trong khi 2 trong số 10 chiếc U-boat bị mất. SM U-9 may mắn hơn. Vào ngày 22/9/1914 khi đang tuần tra ở Broad Fourteens, một khu vực phía namNorth Sea, U-9 đã tìm thấy ba tàu tuần dương bọc thép lớp Cressy đã lỗi thời của Anh (HMS Aboukir, Hogue và Cressy), được giao nhiệm vụ ngăn chặn các tàu mặt nước của Đức tiến vào đầu phía đông của eo biển Manche. Chiếc U-9 đã bắn tất cả 6 quả ngư lôi của nó, nạp đạn khi đang lặn, và đánh chìm 3 tàu tuần dương trong vòng chưa đầy một giờ.
Người Anh có 77 tàu ngầm hoạt động vào đầu cuộc chiến, với 15 chiếc đang được chế tạo. Loại chính là lớp E, nhưng một số thiết kế thử nghiệm đã được chế tạo, bao gồm lớp K, vốn nổi tiếng là kém may mắn, và lớp M, có một khẩu súng lớn gắn trên boong. Lớp R là con tàu đầu tiên được thiết kế để tấn công các tàu ngầm khác. Các tàu ngầm của Anh hoạt động ở Baltic, Biển Bắc và Đại Tây Dương, cũng như ở Địa Trung Hải và Biển Đen. Hơn 50 chiếc đã bị mất do nhiều nguyên nhân khác nhau trong chiến tranh.
Pháp có 62 tàu ngầm khi bắt đầu chiến tranh, thuộc 14 lớp khác nhau. Họ hoạt động chủ yếu ở Địa Trung Hải; trong quá trình chiến tranh, 12 chiếc đã bị mất tích. Người Nga bắt đầu cuộc chiến với 58 tàu ngầm đang hoạt động hoặc đang được đóng. Lớp chính là lớp Bars với 24 chiếc thuyền. 24 tàu ngầm đã bị mất trong chiến tranh.
Thế chiến II
Đức
Mặc dù Đức bị cấm sở hữu tàu ngầm trong Hiệp ước Versailles, việc chế tạo được tiến hành bí mật trong những năm 1930. Khi điều này được biết đến, Hiệp định Hải quân Anh-Đức năm 1936 cho phép Đức đạt được sự ngang bằng về tàu ngầm với Anh.
Đức bắt đầu cuộc chiến chỉ với 65 tàu ngầm, với 21 chiếc trên biển khi chiến tranh nổ ra. Đức đã sớm xây dựng hạm đội tàu ngầm lớn nhất trong Thế chiến II. Do Hiệp ước Versailles hạn chế hải quân mặt nước, việc xây dựng lại lực lượng mặt nước của Đức chỉ được bắt đầu một cách nghiêm túc một năm trước khi Thế chiến II bùng nổ. Không còn hy vọng đánh bại Hải quân Hoàng gia Anh vượt trội hơn hẳn trong một trận chiến trên mặt nước, Bộ Tư lệnh Tối cao Đức đã lên kế hoạch chiến đấu với chiến dịch “Guerre de Course” (Chiến tranh thương gia), và ngay lập tức ngừng mọi hoạt động xây dựng các tàu mặt nước chủ lực, cứu lấy con tàu gần hoàn thành. Lớp thiết giáp hạm Bismarcks và 2 tàu tuần dương, đồng thời chuyển nguồn lực sang tàu ngầm, loại tàu có thể được chế tạo nhanh hơn. Mặc dù phải mất gần hết năm 1940 để mở rộng cơ sở sản xuất và bắt đầu sản xuất hàng loạt, hơn một nghìn tàu ngầm đã được chế tạo vào cuối chiến tranh.
Đức đã sử dụng tàu ngầm để gây ra hậu quả tàn khốc trong Thế chiến II trong Trận chiến Đại Tây Dương, cố gắng nhưng cuối cùng không thể cắt đứt các tuyến đường tiếp tế của Anh bằng cách đánh chìm nhiều tàu hơn số tàu mà Anh có thể thay thế. Các tuyến tiếp tế rất quan trọng đối với Anh về thực phẩm và công nghiệp, cũng như vũ khí từ Canada và Hoa Kỳ. Mặc dù U-boat đã được cập nhật trong những năm gần đây, nhưng sự đổi mới chính là cải thiện thông tin liên lạc, được mã hóa bằng máy mật mã Enigma nổi tiếng. Điều này cho phép thực hiện các chiến thuật tấn công hàng loạt hay còn gọi là “bầy sói” (Rudel), nhưng cuối cùng cũng là sự sụp đổ của U-boat.
Sau khi ra khơi, các U-boat chủ yếu hoạt động một mình cố gắng tìm kiếm các đoàn tàu vận tải trong các khu vực do Bộ Tư lệnh chỉ định. Nếu phát hiện thấy một đoàn tàu vận tải, tàu ngầm không tấn công ngay lập tức mà che khuất đoàn tàu vận tải và thông báo bằng điện đài cho Bộ chỉ huy Đức để cho phép các tàu ngầm khác trong khu vực tìm thấy đoàn tàu vận tải. Sau đó, các tàu ngầm được tập hợp thành một lực lượng tấn công lớn hơn và tấn công đoàn tàu vận tải đồng thời, tốt nhất là vào ban đêm khi nổi lên để tránh ASDIC.
Trong vài năm đầu tiên của Thế chiến II, Ubootwaffe (“Lực lượng U-boat”) đã đạt được thành công chưa từng có với những chiến thuật này (“First Happy Time”), nhưng quá ít để có được bất kỳ thành công quyết định nào. Vào mùa xuân năm 1943, việc chế tạo U-boat của Đức đã hoạt động hết công suất, nhưng điều này đã bị vô hiệu hóa do số lượng máy bay và hộ tống đoàn tàu tăng lên, cũng như những tiến bộ kỹ thuật như radar và sonar. Tìm hướng tần số cao (HF/DF, được gọi là Huff-Duff) và Ultra cho phép quân Đồng minh định tuyến các đoàn tàu xung quanh bầy sói khi họ phát hiện ra tín hiệu vô tuyến từ các tàu đi sau. Kết quả thật khủng khiếp: từ tháng 3 đến tháng 7 năm đó, hơn 130 U-boat đã bị mất, 41 chiếc chỉ trong tháng Năm. Đồng thời tổn thất của quân Đồng minh giảm đáng kể, từ 750.000 tấn trong tháng 3 xuống còn 188.000 trong tháng 7. Mặc dù Trận chiến Đại Tây Dương tiếp tục đến ngày cuối cùng của cuộc chiến, nhưng cánh tay U-boat đã không thể ngăn chặn làn sóng nhân sự và vật tư, mở đường cho Chiến dịch Ngọn đuốc, Chiến dịch Husky và cuối cùng là Ngày D. Winston Churchill đã viết “sự nguy hiểm” của U-boat là thứ duy nhất khiến ông có lý do để nghi ngờ về chiến thắng cuối cùng của Đồng minh.
Vào cuối cuộc chiến, gần 3.000 tàu Đồng minh (175 tàu chiến, 2.825 tàu buôn) đã bị đánh chìm bởi U-boat. Trong số 40.000 người đàn trong lực lượng U-boat, 28.000 (70%) đã chết.
Người Đức đã chế tạo một số thiết kế tàu ngầm mới, bao gồm Type XVII, sử dụng hydro peroxide trong tuabin Walther (được đặt tên theo nhà thiết kế của nó, Tiến sĩ Hellmuth Walther) để tạo lực đẩy. Họ cũng sản xuất Type XXII, có một khẩu đội lớn và khả năng xử lý ngư lôi cơ khí.
Ý
Ý có 116 tàu ngầm phục vụ khi bắt đầu chiến tranh, với 24 lớp khác nhau. Chúng hoạt động chủ yếu ở chiến trường Địa Trung Hải. Một số đã được gửi đến một căn cứ tại Bordeaux ở Pháp bị chiếm đóng. Một đội gồm nhiều tàu ngầm cũng hoạt động ngoài cảng Massawa thuộc địa của Eritrea.
Các thiết kế của Ý tỏ ra không phù hợp để sử dụng ở Đại Tây Dương. Tàu ngầm hạng trung của Ý đã được sử dụng trong các cuộc tấn công chống lại tàu bè của Anh gần cảng Gibraltar.
Anh
Lực lượng tàu ngầm của Hải quân Hoàng gia Anh có 70 tàu ngầm hoạt động vào năm 1939. Ba lớp đã được chọn để sản xuất hàng loạt, lớp S đi biển và lớp T đi biển, cũng như lớp U ven biển. Tất cả các lớp này đều được đóng với số lượng lớn trong chiến tranh.
Hạm đội tàu ngầm của Pháp bao gồm hơn 70 tàu (với một số đang được chế tạo) vào đầu chiến tranh. Sau sự sụp đổ của nước Pháp, Hiệp định đình chiến Pháp-Đức yêu cầu tất cả các tàu ngầm Pháp phải quay trở lại các cảng do Đức kiểm soát ở Pháp. Một số tàu ngầm này đã bị lực lượng Anh cưỡng chế thu giữ.
Các chiến trường hoạt động chính của tàu ngầm Anh nằm ngoài khơi bờ biển Na Uy, ở Địa Trung Hải, nơi một đội tàu ngầm đã phá vỡ thành công tuyến đường bổ sung của phe Trục đến Bắc Phi từ căn cứ của họ ở Malta, cũng như ở Biển Bắc. Vì Đức là một cường quốc Lục địa, nên người Anh có rất ít cơ hội để đánh chìm tàu của Đức tại chiến trường Đại Tây Dương này.
Từ năm 1940, các tàu ngầm lớp U đóng quân tại Malta để ngăn chặn nguồn tiếp tế của đối phương tới Bắc Phi. Trong khoảng thời gian ba năm, lực lượng này đã đánh chìm hơn 1 triệu tấn tàu biển và làm suy yếu nghiêm trọng những nỗ lực của Bộ Tư lệnh Tối cao Đức nhằm hỗ trợ đầy đủ cho Tướng Erwin Rommel. Tham mưu trưởng của Rommel, Fritz Bayerlein thừa nhận rằng “Chúng tôi đã có thể chiếm Alexandria và đến được Kênh đào Suez, nếu không có công việc của các tàu ngầm của bạn”. 45 tàu đã bị mất trong chiến dịch này, và năm Thánh giá Victoria đã được trao cho các thủy thủ tàu ngầm phục vụ trong nhà hát này.
Ngoài ra, các tàu ngầm của Anh đã tấn công hàng hải Nhật Bản ở Viễn Đông, trong chiến dịch Thái Bình Dương. Hạm đội phía Đông chịu trách nhiệm về các hoạt động tàu ngầm ở Vịnh Bengal, eo biển Malacca đến tận Singapore và bờ biển phía tây của Sumatra đến Xích đạo. Rất ít tàu chở hàng lớn của Nhật Bản hoạt động trong khu vực này và mục tiêu chính của tàu ngầm Anh là các tàu nhỏ hoạt động ở vùng biển ven bờ. Các tàu ngầm được triển khai để tiến hành trinh sát, ngăn chặn nguồn cung cấp của Nhật Bản đến Miến Điện, và tấn công U-boat hoạt động từ Penang. Lực lượng tàu ngầm của Hạm đội phía Đông tiếp tục mở rộng trong năm 1944, và đến tháng 10/1944 đã đánh chìm 1 tàu tuần dương, 3 tàu ngầm, 6 tàu hải quân nhỏ, tàu buôn 41.000 tấn và gần 100 tàu nhỏ. Trong chiến trường này, trường hợp duy nhất được ghi lại về việc một tàu ngầm đánh chìm một tàu ngầm khác trong khi cả hai đều chìm. HMS Venturer giao chiến với U864 và phi hành đoàn của Venturer đã tính toán thủ công giải pháp bắn thành công nhằm vào mục tiêu cơ động ba chiều bằng cách sử dụng các kỹ thuật đã trở thành cơ sở của hệ thống nhắm mục tiêu máy tính ngư lôi hiện đại.
Đến tháng 3/1945, các tàu của Anh đã giành được quyền kiểm soát eo biển Malacca, ngăn chặn bất kỳ nguồn tiếp tế nào đến lực lượng Nhật Bản ở Miến Điện bằng đường biển. Vào thời điểm này, có rất ít tàu lớn của Nhật Bản trong khu vực và các tàu ngầm chủ yếu hoạt động chống lại các tàu nhỏ mà chúng tấn công bằng súng trên boong. Tàu ngầm HMS Trenchant đã phóng ngư lôi và đánh chìm tàu tuần dương hạng nặng Ashigara ở eo biển Bangka, hạ gục khoảng 1.200 quân Nhật. Ba tàu ngầm của Anh (HMS Stonehenge, Stratagem và Porpoise) đã bị quân Nhật đánh chìm trong chiến tranh.
Nhật Bản
Nhật Bản có hạm đội tàu ngầm đa dạng nhất trong Thế chiến II, bao gồm ngư lôi có người lái (Kaiten), tàu ngầm nhỏ (Ko-hyoteki, Kairyu), tàu ngầm tầm trung, tàu ngầm tiếp tế được chế tạo có mục đích (nhiều chiếc được Quân đội sử dụng), tàu ngầm dài – tàu ngầm hạm đội tầm xa (nhiều trong số đó mang theo máy bay), tàu ngầm có tốc độ lặn cao nhất trong cuộc xung đột (Sentaka I-200), và tàu ngầm có thể chở nhiều máy bay (tàu ngầm lớn nhất Thế chiến II, Sentoku I-400). Những chiếc tàu ngầm này cũng được trang bị ngư lôi tiên tiến nhất trong cuộc xung đột, Type 95 chạy bằng oxy (cái mà nhà sử học Hoa Kỳ Samuel E. Morison thời hậu chiến gọi là “Long Lance”).
Nhìn chung, mặc dù có năng lực kỹ thuật, các tàu ngầm Nhật Bản – đã được đưa vào kế hoạch chiến tranh “Guerre D’ Escadre” (Chiến tranh Hạm đội) của Hải quân Đế quốc, trái ngược với kế hoạch chiến tranh “Guerre De Course” của Đức – tương đối không thành công. Tàu ngầm Nhật Bản chủ yếu được sử dụng trong vai trò tấn công chống lại tàu chiến vốn nhanh, cơ động và phòng thủ tốt so với tàu buôn. Năm 1942, tàu ngầm Nhật Bản đã đánh chìm hai hàng không mẫu hạm, một tàu tuần dương và một số tàu khu trục.và các tàu chiến khác, đồng thời làm hư hại nhiều chiếc khác, trong đó có hai thiết giáp hạm. Họ không thể duy trì những kết quả này sau đó, khi các hạm đội của Đồng minh được tăng cường và được tổ chức tốt hơn. Vào cuối chiến tranh, thay vào đó, tàu ngầm thường được sử dụng để vận chuyển vật tư cho các đơn vị đồn trú trên đảo. Trong chiến tranh, Nhật Bản đã đánh chìm được khoảng 1 triệu tấn tàu buôn (184 tàu), so với 1,5 triệu tấn của Anh (493 tàu), 4,65 triệu tấn của Mỹ (1.079 tàu) và 14,3 triệu tấn của Đức (2.840 tàu).
Các mô hình ban đầu không linh hoạt dưới nước, không thể lặn sâu và thiếu radar. Sau chiến tranh, các đơn vị được trang bị radar trong một số trường hợp đã bị đánh chìm do khả năng phát hiện khí thải của các bộ radar của Hoa Kỳ. Ví dụ, USS Batfish đã đánh chìm 3 tàu ngầm được trang bị như vậy trong khoảng thời gian bốn ngày. Sau chiến tranh, một số tàu ngầm nguyên bản nhất của Nhật Bản đã được gửi đến Hawaii để kiểm tra trong “Operation Road’s End” (I-400, I-401, I-201 và I-203) trước khi bị Hải quân Hoa Kỳ đánh đắm vào năm 1946, khi Liên Xô cũng yêu cầu tiếp cận các tàu ngầm.
Hoa Kỳ
Sau cuộc tấn công vào Trân Châu Cảng, nhiều tàu mặt nước của Hạm đội Thái Bình Dương tiền tuyến của Hải quân Hoa Kỳ đã bị phá hủy hoặc hư hỏng nặng. Các tàu ngầm sống sót sau cuộc tấn công và mang chiến tranh đến cho kẻ thù. Thiếu tàu hỗ trợ, các tàu ngầm được yêu cầu độc lập săn lùng và tiêu diệt tàu và tàu ngầm Nhật Bản. Họ đã làm như vậy rất hiệu quả.
Trong Thế chiến II, lực lượng tàu ngầm là vũ khí chống hạm và chống ngầm hiệu quả nhất trong toàn bộ kho vũ khí của Mỹ. Tàu ngầm, mặc dù chỉ chiếm khoảng 2% Hải quân Hoa Kỳ, nhưng đã tiêu diệt hơn 30% Hải quân Nhật Bản, bao gồm 8 tàu sân bay, 1 thiết giáp hạm và 11 tàu tuần dương. Các tàu ngầm của Hoa Kỳ cũng đã tiêu diệt hơn 60% hạm đội thương mại của Nhật Bản, làm tê liệt khả năng tiếp tế cho các lực lượng quân sự và nỗ lực chiến tranh công nghiệp của Nhật Bản. Các tàu ngầm của quân Đồng minh trong Chiến tranh Thái Bình Dương đã phá hủy nhiều tàu thuyền của Nhật Bản hơn tất cả các loại vũ khí khác cộng lại. Chiến công này được hỗ trợ đáng kể bởi việc Hải quân Đế quốc Nhật Bản không cung cấp đủ lực lượng hộ tống cho hạm đội thương gia của quốc gia.
Trong khi ngư lôi tàu ngầm của Nhật Bản trong cuộc chiến được coi là tốt nhất, thì ngư lôi của Hải quân Hoa Kỳ được coi là tồi tệ nhất. Ví dụ: ngư lôi Mark 14 của Hoa Kỳ thường chạy quá sâu 3,0 m và được gắn đầu nổ Mk VI, với cả tính năng tiếp xúc và ảnh hưởng từ tính, đều không đáng tin cậy. Cơ chế kiểm soát độ sâu bị lỗi của Mark 14 đã được sửa chữa vào tháng 8/1942, nhưng các cuộc thử nghiệm thực địa đối với thiết bị nổ đã không được đặt hàng cho đến giữa năm 1943, khi các cuộc thử nghiệm ở Hawaii và Australia xác nhận các sai sót. Ngoài ra, Mark 14 đôi khi bị chạy vòng tròn, làm chìm ít nhất một tàu ngầm Hoa Kỳ, Tullibee. Ngư lôi Mark 14 hoạt động đầy đủ đã không được đưa vào sử dụng cho đến tháng 9/1943. Ngư lôi Mark 15 được sử dụng bởi các tàu chiến mặt nước của Hoa Kỳ có cùng bộ nổ Mk VI và không được sửa chữa cho đến cuối năm 1943. Một nỗ lực khắc phục sự cố đã dẫn đến một ngư lôi điện, không hoạt động (the Mark 18) đang được đưa vào phục vụ tàu ngầm. Tang đã bị một trong những quả ngư lôi này đánh lạc hướng trong một vòng tròn. Với sự phổ biến của các cuộc chạy vòng tròn, có thể có những tổn thất khác giữa các con thuyền đơn giản là biến mất.
Trong Thế chiến II, 314 tàu ngầm đã phục vụ trong Hải quân Hoa Kỳ, trong đó gần 260 chiếc được triển khai tới Thái Bình Dương. Vào ngày 7/12.1941, 111 chiếc thuyền đã được đưa vào hoạt động và 203 tàu ngầm từ các lớp Gato, Balao và Tench đã được đưa vào hoạt động trong chiến tranh. Trong chiến tranh, 52 tàu ngầm Hoa Kỳ đã bị mất do mọi nguyên nhân, trong đó có 48 chiếc trực tiếp do chiến sự; 3.505 thủy thủ đã thiệt mạng, tỷ lệ thiệt mạng cao nhất trong bất kỳ quân chủng nào của Hoa Kỳ trong Thế chiến II. Tàu ngầm Mỹ đã đánh chìm 1.560 tàu địch, tổng trọng tải 5,3 triệu tấn (55% tổng số bị đánh chìm), trong đó có 8 hàng không mẫu hạm, 1 thiết giáp hạm, 3 tàu tuần dương hạng nặng và hơn 200 tàu chiến khác, đồng thời làm hư hại một số tàu khác bao gồm các thiết giáp hạm Yamato (bị hư hại nặng bởi USS Skate) và Musashi (bị hư hại bởi USS Tunny). Ngoài ra, thương thuyền Nhật Bản mất 16.200 thủy thủ thiệt mạng và 53.400 người bị thương, trong số 122.000 người khi bắt đầu chiến tranh, do tàu ngầm.
Sau chiến tranh
Trong Chiến tranh Lạnh, Hoa Kỳ và Liên Xô duy trì các hạm đội tàu ngầm lớn tham gia vào trò chơi mèo vờn chuột. Điều này tiếp tục ngày hôm nay, trên quy mô giảm nhiều. Liên Xô mất ít nhất 4 tàu ngầm trong giai đoạn này: K-129 bị mất năm 1968 (được CIA tìm cách trục vớt từ đáy đại dương bằng con tàu do Howard Hughes thiết kế có tên là Glomar Explorer), K-8 năm 1970, K-219 năm 1986, và Komsomolets năm 1989. Nhiều tàu ngầm khác của Liên Xô, như K-19 bị hư hỏng nặng do hỏa hoạn hoặc rò rỉ phóng xạ. Hoa Kỳ đã mất 2 tàu ngầm hạt nhân trong thời gian này: USS Thresher và Scorpion. The Thresher đã bị mất do lỗi thiết bị và nguyên nhân chính xác của việc mất Scorpion vẫn chưa được biết.
Vụ chìm tàu PNS Ghazi trong Chiến tranh Ấn Độ-Pakistan năm 1971 là tai nạn tàu ngầm đầu tiên ở khu vực Nam Á.
Vương quốc Anh sử dụng tàu ngầm chạy bằng năng lượng hạt nhân chống lại Argentina trong Chiến tranh Falklands năm 1982. Vụ đánh chìm tàu tuần dương ARA General Belgrano bởi HMS Conqueror là vụ đánh chìm tàu ngầm chạy bằng năng lượng hạt nhân đầu tiên trong chiến tranh. Trong cuộc xung đột này, tàu ngầm thông thường của Argentina ARA Santa Fé đã bị vô hiệu hóa bởi một tên lửa Sea Skua, và ARA San Luis tuyên bố đã thực hiện các cuộc tấn công không thành công vào hạm đội Anh.
Sự cố lớn
Đã có một số vụ chìm do tai nạn, nhưng cũng có một số vụ va chạm giữa các tàu ngầm. Tính đến tháng 8/1914, đã có 68 vụ tai nạn tàu ngầm. Có 23 vụ va chạm, 7 vụ nổ bình ắc quy, 12 vụ nổ xăng và 13 vụ chìm do các lỗ hở trên thân tàu không được đóng lại. HMS Affray bị mất tích ở eo biển Manche vào năm 1951 do gãy cột buồm và USS Thresher vào năm 1963 do hỏng mối hàn ống trong một lần lặn thử nghiệm. Nhiều tình huống khác đã được chứng minh là nguyên nhân có thể xảy ra vụ chìm tàu, đáng chú ý nhất là sự cố pin khiến ngư lôi phát nổ bên trong và việc mất tàu Kursk của Nga vào ngày 12/8/2000 có thể là do một vụ nổ ngư lôi. Một ví dụ về trường hợp thứ hai là sự cố giữa K-276 của Nga và USS Baton Rouge vào tháng 2/1992.
Kể từ năm 2000, đã có 9 sự cố hải quân lớn liên quan đến tàu ngầm. Có ba sự cố tàu ngầm của Nga, trong đó hai sự cố tàu ngầm được đề cập đã bị mất, cùng với ba sự cố tàu ngầm của Hoa Kỳ, một sự cố của Trung Quốc, một sự cố của Canada và một sự cố của Úc. Vào tháng 8/2005, AS-28, một tàu ngầm cứu hộ lớp Priz của Nga, bị mắc kẹt bởi dây cáp và/hoặc lưới ngoài khơi Petropavlovsk, và được cứu khi một ROV của Anh giải thoát họ trong một nỗ lực quốc tế lớn./.
