צוללת

רעיון השימוש במתקנים שונים לתנועה תחת פני המים היה המשך מתבקש מאליו למתקני הצלילה הנייחים, שהופיעו לראשונה בכתבי הרודוטוס, אריסטו ופליניוס הזקן. לדוגמה, במספר חיבורים, ביניהם "הבעיות" (Problemata) של אריסטו, מסופר כי אלכסנדר הגדול (תלמידו של אריסטו) ציווה בשנת 332 לפנה"ס, בזמן המצור על העיר הפיניקית צור (שהיתה אז אי), לבנות מתקן דמוי פעמון, עשוי זכוכית, אשר הורד לקרקעית הים מספינה, במטרה לבדוק את יסודות ביצוריה של העיר. על פי אחת האגדות, היה זה אלכסנדר עצמו שירד לקרקעית הים.

אלכסנדר מוקדון מורד מסירה לקרקעית הים, מתוך כתב יד שהופיע בפלנדריה, 1340 לערך (מתוך מאגר גטי אימג' בנק ישראל)

בשלהי ימי הביניים ובתחילת תקופת הרנסנס הגו מספר מלומדים, ביניהם רוג'ר בייקון, לאונרדו דה וינצ'י ופרנסיס בייקון, רעיונות לבניית כלי שיט תת-מימיים. אולם את התוכניות המעשיות הראשונות לבניית צוללת הגה ב-1578 הבריטי ויליאם בורן (Bourne), פונדקאי ומתמטיקאי חובב ששירת בשעתו כקצין בחיל הים האנגלי. בורן הציע לבנות מתקן דמוי פעמון עשוי קורות עץ ורפידות עור אטימות למים. התוכניות (שמעולם לא הוצאו לפועל) כללו מלחציים ידניים לכיווץ את דפנות המתקן, כדי להקטין את נפחו וכך להביא לשקיעתו.

הראשון שבנה צוללת והפעיל אותה הלכה למעשה היה ההולנדי קורנליס דרבל (Drebbel), מהנדס ואלכימאי חובב, אשר שירת את מלך אנגליה ג'יימס ה-1 בראשית המאה ה-17 כממציא החצר. הצוללת של דרבל הזכירה, בצורתה ובמבנה שלה, את המתקן שהציע בורן, וכללה רפידות עור שנמשחו בשומן כדי להגביר את האטימות, סנפירים גמישים עשויי עור וארבעה משוטים, אשר הניעו את הכלי מעל המים ומתחת פניהם. על פי ההשערה, מוקמו מתחת למושב החותרים שקי עור גדולים, אשר חוברו לצינורות שיצאו מחוץ לצוללת. על מנת להשקיע את הצוללת היו מתירים את חבל ההידוק של שקי העור, והמים מילאו את השקים והשקיעו את הספינה. כאשר רצו יושבי הצוללת לצוף, הם לחצו על שקי העור ודחפו את המים החוצה. שקי העור היו גרסה פרימיטיבית של מכלי הזבוֹרית (נֵטֶל) המותקנים גם בצוללות של ימינו. כמו כן, ייתכן שחרטום הצוללת היה נטוי כלפי מטה וסייע להשקעתה בזמן תנועה.

דרבל בנה עוד מספר צוללות דומות לזו. הגדולה בהן צוידה בשישה משוטים וכנראה חוזקה בקורות מתכת, והיה בה מקום ל-16 נוסעים. על פי עדויות מאותה התקופה, הצוללת שטה בעומק של כ-5 מטרים בנהר תיימז מווסטמיניסטר לגריניץ', מרחק של מספר קילומטרים. מפעילי הצוללת שהו בכלי כשלוש שעות, ונשמו אוויר דרך צינורות שבצבצו מעל פני המים (שנורקל, הקיים אף הוא בצוללות של ימינו). באחת ההפלגות, ב-1620, צפו אלפי אנגלים, ביניהם המלך ג'יימס ה-1, שאולי אף הצטרף לסיור קצר מתחת למים. למרות הצלחת הניסויים, הכלי היה אטי ומגושם, והצי האנגלי לא גילה עניין ברכישתו.

ב-1653 תכנן צרפתי בשם לה סון (Le Son) צוללת עץ אשר הונעה על ידי קפיץ גדול שחובר למעין מֵשׁוֹטָה (paddle wheel, גלגל כפות). הצוללת, "ספינת רוטרדם", היתה כנראה כלי השיט התת-מימי הראשון שנועד למטרות מלחמה - בקצה הצוללת הותקן כלי דומה לאיל מגח, שנועד לנגח ולחורר את דופנותיהן של ספינות אויב. ככל הידוע, הפלגת הבכורה של הצוללת נכשלה.

הצוללת המבצעית הראשונה שנועדה לצרכי מלחמה נבנתה על ידי סטודנט אמריקאי צעיר בשם דייוויד בושנל (Bushnell). הצוללת, שכונתה "צב הים" בשל צורתה, היתה עשויה עץ וצוידה בשני מדחפים, אחד אנכי ואחד אופקי, שנשלטו על ידי שתי ארכובּות (ידיות כפופות המשמשות להמרת תנועה קווית לתנועה סיבובית). הצלילה התבצעה על ידי הצפת חלקה התחתון של הצוללת במים עד לברכי האדם היחיד שהפעיל אותה, ואילו הציפה התבצעה על ידי הוצאת המים מהכלי על ידי משאבה ידנית. הצוללת הקטנה, שנבנתה במהלך מלחמת העצמאות האמריקנית, נועדה לשאת מוקש במשקל של כ-70 ק"ג, שיוצמד לדופן ספינת האויב בעזרת ברגים. ב-6 בספטמבר 1776 התגנבה "צב הים" בהצלחה אל מתחת לספינת מלחמה בריטית, אולם ניסיונה לקדוח בדופן נכשל בשל ציפוי הנחושת של הספינה, והמוקש צף והתפוצץ רחוק ממנה. הצוללת נאלצה לעלות אל פני המים, מכיוון שכמות החמצן בה הספיקה לחצי שעה בלבד, אך למרות שנתגלתה, הצליחה להימלט. שני ניסיונות נוספים להטביע ספינות בריטיות בדרך זו נכשלו גם הם. ניסיון כושל אחרון להטביע ספינה בריטית על-ידי צוללת מדגם "צב הים" נערך בתקופת מלחמת 1812 בין ארה"ב ובריטניה.

ב-1797 הציג הממציא האמריקאי רוברט פולטון בפני ממשלת צרפת תוכניות לבניית צוללת אשר תוכל להטביע ספינות מלחמה, אולם בקשתו למימון נדחתה. ב-1800, לאחר שהשתדל שוב וזכה למימון חלקי מהממשלה, בנה צוללת וקרא לה נאוטילוס (Nautilus; על שם הרכיכה נווט, שזה שמה המדעי). הסופר ז'יל ורן, שידע על כך, נתן שם זה לצוללת המככבת בספרו הקלאסי מ-1870, "80,000 מיל מתחת למים".

מבנה הצוללת של פולטון - גליל מאורך בעל חרטום מחודד - ואחדים ממרכיביה (בין היתר שיטת היגוי הספינה) דמו במידה מסוימת לצוללות מודרניות. צלעות הצוללת היו עשויות מקורות ברזל שנעטפו ביריעות נחושת, אורכה היה כ-7 מטרים, והיה בה מקום לשני אנשים. פתח הסיפון של הצוללת שימש גם כמגדל תצפית, וכלל פריסקופ פרימיטיבי. הצוללת צוידה גם בצינורות דקים ששימשו כשנורקלים. לאחר מכן הוסיף פולטון גם מכלים של אוויר דחוס. הצלילה התבצעה בעזרת מכלי זבורית: פתיחת שסתום הכניסה מים ועזרה לצוללת לשקוע; פליטת המים מהמכלים, בעזרת אוויר דחוס, עזרה לצוללת לצוף. לצוללת היה מדחף קטן שהונע באמצעות ארכובה ידנית, ובעזרתו הגיעה למהירות של כ-2 קשרים (4 קמ"ש) מתחת למים. בנוסף צוידה הצוללת במפרש ובתורן מתקפל, שהגדילו את מהירות הספינה בשיוט מעל המים.

נאוטילוס צללה עד לעומק של כ-8 מטרים, והגיעה לזמן שהייה מרבי של כ-3 שעות מתחת למים. היא ביצעה מספר צלילות מוצלחות, ואף הטביעה ספינת מטרה שעגנה בנמל. בספטמבר 1801, בתקופת מלחמות נפוליאון, חצתה נאוטילוס, עם פולטון על סיפונה, את תעלת לה מנש (מרחק של כ-100 ק"מ, שאותו עשתה בחמישה ימים). כשהגיע פולטון לחופי אנגליה, נתקל בספינות אנגליות שלכדו אותו בקלות, בגלל מהירותה הנמוכה של הצוללת.

כישלון הפעולה שכנע את ראשי הצי הצרפתי כי לכלי מעין זה אין עתיד. שליט צרפת נפוליאון, שתמך בדרך כלל בהמצאות ששירתו את צבאו, הביע אמנם עניין בצוללת, אולם לאחר שנוכח במגבלותיה הפסיק את המימון ואת התמיכה בפרויקט, וקבע כי לעולם לא יהיו לצוללת שימושים צבאיים... פולטון ניסה למכור את תוכניותיו לצי האנגלי, ואף הטביע ספינת מטרה כהדגמה, אך הצעתו נדחתה גם כאן, למרות תמיכתו של ראש ממשלת בריטניה ויליאם פיט. ראשי הצי הבריטי טענו כי הצוללת היא כלי לא-מוסרי, העלול בעתיד לסכן את ההגמוניה הבריטית בימים. מדיניות זו, אשר שללה שימוש בצוללות כאמצעי לחימה לא-ג'נטלמני, נמשכה עד לסופה של המאה ה-19, בבריטניה ובציי מדינות נוספות.

פולטון הגה תוכנית נוספת, לבניית צוללת ענקית שיהיה בה מקום לעשרות אנשים ותונע על ידי מנוע קיטור, אשר יפתור את בעיית המהירות הנמוכה של הספינה, אך הוא הלך לעולמו לפני שהספיק להוציאה לפועל. פולטון גם ערך ניסויים בתכנון ובייצור מוקש ימי, שאותו כינה אותו "טורפדו". כיום הוא זכור בעיקר כבונה ספינת הקיטור המצליחה הראשונה.

הניסיונות לשפר את ביצועי הצוללת נמשכו במהלך המחצית הראשונה של המאה ה-19, אך ללא התקדמות משמעותית. אחת הצוללות שהתפרסמו באותה תקופה נבנתה ב-1850 על ידי הממציא הגרמני וילהלם באואר (Bauer) וזכתה לשם "המלח הצולל" (Brandtaucher) . צוללת הברזל הקטנה (8 מטרים אורכה), אשר הונעה ידנית, נטלה חלק בניסיון לשבור את המצור שהטיל הצי הדני על עיר נמל גרמנית ב-1851, אך נתקעה בבוץ בעומק של כ-20 מטר. בשל לחץ המים לא יכלו שלושת אנשי הצוות, וביניהם באואר עצמו, לפתוח את פתח היציאה, ונאלצו להמתין עד אשר נכנסה לצוללת כמות מים מספקת להשוואת הלחץ בין חלל הצוללת ללחץ המים סביבה. לאחר כשש שעות נחלצו השלושה מהצוללת והפתיעו את קרוביהם, שכבר החלו להספידם.

כמה שנים לאחר מכן בנה באואר מספר צוללות גדולות יותר, שנמכרו לצבא רוסיה וביצעו עשרות צלילות מוצלחות. צוללות אלו, שיכולתן הצבאית היתה מוגבלת (בדומה לשאר הצוללות), לא השתתפו במלחמת קרים (1853 - 1856), אך אחת מהן לקחה חלק בהכתרת הצאר אלכסנדר ה-2 - בשעת הטקס בקעו צלילי ההמנון הרוסי מהצוללת שנמצאה תחת מימי הנמל.

במלחמת האזרחים האמריקנית (1861 – 1865) עשו מדינות הדרום מספר ניסיונות לפרוץ את המצור שהטיל צי הצפון על נמליהן. הוראס הנלי (Hunley), עורך דין וממציא דרומי, בנה במהלך המלחמה כמה צוללות ברזל. גוף הצוללות שלו היה במקורו דוד חימום. הצוללת האחרונה שבנה, אשר כונתה "הנלי" על שם ממציאה, היתה באורך 12 מטרים ובתוכה הצטופפו 9 אנשים: אחד היה אחראי על ההיגוי, והשאר הפעילו ארכובה שחוברה למדחף. הנלי, שפיתחה מהירות של 4 קשרים, חומשה במוקש ימי במשקל 40 ק"ג שנגרר על ידי כבל שאורכו כ-60 מטר - המוקש נועד להתנגש ולהתפוצץ בדופן ספינת האויב לאחר שהצוללת עברה מתחתיה. בנוסף צוידה הצוללת בחימוש המקובל בצוללות של אותן שנים - מוקש אשר חובר למוט ארוך שהזדקר מירכתי הכלי. הנלי נודעה בכינוי "ארון המתים הנודד", משום שבמהלך אימונים טבעה (ונמשתה) שלוש פעמים, ולקחה איתה למצולות מספר אנשי צוות, ביניהם הנלי, ממציאה.

ב-17 בפברואר 1864 השמידה הנלי את הספינה האוסטוניק (Housatonic) של צבא הצפון, והיתה לצוללת הראשונה שהשמידה ספינת אויב בזמן מלחמה. בסיום הפעולה הספיקו אנשי הצוות לאותת לחוף כי המשימה בוצעה, אולם מסיבה שמעולם לא הובררה, טבעה הצוללת מספר דקות לאחר מכן (בשנת 2000 נמשתה הצוללת, ושרידי גופותיהם של אנשי הצוות הובאו לקבורה).

"הנלי", תרשים (מתוך מאגר גטי אימג' בנק ישראל)

עם תחילת השימוש בברזל לבניית צוללות, במחצית השנייה של המאה ה-19, יכלו הצוללות לעמוד בלחץ מים גבוה יותר, ולפיכך לצלול עמוק יותר, אולם מנועים מכניים יעילים, אשר החליפו את כוח האדם, פותחו רק בשלהי אותה מאה.

ב-1863 נבנתה בצרפת צוללת באורך 40 מטר, בעלת מנוע קטן שהונע על ידי מכלי אוויר דחוס. הצוללת, שכונתה "הצולל" (Le Plongeur), היתה חסרת יציבות בשיוט מתחת למים, וחמור מזה, הדגישה את חסרונה הגדול של הנעה באוויר דחוס - טווח פעולה קצר, של כמה עשרות קילומטרים בלבד.

ב-1879 פיתח כומר אנגלי בשם ג'ורג' גרט (Garrett) צוללת שהונעה בכוח הקיטור; דוד הקיטור שהותקן בצוללת פעל בעת שהיא שייטה מעל פני המים, והלחץ שנצבר בו אפשר לה לפתח מהירות של כ-3 קשרים למשך 4 שעות צלילה. שותפו של גרט, השבדי טורסטן נורדנפלט (Nordenfelt), שיפר ב-1885 את הצוללת של עמיתו כשהוסיף לה מדחף אנכי, שהגביר את מהירות הצלילה, וכן טורפדו שנחשב לטורפדו המבצעי הראשון. אורך הצוללת של נורדנפלט היה כ-20 מטרים, והיא צללה עד לעומק של 15 מטרים.

עד סוף המאה ה-19 נבנו לא מעט צוללות שהונעו בכוח הקיטור, ואולם לשיטה זו היו חסרונות רבים: על מנת ליצור לחץ קיטור מספיק, היה צריך להסיק את הדוודים למשך שעות, ובמשך הזמן הזה נמצאה הצוללת על פני המים, והיתה פגיעה משום כך. הלחץ שנצבר הספיק למשך שיט קצר למדי תחת פני המים, ובנוסף, למרות כיבוי הדוודים בעת שהצוללת ירדה מתחת למים, החום ששרר בצוללת היה בלתי נסבל.

אחת מצוללות הקיטור שבנה נורדנפלט מניפה דגל עות'מאני, 1866 (צילום: גטי אימג' בנק ישראל)

הצרפתי קלוד גוּבֶּה (Goubet) בנה את הצוללת הראשונה שצוידה במנוע חשמלי, 5 מטר אורכה, ב-1885. שלוש שנים אחר כך בנה הצרפתי גיסטב זדה (Zédé) את הצוללת "ז'ימנוט" (Gymnote), שהונעה אף היא בכוח חשמל. הצוללת צוידה בשני צינורות טורפדו ופיתחה מהירות של 8 קשרים לערך, אך למרות כושר התמרון המשופר, היתה לא-יציבה, וסבלה מחיסרון שאפיין צוללות חשמליות אחרות באותה תקופה, כגון זו שפיתחו ב-1866 האחים אש (Ash) האנגלים, שזכתה אף היא לשם נאוטילוס - טווח פעולה קטן מ-100 ק"מ. למרות זאת נחשבה ז'ימנוט להצלחה, והיתה אב טיפוס למספר צוללות שבעזרתן קיוו הצרפתים לערער את ההגמוניה של הצי הבריטי בימים.

העשור האחרון של המאה ה-19 והעשור הראשון של המאה ה-20 הביאו עימם פיתוחים טכנולוגיים שתרמו לייעול הצוללת. רבים מפיתוחים אלה הופיעו בצוללות שפיתחו האמריקאים ג'ון הולנד (Holland) וסיימון לייק (Lake), הנחשבים כיום לאבות הצוללת המודרנית.

הולנד פיתח ב-1897 צוללת שצוידה במנוע בנזין, אשר העניק לה טווח פעולה הרבה יותר גדול. בשיוט על פני המים ביצע מנוע הבנזין תפקיד כפול - הנעת המדחף, והפעלת גנרטור שהטעין מצברים להפעלת המנוע החשמלי. מתחת למים כובה מנוע הבנזין, הצורך אוויר, והמנוע החשמלי נכנס לפעולה. אורכה של הצוללת שלו, "הולנד", היה 16 מטר, משקלה 74 טונות, ומהירותה - 7 קשרים מעל המים. הצוללת נשאה שלושה טורפדות, ששוגרו מצינור טורפדו בחרטום, ושני תותחים קלים. "הולנד" הופעלה על ידי 9 אנשי צוות ונחשבה לדגם מוצלח, בין היתר בשל טווח פעולה של כמעט 3,000 ק"מ, זמן שהייה של כ-12 שעות מתחת למים (במהירות של 6 קשרים), וכושר תמרון טוב, שהושג בעזרת הגאים יעילים.

צוללת אמריקנית מדגם "הולנד", 1899

לייק, מתחרהו של הולנד, בנה ב-1897 את "ארגונוט 1" (Argonaut I). צוללת זו, שהונעה אף היא על ידי מנוע בנזין ומנוע חשמלי, היתה הראשונה שהפגינה יכולת לשייט זמן רב בים פתוח וסוער (עד לאותה תקופה שטו הצוללות בעיקר בקרבת חופים, במפרצים מוגנים ובנהרות). ארגונוט 1 נועדה בעיקר לצורכי מחקר, וצוידה במעין גלגלים שאפשרו לה לנוע על קרקעית הים, ובתא מִנעָל שבו ניתן היה לאזן את הלחץ השורר בצוללת עם לחץ המים מחוצה לה, ולאפשר יציאת צוללנים דרכו. לייק פתר את בעיית הראות של צוללת המשייטת מתחת למים - באחד מדגמי ארגונוט הותקן הפריסקופ המודרני היעיל הראשון. עד לאותה תקופה היה הצוללות לעלות אל פני המים על מנת לסקור את סביבתן, לזהות מטרות וכדומה.

ההתקדמות המשמעותית ביותר בבניית צוללות באותה תקופה היתה התקנת מנוע דיזל, שהיה פחות רעיל ונפיץ ממנוע בנזין (או ממנוע נפט), ואף זול וחסכוני . צוללות המצוידות במנועי דיזל-חשמל הושקו לראשונה ב-1905, ובהדרגה דחקו את רגליהן של שאר צורות ההנעה של צוללות בציי רוב המדינות. פיתוח חשוב נוסף באותן שנים, הקיים גם כיום בצוללות, יושם לראשונה בצוללת הצרפתית נרבל (Narval) - דופן כפול, בעל מרווח אשר בו מוקמו מכלי הזבורית.

אולם כעבור מספר חודשים, על רקע המצור הימי ההדוק שהטיל הצי הבריטי על נמלי גרמניה, החלו הצוללות הגרמניות לתקוף ספינות ללא הבחנה. ב-7 במאי 1915 הטביעה צוללת גרמנית את ספינת הנוסעים הבריטית לוזיטניה (Lusitania), שעל סיפונה היו אזרחים אמריקאים רבים. ארה"ב הגישה מחאה חריפה לגרמניה, ובשל החשש שארצות הברית תצטרף למלחמה, הגבילו שוב הגרמנים את פעילות הצוללות והטילו איסור על פגיעה בספינות נוסעים ובספינות נייטרליות.

פגיעת הטורפדו בלוזיטניה. משמאל למעלה: אדמירל אלפרד פון טירפיץ, מפקד חיל הים הגרמני (צילום: גטי אימג' בנק ישראל)

לאחר ניסיונותיו הכושלים של הצי הגרמני להסיר את המצור הימי, במיוחד אחרי הקרב הימי ליד חצי האי יוטלנד (מאי-יוני 1916) שנסתיים ללא הכרעה, אך למעשה העניק ניצחון אסטרטגי לבריטים, שוכנע לבסוף הפיקוד העליון הגרמני שעליו להשתית את האסטרטגיה הימית שלו על לוחמת צוללות.

בסופו של חודש ינואר 1917 בוטלו סופית כל ההגבלות על פעילות הצוללות של גרמניה, והוכרזה מלחמת צוללות בלתי מוגבלת. אם בתחילת המלחמה נגרמו רק אבידות מעטות למדינות ההסכמה (הצי הבריטי העביר את חיל המשלוח לאירופה בלי הפרעה כמעט), ככל שעברו החודשים ומספר הצוללות הגרמניות גדל, כשם שגדלה תוקפנותן, עלו אבידותיהם של ציי מדינות ההסכמה. סיבות נוספות לאבידות העצומות של מדינות ההסכמה היו פיתוחם ושכלולם של כלי הנשק שבהם חומשו הצוללות: טורפדות יעילים הרבה יותר, מוקשים ימיים (צוללת יכלה לשאת עד 50 מוקשים) שהונחו בנמלי האויב ובנתיבי שיט, ותותחים בקוטר של עד 150 מ"מ שהותקנו על סיפון הצוללת.

בשל האבידות הכבדות שספגו, פיתחו מדינות ההסכמה מספר טקטיקות ואמצעים להתגוננות מפני איום הצוללות: ארגון שיירות של ספינות סוחר מלוות בספינות מלחמה - הצוללות הגרמניות פעלו בעיקר ביחידוּת, בשל קשיי הקשר, והתקשו לתקוף שיירות גדולות ומוגנות. ספינות הליווי הטילו מטעני עומק שהתפוצצו בעומק קבוע מראש, ופגעו בתותחיהן בצוללות שעלו אל פני המים. מלבד זאת פיזרו מעצמות ההסכמה עשרות אלפי מוקשים והניחו רשתות פלדה שכמעט אטמו לחלוטין את תעלת לה מנש, ואילצו את הגרמנים להתמקד בתקיפות באוקיינוס האטלנטי הפתוח. הידרופונים - מתקני האזנה תת ימיים - קלטו את רעש מנועי הצוללות ועזרו לגלות את כיוונן ומרחקן. נעשה גם שימוש בספינות דמה, או בספינות ממולאות בשעם שלא  ניתנו להטבעה, ובצבעי הסוואה שעזרו לספינות לחמוק מעיני הגרמנים - בעיקר הצבע האפרפר המכסה גם כיום את מרבית ספינות המלחמה.

לוחמת הנגד-צוללות של מדינות ההסכמה הורידה בהדרגה את מספר האוניות שהצליחו הגרמנים להטביע, והמאמץ הגרמני להכריע את המלחמה בעזרת מלחמת הצוללות נכשל, ואף תרם בעקיפין לתבוסת מעצמות המרכז במלחמה - אחת הסיבות החשובות להצטרפות ארה"ב למלחמה, שהכריעה את הכף, היתה פגיעת הצוללות הגרמניות בספינות סוחר ובספינות נוסעים אמריקניות.

בסך הכול איבדו הגרמנים במהלך המלחמה כ-200 צוללות, מתוך כמעט 400 שיוצרו, אך על כל צוללת גרמנית שטובעה איבדו מדינות ההסכמה בערך 30 ספינות. ההצלחה העצומה של לוחמת הצוללות הגרמניות, אשר שינתה לחלוטין את תורת המלחמה הימית וגרעה מחשיבותן של ספינות השטח הגדולות, הניעה את מדינות ההסכמה לאסור על גרמניה המנוצחת לבנות צוללות, במסגרת הסכם ורסיי, וכן להפנות תקציבים גדולים לפיתוח צוללות לצייהן שלהן ולבנייתן.

צוללת גרמנית מפגיזה ספינת סוחר, 1915 (צילום: גטי אימג' בנק ישראל)

ערב מלחמת העולם השנייה עמדו לרשות צבאות המדינות הלוחמות צוללות בעלות ביצועים טובים יותר מאשר במלחמה הקודמת, הודות לחימוש קטלני יותר, שכלל טורפדו בעל מנוע חשמלי וטורפדו אקוסטי (המתביית על רעש הספינה בעזרת סונר המותקן בראשו), ולשימוש בסונרים ובאמצעי קשר יעילים יותר. עם זאת, מספר הצוללות היה קטן למדי בתחילת המלחמה (לגרמנים, למשל, היו פחות מ-60 צוללות) ומספר התקלות בהן היה גדול - בין היתר, טורפדות לקויים שהתפוצצו לפני הפגיעה במטרה, או לא התפוצצו כלל.

אזור הלחימה העיקרי של הצוללות בזמן מלחמת העולם השנייה היה צפון האוקיינוס האטלנטי, שבו עברו נתיבי השיט של בעלות הברית, אך הצוללות פעלו גם בימים אחרים, ולמעשה התפרסו על פני הגלובוס כולו. הצוללות של המדינות השונות נעזרו בבסיסים במושבותיהן, וכן בצוללות תדלוק (ששימשו כמעין בסיסי דלק ניידים) על מנת להתחמש ולתדלק. הגרמנים היו הראשונים שהתגברו על הליקויים הטכניים, והגבירו מאוד את קצב ייצור הצוללות (ב-1941 כבר עמדה מצבת הצוללות המבצעיות הגרמניות על למעלה מ-250). בשנתיים הראשונות למלחמה פעלו הצוללות הגרמניות בעיקר ביחידוּת, ובכל זאת הסבו נזקים כבדים לספינות הסוחר של בעלות הברית, בעיקר לספינות אספקה שנעו מארה"ב לאירופה דרך צפון האוקיינוס האטלנטי, וכן הטביעו כמה מספינות המערכה של הצי הבריטי. בכמה מקרים הזדנבו צוללות בודדות במשך ימים אחרי שיירה חסרת אונים והטביעו ספינות אספקה רבות - לעתים אף 20 ויותר - מבלי להיפגע. אם בשנים הראשונות למלחמת העולם הראשונה אפשרו לעתים אנשי הצוללות לצוותי הספינות להינצל, כבר בנובמבר 1939 אסר הפיקוד הגרמני על אנשי הצוללות לדאוג לניצולים.

אחד מדגמי הצוללות הגרמנים הנפוצים היה U סימן VII - אורך: 67 מטר, תפוסה: 770 טון, מהירות מעל המים בעזרת מנוע דיזל: 17 קשר, מהירות מתחת למים בעזרת מנוע חשמלי: 8 קשרים, חימוש: 4 צינורות טורפדו קדמיים ואחד אחורי, 14 טורפדות או 14 מוקשים, תותח 90 מ"מ ונשק נ"מ, טווח פעולה: 12,000 ק"מ, צוות: 45 איש.

באביב 1941 שיפרו בעלות הברית את ההגנה על שיירות האספקה, והצוללות הגרמניות נאלצו לשנות את דרכי פעולתן - תקיפה בו-זמנית על-ידי מספר צוללות, שכונו "להקות זאבים". הטקטיקה היתה פשוטה, אך יעילה: מספר רב של צוללות התפרסו לאורך נתיבי השיט של השיירות, וכאשר הבחינה אחת הצוללות בשיירה, היא אותתה ברדיו לחברותיה. הצוללות התאספו וטרפדו את השיירה שוב ושוב, תוך שהן דואגות להפריד את ספינות הסוחר חסרות המגן מספינות הליווי החמושות. כמה שיירות איבדו מעל 70% מספינותיהן. ברוב המקרים ירו הצוללות את הטורפדות מעל פני המים, או בעומק פריסקופי (עד 20 מטרים לערך), ולאחר הירי צללו במהירות וחמקו מספינות המלחמה שניסו ליירטן.

מוגזם יהיה לומר כי הפיקוד הגרמני התכוון להביס את ציי בעלות הברית ולשלוט בימים בעזרת כוח הצוללות. פעילות הצוללות הגרמניות היתה מעין לוחמת גרילה ימית - הפעלת כוחות קטנים לתקיפה מהירה בנקודות תורפה, ומנוסה מהירה למעמקי האוקיינוסים העצומים - אשר נועדה לפגוע בכלכלת בעלות הברית ולהוריד את מורל אזרחיהן ולוחמיהן. עם זאת, ב-1942, בעיצומו של "הקרב על האטלנטי", איבדו בעלות הברית ספינות אספקה רבות והכלכלה הבריטית כמעט וקרסה בשל כך.

בתחילת 1943 היתה ההצלחה הגרמנית בשיאה והאוקיינוס האטלנטי שרץ צוללות גרמניות (מעל 200), אולם בתוך זמן קצר עברה הלוחמה נגד צוללות מהפכה שהטתה את הכף: יושמו טקטיקות הגנה יעילות בפני "להקות הזאבים" וטקטיקות התקפה נגדן; לליווי השיירות נוספו מפציצים ארוכי טווח שכיסו את כל אזורי האוקיינוס ולא הותירו "כיסים" ללא הגנה במרכזו, שבהם יכלו צוללות לפעול ללא הפרעה; פותחו מטוסי סיור ותקיפה ייעודיים בעלי טווח ארוך שהמריאו מנושאות מטוסים וצוידו במכשור אלקטרוני או בפנסי ענק שהקלו על זיהוי צוללות בלילות; שוכללו הסונרים בספינות והותקנו מכ"מים מדויקים יותר, שיכלו לזהות פריסקופ מבצבץ מעל המים ממרחקים גדולים; נוסף חימוש משופר - למשל משגרים שירו מספינות מספר רב של מטעני עומק בפיזור רחב; ובנוסף, ולא פחות חשוב, עלה בידי בעלות הברית לפצח את מכונת הצופן של הצבא הגרמני, "אניגמה", וכך הצליחו לעקוב אחר התקשורת בין הצוללות הגרמניות לבין עצמן ובינן לבין מפקדת חיל הים הגרמני.

באפריל ובמאי 1943 איבדו הגרמנים כרבע מכוח הצוללות המבצעי שלהם, ובנוסף החל כושר ייצור הצוללות של גרמניה להיפגע, בשל הפצצות מסיביות על המספנות. מפקד חיל הים הגרמני, אדמירל קרל דניץ (שהיה בעבר מפקד כוח הצוללות), הודה בתבוסה והורה לצוללות לחדול מפעילותן הקודמת ולתקוף מטרות בודדות בלבד. עד לסוף 1945 הפליגו לאירופה אלפי ספינות עמוסות באספקה ללא אבידות כמעט, לעומת עשרות צוללות גרמניות שטובעו על ידי בעלות הברית. במיוחד, במבצע "אוברלורד" חצו את תעלת לה מנש כעשרת אלפים ספינות של בעלות הברית, מכל הסוגים, בדרכן אל חופי הנחיתה בנורמנדי. אף לא אחת מהן טובעה על ידי צוללת גרמנית.

בסך הכול הטביעו הצוללות הגרמניות במהלך מלחמת העולם השנייה למעלה מ-2,800 ספינות, בתפוסה כוללת של כ-15 מיליון טון, שהן 70% מכלל הספינות שהוטבעו על ידי גרמניה במלחמה. במהלך המלחמה נבנו 1,162 צוללות גרמניות, ומתוכן הושמדו 821 צוללות (433 על ידי מטוסים, 252 על ידי ספינות, והשאר נפגעו מהפצצות אוויריות על הנמלים, ממוקשים או בתאונות). מתוך כ-40,000 מלחים ששירתו בצוללות הגרמניות, ירדו למצולות כ-30,000 איש, רובם באוקיינוס האטלנטי.

לוחמת צוללות לא מילאה תפקיד בשלביה הראשונים של המלחמה באוקיינוס השקט, כאשר השתלטה יפן על דרום-מזרח אסיה ועל איי האוקיינוס. היא החלה, למעשה, בחודשים הראשונים לאחר ההתקפה על פרל הרבור וכניסת ארה"ב למלחמה (דצמבר 1941). בתקופה זו היוו הצוללות האמריקניות, לצד נושאות המטוסים, את רוב הכוח הימי הלוחם של ארה"ב באוקיינוס השקט. שניים מדגמי הצוללות העיקריים של ארה"ב, בעלי ביצועים דומים, היו "גטו" (Gato) ו"בלאו" (Balao), שנחשבו יעילים ומתאימים במיוחד לטווחים הגדולים של האוקיינוס השקט: אורך כ-95 מטר, תפוסה 1,525 טון, מהירות 20 קשרים מעל פני המים ו-10 קשרים מתחת למים. חימוש: 10 צינורות טורפדו ו-24 טורפדות, וכן 2 תותחי 125 מ"מ, טווח פעולה: 20,000 ק"מ, אנשי צוות: 70.

צוללת אמריקנית מדגם "בלאו", אוקטובר 1944

היפנים החזיקו במספר רב - עד שיא של 190 - של צוללות מדגמים שונים, כולל צוללות אספקה, צוללות זעירות, צוללות מאוישות באדם אחד שנועדו לפעולות התאבדות, ואף צוללות ענק, נושאות מטוסי סיור קטנים בתוכן (צוללות מעין אלו נבנו גם על ידי הצרפתים, האיטלקים והבריטים). על אף מהירותן הגבוהה של הצוללות מתחת למים (מספר דגמים פיתחו מהירות של 21 קשר - הגבוהה ביותר באותה תקופה), והטורפדות הקטלניים שלהן, זכו היפנים רק להישגים מועטים במלחמה. אחת הסיבות לכך היתה התעקשותו של הצי היפני לשלוח את הצוללות שלו לתקיפת מטרות צבאיות וממוגנות, במקום לפגוע בספינות סוחר חשופות יחסית. סיבה נוספת היתה היעדרו של מכשור אלקטרוני מתוחכם. היפנים גם ביצעו שתי תקיפות ראווה חסרות חשיבות על אדמת ארה"ב: צוללת בודדת ירתה מספר פגזים על סנטה ברברה בקליפורניה, וצוללת אחרת ירתה על בסיס צבאי באורגון.

צוללת יפנית זעירה באחד מאיי הוואי, דצמבר 1941

בתחילת המערכה באוקיינוס השקט נתגלו תקלות רבות בצוללות האמריקניות, והישגיהן בהשמדת כלי שיט יפניים נפלו בהרבה מהישגי הצוללות הגרמניות בהשמדת כלי שיט של בעלות הברית (פחות מ-10%, ביחס לגרמנים), אולם כעבור זמן לא רב גבר קצב ההטבעות של הספינות היפניות, שלא היו מאומנות בלוחמה נגד-צוללות. הצוללות האמריקניות מילאו תפקיד חשוב בהכרעת יפן, ובמהלך המלחמה הטביעו יותר מ-1,300 אוניות סוחר (שהובילו אספקה חשובה ליפן הענייה באוצרות טבע), ספינת מערכה אחת, 8 נושאות מטוסים (אחת מהן בנפח של 72,000 טונות - האונייה הגדולה ביותר שהוטבעה אי פעם על ידי צוללת) ו-11 משחתות – בסך הכול 5 מיליון טון, מעט יותר ממחצית האבדות הימיות של יפן במלחמה. לאחר השמדתו של מרבית הצי היפני, הוסבו לקראת סוף המלחמה צוללות רבות של בעלות הברית למטרות הצלה ופינוי נפגעים (אחת הצוללות משתה מהמים טייס צעיר שהופל עם מטוסו - ג'ורג' בוש האב, לימים הנשיא ה-41 של ארה"ב).

צוללת יפנית I-68

בתקופת המלחמה נעשו בצוללת שימושים נוספים, כולל משימות מודיעין והנחתת לוחמי קומנדו או מרגלים בחופי אויב. בין פעולות אלו היה הניסיון הגרמני הכושל להנחית מרגלים בחופיה המזרחיים של ארה"ב במטרה לבצע פעולות חבלה (1942).

חדר שינה זעיר של צוללת אמריקנית ובו 18 מיטות, 1939 (צילום: גטי אימג' בנק ישראל)

טכנולוגיה גרמנית נוספת, שפיתח המהנדס הלמוט ולטר (Walter), היתה מנוע שפעל על מימן על-חמצני ("מי חמצן"). בתהליך כימי פורק המימן העל-חמצני למים ולחמצן - החמצן הוחדר לתא בעירה יחד עם דלק דיזל שבער בטמפרטורה גבוהה. לאחר מכן הוזרקו מים לתא הבעירה והפכו לקיטור בלחץ גבוה שהניע טורבינה. אמנם טכנולוגיה זאת אפשרה לצוללת לשייט זמן רב מתחת למים, אבל המנוע צרך כמויות עצומות של סולר ומימן על-חמצני, שהתגלה לעתים כלא-יציב וגם גרם לתקלות טכניות רבות. לכן, גם אם הטכנולוגיה היתה קיימת כבר בתחילת המלחמה, אדולף היטלר הורה על ייצור צוללות מדגם זה (U סימן XXVI) רק באביב 1944, ובנייתן לא הושלמה, בשל הפצצת בעלות הברית.

לקראת סופה של המלחמה שלטו בעלות הברית שליטה מוחלטת בימים, ובתחילת 1945 הוכיחה הצוללת שוב את יעילותה ככלי נשק הרסני: צוללת בודדת מהצי הסובייטי המיושן הטביעה בשלוש טורפדות את הספינה הגרמנית וילהלם גוסטלוף (Wilhelm Gustloff), שנשאה קרוב ל-9,000 חיילים ואזרחים שנמלטו מפני הצבא האדום. היה זה האסון הימי הגדול ביותר בהיסטוריה הימית: רק כ-1,000 נוסעים שרדו את ההתקפה ואת המים הקפואים.

את המענה לבעיות אלו נתן כוח הגרעין. ב-1954 הושקה בארה"ב הצוללת הגרעינית הראשונה, שנקראה אף היא בשם נאוטילוס, ופתחה מהפכה ביכולות הצוללת ובמשימותיה. בראש הפרויקט, שהיה גם הישג מדעי והנדסי עצום, עמד האדמירל האמריקני היימן ריקובר (Rickover). הכור הגרעיני הקטן שהותקן בצוללת לא נזקק לחמצן על מנת לפעול מתחת למים, ובעזרת כמות מזערית של אורניום מועשר יכלה הצוללת לשייט מתחת למים במהירויות גבוהות לאורך זמן רב. הכור מחמם מים לקיטור, המסובב את טורבינות המדחפים וכן מפעיל מערכות עזר שונות, כגון הגנרטור המספק חשמל לצוללת והמתקן המפיק חמצן ממי הים, כך שהצוללת אינה זקוקה כלל לשנורקל. כבר בהפלגתה הראשונה ב-1955 שברה נאוטילוס את שיאי המהירות והשהייה מתחת למים; ב-1958 היתה לצוללת הראשונה שחצתה את האוקיינוס הארקטי מצד לצד, וב-1960 הקיפה בצלילה צוללת גרעינית אמריקנית מדגם אחר את העולם, במסע שערך 84 יום.

הצוללת הגרעינית "נאוטילוס", 1955 (צילום: גטי אימג' בנק ישראל)

הצוללת הגרעינית הביאה לשינוי טוטלי בטקטיקת הלוחמה של הצוללות. התקיפה בצוללות הדיזל בוצעה במהירות נמוכה, על מנת להותיר אנרגיה מספקת במצברי החשמל לצורך התחמקות במהירות גבוהה. משום כך התקשו הצוללות לתקוף ספינות שטח מהירות, והתמקדו בטרפוד ספינות אטיות כמו מכליות וספינות סוחר. הופעתו של הכוח הגרעיני אפשרה לצוללות להתמודד בהצלחה עם כל כלי השיט הימיים, צוללות וכלי שטח כאחד, ולנקוט טקטיקות תקיפה אגרסיביות הרבה יותר.

בראשית שנות ה-50, בתחילתה של המלחמה הקרה, החלו ברה"מ וארה"ב לעשות ניסויים בשיגור טילים מצוללות. תחילה ניסו טילי V-1 ו-V-2 גרמניים, ואחר כך טילים מתוצרתן, מוּנעים בדלק נוזלי ובעלי טווח של כמה מאות קילומטרים. עם התפתחות הטילים הבליסטיים היבשתיים עשו המעצמות מאמצים לפתח טילים ארוכי טווח לשיגור מצוללות, וב-1960 עשתה צוללת אמריקנית מדגם "ג'ורג' וושינגטון" היסטוריה, כאשר שיגרה בהצלחה טיל פולריס (Polaris) המונע בדלק מוצק ונושא ראש קרבי (רש"ק) גרעיני לטווח של 2,200 ק"מ. תחילה שוגרו הטילים כאשר הצוללת צפה מעל פני המים, אולם לאחר מכן התאפשר השיגור מעומק של כמה עשרות מטרים. היה בכוחה של צוללת אחת מדגם זה, שצוידה ב-16 טילי פולריס, לפגוע במטרות בכל מקום בכדור הארץ. זמן לא רב לאחר מכן השיקו גם הסובייטים צוללות נושאות טילים גרעיניים.

בשל ניידותן והקושי לאתרן היו הצוללות לעמוד השדרה של אסטרטגיית "המכה השנייה". בתחילת העידן הגרעיני, בעת שהתיאורטיקאים פיתחו מודלים שונים של מלחמה גרעינית,  עלתה האפשרות שהמכה הגרעינית הראשונה, אם תונחת במפתיע, תחסל כליל את יכולתה הגרעינית של המדינה המותקפת ותיטול את העוקץ מרעיון ההרתעה. לכן פותחה אסטרטגיית "המכה השנייה", שתכליתה לשמר את יכולת התגובה של המדינה המותקפת גם אחרי מכה ראשונה מסיבית - באמצעות הצוללות הגרעיניות האסטרטגיות שלה. בדרך זו נוצר מאזן אימה שהתבסס על "השמדה הדדית מובטחת" - גם לברה"מ וגם לארה"ב היה ברור כי אפילו במקרה של הפתעה מוחלטת, שבמהלכה יושמדו כל בסיסי הטילים והמטוסים נושאי הפצצות הגרעיניות של אחד הצדדים, עדיין יישארו טילים גרעיניים בצוללות המשייטות בחשאי במעמקי האוקיינוס, בכמות מספקת כדי להשמיד לחלוטין את התוקף.

שלושת הגורמים שהעניקו לצוללת הגרעינית המצוידת בטילים בעלי רש"ק גרעיני את יכולתה לשמש כנשק המכה השנייה היו ניידות, חשאיות ופיזור: כל צוללת שינתה את מקומה ברציפות, וגם אם אוכנה במשך חלק מהזמן, במועדים אחרים היה מקומה בלתי-ידוע. מסיבה זו עשו שתי מעצמות-העל מאמצים מרובים לשיפור יכולת הגילוי של צוללות, ובכלל זה פיזור הידרופונים במרחבי האוקיינוסים, מעקב פיסי אחר הצוללות באמצעות צוללות משלהן, ובהמשך שימוש בלווייני ריגול. אך בה בעת שופרו גם יכולות החמיקה של הצוללות. ומלבד זאת, לשתי מעצמות-העל ולאחדות מבעלות בריתן היה מספר רב למדי של צוללות, והן פוזרו במרחבי האוקיינוסים, כך שהיה צורך לחפש, לאכן ולפגוע בכל אחת מהן בנפרד - משימה בלתי-אפשרית, למעשה.

במשך השנים בנו המעצמות צוללות גדולות יותר, שיכלו לשאת מספר רב של טילים גדולים וקטלניים יותר. הטווח של 24 טילי טרידנט (Trident) בעלי הרש"ק המתפצל (MIRV), שהותקנו בצוללות מדגם "אוהיו" (שנכנסו לשימוש בארה"ב בתחילת שנות ה-80 של המאה ה-20), היה 12,000 ק"מ, והטווח של 20 טילי SS-N-20 שהותקנו ב-1982 בצוללות הסובייטיות מדגם "טייפון" היה 6,500 ק"מ. טווחים גדולים אלו אפשרו לצוללות לשגר את טיליהן ממרחקים גדולים, בלא שהסתכנו בהתקרבות לחופי מדינת האויב. מדינות נוספות החברות ב"מועדון הגרעין" בנו אף הן צוללות גרעיניות: בריטניה בסוף שנות ה-60, צרפת בשנות ה-70 וסין בתחילת שנות ה-80 של המאה ה-20. ברית המועצות גם ציידה בטילים גרעיניים צוללות דיזל-חשמל קונוונציונליות. בתקופת המלחמה הקרה לא היו עימותים אלימים בין צוללות וספינות של שתי המעצמות הגדולות, אולם אירעו לא מעט "משחקי מלחמה", שכללו מעקבים וניסיונות התגנבות למים הטריטוריאליים של היריב.

טיל טרידנט משוגר מתוך צוללת אסטרטגית אמריקנית מדגם "אוהיו" (צילום: גטי אימג' בנק ישראל)

אחת הדוגמאות הבודדות לפעילותה של צוללת גרעינית בקרב ניתנה ב-1982 במלחמת פוקלנד, כאשר צוללת בריטית עקבה בחשאי במשך זמן רב אחרי הסיירת הארגנטינית גנרל בלגרנו (General Belgrano), ולבסוף הטביעה אותה על 1,000 מלחיה.

בשיאה של המלחמה הקרה היו בידי ציי ארה"ב, ברה"מ, צרפת, בריטניה וסין מעל 700 צוללות גרעיניות. עם סיום המלחמה הקרה פורקו צוללות גרעיניות רבות, בעיקר בצי הסובייטי, ונמכרו כגרוטאות. עם ראשית המאה ה-21 פועלות ברחבי העולם פחות מ-200 צוללות גרעיניות.

כיום קיימים שני סוגים של צוללות גרעיניות: צוללות אסטרטגיות וצוללות תקיפה. מלבד ייעודן השונה, יש ביניהן הבדלים במבנה, בגודל, בחימוש ועוד.

צוללת אסטרטגית

צוללות אסטרטגיות מיועדות בעיקר לשאת ולשגר טילים גרעיניים. צוללות אלו גדולות הרבה יותר מצוללות התקיפה, בשל הצורך במרחב לאחסון הטילים הגרעיניים. למשל, אורכה של צוללת מדגם "אוהיו"  הוא 171 מטרים, תפוסתה: 16,700 טונות, מהירותה מתחת לפני המים: מעל 25 קשרים, עומק צלילה מירבי: מעל 300 מטרים, צוות: 155 צוללנים מתוכם 15 קצינים. הכור הגרעיני של צוללות מדגם זה מגיע להספק של כ-60,000 כוח סוס.

צוללות תקיפה

ייעודן העיקרי של צוללות התקיפה הוא לצוד צוללות וספינות שטח של האויב, אך גם לתקוף מטרות ימיות וקרקעיות בטילי ים-ים ובטילי שיוט, להניח מוקשים ימים, להנחית צוותי קומנדו על חופים ולערוך סיורי מודיעין. צוללות התקיפה מהירות ושקטות יותר מהצוללות האסטרטגיות. אחד מדגמי צוללות התקיפה החדשות ביותר בצי האמריקני הוא "וירג'יניה", שהושק ב-2003 – אורך: 115 מטר, תפוסה: 7,800 טון, מהירות מתחת לפני המים מעל 35 קשרים, עומק צלילה מירבי: מעל 300 מטר, חימוש: 38 טילי שיוט טומהוק (Tomahawk; יכול לשאת רש"ק גרעיני או קונוונציונלי) ועשרות טורפדות, צוות: 113 איש. מהירותן של צוללות התקיפה הרוסיות מדגם "אלפא" העשויות טיטניום מגיעה לכ-45 קשר והן מסוגלות לצלול לעומק של 1,000 מטר ויותר.

בשל הסכנה הקיומית שעלולה צוללת בודדת להציב בפני מדינה, השקיעו המעצמות, במיוחד בתקופת המלחמה הקרה, מאמצים על מנת לפתח אמצעים לגילוי הכלי. מלבד מגוון של סונרים אקטיביים שהותקנו בצוללות תקיפה, בספינות, במטוסים ובמסוקים, נפרסה במעמקי האוקיינוסים מערכת של אמצעי גילוי פסיביים המסוגלים לאתר צוללות ממרחק של עשרות קילומטרים. למרות יתרונן העצום של צוללות הגרעין ממשיכים כמה מציי העולם, כגון הבריטי והסיני, להחזיק גם בצוללות דיזל, הנחשבות לשקטות הרבה יותר מהצוללות הגרעיניות בזכות מנועיהן החשמליים. צוללות הדיזל מסווגות בדרך כלל כצוללות תקיפה, המיועדות לארוב לצוללת הגרעיניות.

"שיקגו", צוללת תקיפה אמריקנית מדגם "לוס אנג'לס", אוקטובר 2004 (צילום: איי פי)

כדי להבהיר את עקרון פעולתה של הצוללת, נתאר בקבוק מתכת גדול, ריק ופקוק היטב, שהוכנס למכל מלא מים. הבקבוק יצוף - רק חלקו יהיה מתחת לפני המים, ואילו רובו יימצא מעליהם. בהנחה שאיננו דוחפים את הבקבוק לכאן ולכאן, פועלים עליו שני כוחות פיסיקליים: כבידה, המושכת אותו כלפי מטה, ועילוי. כוח זה הוא פועל יוצא של חוק ארכימדס, אחד החשובים בחוקי ההידרוסטטיקה: הכוח הפועל כלפי מעלה על גוף שהושקע בתוך נוזל, שווה למשקלו של נפח הזורם שנדחה על-ידי הגוף. הואיל וצפיפותו של הבקבוק (שרוב נפחו הוא אוויר) קטנה מצפיפות המים, כוח העילוי הפועל כלפי מעלה גובר על הכבידה הפועלת כלפי מטה. במצב זה אפשר לומר על הבקבוק שיש לו עילוי חיובי, ולכן הוא צף על פני המים. 

עכשיו, אם נשחרר מעט את הפקק ונניח למים לחדור פנימה, הם ידחקו החוצה את האוויר ויתפסו את מקומו בהדרגה. הבקבוק יתחיל לשקוע לאטו. בשלב מסוים, כאשר הבקבוק שקוע כולו תחת פני המים, אך טרם הגיע לקרקעית הכלי, נסגור שוב את הפקק; הבקבוק יכיל כמות מסוימת של אוויר וכמות מסוימת של מים, ויישאר בגובהו זה מעל הקרקעית. מצב זה נקרא עילוי נייטרלי - כוח הכובד וכוח העילוי שווים. אם נפתח שוב את הפקק, והבקבוק יתמלא מים, הוא ישקע אל הקרקעית, משום שצפיפותו (הואיל והבקבוק עצמו עשוי מתכת) גבוהה מצפיפות המים, ולכן משקלו גדול ממשקל נפח המים שהוא דוחה. עתה יש לו עילוי שלילי.

עיקרון זה היה ידוע כבר ליוונים הקדמונים, ועליו התבססו ממציאי הצוללות השונות לאורך ההיסטוריה, כמתואר לעיל. בצוללת המודרנית, מצויים לאורך גופה מספר מכלי זבורית, שייעודם הוא השקעת הצוללת והצפתה. הזרמת מי הים למכלים מעלה את צפיפותה ומפחיתה את העילוי, בעודה מגבירה את השפעת הכבידה עליה. דחיקת המים החוצה באמצעות אוויר דחוס מקטינה את הצפיפות, מחזקת את העילוי ומפחיתה את השפעת הכבידה. הלכה למעשה, בשלב הראשון מציפים את מכל הזבורית הראשי, הממוקם בחרטום הצוללת. כתוצאה מן ההצפה מתחילה הצוללת לנטות קדימה, אך עדיין אינה שוקעת. באותו זמן מציפים מכל נוסף (נקרא "מכל שלילי") הממוקם במרכז הצוללת, ותפקידו לשלוט בזווית הצלילה. לאחר מכן מציפים בהדרגה את שאר המכלים, עד לשקיעתה של הצוללת לעומק הרצוי. זמן קצר לפני ההגעת הצוללת לעומק זה, דוחקים מים החוצה מהמכל השלילי על מנת לייצב את הצוללת וליצור עילוי נייטרלי. מכיוון שצפיפות מי הים לעולם אינה קבועה (בין היתר כתוצאה מהבדלי מליחות, טמפרטורה ועומק), יש לאזן את הצוללת באופן תדיר. איזון הצוללת בזמן התנועה נעשה בעזרת מכלים נוספים המכונים מיכלי שפיעה, הקיימים גם בספינות.

בדומה לספינות שטח, מצוידות הצוללות בהגה כיוון הממוקם בסמוך למדחפיהן ושולט בכיוון האופקי (ימינה או שמאלה), וכן בשני צמדים של סנפירים האחראים לתנועה האנכית (למעלה ומטה) ומסייעים לצלילת הצוללת ולציפתה - צמד אחד מותקן בקדמת הצוללת או במגדל הניווט, והצמד השני משני צדי הירכתיים ליד המדחף. בעת צלילה מוטה צמד הסנפירים הקדמי כלפי מטה, וזרימת המים על-פני הסנפירים גורמת להנמכת החרטום. בה בעת, הצמד האחורי של הסנפירים מוטה כלפי מעלה, מגביה את ירכתי הצוללת בהשוואה לחרטומה, וכך יוצר זווית צלילה תלולה יותר. בה בעת פועל המדחף, ומניע את הצוללת קדימה ולמטה.

והיפוכו של דבר בתהליך הציפה: מרוקנים בהדרגה, בעזרת אוויר דחוס, את המים ממכל הזבורית הראשי וממכלי הזבורית הנוספים בחלקים האחוריים של הצוללת, והופכים את כיוונם של שני צמדי הסנפירים. פעולת המדחף מניעה את הצוללת בכיוון שאליו מכוון גופה - כלפי מעלה, במצב זה. פעולתם המשולבת של מכלי הזבורית, הסנפירים והמדחף מניעה את תהליכי הצלילה והציפה.

כדי לעמוד בפני לחץ המים, שהרי הצוללות מיועדות לצלול לעומקים בשהם לחץ המים הוא עצום, הן בנויות בדרך כלל מפלדה, אך כיום בונים גופי צוללות גם מטיטניום וממתכות אחרות. צורת הצוללת משפיעה על מהירותה ועל כושר תמרונה - בעבר היה גוף הצוללת גדול ומגושם, ולכן היה בלתי-יציב במהירויות גבוהות, אך החל מסוף שנות ה-50 נבנה גופן של רוב הצוללות בצורת "טיפה" (חרטום מעוגל וירכתיים צרים) המזכיר בחתך אורכי צורה של לווייתן או דולפין. צורה זאת, שיושמה לראשונה בצוללת המחקר האמריקנית "אלבקור" (Albacore; הושקה ב-1953), שיפרה את ביצועי הצוללת (מהירותה מתחת למים נעשתה גבוהה הרבה יותר מאשר מהירותה על פני המים), וגם אפשרה בניית צוללות עם מרחב פנימי גדול יותר.

צוללת המחקר האמריקנית "אלבקור". צילום משנת 1954

לצוללת דופן כפול - הדופן החיצוני אינו אטום לחלוטין בפני מים, ומיועד בעיקר להגן על גוף הצוללת מפגיעות שונות (עצמים זרים והדף פיצוצים). בין הדפנות נמצאים מכלי הזבורית, מכלי הדלק ומכשור נוסף. בחלקה הקדמי של הצוללת נמצא מגדל הניווט או הגשר, שדרכו עולים ויורדים פריסקופים שונים, שנורקלים ואנטנות טלסקופיות.

חדר המכונות ובו מנועי הדיזל, החשמל או טורבינות הקיטור של הכור הגרעיני, ממוקם בחלקה האחורי של הצוללת. מנועים אלה מפעילים את מדחפי הספינה - לרוב הצוללות יש מדחף אחד או שניים, שסיבובם על ציר דוחף את המים אחורה, ולפיכך (לפי חוק התנועה השלישי של ניוטון) דוחף את הצוללת קדימה. מנועים אלה גם מפעילים טורבינת עזר לטעינת מצברים, בצוללות דיזל, או לאספקת חשמל ישירה, בצוללות גרעיניות. אוויר לנשימה לאנשי הצוות מסופק באמצעות שנורקלים, בצוללות דיזל, או בתהליך של הידרוליזה - מיצוי החמצן מהמים על ידי פירוקם הכימי, וטיהור החמצן בעזרת מערכת נוספת המיועדת לכך - בצוללות גרעיניות. מלבד זאת, מכלי האוויר הדחוס של הצוללת, המשמשים לרוב לדחיקת מים ממכלי הזבורית, יכולים לספק אוויר לצוות במקרה חירום.

מהירות

המהירות התת-מימית המרבית של רוב הצוללות הצבאיות מגיעה לכדי 35 קשרים, אך יש צוללות המפתחות מהירות של 40 קשרים ויותר, ויכולות להדביק את מרבית ספינות השטח. מהירות הצוללת חשובה למטרות תקיפה והתחמקות, אך ככל שמהירות הצוללת גדולה יותר, הרעש שמנועיה משמיעים גדול יותר, וכך חושפים את הצוללת לסכנת גילוי. לעומת זאת בניית צוללות גדולות יותר תורמת להשקטת הרעש אך מאטה את מהירותן. פיתוחם של טורפדות מהירים (60 קשרים ויותר) ופצצות עומק בעלות מטען גרעיני קטן הפחיתו מחשיבות מהירותה של הצוללת.

צלילה

יכולת הצלילה לעומק רב חשובה מכמה סיבות: היא מעניקה יכולת תמרון גדולה ביותר במצב של התגוננות מפני תוקפים, סונר הצוללת יעיל יותר במים קרים (המצויים בדרך כלל בעומק רב יותר), וקיים מרווח ביטחון גדול יותר במקרה של תקלה בטיחותית, כמו שקיעה לא-מבוקרת. שעה שרוב הצוללות של מלחמת העולם השנייה יכלו לצלול לעומק 120 מ' לכל היותר, הצוללות הגרעיניות של ימינו מסוגלות לצלול 1,000 מ' ויותר מתחת לפני המים, וצוללות מחקר אזרחיות (להלן) מסוגלות לצלול לעומק הרבה יותר גדול.

ניווט, הסוואה וקשר

עד לשנות ה-60 של המאה ה-20 נעזרו צוותי הצוללות לניווט בסקסטנטים, בפריסקופים, באותות רדיו ובניווט על פי חישוב (dead reckoning). שיטות ניווט אלו לא היו תמיד מדויקות, מכיוון שלא התחשבו בסטייה שגרמו זרמי הים, הרוחות וכדומה. כיום מבוצע ניווט מדויק מאוד בעזרת גירוסקופים ולוויינים (GPS). מחשבים רבי עוצמה מבצעים חישובים בזמן אמת: מהירות, כיוון, זמן הגעה למטרה. מערכות מחשב נוספות אחראיות לשיגור טילים וטורפדות ולהתגוננות או חמיקה מפני אויב.

בשל העדר חלונות בצוללות צבאיות ובחלק מהצוללות האזרחיות, מתבצע הניווט מתחת למים בעזרת סונרים אקטיביים ופסיביים ובאמצעים אקוסטיים אחרים, הנותנים תמונה מדויקת למדי של הסביבה הימית. מכשירים אלו מותקנים בדרך כלל בקדמת הצוללת (או נגררים מאחוריה), רחוק מרעש המנועים המפריע לעבודתם. הסונר יעיל מאוד בקליטת רעשים שמשמיעים גופים מתחת לפני המים, ויכול לזהות גם להקות דגים ולווייתנים ממרחק של קילומטרים רבים. מכיוון שהדור הראשון של הכורים הגרעיניים נחשב לרועש מאוד, הושקעו מאמצים רבים בהפחתת הרעש הבוקע מהצוללות; בין היתר נעשה שימוש בחומרים בולעי-רעש, כלומר סופגים גלי קול, בתוך הצוללת ועל דפנותיה, ובה בעת פותחו כורים גרעיניים שקטים יותר. דרכים נוספות של הצוללת לחמוק מגילוי על ידי אמצעים אקוסטיים הן הימנעות מהפעלת סונר אקטיבי, או צלילה אל תוך שכבת התרמוקלינה - שכבת מים שבה יורדת הטמפרטורה בצורה קיצונית ועולה המליחות - תנאים הפוגעים ביעילות סונר האויב.

תקשורת

בצוללת מותקנים מכשירי קשר רבים, אך בזמן פעילות מבצעית נמנעת הצוללת מלקיים תקשורת עם העולם החיצון מחשש לגילויה, מלבד קליטת תשדורות מוצפנות, בעיקר באמצעות לוויינים. צוללות יכולות גם לקלוט תשדורות בעומקים גדולים בעזרת כבל מתכת ארוך המתפקד כאנטנה לקליטת אותות בתדרים נמוכים מאוד (VLF).

השליטה בצוללת כולה מתבצעת מחדר הפיקוח או מי"ק (מרכז ידיעות קרב) הממוקם במרכז הצוללת. בחדר זה, "מוח הצוללת", מרוכזים לוחות הפיקוד של מכשירי הניווט, הקשר והירי. בצוללות מודרניות שולט אדם אחד בכל הגאי הצוללת, ולצדו ישנו בדרך כלל אדם נוסף השולט באותם הגאים לשם גיבוי.

בטיחות וחילוץ 

הצוללת מחולקת למספר מדורים הניתנים לאטימה מוחלטת במקרה של חדירת מים, ולכן היא יכולה לתפקד גם במצב שבו חלק מהמדורים הוצפו. בצוללות רבות מותקן תא אחד או יותר המאפשר את חילוץ אנשי הצוות בשעת חירום, או יציאת צוללנים: האוויר בתא נדחס על מנת להשוות את הלחץ בתוכו ללחץ המים מחוץ לצוללת, והדבר מאפשר את פתיחת הפתח החיצוני. כמו כן קיימות חליפות הצלה מיוחדות המספקות הגנה בפני לחץ המים בעומקים של 100 מטרים ואף יותר. בזמן חירום עולה לפני הים מצוף המחובר לצוללת בכבל, ומשדר אותות רדיו המצביעים על מיקומה.

במהלך ההיסטוריה אירעו מאות תאונות צלילה חמורות שגרמו לטביעתן של צוללות ולמות אנשי צוותן. בישראל זכורה היטב טביעת הצוללת אח"י דק"ר ב-1968. תאונה בצוללת גרעינית היא חמורה במיוחד, משום שמלבד אובדן אנשיה, היא מעוררת בעיות סביבתיות קשות. טביעתה של צוללת גרעינית עלולה לגרום לכך שהדלק הגרעיני שלה יתפזר במימי האוקיינוס ויזהם אותם, והוא הדין, אולי, גם בחומר הרדיואקטיבי ברש"קים של טיליה. אין זה חשש שווא - במרוצת השנים אירעו כמה תקלות חמורות בצוללות גרעיניות. אולי הידועה מביניהן היתה טביעת הצוללת הגרעינית הרוסית קורסק ב-12 באוגוסט 2000, אך גם ציי המערב ידעו תאונות אחדות - ארה"ב איבדה את הצוללות הגרעיניות תרשר (Thresher) ב-10 באפריל 1963 ואת הצוללת הגרעינית סקורפיון ב-22 במאי 1968, והיתה קרובה לאבד את נאוטילוס הוותיקה, שעלתה על שרטון במרס 1986. במאי 2000 אירעה דליפת חומר גרעיני בצוללת הבריטית טיירלס (Tireless).

לדברי ארגון גרינפיס, עד להתפרקות ברית המועצות אירעו לא פחות מ-121 תקלות, חמורות פחות או יותר, בצוללות הגרעיניות שלה. כנהוג בברית המועצות, פרטי התאונות - או אף עצם קיומן - לא פורסמו מעולם. אך לאחר מכן התגלה מידע מצמרר: ביולי 1961 אירעה דליפת קרינה בצוללת הגרעינית הראשונה של ברה"מ; במרס 1968 טבעה צוללת קונוונציונלית חמושה בטילים בעלי רש"ק גרעיני; באפריל 1970 טבעה ליד חוף ספרד צוללת חמושה בשני טורפדות גרעיניים; בספטמבר 1977 פלטה צוללת סובייטית בשוגג טורפדו גרעיני; באוקטובר 1986 טבעה צוללת גרעינית ליד ברמודה, ונראה שהכור שלה נפרץ ופלט פלוטוניום למימי האוקיינוס האטלנטי; באפריל 1989 טבעה צוללת גרעינית בים ברנטס. והיו עוד תאונות, פחות חמורות.

רשימת התקלות נמשכה הלאה, אחרי שעבר צי הצוללות הסובייטי לידי רוסיה. מצב התחזוקה של צי זה, כמו בכל שאר הזרועות של צבא רוסיה, הולך ומידרדר בהתמדה בשל קשיי תקציב, והדבר מעורר חששות רבים - לא רק מפני תאונה, אלא אף מפני הגעת חומרים רדיואקטיביים לידי מחבלים. ב-1992 נחשפה תוכנית של מורדים צ'צ'נים להשתלט על צוללת גרעינית רוסית בבסיסה ליד ולדיווסטוק.

קורסק, צוללת רוסית מדגם "אוסקר II", שנה לפני התאונה הקטלנית (צילום: איי פי)

צוותי הצוללות

צוותי הצוללות הצבאיות נחשבים לכוח אדם איכותי ומקצועי. הם נאלצים לעבור אימונים רבים ומפרכים על מנת להכשירם לחיים מתחת למים. מחמת מגבלות הנפח, אנשי הצוות חיים בצפיפות רבה, והדבר מעורר בעיות פסיכולוגיות קשות. לא עברו שנים רבות מאז היתה נהוגה בצוללות של ציי העולם שיטת "המיטה החמה": לאנשי הצוות לא היו אפילו מיטות משלהם, וכל אימת שאחד מהם קם כדי להתחיל במשמרת, נכנס למיטה חברו שמשמרתו הסתיימה. אבל איכות החיים בצוללות המודרניות הגדולות השתפרה פלאים בעשרות השנים האחרונות: המיטות נעשו אישיות, האוויר נקי יותר, יש מכבסות ואספקה שוטפת של מים מתוקים המאפשרים היגיינה טובה יותר, וכמו כן קיים מקום רב יותר לאחסנת מזון טרי ולהכנתו. בצוללות הגדולות קיימים שירותי פנאי ובידור: חדרי קולנוע, מערכות שמע משוכללות, מזנונים וחדרי כושר קטנים, ובצוללות הגדולות ביותר יש אפילו בריכות שחייה קטנטנות, וחממות זעירות לגידול פרחים.

בצוללת אמריקנית משרתים בממוצע 15 קצינים, 20 מש"קים ו-110 מלחים, המחולקים למספר מחלקות: נשק, מכונה, ניווט וכדומה. רוב המדינות אוסרות על נשים לשרת בצוללות צבאיות, אם כי החל משנת 1988 הורשו נשים לשרת בצוללות של חיל הים השבדי, ובשנות ה-90 - גם בחילות הים של אוסטרליה, של נורבגיה ושל קנדה. בנורבגיה התמנתה ב-1998 אישה למפקדת של צוללת הגנתית קטנה בעלת צוות של 20 איש.

חדר הפיקוח בצוללת ג'ורג'יה, צוללת אסטרטגית אמריקנית מדגם "אוהיו", 2004 (צילום: גטי אימג' בנק ישראל)

למרות מנוע חשמלי קטן המאפשר לכלי תנועה מסוימת, הבתיסקף הוא כלי מגושם בעל כושר תמרון אפסי, הדומה יותר לתא צלילה ולא לצוללת. בתקופה מאוחרת יותר נבנו צוללת מחקר, חלקן במימון צבאי, בעלות כושר תמרון גבוה הרבה יותר, ביניהן אלווין (Alvin) האמריקנית, המגיעה עד לעומק של 4.5 ק"מ (אחד מדגמיה חקר את שרידי טיטניק ב-1986), אלומינאוט (Aluminaut) שנבנתה מאלומיניום וצללה עד לעומק של 5 ק"מ, פריז (Priz) הרוסית העשויה טיטניום ושינקאי (Shinkai) היפנית, המחזיקה בשיא הצלילה לצוללת מאוישת שהושג ב-1989: 6,526 מטר.

צוללת המחקר אלווין במימי האוקיינוס השקט, 1982 (צילום: גטי אימג' בנק ישראל)

רוב צוללות המחקר מונעות על ידי חשמל ומאוישות ב-2 - 3 אנשי צוות. אורכן אינו עולה על 20 מטר, ולכן הן נתונות ללחצים קטנים בהרבה מצוללות צבאיות גדולות. הן גם קלות במידה משמעותית, ולכן כושר התמרון שלהן גבוה. בנוסף, הן מצוידות בערכה של מכשירים חיצוניים מופעלים בשלט-רחוק, המשמשים למחקר ולעבודות תת-מימיות: זרועות חשמליות עם מלקחיים, מצלמות טלוויזיה, מבערי חיתוך וכדומה.

צוללות המחקר משמשות בין היתר לחקר קרקעית האוקיינוסים המספק מידע גיאולוגי רב, לגילוי מיני בעלי חיים שאינם ידועים למדע ועוד. לאחר המלחמה הקרה הוסבו מספר צוללות צבאיות אמריקניות לצרכי מחקר, וחלקן התמקדו בחקר האזור הארקטי, שבחלקו אינו נגיש לצוללות אזרחיות בשל התנאים הקשים במקום.

צוללת מחקר מדגם "דלתא" מבצעת את הצלילה המאוישת הראשונה במימי ים המלח, נובמבר 1999 (צילום: גטי אימג' בנק ישראל)

סוג נוסף של צוללת מכונה "צוללת רטובה", שכן חלל הכלי מוצף במים ואנשי הצוות לובשים ציוד צלילה רגיל. צוללת זו מסוגלת לצלול לעומקים של כמה עשרות מטרים בלבד (בדומה לצוללן מכשירים), בשל מגבלת לחץ המים, אולם היא מהירה יותר מהאדם ויכולה לשאת מכשירים שונים. ולבסוף, ברחבי העולם, בעיקר במקומות שבהם קיימת סביבה ימית עשירה, משייטות בעומקים של כמה עשרות מטרים צוללות נושאות תיירים המצוידות בחלונות זכוכית רחבים. צוללת מעין זו פעלה במפרץ אילת עד לשנת 2004.

שוטרים קולומביאנים חשפו בספטמבר 2000 "צוללת סמים" בתהליכי בנייה, שהיתה מיועדת להבריח עד 200 טון קוקאין לארה"ב.  (צילום: איי פי)

בסוף שנות ה-50 החליטה ממשלת ישראל לצייד את חיל הים בצוללות. ההחלטה התקבלה לאחר חילוקי דעות חריפים על נחיצות הכלים לצה"ל. בספטמבר 1958 אושרה רכישתן של 2 צוללות בריטיות מדגם S שנבנו בסוף מלחמת העולם השנייה. ב-16 בדצמבר 1959 עגנה הצוללת הראשונה של חיל הים הישראלי, אח"י "תנין", בנמל חיפה, והצוללת השנייה, אחי "רהב", הגיעה לארץ מספר חודשים לאחר מכן.

את השמות לצוללות העניק ראש הממשלה דוד בן-גוריון בהשראת ספר ישעיה פרק נ"א פסוקים ט'-י': " עוּרִי עוּרִי לִבְשִׁי עֹז, זְרוֹעַ יְהוָה עוּרִי כִּימֵי קֶדֶם, דֹּרוֹת עוֹלָמִים; הֲלוֹא אַתְּ הִיא הַמַּחְצֶבֶת רַהַב, מְחוֹלֶלֶת תַּנִּין. הֲלוֹא אַתְּ הִיא הַמַּחֲרֶבֶת יָם, מֵי תְּהוֹם רַבָּה; הַשָּׂמָה, מַעֲמַקֵּי יָם דֶּרֶךְ, לַעֲבֹר גְּאוּלִים.