USS North Carolina là tàu ngầm cuối cùng thuộc Block I, trong buổi lễ bàn giao. Kính tiềm vọng tiên tiến của nó có thể thấy rõ ràng trong ảnh.

Tàu ngầm lớp Virginia có những cải tiến sau.[27]

Những rào cản công nghệ

Do tốc độ đóng tàu Virginia khá chậm, Hải quân Mỹ cùng với DARPA đã phát triển các giải pháp để làm hạ giá thành của tàu ngầm, từ đó có thể tăng tốc độ đóng tàu, giúp duy trì quy mô của hạm đội tàu ngầm.[33][34]

Hệ thống cột ăng ten module thống nhất

Tàu ngầm lớp Virginia là tàu ngầm đầu tiên mà tất cả các ăng tên trên tháp tàu ngầm cùng chia sẻ chung một thiết kế Universal Modular Mast (UMM)[35].[36][37] Hệ thống UMM đầu tiên đã được lắp đặt trên tàu ngầm lớp Los Angeles USS Memphis.[38]

Hệ thống kính tiềm vọng photon

Tàu ngầm lớp Virginia là lớp tàu đầu tiên được trang bị cảm biến ánh sáng thay cho kính tiềm vọng truyền thống. Theo đó nó được trang bị các camera độ phân giải cao, cùng với khuếch đại ánh sáng và cảm biến ảnh nhiệt, định tầm laser ảnh nhiệt, và Electronic Support Measures (ESM) tích hợp. Hai bộ cảm biến trang bị trên hai cột ăng ten AN/BVS-1 ngoài vỏ áp lực[27]. Các tín hiệu được truyền qua cáp quang tới bộ vi xử lý tín hiệu và tới phòng điều khiển trung tâm.[39] Hình ảnh thực sẽ được đưa lên màn hình tinh thể lỏng ở phòng điều khiển trung tâm.[20]

Thiết kế của các loại kính tiềm vọng truyền thống có nhược điểm là phải xuyên qua lớp vỏ áp lực dẫn đến dễ bị rò rỉ nước qua thân vỏ tàu, đồng thời phòng điều khiển phải được bố trí ngay bên dưới cột tàu ngầm.[40] Trong khi, sử dụng kính tiềm vọng photon sẽ không phải xuyên qua lớp vỏ áp lực và có thể thoải mái bố trí vị trí của phòng điều khiển không cần phải ngay bên dưới cột tàu.[41]

Trong tương lai, Hải quân Mỹ sẽ trang bị loại kính tiềm vọng mới Affordable Modular Panoramic Photonics Mast. Loại kính tiềm vọng này có khả năng cung cấp tầm nhìn 360 độ mà không phải quay kính tiềm vọng.[42][43]

Hệ thống động lực

Khác với tàu ngầm truyền thống sử dụng động cơ chân vịt, tàu ngầm lớp Virginia sử dụng động cơ phản lực nước do BAE Systems sản xuất,[44] được phát triển cho tàu ngầm lớp Swiftsure của Hải quân Hoàng gia Anh.[45]

Cải tiến về hệ thống sonar

Hệ thống Sonar trên tàu ngầm lớp Virginia là một kiến trúc mở (Open System Architecture (OSA)) khiến cho có thể dễ dàng cập nhật phần cứng hoặc phần mềm mới. Việc cập nhật phần �cứng được tiến hành định kỳ bốn năm một lần, trong khi việc cập nhật phần mềm được thực hiện hai năm một lần. Tàu ngầm lớp Virginia được trang bị một số kiểu radar sau.[46]

• Sonar mũi tàu BQQ-10, là loại radar thụ động/chủ động hình cầu[46][47] (Sonar mũi tàu khẩu độ lớn (Large Aperture Bow (LAB)) được trang bị cho các tàu ngầm từ SSN-784 trở đi)
• Sonar cáp quang kéo theo, bao gồm ba tấm panel phẳng gắn mỗi bên thành tàu ngầm.[48]
• Hai radar chủ động tần số cao, gắn ở mũi và cột tàu ngầm. Hai radar này hoạt động hỗ trợ radar chính ở mũi tàu, giúp tàu hoạt động an toàn hơn ở khu vực nước nông gần bờ, cải thiện khả năng định vị khi bơi dưới bằng, và cải thiện khả năng chống tàu ngầm đối phương.[49][50]
• Radar tần số cao chi phí thấp Low-Cost Conformal Array (LCCA), gắn ở hai bên cột tàu. Radar này cung cấp khả năng phát hiện mục tiêu bên trên và đằng sau tàu ngầm.[51]

Tàu ngầm lớp Virginia cũng được trang bị radar dangj kéo theo và radar kéo theo tần số cao bao gồm.[52]

• TB-16 �hoặc TB-34 kéo theo.[53][54]
• TB-29 �hoặc TB-33, sonar tầm xa.[53][54]

Thiết bị cứu hộ

• Submarine Escape Immersion Equipment MK11 cho phép thuỷ thủ đoàn nổi lên mặt nước khi tàu ngầm bị chìm (độ sâu tối đa 600 foot (180 m))[46][55]
• Bình chứa Lithi hydroxide để loại bỏ carbon dioxide khỏi không khí bên trong tàu ngầm.[46]
• Submarine Emergency Position Indicating Radio Beacon (SEPIRB)[56][57]

Module tải trọng Virginia (VPM)

USS John Warner trong buổi lễ bàn giao, ngày 1/8/2015, với module tải trọng Virginia đang mở.

Tàu ngầm Virginia Block III có trang bị hai ống phóng chứa tải trọng Virginia Payload Tubes (VPT) thay cho các ống phóng tên lửa hành trình.[58]

Tàu ngầm Block V được chế tạo kể từ 2019 sẽ được bổ sung thêm Virginia Payload Module (VPM) ở giữa thân tàu ngầm, khiến tổng thể chiều dài của tàu ngầm tăng lên. Module VPM bổ sung thêm 4 VPT với trọng lượng được giữ nguyên nhưng thể tích chứa tăng lên, được đặt ở trục thân tàu, có khả năng mang tới bảy tên lửa Tomahawk mỗi module, điều này giúp cho tàu ngầm Virginia có khả năng bổ sung hoả lực bị thiếu của Hải quân Mỹ sau khi các tàu ngầm tấn công lớp Ohio rút khỏi biên chế.[59][60] Ban đầu Hải quân Mỹ dự định trang bị 8 giếng/ống phóng tải trọng[60] nhưng sau đó đã bị loại bỏ để thay bằng bốn ống đặt trong module dài 70 foot (21 m) nằm giữa khoang vận hành và khoang động cơ tàu ngầm.[60][61][62]

Module có khả năng chứa tên lửa đạn đạo tầm trung (phi hạt nhân). Với việc bổ sung thêm module tải trọng Virginia thì giá của mỗi tàu ngầm sẽ tăng lên thêm 500 triệu đô la theo thời giá năm 2012.[63] Chi phí đội thêm này có thể bù đắp bằng cách giảm số lượng tàu ngầm xuống còn 4 chiếc.[64] Nhiều báo cáo đã đưa ra rằng chi phí chế tạo VPM dùng để chứa chỉ một tên lửa Tomahawk và có thể là phương tiện bơi dưới nước không người lái đã khiến cho giá thành của mỗi chiếc tàu ngầm xấp xỉ từ 360 đến 380 triệu đô la (theo thời giá năm 2010). VPM có thiết kế tương tự như module được phát triển cho tàu ngầm lớp Ohio. [65][66] Tháng 7 năm 2016, công ty General Dynamics đã dành được hợp đồng trị giá 19 triệu đô la cho việc phát triển VPM.[67] Tháng 2 năm 2017 General Dynamics tiếp tục dành được gói thầu trị giá 126 triệu đô la nhằm chế tạo tàu ngầm Block V với trang bị VPM.[68]

Module VPM được thiết kế bởi công ty BWX Technologies[69] (cũng là công ty đã từng thiết kế ống phóng tên lửa cho tàu ngầm lớp Columbia),[70] tuy nhiên, việc chế tạo được đảm nhiệm bởi BAE Systems.[71]

Hệ thống laser năng lượng cao

Tàu ngầm lớp Virginia được dự kiến sẽ trang bị vũ khí năng lượng cao như laser, nó sẽ được tích hợp vào cột kính tiềm vọng photon và có năng lượng đầu ra khoảng 300 đến 500 kilowat, dựa trên công suất của lò phản ứng tàu ngầm là 210 megawat.[72][73]

Các trang thiết bị cải tiến khác

Hệ thống điện của tàu ngầm lớp Virginia

• Hệ thống điều khiển tàu fly-by-wire Ship Control System sử dụng sợi quang thay thế cho hệ thống thuỷ lực-điện để điều khiển các bề mặt điều khiển (vây của tàu ngầm).
• Hệ thống Command and control (CCSM) do Lockheed Martin chế tạo.[74][75]
• Máy phát điện phụ sử dụng động cơ diesel Caterpillar model 3512B V-12 thay cho động cơ diesel của Fairbanks-Morse có kích thước quá lớn không phù hợp với phòng động lực của tàu ngầm.
• Hệ thống AN/BSY-1 được nâng cấp[17] với định danh AN/BYG-1 (tên định danh cũ là CCS Mk2) và được chế tạo bởi General Dynamics AIS (trước đây là Raytheon).[76][77] AN/BYG-1 tích hợp Tactical Control System (TCS) và Weapon Control System (WCS).[78][79]
• USS California tàu ngầm đầu tiên thuộc lớp Virginia được trang bị hệ thống giảm dấu hiệu từ trường tiên tiến.[80]
• Được trang bị buồng giảm áp cho thợ lặn với sức chứa 9 người.[81]