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潜艇的武器系统主要包括各种导弹、鱼雷、水雷等武器装备及其控制系统等，执行不同作战任务的潜艇，所搭载的武器系统也不同。
导弹是现代潜艇的主要战斗武器，主要包括弹道导弹、巡航导弹、反舰导弹和反潜导弹等，根据执行的任务不同，潜艇携带的导弹也有所不同。
图为潜射弹道导弹。
潜射弹道导弹是弹道导弹潜艇的主要武器，用于攻击陆上重要目标，一艘弹道导弹潜艇装有弹道导弹12~24枚，大多携带单个或分导式核弹头。美国的“俄亥俄”级弹道导弹核潜艇，配备24枚“三叉戟”Ⅱ型（D5）弹道导弹，每枚可携带12个分导式核弹头，核弹头总数达288枚。其他各国的弹道导弹核潜艇基本上都只能装备16~20枚弹道导弹，包括俄、英、法等国家。
图为潜射巡航导弹。
潜射巡航导弹是攻击型核潜艇或巡航导弹核潜艇的主要战斗装备，根据采用的战斗部不同，可分为战术巡航导弹和战略巡航导弹。战术巡航导弹携带常规弹头，主要用于攻击大、中型水面舰船和小型软性目标；战略巡航导弹携带小当量核弹头，主要用于对陆上目标实施核打击。最著名的有美国的“战斧”巡航导弹，射程为450~2500公里；俄罗斯的“石榴石”巡航导弹，射程可达3000公里。
潜射反舰导弹是现代潜艇的主要战斗装备之一，用于攻击各种水面目标，可由水下发射，射程远，精度高。常采用半穿甲爆破型战斗部，固体火箭发动机为动力装置，采用自主式制导、自控飞行，当导弹进入目标区，导引头自动搜索、捕捉和攻击目标，但其威力不及鱼雷。
潜射反潜导弹主要用于攻击水下潜艇，是二战后逐渐兴起的一种武器，也是现代主要反潜武器之一。根据采用的战斗部不同，可分为两类：一类是以自导鱼雷作为战斗部的反潜导弹，也称为“火箭助飞鱼雷”；另一类是以深水炸弹为战斗部的反潜导弹。著名的有美国“萨布罗克”反潜导弹、俄罗斯的“瀑布”和“俱乐部-S”反潜导弹。
图为美国“鱼叉”反舰导弹。
鱼雷是潜艇的传统武器，主要用于对舰、对潜攻击和反击。除了少数试验性潜艇和袖珍潜艇外，几乎所有潜艇都装备鱼雷。早期潜艇主要采用无制导的应用压缩空气的直航鱼雷，二战中纳粹德国和日本相继发明了电动鱼雷、声自导鱼雷和热动力鱼雷。现代潜艇主要装备533~650毫米的反舰/反潜两用重型鱼雷。
在攻击中段一般采用线导方式，末段采用声导、尾流自导等方式进行攻击。鱼雷的破坏力很强，单枚命中即可重创一艘驱逐舰，2~3枚命中就能让一艘万吨级巡洋舰退出战斗。
图为俄罗斯“俱乐部-S”潜射反潜导弹。
水雷是一种布设在水中的爆炸性武器，可由舰船的机械碰撞或由其他非接触式因素（如磁性、噪音、水压等）的作用而起爆，用于阻碍敌方舰艇活动或毁伤敌方舰艇。潜艇使用的水雷，多为沉底水雷，主要布设在敌方基地、港口和航道，用于摧毁敌方舰船。水雷具有价格低廉、威力巨大、布放简便、发现和扫除困难、作用灵活等特点。
图为鱼雷。
武器控制系统多采用数字计算机，可同时计算跟踪多批目标，提供决策依据，求出最佳攻击目标的射击阵位，并计算出数个目标的射击诸元，实现武器射击指挥自动化。弹道导弹会配有专用的导弹发射控制系统。