日前,網上一則關於中國國產核動力航母的消息曝出,立即引起輿論極大關註。中國船舶重工集團公司官網刊發瞭一篇標題為 《新征程,新謀劃!高質量發展的新時代,中船重工應該怎麼幹?綱要明晰前進方向》的戰略綱要。其中明確指出," 加快實現核動力航母、新型核潛艇、安靜型潛艇、水下無人智能對抗體系、水下立體攻防體系和海戰場綜合電子信息系統等攻關突破 "。
該文刊發後立即引起廣泛關註,被認為是官方首次明確表示要發展核動力航母。
網友繪制的中國核動力航母想象圖
當前,全球共有 3 型 12 艘核動力航母。其中,美國擁有 10 艘 " 尼米茲 " 級核動力航母,1 艘 " 福特 " 號核動力航母,而法國擁有 1 艘 " 戴高樂 " 號核動力航母。但是由於 " 戴高樂 " 號的先天缺陷,其動力始終不足,問題連連,技戰能力不佳,很多人都認為它基本不具備實戰能力。
中國未來航母模型
與傳統航母相比,核動力航母的主要區別、優勢都集中在 " 核 " 字。然而,核技術特別是核動力裝置的研發相當復雜,同樣是采用核動力驅動,為什麼法國 " 戴高樂 " 號就有先天殘疾,而美國的核動力航母卻一直運轉良好呢?
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這就不得不提及發展核動力航母最為關鍵核心的問題——核動力反應堆。有人簡單地認為,中國既然有瞭核動力潛艇,把它上面的反應堆技術移植到航母上,就能很快建成我們自己的核航母瞭。
然而事實證明,這是一種極不成熟的想法," 戴高樂 " 號就是典型的失敗案例。盡管核潛艇和核航母從工程原理上看是一樣的,都是工作時不需要氧氣,長時運行而不需要補給,這也是核動力最大的優越性,使其在水上水下使用都一樣。但是,航母用的反應堆和潛艇用的反應堆卻有著很大不同。
以美軍為例,美國現役的核動力航母和潛艇使用的都是壓水堆。水面艦艇使用過幾個型號的反應堆,最新的 " 福特 " 級采用的是 A1B 型,發電量是之前 " 尼米茲 " 級的 3 倍。而 " 尼米茲 " 級使用的是 A4W/A1G 型," 企業 " 號的是 A2W 型,巡洋艦和驅逐艦曾經使用過 C1W 和 D2G 型。這些反應堆,其基本原理都和美國核潛艇的標誰型反應堆 S5W 型基本相同。都是在 S5W 的基礎上,加以放大或適當改進衍生出來的。
S5W 型反應堆第一次裝備是在 " 鰹魚 " 號核潛艇(SSN 585)上,它被稱為美國的標誰型壓水堆。從 20 世紀 50 年代開始,此類型堆陸續裝備瞭 99 艘美國核潛艇和 1 艘英國核潛艇,可見這種堆的功勞之大和技術之成熟。
既然 S5W 型反應堆這麼優秀,美國人為什麼不把它直接用在航母上?主要因為以下幾點:
①作戰需求不同。
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核動力航母是編隊活動的,它的工況一般就是長時間、高航速地連續航行。相比之下,核潛艇都是以獨立航行完成各種作戰任務為主,需要根據自身任務經常以較低巡航速度行進,隻有規避或追逐敵人時才開滿速。所以潛艇堆的機動性要求更高一些,必須更能適應多工況運行。
②艦艇空間不同。
航母很大,因此反應堆大一點無所謂,堆大瞭功率大。潛艇則不一樣,潛艇狹窄的內部空間不能容許動力裝置很大,尤其是高度不能很高。決定潛艇尺寸的是它的艇殼直徑,堆的垂直高度一高,艇的直徑就得增大,排水量就大得多瞭。因此空間不一樣,對動力裝置的影響就很大。排水量、體積的限制對動力裝置的要求非常高,不僅工作條件更苛刻加,還要滿足性能的要求。
③使用壽命不同。
美國人對核潛艇提倡艇堆同壽的理念,一般堆芯長壽命可以達到 30 年。但對於航母,這樣的口號就不再提瞭,因為航母的壽命可以達到 50 年,沒有任何一個反應堆堆芯的壽命司以這麼長,也沒有必要這麼長。壽命不一樣,反應堆的堆芯結構、使用的燃料裝載量都會有很大不同。
④工作原理不同。
航母堆和潛艇堆的效率是不一樣的。它們用的壓水堆有一回路和二回路系統,二回路做完功的蒸汽要流回去,產生背壓。航母主機的背壓比潛艇低,背壓低效率就高。美軍潛艇堆即便達到最好狀態,效率也隻能是 18% — 20%,而航母堆初期就能達到 25.6%。熱效率差這麼多,對總功率的影響很大。同時,效率不同,經濟性也不一樣。一般來說,對航母而言,經濟性的考慮更多一些。
⑤安全要求不同。
潛艇的核安全要求更高。因潛艇空間狹小,如果發生事故,別說核事故,即便是火災這樣的安全事故,從歷史上來看能自救的概率也不超過 35%。而航母的空間大很多,核動力裝置發生一點事故,雖然不會沒有任何影響,但不至於像潛艇那樣,造成艇毀人亡的後果。
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⑥海水環境不同。
潛艇和航母航行區域海水的環境不同,對動力裝置的要求也是不同的。一般情況下,潛蜒經常在比較深的海裡航行,深海區海水溫度較低。而海洋表面水溫是比較高的,二回路乏蒸汽一般是用海水冷凝,通海系統也和海水接觸,所以航行區域水溫不同,對動力裝置也產生重要影響。
核技術應用意義非同一般。以目前人類掌握的反應堆技術能力,具體應用到艦艇上,都需要根據每艘艦艇的實際情況進行 " 量體裁衣 "。不要說水下的潛艇和水上的航母這樣差異很大的艦艇,即便同樣是水面艦艇:核動力巡洋艦、核動力驅逐艦、核動力航空母艦等,它們使用的反應堆,全部都要經過重新設計。
目前,我國核反應堆和其他航母相關技術的發展穩步推進。
去年年底,有媒體報道稱中國計劃在甘肅省建立兩座熔鹽反應堆,它們輸出的能量更多、產生的核廢料更少、安全性更好、可靠性更高,可成為艦船、甚至飛機和航天器的動力裝置。有外媒稱,在核能領域,此類反應堆或開啟新紀元。
目前全球核武器的研發使用的都是鈾反應堆,和鈾反應堆對比,熔鹽反應堆能夠發出更大的熱量和能量而產生的廢料卻隻有鈾反應堆的 1/1000。此外,熔鹽反應堆在使用的過程中內部壓力相對要小很多,因此爆炸的風險性就小瞭很多。
早在去年 9 月 22 日,俄羅斯下水的首艘核破冰船就是使用中國提供的核動力!這款核反應堆是由中核海洋核動力發展有限公司開發的,而它原本是為海上浮動核電站準備的。去年年底在上海海事展上,中船重工展示瞭 4 種海洋核動力平臺及船舶模型。
因此,中船重工這次透露核動力航母的消息,應該不完全是一種巧合。雖然這或許還不能說明我們已經完全掌握瞭核動力航母的相關技術,但至少表明我們在一些關鍵技術上應該已經取得相當大的進展,已經有能力進行研制。
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實際上,從世界各國發展大型核動力水面艦艇的經驗來看, 在建造核動力航母前,建造大型核動力水面船舶是必經之路。無疑,出口俄羅斯核動力能為我們積累經驗,同時也檢驗技術。
我國核動力飛機想象圖
上個世紀,美蘇都曾在核動力小型化應用上進行過探索研究。美國是著名的 X-6 項目,蘇聯則是圖 -119 計劃,不過美蘇的這些項目和計劃都最終結束瞭。
解決瞭核動力,就能從根本上解決航母可持續供應的大功率能源問題,這為其他高尖技術的應用奠定瞭堅實基礎。
馬偉明院士此前表示,我國電磁彈射技術更先進、綜合電力系統也處於世界領先的位置,有望很快投入實用階段。現在中國用殲 -15 已經進行瞭上千次彈射,這意味著我們的電磁彈射已經完全可以直接上艦使用,並且要比 " 福特 " 級上使用的電磁彈射更先進!
新型反應堆技術、電磁彈射技術、綜合電力系統……這些都可認為是我國在相關領域的積累和進步,並為核動力航母提供瞭重要支撐。
我國航母工程總指揮胡問鳴 2017 年 11 月份在接受媒體采訪時曾說 " 現在我們已經能夠自主地設計和建造任何型號的國產航母 "。
現在來看,此話意味深長!