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核反應堆有新突破?“小虎鲸”引發熱議,關鍵技術難點還是在動力

作者:陳虎點兵

來湊個熱鬧,說一說“小虎鲸”。

這兩天在網上,我們看到很多人在講“小核魚,小虎鲸”,甚至有人說已經在國内開始批量建造了。對于這一類的消息,我沒本事證明它是真還是假,因為一個退休老頭沒那麼多官方的消息。但是我可以從原理上講一講,“小虎鲸”有沒有必要,真正要讓“小虎鲸”具備實戰的優勢,需要哪些重大的技術突破。

核反應堆有新突破?“小虎鲸”引發熱議,關鍵技術難點還是在動力

首先不管講“小核魚”也好,“小虎鲸”也好,它首先就涉及一個定義的問題。它是全核動力,還是以部分核動力為核心的AIP動力?這兩個是有本質差別的。

AIP本質上來說是一個輔助動力,而全核動力才是把核動力作為主動力。那麼AIP有沒有技術優勢,有多大的意義呢?這個問題我是打一個問号的,因為潛艇的動力系統本來就很複雜。

老的正常柴電潛艇,它實際上是有兩套動力系統,一套是水下的純電力推進,另一套是水面和通氣管的柴油機動力。但是這樣的動力構成涉及蓄電池的蓄電能力問題,水下續航能力受到了極大的限制,後來才有了AIP動力。AIP動力上來之後,實際上是把正常動力潛艇進一步的複雜化了,相當于在原有的柴油機、蓄電池、電機的基礎上,又增加了一套新的動力裝置。不管你是燃料電池也好,還是閉式循環柴油機也好,都是多了一樣東西。

那麼多了一套東西帶來的結果是什麼呢?肯定是系統越複雜,技術難度越大,故障率越高,成本也會越高,而且傳統的正常AIP帶來的問題不僅僅在艇的本身,在潛艇的岸上後勤保障系統也會帶來新的負擔。以前你供油、供水、供電就行了,現在還要有液氧,甚至還要有液氫,而液氧、液氫這些都是不好伺候,而且都是屬于易燃易爆物品,這對後勤的壓力是不小的。

核反應堆有新突破?“小虎鲸”引發熱議,關鍵技術難點還是在動力

但是在潛艇水下機動能力迫切的需求之下,盡管有這樣的代價,很多國家的海軍還是硬着頭皮上了正常AIP了。正常AIP是不是最好的呢?肯定不是最好的。一來它對水下航行能力的增加是有限的,換句話來說還要受到你攜帶液氧的限制。另外成本這一塊肯定也是一塊硬支出,這個硬支出不僅僅是一次性的投入,還包括了運作的成本。

我們看到日本的正常潛艇把鉛蓄電池換成了锂電池之後,就把AIP舍棄了。為什麼做出這樣的技術選擇呢?因為加了锂電之後,電池的蓄電能力大幅度增加了,水下的航行能力已經和AIP差不多了。這個時候是否有必要加裝AIP呢?日本做出的選擇是把AIP給扔掉了,有了锂電就足夠了。其實這個選擇是有道理的,某種意義上來說也是明智的。潛艇不能無限地堆料,無限地堆料,最後總是要出問題,要麼太貴了,買不起,用不起,要麼系統高度複雜,故障頻出。

那麼,講到這個地方,就涉及“小虎鲸”的問題了。 “小虎鲸”究竟是什麼東西?是一個小堆的純核動力,還是把核動力做成輔助動力的一個AIP潛艇?其實作在看這兩種路徑都有問題。拿核動力做輔助動力,稍一琢磨就有點得不償失。核動力的好處沒有拿到十足,因為堆小,功率低。但是核動力的毛病卻一點沒少,比如說需要屏蔽輻射,帶來的噸位尺寸的問題,比如說核燃料的加料,進廠大修的問題,比如說退役之後的後處理問題。如果說你這個小堆是傳統意義上的壓水堆,那麼這些東西一個也少不了。

核反應堆有新突破?“小虎鲸”引發熱議,關鍵技術難點還是在動力

那麼還有一種定義方式,就是純核動力的小型核潛艇。這個小型是相對的,比較典型的。你像法國人當年搞的“紅寶石”級核潛艇就是屬于這一類。它是一個純核動力的,但是水下排水量隻有2700多噸,比現在的一些正常動力潛艇排水量還要小。

那麼法國人是怎樣實作這種小艇核動力呢?其實也不過就是在壓水堆的基礎上搞高度的壓縮,小型化,比如說壓水反應堆的一體化,把整個的一回路全部壓縮放到壓力殼裡。這樣帶來了兩個好處,一個好處是把尺寸大幅度壓縮下來了,第二個好處就是自然循環能力大大加強。自然循環能力加強了,不需要循環泵了,系統的複雜程度降低了,而且循環泵是核潛艇的主要噪音源之一。去掉了這個噪音源,安靜性就可以提高不少。我們看到現在最先進的核潛艇,講到安靜航行的時候,往往都是使用自然循環方式。

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毛病呢,毛病也是一堆,純粹的自然循環方式,整個系統的功率、體積重量比就會降下來,也就是說核潛艇能夠輸出的動力要降低。再一個整個的核反應堆,包括一回路一體化了,那麼如果你的核反應堆要換料,那就麻煩了,而且如果一回路出現了問題是沒法維修的,要維修就要進場大修,就要切開反應堆的壓力殼,這可是“大手術”。是以搞到最後,法國海軍僅僅搞了這麼一代小型的全核動力潛艇,随後就放棄了這個思路了。放棄說明走不下去了。

講到這裡,大家可能說,你把“小虎鲸”的兩條路都堵死了,是不是“小虎鲸、小核魚”就沒有意義,沒有技術上的可能性了呢?要想真正實作一個全優全能的“小虎鲸”,需要做到哪幾點呢?

至少需要做到三點。第一,系統的複雜化不大規模地提升,即使提升了和所獲得的效益比可以忽略不計。第二,成本是可控的,如果“小虎鲸”和“大核魚”的成本完全處在同一個數量級上,那麼要“小虎鲸”的意義又在哪裡呢,幹脆你直接搞“大核魚”就行了。第三就是使用保障不能太麻煩。實作了這三點,“小虎鲸、小核魚”才能真正地大行其道。

核反應堆有新突破?“小虎鲸”引發熱議,關鍵技術難點還是在動力

怎麼樣才能實作這三點呢?關鍵的一條就是不能按照傳統的壓水堆的思路去想問題。如果還用傳統的壓水堆去搞所謂的“小核魚、小虎鲸”,那基本上就會走進技術上的死胡同。是以“小虎鲸、小核魚”的問世,它的技術基礎是在核動力裝置上有本質的突破。它不是壓水反應堆改一改、縮一縮、壓一壓就行了的問題。

那麼需要什麼樣的技術突破才能使“小虎鲸、小核魚”具備足夠的吸引力呢?以前給大家講過,所謂的钍基熔鹽堆。我不是說現在的“小虎鲸、小核魚”就要用钍基熔鹽堆,我隻不過拿它舉個例子。钍基熔鹽堆因為它不像壓水堆是一個高壓系統,變成了常壓系統,是以體積重量大幅度下降。反應堆的工質由高壓水蒸汽變成了熔鹽,核放射性的問題變得可控了,更具體說就是安全、可控。第三,它能夠輸出的功率對于潛艇來說相當充沛,夠用。是以從這個角度上來說,如果說你的钍基熔鹽堆出來了、成熟了,那麼像“小虎鲸、小核魚”就有可能大行其道了。

核反應堆有新突破?“小虎鲸”引發熱議,關鍵技術難點還是在動力

沒有技術基礎的猜測都是純粹的猜測。隻有有了技術基礎,才有可能有新一代的全新的武器裝備問世,甚至有可能全面替代老一代的裝備。最後再說一遍,我說钍基熔鹽堆僅僅是舉個例子而已,大家不要多想。

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