虎鲸

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TUhjnbcbe - 2023/9/21 21:50:00

美国总统拜登前一阵访问韩国,与韩国总统尹锡悦签署协议,同意共享“小型模块化核反应堆”(SMR)技术,可能为韩国开发核动力潜艇铺平道路。这个协议让美国领导的“负责任使用小型模块化反应堆技术基础设施”(FIRST)项目浮出水面。韩国拥有成熟的AIP常规潜艇制造技术,也具有成熟的民用核电站建造技术,因此如果能够得到美国的技术转让,使用SMR核反应堆建造与常规潜艇排水量差不多的小型核潜艇是没什么问题的。

除了韩国以外,有外媒报道说,FIRST计划也包括澳大利亚。去年澳大利亚在“奥库斯”集团内的核潜艇采购计划撕毁了之前与法国签的常规潜艇建造合同,但目前澳大利亚的核潜艇计划仍然举棋不定。

首先,美国船厂的产能已经饱和,澳大利亚估计以美国“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇为蓝本开发澳大利亚的核潜艇,首艇接收的时间也在年;其次,买美制核潜艇的另一个麻烦在于,美国核潜艇使用的核燃料都是浓度在95%以上的武器级铀,经过简单加工是可以用来制造原子弹的。如果让澳大利亚人直接接触了这些核燃料,将会违反《不扩散核武器条约》。而FIRST计划下的SMR核反应堆可以解决这些问题。SMR是指功率在兆瓦以下,采用低丰度燃料(20%左右)的核反应堆。美国已经提出计划,将澳大利亚现有的“柯林斯”级常规潜艇切开,增加一个SMR舱段,就能改造成小型核潜艇。韩国也将采用在常规潜艇的基础上增加一个SMR舱段的方案。这里还有个小插曲,本来韩国要引进法国的低丰度反应堆技术的,结果又被美国的FIRST计划撬掉了。

使用SMR核反应堆驱动的-0吨级的潜艇,与常规AIP潜艇大小基本相同,但是性能大幅度提升。现代无AIP系统的常规潜艇一次下潜的水下持续航行时间一般只有几天;AIP常规潜艇的水下持续航行时间提高到了几周,但是水下航行速度一般只能维持在几节;而核潜艇水下持续航行时间可以达到几个月,并且能够维持二三十节的最高航速;使用SMR核反应堆驱动的小型核潜艇在航速和持续航行时间上可能都比大型核潜艇低,但肯定远远高于AIP常规潜艇。而小型核潜艇比大型核潜艇更加灵活,对水深的要求低,在浅水海域作战比大型核潜艇更有优势。

无独有偶,在互联网传闻中,中国也一直有小型核潜艇计划,网友起了个外号叫小虎鲸。只不过这种小型核潜艇用的核动力装置跟普通核反应堆不同。虽然目前这个计划一直没有公开。但通过这两年中国在外燃机系统上的进步,可以看出我们的水平所在。

首先是大型斯特林发动机。去年底媒体报道,我国中船集团所研制出kw的斯特林发动机,热效率高达40%,未来还有1MW的型号在研制。一般在潜艇上使用斯特林发动机,是用液氧和煤油燃烧产生热量来推动斯特林发电。我国的,日本的苍龙等都是这个原理。

但几年前,作为我国船舶科研领头羊的哈尔滨工程大学公布了一项专利,使用同位素热源加热斯特林来发电。这就使得潜艇不在依赖液氧罐也能在水下使用斯特林发动机。但即便是1wm的斯特林发动机,功率也还是太小,即便多台并联,也就能支撑0吨的潜艇水下12节左右的速度,还是偏慢,无法跟真正的核潜艇对抗。

而中国另外一项进展则展现了更加喜人的前景,那就是超临界二氧化碳涡轮机组。普通的核动力反应堆是用核材料烧开水再推动蒸汽轮机。但水蒸汽作为传热介质,体积大,效率较低。而超临界二氧化碳具有比水更加优越的性质,不但效率很高,而且结构紧凑。同样功率的动力机组,超临界二氧化碳机组的体积只有压水堆的5分之一,可以装在小型潜艇上,发电效率却可以达到40%以上,而且它采用高速涡轮机组发电,产生的噪声都是高频噪声,非常容易消除。同时由于没有水,对于钠冷快堆这种先进高效率反应堆也更加友好,安全性大大增加。

目前,我国在这项技术的研究上走在了世界前列,去年底华能集团5MW机组已经开始并网发电,十四五期间还将建造50MW的机组。如果将这个作为我国核潜艇的动力,那未来不论是大型核潜艇还是小型核潜艇都将对采用压水堆的潜艇产生代差。甚至我们还可以畅想一下,如果核动力航母上采用这种反应堆,也将带来极大的好处。所以,对于美国的SMR,我们不需要太过担心。中国的小虎鲸可能一出世就将是碾压的姿态。

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