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核反應堆的發展進程
潛艇是現代海軍水下作戰的主要武器,按功率可分為常規動力潛水艇和核動力潛水艇。其中具有強大動力,無限續航力,超高航速的核潛艇就是潛艇界當之無愧的「水下霸王」,也是世界海軍強國極為推崇,重點打造的高端裝備。但核潛艇技術複雜,成本高,使用維護處理的成本高得多,要維持一個龐大的核潛艇部隊又談何容易。
在現階段來說,世界上只有財大氣粗的美國和規模周到的英國海軍實現了全核化,另外三個國家也擁有核潛艇,那就是中國、俄羅斯、法國,但更多的是都仍保留著大量常規潛艇,而其他國家只能「蜀中無大將,廖化為先鋒」,依靠常規潛艇當家。
具體地說,美國擁有世界上唯一的全核潛艇部隊,而前蘇聯和俄羅斯都無法與美國相比。以前蘇聯海狼級潛艇為例,建造最初的目的是為了捕獵前蘇聯深海遊弋核潛艇。因為海狼成本很高,以1998年那時的美元計算,前兩艘船的平均成本為24億美元。甚至連美國人都覺得真是「財大氣粗」的項目,所以海狼級只建造三艘就停了下來。後來的俄羅斯也無力接受只得放棄。
後來,美國開始建造硬體標準略有下降的佛吉尼亞級潛艇,以取代海狼級和洛杉磯級。2017年有14艘維吉尼亞級核潛艇服役,兩艘正在建造。即便以此為基礎分攤研發成本,但美國海軍此前訂購10艘維吉尼亞級核潛艇,其採購成本也高達178億美元。
為何核潛艇就這麼破費呢?關鍵就在於核反應能提供幾乎無限的續航能力,因此深海作戰核潛艇的優勢非常明顯。全球海軍都對核潛艇尤其鍾情。此外,核潛艇能潛伏在水下幾個月,唯一的限制是人的耐力。儘管前蘇聯解體了,但俄羅斯作為武裝力量的支柱,仍然完全繼承了前蘇聯潛艇研製計劃。儘管俄羅斯國力下降,但在開發常規潛艇時,對核潛艇的投入仍在不斷增加,那就是研發不依賴於空氣推進的AIP常規潛艇。但這也只是滿狀態核潛艇的過渡產品,難堪重用。
就我國而言,近幾年來,我國在核潛艇領域的研發能力有了很大的發展,仿效美國海軍建立全核潛艇部隊的呼聲也越來越高。像一步到位的想法看起來很好,但要實現這一目標卻是一件非常困難的事情。為加快核潛艇的發展,我國對核能的研究,此前已經成功突破了第四代核反應堆的研究階段,核心技術已經成熟。
具體來說,第四代核反應堆體積小,安全性高,根據其特點甚至適用於商業領域。在世界範圍內實現4代反應堆的國家寥寥無幾,與核能研究相關的材料、控制技術等均屬頂級機密。我們國家曾經引進過AP1000商用核電技術,通過剖析引進的產品,並加以借鑑和學習,最終取得了技術突破,打破了美俄的技術封鎖。國內還完成了四代反應堆中各種不同構型的研究,目前已有三種不同構型的成功建立。這一技術突破為中國新一代核潛艇的研製提供了有力的技術支撐,保證了095、096的順利發展。
自上世紀70年代以來,中國就一直在研究核反應堆的小型化問題,80年代初取得了理論突破,1984年成功地應用於實踐。而周邊設備是我國的薄弱環節,國內對材料的研究無法滿足核心技術的需要,許多理論難以應用於實踐。
例如,我國核反應堆的噪聲比較大,092型潛艇的噪聲高達120 dB,使用這樣一臺核反應堆的潛艇,還沒有進入目標海域,就很容易被聲吶探測到,因此,擺在眼前的問題是全面降低噪聲刻不容緩。
核動力油泵核心我國已突破
所以,因為4代核反應堆的成功實現了技術突破,製造出的潛艇使用了新的核反應堆ACP100,而裝上ACP100的試驗潛艇也使用了全新的電力系統,使噪音大大降低,其巡航噪聲降至95 dB。在能量利用方面,已接近現代尖端潛艇的六成,和美國服役中的潛艇不相上下了。
但是,畢竟沒有達到世界頂尖水平,我們的道路還很遙遠,這項研究還需要更多的時間才能完成,為了進一步提高我軍規模較大的常規潛艇部隊的作戰效能,此前我國又闢捷徑選擇了小型低溫核反應堆的發展道路,也就是滿狀態核潛艇的過渡產品。
早在上世紀90年代,中國就建成了世界上第一座殼式低溫核反應堆,至今已取得了小型化和艇用化的重大突破。低溫反應堆不同於傳統的高溫反應堆,它具有結構緊湊、模塊化、低溫低氣壓、自動化程度高、安全性好等特點,可以非常方便地安裝在現有型號的常規潛艇之上,只需增加一個小的動力艙,一次裝載的續航能力幾乎無限,航速明顯優於已裝備 AIP系統的常規潛艇,噪音也基本相當。
該型潛艇由低溫反應堆提供動力,又稱「小堆核潛艇」,主要用來裝備我軍常規潛艇039 B的後繼型,已服役的039 A/B也可在中期升級時加以改進。雖然「小堆核潛艇」的綜合性能並不比得上真正的大型核潛艇,但在特殊的作戰環境下對中國海軍水下作戰能力的提升無疑有著極其重要的戰略意義。就目前情況而言,我軍現有的常規潛艇雖然在數量上比周邊國家有了很大的優勢,但在技術性能上沒有明顯的優勢。並且「小堆核潛艇」已經大大拉低了原有的力量對比。
"小型核潛艇"不僅可以像普通常規潛艇一樣在第一島鏈的淺海大陸架上不動聲色地移動,續航能力、最大航速、加速能等都達到了大型核潛艇的水平,而且從核反應堆獲得的足夠電力,還可以讓它攜帶性能更先進、功能更完善的聲納設備和武器系統,探測能力和打擊能力更是直接碾壓日本的蒼龍級和韓國的214型潛艇。
假如中國海軍捨得花更多的錢,再進一步整合世界領先的「無軸泵推+綜合全電」技術,即使碰上海浪級、維吉尼亞級等大型 BOSS,我國的「小堆核潛艇」藉助淺海的有利地形,也有克敵制勝的可靠把握,而且「小堆核潛艇」造價相對低廉,也適合大量裝備和改造。
目前,我國海軍水下作戰力量主要由095型、093型核潛艇以及039 B/C改進型島鏈防禦型核潛艇組成,它們實際上都是「小堆核潛艇」,這樣一支既能高低搭配,又能攻守平衡,又能符合中國自身防務需要的「全核化」潛艇部隊,必將在維護我國海防安全和海外利益方面發揮巨大作用。
但如前文所述的那樣,小型低溫核反應堆發展出來的核潛艇只算是我國滿狀態核潛艇突破前的過渡產品,我國在核潛艇的發展中還需再接再厲。
因此,五代堆的研究開發尤其重要,事實上!如果「四代堆」的概念還不足以指導未來,我國核能行業人士此前開始探尋,未來的核能系統應該是什麼樣子。先前中國科學院院士鄒才能發表了具體的評論,並提出了長遠的目標,他說「第五代核能系統將會使我國對相關的概念和思想進行主導和輸出,從而引領世界核能創新。」
在鄒才智看來,第五代核能系統的概念落地並最終建成具有「四大創新,一項先導」(四創一導)的意義,即實現從產品驅動到需求拉動,從單堆進化到網絡優化開發模式,從基荷能源到平衡調能的應用理念創新,從單一發電到多領域供能的應用場景創新,從而引領世界核能創新。
核潛艇鼻祖
在專家時靖誼看來:我們與國外最大的差距事實上不在於設備和技術,而在於對未來核電的理解和思考。核能的創新與發展需要思想先行,觀念先行,如果觀念和思想都是別人的,就很難擺脫跟不上時代潮流,逆向設計,跟不上時代潮流,跟不上時代潮流的頑疾。
五代是核能協同網絡的概念。因為有了網絡,我們可以先建一些,先試先行,不斷優化,不斷完善,再擴大。」時靖誼表示,我國現有的能源系統可以為第五代核能系統的發展提供30年的戰略機遇,在此30年內,我們有希望實現第五代核能系統的起步階段,也就是研製出可利用的最小規模產品。
而且,」第五代核電系統必將引領中國未來核電發展的前沿,推動中國核電新基礎設施的建設與發展。三十年後,誰能說主導未來核能的不會是我們呢?」時靖誼說,千裡之行,始於足下。路雖遠,行則將至。