中國AIP潛艇未來如何發展:核動力小堆方案將成首選

2020-12-17 艦載武器雜誌

對於延長常規潛艇水下續航能力這件事兒,使用AIP系統目前已經成為絕大多數海軍國家的共識,在最近幾年裡下水或者服役的常規潛艇裡,AIP系統已經不再是十幾二十年前那種潛艇的某個「增值高配」,慢慢成為了新型常規潛艇出門好意思和人打招呼的基礎配置。

▲ 中國的潛艇上有沒有AIP也已經不再是什麼秘密

無論是日本的「蒼龍」級、德國的212/214系列,法國出口給印度、巴西的「鮋魚」以及中國新建的039A/B/C,都使用了不同類型的AIP動力系統用於延長潛艇在水下的持續作戰時間。近幾年服役的潛艇型號裡唯一沒有使用AIP的的,似乎就只有俄羅斯的636.1和636.3系列了——某種程度上這也表明在AIP動力競爭上,雖然蘇聯是一個「起個大早」的參賽者,現在卻處於「晚集還沒趕上」的尷尬境地。

▲ 潛艦不可怕,誰短誰尷尬

前一陣子我們看到《軍事報導》裡出現的所謂「加裝AIP的中國海軍基洛級潛艇」,後來被證實是電視劇《深海利劍》裡一艘經過再加工後,「額外添加」了拉長的後半截艇身和圍殼舵的基洛級潛艇。

▲ 你以為軍事報導就欽定官洩官宣了?

▲ 其實也是可以隨便找素材來弄的

施佬小時候看科普的時候,AIP的主要動力類型有閉式循環柴油機、斯特林發動機、燃料電池以及多數時候被一筆帶過的小型核反應堆。現在又多出個法國潛艇使用的MESMA走的就是閉式循環汽輪機路線,瑞典、日本、中國的潛艇使用的是斯特林發動機,德國以及出口到韓國、希臘等國的的潛艇則使用燃料電池技術。

▲ 當然不同國家的AIP體系各有特色

這幾種原理其實都有各自的局限性,閉式循環柴油機在上世紀50年代曾經在蘇聯的615型上得到運用,但隨後因為液氧導致的多起事故讓這種動力系統聲名狼藉;

▲ 其實現在還有德國公司在賣這套技術,但是好像至今還沒有人買

閉式循環汽輪機的循環迴路系統體積和重量相對太大,製造和使用成本都較高且噪音不小;

▲ 這套系統除了熱源不一樣,其他很多東西都和核反應堆類似

斯特林發動機的響應速度較慢、對減震系統要求較高,而且在現有條件下增加功率的難度較大,一般的2000-3000噸的常規潛艇要至少安裝4臺才能滿足水下充電的需求,日本因為對這種充電能力心懷不滿而又難以提升,已經在第11艘「蒼龍」上放棄了斯特林機,轉而用鋰電池來彌補水下持續航行的能力;

▲ 中國的斯特林機功率比西方產品高117%,但整體功率還是有限

至於燃料電池,目前技術下所能達到的功率密度太低,液氧和液氫的補充相對困難,而且需要經常性進入幹船塢拆掉外殼檢修,其維護並不方便。

▲ 老是想要這樣搞,那誰受得了

所以在這樣的情況下,AIP裡被「一筆帶過」的核動力小堆方案反而似乎成了AIP技術的前進方向。特別是當有關中國可能使用核動力小堆作為常規潛艇的AIP動力形式的時候,有關核動力小堆的討論自然就成為了熱點。

▲ 尤其當有官洩的時候……

從技術原理的角度上來看,小堆AIP本身與普通核潛艇的核反應堆在規模和尺寸上有很大的區別,但其實都是「燒開水」。無論是脈衝堆、高溫氣冷堆還是一體化壓水堆,其方式都是反應堆中裂變反應的產生的熱量通過加熱迴路水最終驅動蒸汽輪機產生電力,並使用這種電力為電池充電或者使電動機驅動潛艇前進。主要的區別在於小堆的尺寸更小,且一般來說模塊化程度更高。

▲ 瑞典這樣的國家早年其實也很認真研究過核潛艇,AIP其實反而是退而求其次的備份

一般來說,小堆的各種含有放射性的系統最好都集中到AIP艙段中,並且統一進行輻射的屏蔽,而且需要在耐壓殼體上預製開孔可拆板,以便設備的吊裝、核燃料的添加以及退役拆除。之所以核潛艇不需要而小堆要這麼做,是因為大型核反應堆裝料更多,平均接近十年甚至更久才需要更換一次,切開艇體的形式問題不大。而小堆儘管比起其他的AIP系統有著續航力更長的優勢,但一般來說1年左右就需要進行換料。如果每次都要切開潛艇艇體,對於潛艇的出勤率顯然有著不小的影響。

▲ 每次都要切開……那潛艇的勤務性就太差了

當然之所以用小堆而非純粹的核潛艇,主要考慮的還是潛艇的造價和使用的經濟性,畢竟小堆的價格雖然高於普通AIP,但比起純粹的核潛艇還是要便宜一些。但是從另一個角度來說,施佬並不覺得小堆AIP對於中國海軍是個太好的選擇。因為無論是純粹的核潛艇還是小堆AIP,對於那些需要換裝的常規潛艇部隊來說,都需要建立一套完整涉及核動力系統的操作和使用規範,以及與各种放射性設備有關的岸上硬體設施。說到底,潛艇造價可能會差不少,但維護核反應堆的體系,無論反應堆的大小,整體的複雜程度也許並不會有太大的差異。

▲ 畢竟放射性物質一克也不能麻痺大意啊,堆大堆小那都是致命輻射

而在潛艇性能的角度,小堆AIP與正規的核潛艇卻是有著天壤之別的,特別是對於潛艇機動性至關重要的水下持續航速來說,能夠持續以25節進行水下機動的正規核潛艇和只能持續在水下以不足10節航速行駛的小堆AIP艇在戰術意義上的差別,某種程度上就好像二戰初期的德國II型潛艇與二戰末期的XXI型潛艇之間的性能差距一樣巨大。在這樣的情況下,是否真的要將小堆AIP作為水下艦隊下一步的發展方向,還是要好好研究一下的問題。

來源:新浪軍事

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