核動力AIP潛艇,有啥意義呢?

昨天有朋友點題要說一下核潛艇，但是筆者真的不了解，除了在某資料裡見過可能是095方案模型的照片外，就沒什麼可說的了。從模型看，095肯定是用了泵噴，還有更符合流體力學原理的指揮臺圍殼，艇體直徑應該也會比093更大。至於別的，看不出更多了，所以就不多說了。

另一位朋友則要求跑AIP，尤其是新的「小堆AIP」的火車，那這個，咱可以說幾句。

首先咱們要知道，核動力AIP，它依然是一個AIP，不是真正的核動力——為啥這麼說呢？

咱們得先說真正的「小核潛艇」。

法國的「紅寶石」級大家應該耳熟能詳了。法國上世紀70年代在搞定了戰略核潛艇後，才開始搞攻擊型核潛艇，而法國人覺得，類似美蘇那種大型的，排水量比驅逐艦還大的攻擊型核潛艇，固然是續航能力更強，攜帶武器更多，但在水深較淺的海區，比如法國南部海岸線直接面對的地中海，那就不夠靈活了。

法國「紅寶石」級核潛艇為了在地中海活動，排水量做到了2000噸水平

相比之下，美國「海狼」級排水量高達9150噸，堪稱「水下巡洋艦」

法國新一代的「薩弗林」級核潛艇排水量雖然比「紅寶石」大，但仍然控制在了6000噸以下

最後，法國就造出了排水量只有2000噸的「紅寶石」級核潛艇。

為了減小排水量，該艇設計上採用了很多「極端化」的設計，比如核動力裝置尺寸十分濃縮，許多結構部件都採用「兼職」設計（類似前幾天哈工大取得突破的「火箭燃料共底儲箱」技術），同時該艇為了儘可能減小尺寸和噸位，還取消了一般核潛艇採用的蒸汽輪機的動力通過齒輪箱直接驅動主軸的設計，改為用渦輪機先發電，再用電驅動主軸。這樣可以減少一套齒輪箱，理論上能減少噪音源。而且因為它的反應堆還有一定的一迴路自然循環的能力（中國091型理論上也有此能力）。

所以在八九十年代國內雜誌介紹的時候還經常提，說「紅寶石」有自然循環技術和取消齒輪箱，應該噪音很低。

然而實際上……咱們當時也就是消息比較閉塞，沒看到國外當時的實際報導……

上世紀80年代，加拿大一度制定了一個雄心萬丈的潛艇艦隊建設計劃，打算購買10-12艘核潛艇，用來在北冰洋冰蓋之下和蘇聯核潛艇展開一場角逐。而當時參加拿大海軍競標的，有兩種潛艇，一種是英國「特拉法加」級，一種就是「紅寶石」級。而這其中「特拉法加」因為有美國核反應堆技術轉讓的麻煩，在成本等方面不佔優勢。

似乎「紅寶石」級可以順利中標——但結果呢，加拿大人測試的結果認為，紅寶石有兩項缺陷，因此不適合執行與敵方核潛艇對抗的任務。

北極冰蓋下，是核潛艇「單挑」的戰場，要在這片戰場上生存下來，靜音、高速、能夠攜帶大量武器的大型核潛艇顯然更具優勢

其一，速度慢——這個好解釋，畢竟當時的電動機技術水平還沒有達到今天的水平，所以「紅寶石」級航速頂天也就25節，和蘇聯那些能跑到30多節，甚至40節的妖孽相比，簡直是不夠看。

其二，噪音大——誒？前面不是說了「紅寶石」取消了齒輪箱，還能自然循環，噪音很低嗎？其實不然，別忘了，潛艇的噪音，要進行消除，是需要一定的排水量和尺寸代價的。蘇聯「基洛」級常規聽被稱為「大洋黑洞」，前提就是其艇內安裝了兩個大橡膠氣囊嘛……而要安裝這種東西，自然需要佔用一定艇體空間，而「紅寶石」內部幾乎全都塞滿了設備，哪還有空間來裝降低噪音的相關設備？即使是法國後來引以為豪的用彈簧連杆消除噪音的這些設備，幾乎也沒有多少空間來裝。而高速航行本來就不可能用自然循環，當然就導致噪音小不下去咯。

當然，加拿大的這個10-12艘核潛艇的計劃，最後就這樣破產了。

法國在後面幾艘「紅寶石」上，也採用了新的降噪措施，在2015年，一艘「紅寶石」級在北約反潛演練中，成功突破美軍航母編隊的反潛網，「擊沉」了「艾森豪」號航母和「提康德羅加」號巡洋艦——這表明，自然循環+取消齒輪箱，在低速航行的時候，讓「紅寶石」級具備類似常規潛艇的靜音性能，也確實不是瞎說。

在淺水海域，很多國家的常規潛艇，以及法國「紅寶石」都有「擊沉」美國航母的紀錄，表明這些噸位較小的潛艇確實有其存在的價值

這也可以看出，加拿大那個讓「紅寶石」去對付蘇聯核潛艇的玩法，確實是強人所難了。但小型核潛艇在淺水海區和情況複雜海區，也確實有其價值——因此法國新一代核潛艇「薩弗朗」級（預計2019年首艇交付海軍）排水量雖然比「紅寶石」增大，但與美蘇的核潛艇比，還是較小，為5300噸（水下排水量）。

既然用傳統的壓水堆的「小核潛艇」並不能具備真正核潛艇的全部功能，那麼現代的「熱離子堆」又如何呢？

按照一些傳聞，未來我國將建造以039B後期批次為基礎，將艇上的斯特林機和儲氧艙段改為小型熱離子堆的艙段。

小型熱離子堆是一種第四代核反應堆，與傳統的反應堆用核燃料燒水，用蒸汽驅動輪機發電的原理不同，熱離子堆自己就能直接發電，它的冷卻系統主要任務只是帶走堆芯過多的熱量，避免反應堆融毀。

因為熱離子堆的結構與傳統的一迴路、二迴路的壓水堆相比，要簡單的多，而發電效率又比更簡單的衰變核電池高得多，因此在冷戰期間，它就被作為核電源，在衛星上得到了使用。

只是，雖然可以做的非常輕，但熱離子堆的功率很難做大——但是，目前AIP系統用的斯特林機，功率也沒高到哪去……而其他的第四代核電技術的反應堆，不管是熔鹽堆、高溫氣冷堆……實際上都不適合作為潛艇反應堆動力，要麼噪音大，要麼能量密度低。

美蘇衛星用熱離子堆結構示意圖

相比之下，熱離子堆噪音可以做的非常小，本身尺寸也非常小，輸出功率雖然並不大，但是持續穩定——作為AIP系統倒是正好。

反正作為AIP系統，熱離子堆也不必直接驅動電機，它的電能會首先用來給潛艇的主電池充電，然後再驅動主電機，驅動潛艇前進。

在039B上使用熱離子堆AIP技術，可以說，只要堆本身的技術搞定，接下來可以說是很簡單的事情了，馬偉明院士為AIP系統設計的可同時給主電池充電和驅動潛艇低速前進的相關變電技術（讓一個發電機同時輸出直流交流電），直接把電源換成熱離子堆就直接OK，簡直完美。

順便說一句，最近，日本韓國開始在潛艇上嘗試使用鋰離子聚合物電池，這種電池的能量密度要比常規鉛酸電池高一倍以上。中國目前也是世界上鋰電池生產的主要國家，還有比亞迪這樣在電池技術領域擁有大量專利的公司，其實沒有理由開發不出更好的電池，所以有些人吹什麼日本韓國靠鋰電池就能在AIP技術方面後來居上超越中國，是挺搞笑的。

通過裝備熱離子堆和大容量新型電池，中國的未來的「小核艇」可以具備近乎於無限的水下動力，這可比日本韓國的「鋰離子AIP」強多了。不過呢，即使是有了「小核艇」，它也仍然難以在水下持續以高速航行，還是需要以低航速進行充電才行，不過鋰離子電池的大容量，可以大幅度提高充滿電情況下潛艇「衝刺」的持續時間，可以大大提高AIP潛艇作戰靈活性。

039B型常規動力潛艇未來如果改為核動力AIP，那麼其作戰能力將再上一個新臺階

不過呢，「紅寶石」的前例告訴我們，2000噸級的潛艇，哪怕是核潛艇，要想和6000噸以上的「正規核潛艇」在深海大洋或者北極冰蓋下這樣單純靠潛艇本身性能對抗的環境下進行對抗，基本上就是找死。

但是，如果在情況複雜的淺海，或者海底環境複雜的海區進行作戰，那麼常規潛艇和「小核艇」卻仍有很大的價值。

對於我國來說這種核動力AIP潛艇，最大的好處是技術相對簡單，價格相對便宜，可以用較低的成本採購一大批，在較短時間內，大幅度增強我國海軍潛艇部隊的作戰能力，尤其是進入更遠的海域作戰的能力。中國沒有必要像美國那樣搞全大型核潛艇艦隊，我們的情況更接近蘇聯，有較多的本國周邊海域作戰的需求，搞常規潛艇或者「小核艇」的意義是很大的。