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核反应堆有新突破! “小虎鲸”引发热议, 关键技术难点还是在动力

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来凑个热闹,说一说“小虎鲸”。

这两天在网上,我们看到很多人在讲“小核鱼,小虎鲸”,甚至有人说已经在国内开始批量建造了。对于这一类的消息,我没本事证明它是真还是假,因为一个退休老头没那么多官方的消息。但是我可以从原理上讲一讲,“小虎鲸”有没有必要,真正要让“小虎鲸”具备实战的优势,需要哪些重大的技术突破。

首先不管讲“小核鱼”也好,“小虎鲸”也好,它首先就涉及一个定义的问题。它是全核动力,还是以部分核动力为核心的AIP动力?这两个是有本质区别的。

AIP本质上来说是一个辅助动力,而全核动力才是把核动力作为主动力。那么AIP有没有技术优势,有多大的意义呢?这个问题我是打一个问号的,因为潜艇的动力系统本来就很复杂。

老的常规柴电潜艇,它实际上是有两套动力系统,一套是水下的纯电力推进,另一套是水面和通气管的柴油机动力。但是这样的动力构成涉及蓄电池的蓄电能力问题,水下续航能力受到了极大的限制,后来才有了AIP动力。AIP动力上来之后,实际上是把常规动力潜艇进一步的复杂化了,相当于在原有的柴油机、蓄电池、电机的基础上,又增加了一套新的动力装置。不管你是燃料电池也好,还是闭式循环柴油机也好,都是多了一样东西。

那么多了一套东西带来的结果是什么呢?肯定是系统越复杂,技术难度越大,故障率越高,成本也会越高,而且传统的常规AIP带来的问题不仅仅在艇的本身,在潜艇的岸上后勤保障系统也会带来新的负担。以前你供油、供水、供电就行了,现在还要有液氧,甚至还要有液氢,而液氧、液氢这些都是不好伺候,而且都是属于易燃易爆物品,这对后勤的压力是不小的。

但是在潜艇水下机动能力迫切的需求之下,尽管有这样的代价,很多国家的海军还是硬着头皮上了常规AIP了。常规AIP是不是最好的呢?肯定不是最好的。一来它对水下航行能力的增加是有限的,换句话来说还要受到你携带液氧的限制。另外成本这一块肯定也是一块硬支出,这个硬支出不仅仅是一次性的投入,还包括了运行的成本。

我们看到日本的常规潜艇把铅蓄电池换成了锂电池之后,就把AIP舍弃了。为什么做出这样的技术选择呢?因为加了锂电之后,电池的蓄电能力大幅度增加了,水下的航行能力已经和AIP差不多了。这个时候是否有必要加装AIP呢?日本做出的选择是把AIP给扔掉了,有了锂电就足够了。其实这个选择是有道理的,某种意义上来说也是明智的。潜艇不能无限地堆料,无限地堆料,最后总是要出问题,要么太贵了,买不起,用不起,要么系统高度复杂,故障频出。

那么,讲到这个地方,就涉及“小虎鲸”的问题了。 “小虎鲸”究竟是什么东西?是一个小堆的纯核动力,还是把核动力做成辅助动力的一个AIP潜艇?其实现在看这两种路径都有问题。拿核动力做辅助动力,稍一琢磨就有点得不偿失。核动力的好处没有拿到十足,因为堆小,功率低。但是核动力的毛病却一点没少,比如说需要屏蔽辐射,带来的吨位尺寸的问题,比如说核燃料的加料,进厂大修的问题,比如说退役之后的后处理问题。如果说你这个小堆是传统意义上的压水堆,那么这些东西一个也少不了。

那么还有一种定义方式,就是纯核动力的小型核潜艇。这个小型是相对的,比较典型的。你像法国人当年搞的“红宝石”级核潜艇就是属于这一类。它是一个纯核动力的,但是水下排水量只有2700多吨,比现在的一些常规动力潜艇排水量还要小。

那么法国人是怎样实现这种小艇核动力呢?其实也不过就是在压水堆的基础上搞高度的压缩,小型化,比如说压水反应堆的一体化,把整个的一回路全部压缩放到压力壳里。这样带来了两个好处,一个好处是把尺寸大幅度压缩下来了,第二个好处就是自然循环能力大大加强。自然循环能力加强了,不需要循环泵了,系统的复杂程度降低了,而且循环泵是核潜艇的主要噪音源之一。去掉了这个噪音源,安静性就可以提高不少。我们看到现在最先进的核潜艇,讲到安静航行的时候,往往都是使用自然循环方式。

毛病呢,毛病也是一堆,纯粹的自然循环方式,整个系统的功率、体积重量比就会降下来,也就是说核潜艇能够输出的动力要降低。再一个整个的核反应堆,包括一回路一体化了,那么如果你的核反应堆要换料,那就麻烦了,而且如果一回路出现了问题是没法维修的,要维修就要进场大修,就要切开反应堆的压力壳,这可是“大手术”。所以搞到最后,法国海军仅仅搞了这么一代小型的全核动力潜艇,随后就放弃了这个思路了。放弃说明走不下去了。

讲到这里,大家可能说,你把“小虎鲸”的两条路都堵死了,是不是“小虎鲸、小核鱼”就没有意义,没有技术上的可能性了呢?要想真正实现一个全优全能的“小虎鲸”,需要做到哪几点呢?

至少需要做到三点。第一,系统的复杂化不大规模地提升,即使提升了和所获得的效益比可以忽略不计。第二,成本是可控的,如果“小虎鲸”和“大核鱼”的成本完全处在同一个数量级上,那么要“小虎鲸”的意义又在哪里呢,干脆你直接搞“大核鱼”就行了。第三就是使用保障不能太麻烦。实现了这三点,“小虎鲸、小核鱼”才能真正地大行其道。

怎么样才能实现这三点呢?关键的一条就是不能按照传统的压水堆的思路去想问题。如果还用传统的压水堆去搞所谓的“小核鱼、小虎鲸”,那基本上就会走进技术上的死胡同。所以“小虎鲸、小核鱼”的问世,它的技术基础是在核动力装置上有本质的突破。它不是压水反应堆改一改、缩一缩、压一压就行了的问题。

那么需要什么样的技术突破才能使“小虎鲸、小核鱼”具备足够的吸引力呢?以前给大家讲过,所谓的钍基熔盐堆。我不是说现在的“小虎鲸、小核鱼”就要用钍基熔盐堆,我只不过拿它举个例子。钍基熔盐堆因为它不像压水堆是一个高压系统,变成了常压系统,所以体积重量大幅度下降。反应堆的工质由高压水蒸汽变成了熔盐,核放射性的问题变得可控了,更具体说就是安全、可控。第三,它能够输出的功率对于潜艇来说相当充沛,够用。所以从这个角度上来说,如果说你的钍基熔盐堆出来了、成熟了,那么像“小虎鲸、小核鱼”就有可能大行其道了。

没有技术基础的猜测都是纯粹的猜测。只有有了技术基础,才有可能有新一代的全新的武器装备问世,甚至有可能全面替代老一代的装备。最后再说一遍,我说钍基熔盐堆仅仅是举个例子而已,大家不要多想。

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