燃汽轮机

浅谈核动力航空母舰和核潜艇的缺点贵且技术

发布时间:2024/1/12 14:51:08   
核动力航空母舰的优点有很多文章去探讨,包括续航能力强、航空燃油弹药携带量大、可以长时间保持高航速等等。今天我们来说一下核动力航空母舰的缺点或者说难点,毕竟世界上到目前为止拥有核动力航空母舰的国家只有美国和法国,即便算上苏联的“乌里扬诺夫斯克”也不过是3个国家。限制发展核动力航空母舰的重要因素就是:1.技术难度、2.花费,就目前来看世界上现役的航空母舰主要动力方式有3种:燃气轮机锅炉+蒸汽轮机核反应堆+蒸汽轮机第一种燃气轮机多用在轻型航空母舰当中,大型航母只有英国“伊丽莎白女王”采用燃气轮机。其他的大中型航母包括美国的核动力航空母舰都是以蒸汽轮机为最终驱动,能量的转换介质都是高温高压蒸汽。至于产生蒸汽的方式主要就是锅炉燃烧化石燃料产热或者核反应堆链式反应产热,这二者从原理上讲其实都是一样的。但是烧锅炉容易,核反应堆就比较难了,核物理学本身的理论研究门槛就很高,世界顶级的理工科院校和研究所基本集中在中美俄日以及欧洲老牌工业国当中,必须基础研究非常扎实的国家才能培养出相关的科学和技术人才。这种理论上的起点已经让小国家望而却步,我指的小国家可不是指“领土”小,而是指软实力,比如你让阿根廷去搞原子弹和核潜艇,显然他没有这个基础实力。美国“企业”号核动力航空母舰使用的A2W型核反应堆理论研究是一个方面,将理论转化成实际的工程成果又是另外一个问题。建造陆上核反应堆的国家有很多,但是如何将成熟的核反应堆移植到航空母舰上?我们举个例子:陆上核电站使用的核燃料丰度大都在5%左右,用完了可以更换。但是船用核反应堆不一样,一方面是维护起来相当麻烦,另一方面是船用动力要求能量密度极高,所以船用/潜艇用反应堆所使用的核燃料通常丰度都很高,比如下图为美国现役的几种船用/潜艇用核反应堆的核燃料丰都,可以看到基本都在90%以上,属于“武器级”核燃料。所以这又涉及到如何对核燃料进行提纯的问题,目前主流的离心法和气体扩散法都属于极高耗能的提纯办法,毫不客气的说用气体扩散法提纯核燃料可以相当于一座中等城市的耗电。而武器级离心机属于国际管制类器材,世界上有能力做到武器级核燃料浓缩的国家不超过10个,这又是一道难以逾越的障碍。我们再举个例子:陆上核电站相当一部分都选择在靠近海边的地方,因为核电站对冷却的要求极高。如果不能靠近水源那么就建立巨大的冷却塔对冷却水进行循环回收。但是我们要明白,不管是靠近海边也好还是建立冷却塔都是有足够的空间,一座冷却塔的高度可以达到数十米。但是核潜艇也好核动力航空母舰也好,他们没有陆地上那么丰富的空间资源,所以这就要求核潜艇/航空母舰反应堆空间必须极大压缩体积但是又要具备各级循环回路以保证正常工作,这就要求冷却剂的传热效率非常高才可以,比如苏联/俄罗斯在型核潜艇上就使用过铅-铋冷却剂,该级潜艇也达到过超过40节的航速。技术上的问题其实就卡住了大部分的国家,包括中国一直没能拿出成熟的船用核动力系统,问题就是出现在船用核反应堆技术没有完全的成熟,或者说还在试验当中。印度使用的核潜艇核反应堆也是用了俄罗斯的技术,如果印度独立搞潜艇/船用核反应堆那么恐怕还要等上几十年。另一个因素就是经济问题,因为核动力舰船的花费是在是太过巨大。法国“戴高乐”号核动力航空母舰经常被人嘲笑,其实他的原设计是3座K-15潜艇用反应堆,按照设计3座其实可以满足“戴高乐”的要求,但是最后还是因为成本问题被硬生生从3座堆减到2座,造成了今天心脏病的问题。美国最新的“福特”级核动力航空母舰使用的A1B核反应堆单堆造价在5亿美元以上,2座加起来超过10亿美元,这个价码足够造一艘万吨级“盾舰”,放在中小国家他们宁愿拿着10亿美元去购买一艘战斗力很强的水面舰艇而不是扔到核动力航母这个“无底洞”当中。A1B核反应堆所以核动力舰艇为什么数来数去一直就是在五大常任理事国当中,说白了也就是这五个国家有这个经济和技术实力。其他的国家不是说不想有,而是真的“力不从心”。

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