核动力方案出炉,还是江南造船厂手笔,004的动力,多了一种可能

莉莉观世界 2023-12-07 16:28:16

关于核动力航母的消息,时不时就会传出来只言片语,引人遐想,最近中国船舶集团江南造船厂展出了一个新方案,虽然不是核动力航母,但给了大家一种信心,毕竟江南造船厂可是福建舰的“娘家”。

(江南造船厂展出的核动力集装箱船概念)

在2023年中国际海事技术学术会展览会上,江南造船厂正式发布了全球首型,也是世界最大的24000TEU核动力集装箱船船型设计,正式宣布我们已经掌握了核动力水面船舶的设计建造技术。

考虑到军用核动力推进系统与民用核动力推进系统存在很大差异,技术标准、工况也存在明显区别,所以这个大型核动力集装箱船肯定不是为航母验证核动力系统的。不过江南造船厂倒是借此机会,可以拿到核动力舰艇的建造资格和安全认证,这样就为江南厂以后建造核动力航母做好了准备。

(国产核动力集装箱船想象图)

很多人可能认为核动力集装箱船的推进系统,可能和核动力航母的动力系统存在技术关联性,不过这个想法应该是错误的。根据江南造船厂的介绍了,这个型号的核动力集装船,配备的是熔盐反应堆,而现代核动力航母和核潜艇一样,主要采用压水堆,考虑到可靠性、燃料更换等方面原因,国产核动力航母应该也会采用压水堆。

那什么是熔盐堆呢?这种反应堆将核燃料与氟化盐混合在一起形成熔盐流,进入热交换器进行热交换。由于燃料直接进行热交换因此反应堆体积和重量较小,热交换效率高。另外它不需要高压,自然也就不需要压水堆那样厚厚的钢板。熔盐混合物在常温下为固态,因此当反应堆出现故障的时候会迅速冷却并凝聚成固体,发生核泄漏的概率相对较小,因此对于安全系统的要求较低,这些都为反应堆小型化创造了有利条件。

(熔盐反应堆原理图)

当年美国研制核动力飞机就使用了熔盐堆设计,虽然测试后最终放弃了,但能把核反应堆搬上B-36这种战略轰炸机,也说明了这种设计在小型化上的优势。

当然熔盐堆也有自己的缺点,首先受到熔盐和辐射双重影响,反应堆管材容易受到影响。另外对于燃料的熔解性,也会对热交换器及管材造成不利影响,还有就是二回路临界、石墨材料受到辐射稳定性等问题。

相关资料显示,熔盐堆的石墨原件不到5年就需要更换。这样就导致熔盐堆每隔一段时间就需要进行清理和维护,增加维护工作和运行成本。

(X-6核动力轰炸机只有一架NB-36H验证机,项目中途就下马了)

由于核反应堆需要对辐射进行控制,因此维护一次需要大量的时间和经费。以美国尼米兹级核动力航母为例子,它进厂进行反应堆换料,一次需要3—4年的时间,耗资接近30亿美元。如此漫长的工期导致美国海军拥有10艘尼米兹级也感觉不够用,如此高昂的成本让美国海军两次试图放弃现役航母的换料大修,直接让航母提前退役。

现代核动力的发展趋势,就是让反应堆具备更长的寿命和更高的可靠性。最好能够做到反应堆和舰艇同寿,服役期间不需要更换核燃料,以避免对于海军兵力部署产生太大影响。美国海军的弗吉尼亚级攻击核潜艇采用的S9G型核反应堆,30年才需要更换一次核燃料,而美国海军攻击核潜艇服役期限就是30年。弗吉尼亚级攻击核潜艇在整个服役周期内都不需要更换核燃料,节省了大量的时间与费用。

(尼米兹级航母反应堆换料大修的工作量接近重大改造)

因此对于国产核动力航母来说,现阶段熔盐堆并不是一个理想的选择。每隔4—5年就需要进行一个较长周期的反应堆维护,对于民用船舶来说或许可以接受,但是会对航母的使用灵活性造成严重影响,这个缺点就会迅速放大。

考虑到国产核动力潜艇的反应堆在可靠性和大功率等方面取得了长足进展,已经实现了较长周期的维护保障。因此国产核动力航母可能还会是选择传统的压水堆作为动力,以便航母能够长时间部署与运用。

现代核动力航母一般服役年限是50年,最佳的状态就是反应堆使用期限也是50年,这样航母在整个服役期间都不需要晚换核燃料。尼米兹级航母更换周期 25—30年,也就是服役中期需要更换一次核燃料,而最新福特级航母据说能够达到50年不需要更换核燃料。

(潜艇的核动力系统应用到航母上有成功先例)

我们虽然没有建造和使用过核动力航母,但后发优势带来的技术上的革新,也让我们有机会一步到位,让国产核动力航母的核反应堆使用寿命达到50年,这样航母在服役期间不需要考虑换料大修,使用时间更长,成本也更低。

从这个角度来讲,我们可能并不需要急切建造核动力航母,下一艘航母可能仍然是常规动力航母,也就是福建号航母的同级舰。一来可以迅速为解放军海军提供第4艘航母,这样我们在1年绝大多数时间内能够在海上部署1—2艘航母,二来为新一代核动力航母争取更多的时间,尤其为航母的核动力推进系统研制创造更好的条件。

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