軍武

從中國(guó)海軍近期服役艦艇的情況來(lái)看，除了新型核潛艇，國(guó)人最翹首以盼的恐怕就是003 號(hào)航母了。從遼寧艦和山東艦，再到003 號(hào)，中國(guó)航母的發(fā)展脈絡(luò)十分清楚，即朝向大型化發(fā)展，這無(wú)疑也對(duì)應(yīng)了未來(lái)中國(guó)海軍的深藍(lán)化遠(yuǎn)海戰(zhàn)略。但發(fā)展核動(dòng)力航母技術(shù)，還面臨很多難關(guān)。

頂級(jí)強(qiáng)國(guó)，航母必須越大越好

航母的規(guī)格從噸位來(lái)看，大體可以分為小型、中型和大型。作為最吞金的武器之一，航母的建造、維護(hù)乃至戰(zhàn)斗力形成，都讓多數(shù)國(guó)家望而卻步，因此，一些國(guó)家只能選擇建造中小型航母甚至以兩棲攻擊艦一類準(zhǔn)航母作為替代品。但對(duì)于真正的海軍強(qiáng)國(guó)而言，規(guī)格太低的航母往往價(jià)廉物不美，難以滿足其海權(quán)戰(zhàn)略需求。

曾在三艘不同航母服役，并指導(dǎo)福特級(jí)航母概念設(shè)計(jì)的美國(guó)海軍上校兼海軍技術(shù)資深工程師塔爾伯特曾專門撰文闡明大型航母的作用。第一，中小型航母或大型兩棲攻擊艦無(wú)法起降E-2D這樣的固定翼預(yù)警機(jī)，而此類預(yù)警機(jī)的雷達(dá)作用范圍往往超過(guò)?；嫠苟艿臄?shù)倍，而且預(yù)警機(jī)的移動(dòng)速度更遠(yuǎn)超艦艇航行速度。這樣一來(lái)，航母戰(zhàn)斗群指揮官即可根據(jù)預(yù)警機(jī)的判斷掌控戰(zhàn)區(qū)內(nèi)所有敵我單位的情況，進(jìn)而最大程度避免可能帶來(lái)嚴(yán)重隱患的戰(zhàn)場(chǎng)迷霧。

第二，大型航母可以攜帶的艦載機(jī)數(shù)量甚至堪比兩艘中小型航母，即便搭載同型號(hào)戰(zhàn)斗機(jī)，大型航母在總體運(yùn)用上的優(yōu)勢(shì)也很突出。因?yàn)榇笮秃侥傅膽?zhàn)斗機(jī)?？奎c(diǎn)和機(jī)庫(kù)容量?jī)?yōu)勢(shì)很大，可以在多數(shù)時(shí)間段讓艦隊(duì)上空的防御戰(zhàn)斗機(jī)和打擊敵目標(biāo)的空中編隊(duì)都保持較大規(guī)模。而多艘小型航母就算戰(zhàn)斗機(jī)之和與之接近，不同航母的航空隊(duì)在起降和飛行任務(wù)協(xié)同上也要面臨大得多的難度，對(duì)特定任務(wù)區(qū)域的控制程度自然明顯不如大型航母上單一編制的航空聯(lián)隊(duì)。

第三，大型航母余量很大，可以在緊急情況下容納其他航母的人員和飛機(jī)，對(duì)各類軍用航空器也有更多的選擇余地。例如在打擊得到新型防空武器的極端組織時(shí)，美軍臨時(shí)為艦載航空兵快速增設(shè)了更多的電子戰(zhàn)機(jī)，而這是中小型航母難以完成的。大型航母在彈藥庫(kù)容量上，同樣優(yōu)勢(shì)明顯，例如一艘尼米茲級(jí)航母可攜帶的各類彈藥超過(guò)一艘兩棲攻擊艦的23倍。

核動(dòng)力航母有什么優(yōu)勢(shì)

早在1958年，世界第一艘核動(dòng)力航母“企業(yè)號(hào)”就動(dòng)工建造。自20世紀(jì)70年代開(kāi)始，美國(guó)航母在巨型化的同時(shí)又真正實(shí)現(xiàn)了核動(dòng)力化，這種趨勢(shì)一直維持到今天。早在尼米茲級(jí)航母定型前，美軍就曾通過(guò)比例仿真模型和計(jì)算機(jī)對(duì)比了核動(dòng)力和常規(guī)動(dòng)力航母，并從中發(fā)現(xiàn)常規(guī)動(dòng)力航母的發(fā)展瓶頸很難突破。一般而言，航母要想有效作戰(zhàn)，速度不能低于30節(jié)。隨著噸位的提升，航母動(dòng)力裝置也必須跟著發(fā)展，但在常規(guī)航母上，這種發(fā)展的結(jié)果往往就是動(dòng)力裝置所占面積飆升，而且航母還要規(guī)劃出相當(dāng)區(qū)域用于儲(chǔ)備自身所需燃料，進(jìn)而直接影響機(jī)庫(kù)和彈藥庫(kù)的面積。這樣一來(lái)，噸位的增長(zhǎng)就幾乎沒(méi)有從本質(zhì)上提升航母的戰(zhàn)斗力。非但如此，常規(guī)動(dòng)力航母大量的燃料消耗也會(huì)導(dǎo)致頻繁的海上補(bǔ)給，而此類作業(yè)往往需要補(bǔ)給艦和航母同時(shí)降低速度，這在戰(zhàn)時(shí)無(wú)疑會(huì)讓自身的防御力大大降低。

反觀核動(dòng)力航母，它的動(dòng)力來(lái)源為原子反應(yīng)堆，理論上可以提供無(wú)限的續(xù)航力。這樣一來(lái)，航母就不用考慮自身燃料補(bǔ)給，內(nèi)部空間也由此大大得到釋放，即便在和補(bǔ)給艦對(duì)接時(shí)，補(bǔ)給的種類也大大降低。由于不再需要煙囪，核動(dòng)力航母的艦島位置自然也無(wú)須遷就推進(jìn)裝置的布局，并且可以大大降低體積，以便讓升降機(jī)位于艦島前方，并在甲板下增設(shè)新的彈藥準(zhǔn)備區(qū)域。從設(shè)計(jì)上看，這也利于降低彈藥爆炸的可能性。

核反應(yīng)堆技術(shù)是核動(dòng)力航母發(fā)展的難關(guān)

艦艇核動(dòng)力裝置的原理，就是反應(yīng)堆輸出熱能，將鍋爐內(nèi)的液態(tài)水燒開(kāi)，產(chǎn)生蒸汽，最終驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)，進(jìn)而帶動(dòng)傳動(dòng)軸螺旋槳，使得艦艇在海中前進(jìn)。從本質(zhì)上看，這就好比一個(gè)采用反應(yīng)堆爐子的蒸汽輪機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)。但這看似簡(jiǎn)單的原理，卻成為很多國(guó)家根本無(wú)法戰(zhàn)勝的技術(shù)高峰，哪怕它們中有的曾經(jīng)擁有了核潛艇反應(yīng)堆技術(shù)。法國(guó)就是一個(gè)十分典型的案例。

“戴高樂(lè)號(hào)”采用了兩臺(tái)凱旋級(jí)戰(zhàn)略核潛艇使用的K-15D反應(yīng)堆，其輸出功率卻僅為150兆瓦。因此，盡管“戴高樂(lè)號(hào)”的噸位遠(yuǎn)低于美國(guó)核動(dòng)力航母，但其最大速度也很難超過(guò)27節(jié)。更讓法國(guó)頭疼的是，這艘航母還以頻繁的動(dòng)力系統(tǒng)故障而聞名于世。數(shù)字化模型顯示，核潛艇的反應(yīng)堆如果用于噸位大得多的航母，就至少需要4～5個(gè)，這無(wú)疑要占據(jù)航母上大塊寶貴的空間，進(jìn)而讓核動(dòng)力航母失去原本的優(yōu)勢(shì)，然而這還只是麻煩的開(kāi)始。

反應(yīng)堆數(shù)量增加后，輻射量必然會(huì)增加，因此輻射屏蔽措施就必須到位，但這就意味著其他相關(guān)設(shè)備也要迅速跟進(jìn)，進(jìn)而再度占據(jù)航母上的空間。而且多臺(tái)反應(yīng)堆之間的協(xié)調(diào)也難免會(huì)存在很大的操縱難度，一旦配合不到位，就很可能發(fā)生事故。即便是單臺(tái)核潛艇用反應(yīng)堆提升功率后再配備到航母上，也必然要在散熱、安全、熱交換等方面再度設(shè)計(jì)，難度幾乎超過(guò)徹底設(shè)計(jì)新的航母專用反應(yīng)堆。毫無(wú)疑問(wèn)，這種先天就存在嚴(yán)重問(wèn)題的設(shè)計(jì)完全弊大于利，而中國(guó)也應(yīng)當(dāng)引以為戒。

發(fā)展核動(dòng)力航母，中國(guó)有什么成就

中國(guó)海軍目前的航母力量發(fā)展還處于起步階段，但獨(dú)立建造航母這一門檻，中國(guó)已經(jīng)跨了過(guò)去。以長(zhǎng)興造船廠為例，此地四年就完成了17個(gè)舾裝碼頭、4個(gè)大型民用船塢，廠區(qū)面積近600萬(wàn)平方米，并開(kāi)辟了 3 條大型生產(chǎn)線。這里的船臺(tái)能夠滿足常見(jiàn)的數(shù)十萬(wàn)噸超大型貨輪建造要求，自然也可以滿足航母建造要求。自2018年開(kāi)始，這里又出現(xiàn)了軌道長(zhǎng)上千米、總重量達(dá)1 600噸的超大型龍門吊，其作業(yè)范圍幾乎可以覆蓋總裝場(chǎng)地。

然而建造核動(dòng)力航母的第二道門檻，中國(guó)卻很難快速跨過(guò)去，這就是高性能反應(yīng)堆。大型航母噸位巨大，但內(nèi)部空間依舊要絕對(duì)優(yōu)化，所以理想的航母專用反應(yīng)堆就要同時(shí)做到能量強(qiáng)、體積小、可靠性高。讓人欣慰的是，“玲龍一號(hào)”這種小型反應(yīng)堆給出了一個(gè)較為理想的答案。

作為一種模塊化設(shè)計(jì)的小型反應(yīng)堆，“玲龍一號(hào)”的尺寸得到了最大程度的壓縮，其高度約為14米，寬度約為10米，與美國(guó)航母使用的反應(yīng)堆一樣，所占面積遠(yuǎn)低于常規(guī)動(dòng)力航母使用的柴油機(jī)、燃?xì)鉁u輪機(jī)、蒸汽輪機(jī)等常規(guī)主機(jī)。非但如此，“玲龍一號(hào)”的能量也很強(qiáng)悍，其額定熱功率可達(dá)385兆瓦，電功率則為127兆瓦。與之對(duì)比，美國(guó)尼米茲級(jí)航母使用的A4W反應(yīng)堆雖然額定熱功率高達(dá)550兆瓦，但電功率僅為100兆瓦，福特級(jí)航母使用的最新型A1B反應(yīng)堆的電功率也只有125兆瓦。因此，從能量上看，“玲龍一號(hào)”甚至反超了美國(guó)的兩大同類對(duì)手，理論上也可以節(jié)省出更多電能，并反過(guò)來(lái)用于電磁彈射作業(yè)。

更重要的是，作為第三代小型反應(yīng)堆，“玲龍一號(hào)”的安全系數(shù)很高?！傲猃堃惶?hào)”依靠空氣對(duì)流將熱量從堆芯導(dǎo)入鋼制安全殼，再通過(guò)安全殼導(dǎo)入大氣，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自然冷卻，即便在最壞的情況下也不會(huì)發(fā)生融堆事故。借助五道縱深防御措施，“玲龍一號(hào)”不需要能動(dòng)的安全殼噴淋和再循環(huán)系統(tǒng)，即便在事故后長(zhǎng)期不手動(dòng)干預(yù)，堆芯也能得到保護(hù)，其安全蓄電池還能提供72小時(shí)不間斷供電。因此，“玲龍一號(hào)”發(fā)生核事故的概率，已經(jīng)大大低于美國(guó)和法國(guó)的同類反應(yīng)堆，甚至由此成為世界首個(gè)通過(guò)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)通用反應(yīng)堆安全審查的先進(jìn)小型反應(yīng)堆。

為什么國(guó)產(chǎn)反應(yīng)堆不能用于航母

“玲龍一號(hào)”的致命缺陷，是其核燃料豐度太低。核燃料豐度，就是其中的核物質(zhì)濃度。目前國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的民用核燃料的豐度一般低于20%，即低濃度鈾，它們?cè)谌魏吻闆r下都不會(huì)發(fā)生核爆炸。而如果豐度超過(guò)20%，輻射量和不穩(wěn)定性都會(huì)大大提升，進(jìn)而納入軍用核燃料的范疇；如果豐度超過(guò)90%，即可用于制造核彈。美國(guó)尼米茲級(jí)航母使用的A4W反應(yīng)堆豐度可達(dá)66%左右，而福特級(jí)航母的A1B反應(yīng)堆豐度高達(dá)97%，相比之下，“玲龍一號(hào)”的豐度僅為3%～5%。如果一艘核動(dòng)力航母的反應(yīng)堆豐度不足，必然會(huì)導(dǎo)致其釋放的能量不足，進(jìn)而嚴(yán)重影響航母本身的動(dòng)力甚至出勤率。反之，反應(yīng)堆豐度較高固然有其危險(xiǎn)性，但也可以讓航母的動(dòng)力得到更大能量，如福特級(jí)這樣的航母理論上甚至無(wú)須專門更換燃料。美國(guó)第一艘核動(dòng)力航母“企業(yè)號(hào)”的A2W反應(yīng)堆豐度僅為6%，這就導(dǎo)致“企業(yè)號(hào)”不得不頻繁大修以更換燃料，有時(shí)兩次大修間隔僅為五年，而一次大修耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)2～3年，這也嚴(yán)重影響了該艦的出勤狀況。

核動(dòng)力航母如果要更換燃料，就要把艦體結(jié)構(gòu)小心翼翼地分層切割開(kāi)，才能更換內(nèi)部的反應(yīng)堆燃料，更換后同樣要縝密地一層層將其縫合焊接起來(lái)，工程量之大、工期之長(zhǎng)自不消說(shuō)，而且誰(shuí)也無(wú)法保證絕對(duì)不會(huì)出現(xiàn)安全問(wèn)題，因此此類工程自然越少越好。所以，如果貿(mào)然將現(xiàn)階段的“玲龍一號(hào)”用于航母，就只能重演當(dāng)年老“企業(yè)號(hào)”和法國(guó)“戴高樂(lè)號(hào)”的窘境，甚至由此嚴(yán)重影響中國(guó)海軍航母力量的戰(zhàn)備執(zhí)勤。而如果將“玲龍一號(hào)”這樣的小型反應(yīng)堆豐度提升到福特級(jí)航母的水平，需要耗費(fèi)一個(gè)中等城市的用電量。所以，只有早日解決反應(yīng)堆豐度問(wèn)題，國(guó)產(chǎn)巨型核動(dòng)力航母才真正有希望。