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全球仅6个国家拥有!核潜艇到底有多难建造,主要有哪些技术难题
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2023.04.04 河南

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核能是当前人类集中突破的清洁能源之一,而想要利用核推动交通工具需要将核反应堆进行缩小化,然而核反应堆技术本身就有着一定的技术壁垒,更何况核反应堆的小型化。

目前,只有五大常务理事国可以拥有核潜艇,究竟它有着怎样的技术难题呢?世界范围内,拥有核技术的国家不少,为何当今只有六个国家拥有自主研发的核潜艇呢?

核潜艇

核潜艇是潜艇的一种类别,是以核反应堆作为舰艇行进的动力。

当然考虑到其制作成本和相关设备配备等,目前各国仅支持军用核潜艇的开发和使用。通常,核潜艇水下续航能力较强,可以长距离、长时间的在水下行进。

世界上第一艘核潜艇是由美国打造的“鹦鹉螺”号,于1954年9月开启自己的服役生涯,于1979年宣告退役。这个为纪念《海底两万里》的核潜艇,是人类历史上第一个以核反应堆为动力的潜艇,同时它也是第一艘完成北极水下航行的潜艇。

在服役的几十年的时间里,参与众多美国国家军事行动。目前,全世界公开宣称自己的有核潜艇的国家共有六个,分别是美国、英国、法国、中国以及俄罗斯、印度,其中前五位都是五大常任理事国,而美国和俄罗斯的核潜艇的数量和性能均占据优势性。

随着核潜艇的发展,以及战略导弹的出现,将两个先进技术相结合,成为各国发展的重点和难点,核潜艇的研制也进入一个新的阶段,构成了一股全新的军事力量。

尽管核潜艇出现的时间为二战后,普及的时间并不算早。但是自1954年首艘核潜艇服役以来,其优良的性能,也赢得了各国的青睐。

首先,噪音相对较少。这对于潜艇来说至关重要,因此潜艇主要执行的是潜入型的任务,因此越隐蔽越好,而在对“鹦鹉螺”号的测试中,实验人员发现其噪声极小,在水下经过时,人们会不会有任何的感觉。

数据显示在1955年7-8月期间,“鹦鹉螺号”在一次反潜演习之中,演习中包含了航母以及驱逐舰,两者都可以有效的打击潜艇。但是常规的潜水艇反而容易被发现,而核潜艇不仅发现次数少,且被发现之后,依然可以凭借自身的速度优势,快速的摆脱敌方的追踪。

其次,潜航时间久且距离长。“鹦鹉螺”号在此后航行过程中,其航程超过此前任何一艘常规的潜艇十倍以上,这个续航能力是很多水上交通工具望而却步的地步。

尽管潜艇多数时间是处于水下进行行动,但是仍然需要浮出水面,进行某些资源补充之类的,其中最关键的是燃料。而核动力潜艇,由于其强悍的续航能力,可以有效的减少浮出水面的次数。这样的操作,可以进一步降低被发现的概率,躲避来自空中的袭击。

直到1957年4月,即“鹦鹉螺号”服役的第三年,美国的军方决定来一次特殊的挑战,测试其在没有燃料补充的情况下,最远航程为多少?

经过测试,其最远航行距离达到了11万余公里,其中大部分的航行都是在水下进行的。这样的壮举,让世界都瞩目。

次年8月,“鹦鹉螺”号穿越了北冰洋的冰盖区,全程跨越了太平洋、大西洋和北冰洋,这是潜艇历史上的第一次,而且普通的潜艇是无法完成的。

这样的成绩引起了美军的关注,甚至宣布美国军方不再研制任何常规的潜艇,并要将所有的潜艇动力都替换成核动力潜艇。

目前,核潜艇主要配备导弹为主要作战武器。由于导弹种类的不同,根据其使用装配导弹的不同,分为攻击型核潜艇,这类核潜艇主要装配的是鱼类和中远程导弹,而另外一种成为战略核潜艇,则以弹道导弹为主。

从各自的名字和配备的攻击武器,我们也可以发现,前者偏重于对较近距离的水面的敌军潜艇进行攻击,在实际操作中,其也会被选为护航舰或者是执行某些侦察任务。

而战略核潜艇利用的是核潜艇的隐蔽性,突破敌军的层层封锁,完成寻常洲际导弹所无法完成的导弹发射,这相当于在水下搭建了一个导弹发射场所,隐藏在暗处,捉摸不定的行事风格,必要时予以对方一次突然袭击,重挫对方。

无论怎样都可以发现,核潜艇对于现代化军事竞争中的重要意义,以及在当代战争所扮演的重要角色。

当然,这样强有力的武器,各国都想拥有,但是为何到现在为止,仅有六个国家宣称拥有了核潜艇。这和核武器拥有国的数量相比,有着巨大的差距。这又是为什么呢?

核反应堆的小型化

核能作为一种清洁能源,在上个世纪开始逐步进入人们的日常生活,成为不少国家重要的能量来源。和我们传统印象中的核反应堆,其面积和体积都较大,是一个庞然大物。

而核潜艇属于交通工具的一种,需要长时间的运行且执行任务,将整个核反应堆搬上船根本不可能。这里就牵涉到了如何将核反应堆小型化,使其能够满足核潜艇的运行所需。

而这,恰恰是核潜艇仅有六个国家拥有的原因。

首先,浓度问题。我们现阶段的核电站的反应堆的铀丰度约在2%-5%左右,这样的铀丰度显然不能满足核潜艇的动力要求。目前国际上一流核潜艇其铀丰度达到95%,这相当于武器级的浓缩铀了。

很多人好奇的是,为什么铀丰度要达到如此的高?根据核反应堆相关反应,丰度越高,燃烧效率越高,且使用寿命也越长,经过测试其最高可以达到20年的不换燃料的程度。可见铀丰度对于核潜艇的研制来说,有着怎样的重要意义。

然而,想要达到这样的标准,可不是一件简单的事情,此前作为世界上位数不多拥有核技术的国家之一——伊朗,就希望对铀进行提纯处理,但是历时十年,经历了上万台的离心机的操作,才提纯出30kg丰度为3%的浓缩铀。

在解决燃料丰度问题后,我们需要关注的是噪音问题。由于核电站多数是选择一些人迹罕至的区域,很少有居民近距离感受过其在工作过程中所释放的隆隆噪音。

声音之大,达到了刺耳的地步。这样的声波释放,对于核潜艇来说根本不可能。要知道作为一种潜艇,其所执行的都是侦察、潜入攻击等任务。如果核反应堆产生极大的噪音,其本身潜入式作战方式将会荡然无存,轻而易举被发现,这样的武器在现代战事中根本毫无用武之地。

在上述两者的要求下,位于核潜艇上的核反应堆,不仅体积要小,而且要有很强的功率。例如被誉为“水下幽灵“的海狼级核潜艇,在其服役的20年的时间里,没有一个能打的可以与之对抗。

首先它装备的动力装置是S6W压水反应堆,属于小型核反应的一种,通过燃烧高浓度的铀作为燃料,最大的功率达到了5.2万马。

为了提升反应堆的自循环效率,专家们特别为它安装了一个非常复杂的循环回路系统,这使得它对循环泵的依赖度大大下降,在没有循环泵其所产生的声音大幅度降低,深潜的声音仅95分贝,在海洋中行进几乎不会被察觉。

航速达到了可达的65公里/小时,足以匹敌现役的航母、巡航舰等反潜战舰的速度。因此,在执行任务时候,即便被发现,其依然可以凭借自己的速度,轻松摆脱敌军的追逐。

最后就是安全问题,我们所知道核电站目前所利用的是核裂变反应放射能量。但是,在这一过程中,会放热,同时受到外部冲击,很容易发生核泄露问题。

因此大部分的核电站就在反应堆的周围加装了一块坚硬的安全壳。如果发生了泄露,因为是在陆地上,相关的处理方法也可以将伤害降至最低。

但是核潜艇中的核反应堆发生意外,就意味着国家耗费多年心力建造的军舰、培养的相关人才,都将葬身于深海之中。因此安全问题,是重中之重。按照陆地上核电站的思路,找一个安全罩将它牢牢控制在其中,这显然是不可能。

为了解决这个问题,科学家们所采用的方法是就是尽可能的将反应堆缩小化,可以让他更加耐冲击和震动,而且配有相应的装置,防止高浓度的核裂变废物泄露。

核反应堆在航母上的应用

航母作为海上霸主,需要跨区域,远距离的执行任务,由于核潜艇所表现出惊人的续航能力,不少人开始猜测能否将他应用于航母上。不能说这一想法是天方夜谭,但是从现阶段所试验和测试结果上看,并没有表现出惊人的效果。

主要的原因开始在于压力和推进力的问题上,因此想要将小型核反应堆应用于航母上,尚需要时间。但是目前,核潜艇还没有得到广泛的普及,因此想要再次突破,将核反应堆应用于航母上尚需要时间。

不少专家认为,单纯依靠核裂变是无法推动航母这类大型水上舰艇的行进,因此需要依赖核聚变才能达到。但是目前,只有美国达成这一成就,中国的“人造太阳“工程仍然在稳步推进中。

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