中國為何不造核動力大驅?_風聞
科大二助-2021-04-28 13:22
作者| 科羅廖夫
來源| 科大工場
23560E型“領袖”級大型核動力導彈驅逐艦,是俄羅斯海軍為替換現役的老舊艦艇而全新研製的萬噸級大型驅逐艦,其模型已經多次公開展出,近期有消息指出俄方確定將建造12艘“領袖”級大型導彈驅逐艦,其中配備給北方艦隊6艘,給太平洋艦隊6艘。在過去的冷戰年代,曾經出現過一艘基洛夫級核動力巡洋艦就能對抗整個美國航母編隊的事情。那麼如果俄羅斯真能建造出性能更加強大的12艘領袖級核動力驅逐艦,絕對能對俄羅斯海軍力量實現質的飛躍。
於是有很多網友也提出,中國性能強大的055型萬噸級導彈驅逐艦,還在使用常規的燃氣輪機動力,為何不能建造動力系統更先進的核動力大型驅逐艦呢?
這是很多網友對核動力這種動力形式有一些誤解啊,總是認為核動力的艦艇更加高大上。其實,使用哪種形式的動力系統,只跟海軍的戰術要求有關係,跟核動力和常規動力哪個更先進沒有一丁點關係。在很多情況下,核動力並不是一種合適的動力。
其實,目前各國海軍的艦艇裏面,只有美國的福特級和尼米茲級超級航空母艦,法國的戴高樂級航母,俄羅斯的基洛夫級巡洋艦,俄羅斯幾艘破冰船和大量核潛艇使用了核動力系統。從艦艇技術的發展看,最適合採用核動力的只有超級核航母和核潛艇。
核動力系統極大地減輕了超級航母的動力燃油補給壓力,由於超級航空母艦對續航距離和持續作戰能力一直都有很高的要求,如果採用常規動力,那麼天文數字的動力燃油的補給量將會很令人頭疼。如何使用核動力,那麼超級航母只需要定期補充艦載機的航空煤油就可以了。
核潛艇使用核動力,是因為目前為止,只有核動力才能夠讓潛艇長時間地在水下高速航行。相比長期潛航時,水下平均航速只有二三節的AIP常規潛艇,核潛艇具有無以倫比的速度優越性。美國的第一艘核潛艇“鸚鵡螺”號,在1954年1月開始首次試航時,就顯示了核潛艇無以倫比的優越性,用15節的航速在84小時內潛航了1300公里,航程超過以往任何一艘常規潛艇的最大水下航程10倍左右。
相對常規潛艇的低航速,核潛艇的水下航速具有明顯優勢。大多數核潛艇都能以20~30節的高速長航時潛航,而且能夠長時間保持最高航速。所以核潛艇能長距離追殺水面艦隊。
而其他艦艇,諸如驅逐艦和護衞艦等艦艇,採用常規動力更理想,尤其是燃-燃動力系統,具備綜合電推的動力系統就更美了。因為常規動力造價相比核動力要低很多,效率更高,架構更簡單,維護方便,適合大批量建造。
限制核動力大型驅逐艦發展的最主要問題就是成本問題,在水面艦艇上裝備核動力系統是非常不經濟的。雖然最先進的核反應堆已經發展到了第五代,但從原理上核動力還是各種花樣“燒開水”,是核反應堆輸出熱能,把鍋爐裏的水燒開,產生蒸汽驅動蒸汽輪機,然後帶動傳動軸螺旋槳,驅動艦艇前進。核動力實際上是一個採用了核反應堆爐子的蒸汽輪機動力系統。
幾千噸或上萬噸級戰艦使用核動力裝置,已經被證明是一種低效率的選擇。核動力裝置的製造、運行、拆解、回收都非常麻煩,需要極大量的資金、人員和技術。
建造核動力反應堆和生產核燃料的成本都十分昂貴,培養相關的操作人員亦是如此。美國在上世紀70年代曾經建造過加利福尼亞級核動力巡洋艦,核動力反應堆的造價為5億美元,是後來的阿利伯克級導彈驅逐艦的燃氣輪機動力系統的25倍,同時也造成加利福尼亞級核動力巡洋艦操作維護人員劇增,艦員達到驚人的600人。
與普通核電廠用的核反應堆相比,超級航母的反應堆更加小型化,在內部集成化和鈾燃料棒上要求也更高,價格自然也不會便宜。按照民用核電反應堆價格來看,航母用反應堆一組的價格可能會超過20億美元,兩個就是將近50億美元。由此可見,航母的核動力部分,就佔據了將近一小半的造價。
核動力系統的核燃料也非常昂貴。美國海軍一直堅持使用丰度比較大的濃縮鈾作為核潛艇和核航母燃料,核潛艇的核燃料丰度高達93.7%,甚至可以直接使用庫存核彈上面的武器級鈾-235改為核潛艇燃料。
例如尼米茲級核航母的兩座壓水型反應堆,採用中等濃縮鈾,一次需要裝入4噸丰度為40%的鈾235,大概價格在20萬美元/公斤左右。僅4噸核燃料就需要大約8億美元,加上更換過程中的各種費用,大概需要10億美元左右。
不過,尼米茲級航母一次填加的核燃料可以航行100萬海里,而且換料一次可使用13年,無需添加燃料油。而我國的遼寧艦航行100萬海里,需要燃料油100萬噸左右,這要耗資20億元人民幣,摺合大約3億美元,不過常規航母航行100萬海里,期間需要大修數次,這筆開支也很大,而且遼寧艦排水量只有尼米茲級的一半多一點。這樣算下來,相同排水量下,核航母的綜合燃料造價要比常規航母多了50%。
上述可以看出,只有最大型的水面戰艦在使用核動力時才能體現出一定的綜合效益,而萬噸左右的水面艦使用核動力的綜合造價一定讓海軍無法接受。
美蘇兩國在冷戰時期都曾研究過核動力巡洋艦,排水量都在兩萬噸左右,建造費用以及使用費用極高,除了攜彈量更多之外,性能與如今的驅逐艦基本無異。建造一艘核動力巡洋艦的造價,可以建造數艘甚至數十艘大型驅逐艦,因此核動力巡洋艦根本沒有任何優勢。所以美蘇相繼放棄了核動力巡洋艦的研發,轉而開始研發常規動力的大型驅逐艦。如果核動力的水面戰鬥艦那麼好,現在美國海軍一定是全核動力水面艦隊了。
此外,核動力航母的在航率也不高。美國從1961年開始服役企業級核動力航母,採用了8台A2W型反應堆,單堆功率較低,而且一年裏有半年需要進船塢維護。企業號核航母服役期間,共四次更換核燃料,在航行了20.7萬海里之後,於1964年11月第一次更換。又航行了30萬海里之後,於1969年10月第二次更換。再航行了50萬海里之後,於1979年第三次更換。在1991年該艦實行延長服役期改裝計劃時,第四次更換核燃料。也就是説,企業號航母的A2W型反應堆每更換一次核燃料只能夠連續航行20w~50萬海里。
到了尼米茲級核動力航母時代,採用了2台更先進的功率為13萬馬力的A4W型反應堆,維護工作大為降低。但尼米茲級航母服役時間的四分之一到三分之一,也都是在船塢檢修。而且每隔13年就要徹底更換一次核反應堆燃料棒。直到福特級航母上的新型一體化設計的核反應堆,才可以達到50年不用更換核燃料棒。
俄羅斯設計的排水量15000噸的23560“領袖”級大型導彈驅逐艦,採用了採用22220型破冰船的核動力推進系統,型號為RITM-200型核動力裝置。並不是俄羅斯的艦用核反應堆有多麼先進,也不是核動力系統有多麼優越,更不是説這艘新型驅逐艦有多麼高大上,而是俄羅斯搞不定大型艦用燃氣輪機,沒有合適的運行可靠的大功率艦用燃氣輪機,無奈之下才選擇了核動力。