時間回到20年前,也就是2004年,彼時美國軍方的核動力艦船有83艘。海軍的核反應堆已經安全運行瞭5700堆/年,核動力艦船的總裡程超過瞭2.15億公裡。
與此同時,俄羅斯也繼承瞭蘇聯時期的核動力艦船。雖然俄羅斯沒有核動力航母,但是其擁有世界上最大的核動力巡洋艦。
一晃20年的時間過去瞭,我國也擁有瞭多艘航母,更多人的開始期待核動力艦船。
因此前些年我國的055驅逐艦下水時,就有很多網友追問:這麼大的船,為何不用核動力呢?
實際上,不僅是055驅逐艦,我國究竟何時會上馬核動力?是運用在航母上,還是連同巡洋艦、驅逐艦等大型艦船也一並運用?這些都還是未知數。而這,還要得益於有美國的這個“核動力前輩”在我們前面,把不少坑都給踩瞭。
在這漫長的歷程中,核動力艦船的發展究竟是怎樣的呢?
或許通過這漫長的發展歷程,我們就能窺見未來國傢在核動力的發展上,會遵循怎樣的發展規律。
船用核動力裝置類型
上世紀40年代,人類第一次建造成瞭核反應堆,這意味著可控鏈式裂變反應的技術從理論走向瞭實踐層面。
十多年後,核動力正式被運用到瞭潛艇上,人類從此對核能驅動的船舶開始癡迷。此後,從潛艇到航母,從大型軍艦再到深海潛水器,恨不能都給它裝上核動力。
但綜合來看,此後核動力運用最成熟的還是軍事艦船領域。無論是美國還是蘇聯,兩國在核動力領域都下瞭大力氣研發。
因為核潛艇我國也擁有,所以重點說一下我們所沒有的核動力航母和其他艦船領域。
航母方面,美國擁有的數量和規模都是最多的,蘇聯時期就沒有研制,隨後的俄羅斯同樣也沒有研制。因此唯獨在核動力巡洋艦上,美國和蘇聯以及俄羅斯有著相似的發展經歷。
美國方面的核動力巡洋艦建造於上世紀50年代,此後在每一級上都隻建造瞭一艘。蘇聯方面,上世紀中後期建造瞭多級核動力巡洋艦。
蘇聯解體後,核動力巡洋艦被俄羅斯繼承,四艘艦船有的服役有的改裝,時至今日還有一艘已基本大改完成,下一步還將繼續投入使用。
美國方面的核動力巡洋艦已先後退役,仍在服役的俄羅斯艦船,其滿載排水量超過瞭2.5萬噸,說它是小型化的航母也不為過。
就發展趨勢看,潛艇領域目前使用的核動力,還是以壓水反應堆為主,而且在今後一段時間內,還將繼續在潛艇上使用。
其他方面,核動力裝置的功率規模在不斷增大。比如航母的核動力,現在的動力發展已接近13萬匹馬力,航速可以達到30節以上。
與此同時,反應堆堆芯的壽命也在不斷延長。比如核潛艇,其在整個服役期間基本不用換料,堆芯壽命也從此前的換料周期2到3年,提升到瞭10年以上。
法國已經在使用的壓水堆堆芯,壽命可以達到25年。美國的核潛艇反應堆,也可以在潛艇的全壽命期內持續使用。
就上述特點看,核動力在艦船的應用上,應該是優勢大於劣勢的。但是以美國為例,時下除瞭核潛艇以及核動力航母以外,核動力巡洋艦等艦船都早已退出現役。
為什麼不繼續使用,是因為核動力在這類艦船的運用上,綜合性能的優勢並不明顯。除此之外,美國當初研發核動力巡洋艦,也是為最終制造核動力航母積累技術的。
核動力巡洋艦被“卸磨殺驢”
截止到本世紀初,美國的核動力艦船,50年來沒有發生過放射性事故,保證絕對安全的背後,完全是靠龐大而復雜的體系,以及不斷走高的軍事預算支撐起來的。
美國自從核動力航母建造起來後,核動力巡洋艦的退役就被列入瞭時間表。除瞭擁有瞭更大的核動力艦船外,還有一個因素是,那些早期建設的核動力巡洋艦,其壽命也快要到期瞭。
相對於常規動力的艦船,壽命到期後的核動力艦船,報廢和拆卸是相當困難的,中間有一套異常復雜的流程。美國自上世紀70年代起,就開始著手制定安全處置退役核動力艦船的計劃瞭。
具體內容包括反應堆燃料的拆卸、艦船的停役、部件去軍事化等等。其中最關鍵的,是卸載反應堆燃料。美國的拆卸地是漢福特場址,截止到目前已經有133座反應堆被運送到此處進行瞭拆解和處置。
具體的處置辦法是陸地掩埋,根據美海軍1984年推出的計劃,艦船上的反應堆艙進行陸地掩埋處置是安全可行的。到1986年,第一座反應堆艙在被處理後,就被埋入瞭漢福特場址。
到上世紀90年代,美海軍再次表示,相關的處置方案是安全可行的。但是從反應堆的具體構成來看,其中還是包含有大量的放射性和腐蝕性物質的。
比如其中的鈷-60,它的半衰期為5.27年,可以釋放伽馬輻射,一旦拆卸後整個運輸和掩埋環節,伽馬輻射都是主要的輻射源。
此外,反應堆艙內還有大量的鉛、石棉、多氯聯苯等危險有毒物質。而在拆解過程中,有些物質會對拆解人員造成明顯的輻射損害。
除瞭擁有極高的安全風險外,拆解和報廢一艘核動力艦船,起價格更是昂貴到離譜。核動力巡洋艦因為規模較小,拆解的整體費用較低,但因為數量較多,多年來的整個拆解過程,也花費瞭高額的資金。
對比之下,核動力航母的拆解費用就更貴瞭。比如企業號核動力航母,當年的建造費用為4.5億美元,2018年美國政府給出的拆解費用報價是超過10億美元。
雖然有貨幣貶值的因素,但拆解費用比建造費用還要高,這可是不折不扣的吞金獸。或許也正因為風險和花費的高昂,美國後來才徹底放棄瞭核動力巡洋艦的研發和使用。
而且在有人看來,美國在前面趟瞭雷,也算是給我們的研發積累瞭經驗。比如有人就認為,正是因為核動力巡洋艦的綜合優勢不明顯,所以我國在新型驅逐艦上,才沒有使用核動力。
這種想法看似有道理,但實際從核動力的研發應用來看,其實是不符合技術的發展邏輯的。
我國需要經歷的技術發展流程
總有人覺得,既然有核動力潛艇,為何不在艦船航母上使用核動力呢?雖然都是核動力,可潛艇和航母上的反應堆技術是完全不一樣的。
在發展歷程上,包括美國在內,都是由小到大逐步研發應用的。美國上世紀40年代就建造出瞭核動力潛艇,但水面的核動力艦船,直到50年代才建造投入使用。
而且在核動力的研發與應用中,美國也不是一開始就直接應用到航母上的。美國先是建造瞭核動力的民用船舶,待到技術應用幾年後,又將其復制到瞭驅逐艦領域。
隨後到上世紀五六十年代,核動力裝置又被大規模應用到瞭巡洋艦上。直等到這一步,無論是技術經驗還是安全參數,都有瞭可靠保證。此後,美國才將核動力裝置正式應用到瞭航母上。
即便經歷瞭穩健的發展歷程,美國的核動力航母,也並非一開始就擁有強勁動力的。早年的企業號因為動力不夠,隻能加大反應堆的安裝量,一艘航母上竟然使用瞭8座反應堆。
直到後來更先進的尼米茲級問世,反應堆的數量才降到兩個以下,動力卻增長到瞭十幾萬乃至二十幾萬馬力。
就美國的發展情況看,將核動力應用到其他艦船上,是積累經驗以及對性能的考驗,經過瞭這必要的一步後,最終才將技術應用到瞭航母上。
反觀法國人,在核動力的使用上想一口吃成胖子,直接將潛艇用的核動力裝置嫁接到瞭航母上。最終造出來的戴高樂號,既花瞭錢,但動力和性能問題始終沒有很好的解決。
因此從美法兩國的發展歷程來看,艦船要應用核動力,必須得循序漸進,技術要百分百過關,才能發揮應有的作用。
所以從這個角度來看的話,未來我國核動力的應用,或許也有可能先使用到其他艦船上。還在2018年時就有消息顯示,我國將建造核動力破冰船。同樣,像大型驅逐艦這類水面艦艇,未來會不會使用核動力,也都還是未知數。
畢竟從技術攻關的角度出發,每一步都要經過驗證和應用,才能完成最終的升級。至於核動力的優劣考慮,那就是另外的問題瞭。
核動力的優劣
核動力不用頻繁添加燃料,提高艦船的續航和持續打擊能力,這是它最大的優勢。但從綜合使用和成本來看,它也不是沒有劣勢。
艦船的動力可以做到無限續航,可船上的武器以及人員做不到,他們還是需要定期靠岸補給的。
就安全性上來看,一旦進入戰爭狀態,核動力艦船的使用和打擊能力基本是一次性的,因為一旦被攻擊,整艘艦船也就基本上報廢瞭,而且核泄漏的風險也不可承受。
即便是在和平時期,其整體的建造和使用成本也相當高昂。上文提到,企業號的拆解費用超過瞭10億美元。而最新型的福特號,其建造成本更是將近130億美元。
也就是說,從建造到使用,從服役再到退役和拆解,整個流程中的花費都很高。也正因為這一點,要不要建造核動力航母,要建造多少艘核動力航母,始終要從綜合角度去考慮。
結語
目前,我國的航母建造計劃正在如火如荼的進行中,也正因為進入瞭建造的高峰期,所以圍繞核動力的使用討論才會有很多。
下一步會怎麼發展,是直接應用到航母上,還是走穩健的發展歷程,國傢有通盤考慮。核動力航母肯定能夠見到,而核動力的驅逐艦等艦船,就要看在技術發展中,經歷怎樣的變化瞭。
參考資料:
《核動力艦船技術發展趨勢研究及展望》 能源與環境 2020年《“基洛夫”級核動力導彈巡洋艦——世界上最大的巡洋艦》 科普中國 2018年7月6日《拆除退役的世界第一艘核動力航母,10億美元可能還不夠》 科技日報 2018年8月7日