避开美军核航母建造的大坑:我们需要多大吨位?几座核反应堆?

中国发展核动力航母有“刚需”

【每点新防务(1025期)·2月21日】:随着去年我国下水了新型航母,外界对“中国到底需要建造多少艘航母”“中国是否会建造核动力航母”产生了疑问。其实对于“中国到底需要建造多少艘航母”是国家根据现实威胁与国际环境做出的判断,一般人只能是瞎猜;但对于“中国是否会建造核动力航母”这个问题,我想答案一定是肯定的!

避开美军核航母建造的大坑:我们需要多大吨位?几座核反应堆?

毕竟核动力航母的好处已经被美国海军用几十年时间、10多艘核动力超级航母所验证过了。我们如果拥有了自己的核动力航母,就可以大量缓解编队中补给舰的压力,使其能够专心为其他常规动力军舰补给,从而大幅增加执行远洋任务的时间或作战持久能力。这也是为何法国当年咬牙用核潜艇的小堆也要建造自己的核动力航母的原因;也是俄罗斯在国力和技术都不允许时,不停推出本国核动力航母模型的良苦用意!

避开美军核航母建造的大坑:我们需要多大吨位?几座核反应堆?

虽然现在我们建造核动力航母并没有迫切的作战需求,但因为核动力航母技术的复杂,我们肯定还存在着短板,所以需要尽早建造进行技术验证。这就相当于美国海军在1958年时建造的世界上第一艘核动力航母“企业”号后的经历:服役后发现大量问题,特别是核动力系统很不成熟,整舰设计也存在着许多不合理,甚至“企业”号核动力航母的恶劣性能与高昂造价,还导致美国海军取消了之后所有同级舰的订单。但“企业”号反而成为了美国海军验证和试验发展后续核动力航母的实验平台,并最终导致美国海军利用其经验建造了现今世界上最成功的的核动力航母——尼米兹级。

避开美军核航母建造的大坑:我们需要多大吨位?几座核反应堆?

所以我们也需要在相关技术都具备后尽快建造中国第一艘核动力航母,当然第一艘核动力航母有可能存在着许多不完善,但就像辽宁号一样,它可以作为训练舰不断的在验证新技术和训练合格的舰员,为我们建造成熟的核动力航母提供经验教训。并且因为核动力航母的建造周期本身就比常规动力航母要长,所以更需要尽快实行,以免“试错”的时间成本大幅增加!

中国核潜艇反应堆能给航母用吗?

建造核动力航母之前就需要先确定动力系统的配置,否则容易出现与法国“戴高乐”号核动力航母“小马拉大车”一样的惨剧!虽然从工程原理上来看,核潜艇与核动力航母所采用的反应堆相差不大。如美国新一代“福特”级航母采用的A1B型反应堆以及现役“尼米兹”级航母采用的A4W/A1G型反应堆都是在美国核潜艇S5W型反应堆基础上加以放大或适当改进衍生出来的。但显然法国只看到了路线的正确,却忽视了自身的实力,这才导致造出了问题频发的4万吨“戴高乐”号核动力航母。

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同样的,中国虽然拥有较丰富的核潜艇建造经验,但航母的核动力系统确实不是核潜艇的核动力系统的简单叠加,二者有相似之处,但技术难度远远不同,技术突破确实需要时间的积累。并且航母的核动力系统要比核潜艇复杂,因舰艇吨位不同,对反应堆的功率要求也不一样,而且在机动灵活性、操纵性、舰机适配性等方面有较高要求,仅靠简单复制或增加反应堆数量并不能解决所有问题。美国第一艘核动力航母“企业”号就因为使用了单台只有3.5万轴马力的A2W型核反应堆,而为了满足令其8万吨排水量跑出30节以上航速的需求,不得不装上了8座反应堆,不仅占用大量空间,而且在使用过程中也暴露出很多问题。所以美国海军在后来建造的尼米兹级航母上装备了2座A4W/A1G型反应堆,单台就能输出14万轴马力,2台就能满足28万轴动力让尼米兹级航母跑出33节的高速。

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因此,我们虽然也可以走改进核潜艇反应堆为航母使用的路线,但为了更高效、更安全地进行研制工作,也为了能更好的检验设计的正确性,确保核动力装置的安全可靠运行性能,一般在建造实用堆之前,需要按照真实的航母动力舱实际布局,先在陆地上建造一座模拟堆,以进行各种模拟试验,同时培训运行和维修人员。美国就是按照这种方法,从二战后至今共建立了4代9座陆上模拟堆,为大量核动力潜艇的反应堆改进提供了试验场所。其中的LSR和DRP两个模拟堆是专为发展水面舰船核动力使用的,至今发展出了用于企业号航母的A2W反应堆、用于尼米兹级航母的A4W和A1G反应堆,以及最新型福特级航母使用的A1B型反应堆。

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虽然现今对于我国是否已经开始航母用陆上模拟堆的建造还一无所知,但从近年来我们开始对核动力破冰船、水上核电站发生兴趣来看,即便没有开始可能距离实际也不远了。而只要陆上模拟堆经过试验证明符合技术需求,那么剩下的核动力航母本身的建造已经没有太大难题了。让我们一起拭目以待吧!

我国建造核动力航母需要几座核反应堆?

如果我们解决了建造中国第一艘核动力航母的关键设备——核反应堆以后,接下来我们就需要考虑在这艘核动力航母上需要安装几台反应堆来驱动这艘“海上巨兽”了。还是参考美国核动力航母的设计经验,来看看美国海军都是怎么干的吧。

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美国海军在建造第一艘“企业”号核动力航母时,因为需要保证28万轴功率才能将8万吨船体飙到30节以上,所以不得不安装了8台小功率的A2W核反应堆。虽然这个“堆堆”的法子满足了企业号总功率需求,但副作用也是“槽点满满”的:因为要安置8台反应堆,所以企业号舰体内部空间就被占用了很大一部分,相关的弹药舱、燃油舱和其他设备安置舱都会被挤占或另寻空间。直接导致了企业号吨位的提升,连带整艘航母的造价也“一飞冲天”。美国海军因此不得不在财政紧缩的大环境下砍掉了企业号后续建造计划,导致企业号成为了这一型航母的“独苗”。

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虽然企业号安装8台反应堆的无奈是因为美国当时反应堆技术不过关导致的,但产生的恶劣后果,却令美国海军不得不考虑后续航母建造中对反应堆数量的限制。于是在规划企业号之后的核动力航母时,就出现了采用4台反应堆与2台反应堆的大讨论。依照美国海军在1964年6月预备设计案中的估计,双反应堆构型航母的预期造价为4.22亿美元,4反应堆构型则为4.25亿美元,双反应堆构型可以节省大约300万美元。双反应堆构型不仅更经济,也更节省空间,由于反应堆舱缩减为2个,连带能腾出更多舰体内部可用容积,以便应付越来越严重的舰体内部配置拥挤问题。

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虽然账面上2台反应堆的经济效益要好过4台反应堆,但是反对派却认为如果单从功率需求来说,采用4反应堆构型时,每座反应堆只需提供5万-7万轴马力输出,就能满足航母的总功率需求,若换成双反应堆构型,每座反应堆便须提供高达13万-14万轴马力的功率才行,这对于当时的反应堆设计部门与制造企业来说,都是巨大的工程挑战。即便刨去单座反应堆功率需要进行翻倍的功率提升难题外,也没有人明确知晓这种大功率座反应堆需要什么规格的配套设备,以及会遇到什么未知麻烦。

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而且从航母作战时或平时使用中会遇到的动力故障方面考虑,当有1座反应堆失效时,4反应堆构型仍有3座反应堆可用,理论上航母仍可保有75%的动力输出。相比之下,双反应堆构型若有1座反应堆失效,航母所能得到的动力输出便会骤降50%,若选择双反应堆构型,便需保证在仅剩1座反应堆可用时,仍能在战斗条件下为航母提供足够的动力。当然这种保证就需要剩下的单台反应堆具有极为优异的“超频”能力——当然,这对于核反应堆来说这是极端危险的操作!

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但我们知道最终因为美国及时研制出了单台达到14万轴功率的A4W反应堆,在尼米兹级上只用2台A4W反应堆就达到了之前需要8台或4台才能满足的动力需求。并且顺带节省除了大量空间给其他设备与舱室,使得尼米兹级拥有极高的持续作战能力。可是不要忽略尼米兹级的成功,是建立在其首先研制出了单台14万轴马力的A4W型反应堆之上的,否则也无法以区区2台反应堆推动10万吨的身躯在海上飙到30节以上。

避开美军核航母建造的大坑:我们需要多大吨位?几座核反应堆?

而按照现在网上的传言,我们的首艘核动力航母大概要从8万吨起跳,那么如果我们也想学尼米兹级或者更先进的福特级航母(单座功率高达35万轴马力)只用2座核反应堆驱动的话,那么单座反应堆的推力起码也要达到14万轴马力这个起点。而要是达不到这个数值的话,我们就不得不被迫使用4台小功率反应堆来驱动我们的第一艘核动力航母了。虽然中国第一艘核动力航母即便使用了多达4座反应堆,造成了内部空间被较多的占用,可能会影响到舰载机搭载数量和燃油、弹药的携带量,但因为首艘核动力航母还是实验意义较重,所以这也并不是大问题。在使用中不断完善设计和继续提升单堆功率,并且培养更多核动力航母操作人员,才是中国建造第一艘核动力航母的根本!