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福建舰为何没用核动力?相关技术过于复杂,急不得

  万众期待的003航母终于在6月17日揭开了神秘的面纱,这艘航母配备有直通型飞行甲板以及三条电磁弹射系统,满载排水量超过了8万吨,是目前世界上吨位最大的常规动力航母。在人们都在为我国终于有了可以对标美国超级航母的国产大型航母而兴奋时,有些网友的要求似乎有些高,表示既然更为激进的电磁弹射系统都能用上,为何003航母不直接采用更先进的核动力系统呢?今天咱们就来聊一聊这个话题。
  下水仪式
  首先我们先说003航母的电磁弹射系统,虽然美国在航母发展历史上经历了从蒸汽弹射到电磁弹射的发展阶段,但是并不意味着蒸汽弹射系统是一个必须要经历的阶段。我国003航母在设计之初,有很多专家提议采用技术风险更低的蒸汽弹射系统,毕竟西方国家几十年来都在采用这套系统,说明整体弹射系统的存在价值。虽然蒸汽弹射器内部构造非常复杂,体积庞大、维护保养较为不便,但是其技术非常成熟,我国当时也已经具备建造蒸汽弹射系统的条件,所以003航母在起初设计的时候准备上蒸汽弹射系统。
  整齐弹射器在弹射舰载机时会产生大量的白色蒸汽
  在进行蒸汽弹射器研究的同时,我国另一科研团队也在同时进行电磁弹射系统的研究,并在2010年左右取得重大进展。所以在003航母处于图纸设计阶段的时候,专家们对于用何种弹射系统展开过激烈的谈论,对于我国而言,蒸汽弹射系统技术风险低,较为稳妥,但是弹射效率明显不足电磁弹射系统;电磁弹射系统风险较高,技术不太成熟,但是弹射性能却要远优于蒸汽弹射系统。
  电磁弹射器与蒸汽弹射器性能对比图
  为了最终能够从两种弹射系统中选出最优者,我国在2014年左右在陆地机场分别建造了一条蒸汽弹射器以及一条电磁弹射器,并进行了上千架次的舰载机弹射对比实验,最终得出了结论,那就是电磁弹射系统弹射能力更强、弹射性能更好、可靠性更高、适装性更好、运行维护成本更低,对舰载机损伤更小,所以003航母最终用上了更为激进的电磁弹射系统。
  从一定程度来看,003航母越过蒸汽弹射型系统,直接用上了电磁弹射系统,有一定的激进成分,不过既然我国敢用电磁弹射系统,那就能说明我国的电磁弹射系统是成熟可靠的。既然003航母能够一步用上了尖端的电磁弹射系统,那么为何还保留常规动力呢?直接用核动力系统不更香吗?这就需要我们去审视航母核动力系统的建造难度。
  003舰岛上的四个烟囱清晰可见
  目前世界上拥有核动力航空母舰的国家只有美国和法国两国,法国的戴高乐号航母是除了美国航母之外唯一的一艘核动力航母。美国的核动力航母历经企业号、尼米兹级以及福特级航母的三个发展阶段,舰用核动力系统有了突飞猛进的发展。
  美国第一代的企业号航母诞生于上世纪60年代,当时美国舰用核动力系统并不十分成熟,只能直接采用鹦鹉螺号核潜艇上的S2W核反应堆,该型核反应堆最大功率仅为60MW,用在核潜艇上还算差强人意,但是用到满载排水量9万余吨的企业号上有属于小马拉大车了,为了弥补S2W核反应堆在功率上的不足,美国直接在企业号上用上了8座S2W反应堆,这才让企业号勉强跑出30节以上的高速。不过8座核反应堆不但造价极为昂贵,而且还占用了航母内部大量的空间,整体的可靠性也非常差,所以企业级航母仅建造了一艘就停产了。
  美国企业号核动力航母
  美国第二代的尼米兹级核动力航母采用了西屋公司为航母量身打造的A4W核反应堆,这种核反应堆的单台最大功率达到了500MW,在功率上接近S2W核反应堆的10倍,所以两座A4W核反应堆就能满足尼米兹级航母的需求。到了第三代的福特级核动力航母,美国的核反应堆升级成为了两座A1B,这种反应堆的单座最大功率高达700MW,功率较尼米兹级航母上的A4W核反应堆提升了27,堆芯寿命长达50年,福特级航母在整个服役周期内都不需要更换核燃料。
  福特级航母
  A1B核反应堆
  从技术发展路线来讲,美国核动力航母发展模式属于非常成功的,强大的小型化核反应堆技术让美国核动力航母一直处在世界领先地位。作为世界上唯二拥有核动力航母的法国,在航母发展上走了一条曲折的道路。
  军用核反应堆技术在任何国家之中都属于绝密的技术,即使是最亲密的盟友也不会轻易去出售相关技术,这也使得法国戴高乐号航母能够高价买到美国的C13蒸汽弹射器,却只能自己研发航母用核反应堆。不过由于法国制造商难以短时间造出大功率的核反应堆,并且法国经费也较为紧张,只能利用两座凯旋级战略核潜艇上的K15型反应堆。由于K15核反应堆的最大功率仅为150MW,输出功率仅为76200马力,这个功率甚至还不如一些大型驱逐舰上的总功率大,导致戴高乐号航母动力严重不足,最大航速仅为25节,要不是美制C13蒸汽弹射器性能强劲,戴高乐号难以有效放飞阵风M舰载机。
  戴高乐号航母
  虽然法国核能技术处于世界前列,但是在舰用核反应堆领域与美国存在很大的差距,其中最为主要的差距体现在核燃料的浓缩铀浓度。美国后几艘尼米兹级的A1G反应堆的燃料铀235浓度高达97。3,虽然在1992年关闭朴茨茅斯核浓缩厂后,美国的舰艇用反应堆核燃料的浓度降到了93,但是这个核反应堆浓度也是其他国家望尘莫及的。
  众所周知,90以上的高浓度铀可以作为核武器的制作原料,虽然美国以外的其他有核国家都能生产高浓度铀,但是想要把如此浓度的核原料用于核反应堆,难度非常大。苏联第一代及第二代核潜艇反应堆铀235浓度仅为21,第三代核潜艇是4345,法国K15反应堆铀235浓度也仅为20左右,可见美国在舰用核能技术领域的领先优势有多大。
  094核潜艇
  虽然我国在核能领域处于国际先进水平,但是在舰用大功率核反应堆领域仍与美国存在一定的差距,技术也不太成熟。虽然我国现役的094战略核潜艇以及093攻击性核潜艇都用上了国内最先进的小型化核反应堆,但是这种反应堆无法运用到8万余吨的003航母之上。
  可能有人就要问了,目前我国已经拥有了大功率玲珑一号小型化核反应堆,制造航母用核反应堆不会太难。其实玲珑一号核反应堆定位是民用,它是为工业聚集区和人口稠密区供电、供热,虽然玲珑一号反应堆高度仅为14米,宽度仅为10米,比常规动力航母的动力系统还要小,双台动力达到了28万马力,足以推动10万吨级的航空母舰,但是这款核反应堆的核燃料的丰度仅有3,远远达不到舰用的标准,与美国的福特号航母上的A1B反应堆根本不在一个档次上。玲珑一号这样的核反应堆如果用到003航母上,以现有核燃料丰富度来看,顶多两年就需要更换一次核燃料,到时候航母就需要开膛破肚,至少会耗费一年时间更换核燃料,根本无法保证战斗力。
  所以在我国舰用核反应堆成熟之前,我国绝不会建造大型核动力航母,更不会走法国的航母发展道路。至于我国何时会有核动力航母,我们可以这么想,既然8万余吨的常规动力航母都出来了,10万吨的核动力航母还会远吗?

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