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科学普及

为什么核潜艇能够长时间潜伏在水下

2017-10-09 08:31:47 作者:rrkp 来源:

常规潜艇在水下航行时主要依靠电池提供动力。但蓄电池电能有限,所以需要定期浮起,这时把通气管伸出水面,启动柴油机给蓄电池充电(柴油机工作时需要氧气)。在第一次世界大战期间,潜艇的水下停留时间只占续航时间的5%。到第二次世界大战后期,也只提高到15﹪~20%。第二次世界大战时,美国物理化学家菲利普·埃布尔森提出船只可以使用核能作为动力,兵器工程师很快发现这样的动力特别适合潜艇。采用核动力的潜艇有能力在99.5%的续航时间里都处于水下潜行状态,只要它携带足够的武器和给养,便可连续潜航两三个月而不必浮出水面,航速可以达到30~35节,能遨游地球好几圈而不需要添加核燃料。


核动力装置主要由核反应堆、加压容器、主循环泵和主汽轮机等组成。现代潜艇上的核反应堆大多采用轻水型压水反应堆,其工作过程是:核燃料在反应堆内产生链式反应,释放出巨大的热量;利用主循环泵使载热剂(高压水)通过堆芯把热量带走;通过蒸汽发生器把水加热成蒸汽,供给汽轮机驱动推进器,推动潜艇航行。


核反应产生的能量也能转换为电能,提供全艇设备,如艇上的无线电设备、声呐设备和水声通话系统等用电。为核潜艇提供氧气的主要设备是制氧机,其电力也是由核反应堆提供的。另外,潜艇上使用的淡水要从海水中提取,潜艇上的空调设备和照明设备等都必须依靠核反应堆来提供电力。2000年8月,俄罗斯的“库尔斯克号”核潜艇失事后仅仅发出一次救援信号,这和当时艇上核反应堆关闭、电力供应中断有很大的关系。为了提高潜艇的生存能力,人们通常还在核潜艇内装备蓄电池、柴油发电机等,以作为应急动力装置。


既然核燃料在核反应时并不需要空气,这就为潜艇长期潜伏在水下提供了条件。那么,以核燃料为动力源的核潜艇是否可以在水下无限期地航行,直到核燃料不再产生核反应为止呢?理论上存在这种可能,但实际上是行不通的。因为艇里有人,人在水下能够忍受多久不出艇、食品等保障能维持多久、多长时间必须对艇上装置进行维修保养等因素,都使得核潜艇不可能永远在水下航行。即便这样,核潜艇在水下航行的时间也已远远超过常规潜艇,一次可以达到2000小时以上。


1952年6月14日,世界上第一艘核潜艇“鹦鹉螺号”在美国康涅狄格州格罗顿镇开始铺设龙骨,从此开启了核潜艇发展的新纪元。“鹦鹉螺号”艇长97.5米,宽8.4米,吃水6.7米深,水上排水量3533吨,水下排水量则达4092吨;配备6具533毫米口径鱼雷发射管,可携带18枚鱼雷,水面最大航速25节,水下最大航速也可达到20节,最大潜深150米。从理论上讲,它可以最大航速在水下连续航行50天,航程3万海里。到1957年4月“鹦鹉螺号”第一次更换燃料棒时为止,它平均以16~20节的航速航行了62 562海里,仅消耗了几千克铀。若换成常规潜艇,以同样速度航行同样的距离,消耗的燃油在8000吨左右。1958年6—8月,“鹦鹉螺号”横贯了大西洋和太平洋,又从美国阿拉斯加的巴罗角潜入北冰洋,通过地球的北极。在此之后,美国宣布不再制造常规潜艇。


核反应堆的功率远远超过常规动力,所以,核潜艇的航速能提得很高,吨位也可以造得很大,比起常规潜艇来,个头要大一倍还多,携带的武器及威力也不可同日而语。作为应对敌国核打击的海基核威慑力量,为了保证在本国国土上的军事力量已全部被摧毁的情况下还拥有足够的核反击能力,能携带的核武器自然越多越好。例如,冷战时期苏联建造的“台风”级战略核潜艇,水上排水量达到18 500吨,水下排水量达到26 500吨,接近于一艘轻型航空母舰。其巨大的身体长度达到171.5米,比一个足球场还长,宽度达到24.6米,是潜艇尺寸的世界纪录保持者。其核反应堆总功率达到380兆瓦,水面航速12节,水下航速25节,乘员可达175人,可以携带专门为它设计的SS-N-20弹道导弹20枚,每枚含10个10万吨TNT当量的核弹头。计划替代“台风”的“北风之神”级战略核潜艇要小一些,但“北风之神”的水面排水量也达14 720吨,水下排水量17 000吨。其艇长171.5米,宽13.5,吃水10米,水面最大航速16节,水下最大航速27节,最大潜深450米,安全工作深度400米。美国的第四代弹道导弹核潜艇“俄亥俄”级,长170.7米,宽12.8米,水下排水量18 750吨,下潜深度为244米,水下航速为24节,核反应堆功率约44兆瓦,噪声只有90~110分贝。该级核潜艇可携带24枚“三叉戟2”弹道导弹,射程12 000千米,每枚又携带12个分导式弹头,圆偏差率为90米。1979年6月18日美苏两国签署的《第二次限制战略武器条例》规定,每个国家的弹道导弹核潜艇的数量不得超过14艘,美国就将该级的前4艘,即“俄亥俄号”、 “密歇根号”、“佛罗里达号”、“佐治亚号”,改装成了装备“战斧”巡航导弹的攻击型核潜艇。这些庞然大物都是应对敌国核打击的威慑力量。


攻击型核潜艇的主要任务是攻击敌方潜艇和水面舰艇,体积比弹道导弹核潜艇小一些,但与常规潜艇相比仍然是一个庞然大物;攻击力与生存能力也要大得多。比如,美国的“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇,长约115米,宽约10米,排水量7800吨,水下航速可高达34节。俄罗斯的“亚森”级攻击型核潜艇,长120米,宽15米,水下排水量11 800吨,潜深可超过600米。这些攻击型核潜艇可携带多枚重型鱼雷、潜射反舰导弹和潜射巡航导弹,一艘攻击型核潜艇即可在隐蔽中给敌方舰队以重创。


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