2013年2月,一條來自中船重工網站的消息證實,國家科技部“核動力船舶關鍵技術及安全性研究”863項目和“小型核反應堆發電技術及其示范應用”科技支撐項目已正式立項。這條信息當時立刻引發了海外媒體對中國將要研制核動力艦艇,特別是核動力航母的猜測。近期又有國內專家預測中國未來航母發展,核動力必然是重要發展方向。可見“核動力航母”眾望所歸的地位。
如果不考慮價格,誰也不能否認核動力和航母就是天生的一對。現代的核動力航母一次加注燃料至少能運行20年,這給航母的部署和快速反應帶來了極大的便利。同時,核動力航母的大噸位和大空間,也為裝備更多的艦載機和武器設備奠定了基礎。目前世界上美國的核動力航母數量最多,有10艘之多,并且其第一艘核動力航母“企業”號已經退役。除了美國,法國也擁有一艘核動力中型航母。
美法兩國的核動力航母的表現有很大的差別。美軍尼米茲級采用2臺美國西屋公司制造的2臺A4W壓水反應堆(后幾艘采用通用電氣的A1G壓水反應堆),每臺軸功率為130000馬力,總功率為260000馬力(194 MW)。而法國的中型航母“戴高樂”號使用從核潛艇上移植來的K-15反應堆,單臺功率只有80000馬力。導致法國的“戴高樂”號最高航速只有27節,反倒和比自己重50000多噸的美國航母速度還要慢上3節。此外,由于技術不過關,原來設計要20年以后才更換,現在不到7年“戴高樂”號就要更換一次,這都加大了其使用成本,降低了出勤率。盡管美軍核動力航母的維護頻率也很高,幾乎服役期的三分之一時間都在維修,超出了外界的估計。但由于美軍航母數量多,某種程度掩蓋了這一問題。而反映到法國核航母上,就是一個尖銳的問題:如果一個國家沒有可靠的艦載核動力技術,在航母數量受限的情況下,貿然采用核動力將對航母的經濟性、部署效果產生災難性的影響。
中國海軍的核動力發展,肯定要追溯到第一艘核動力攻擊潛艇。現在有關中國建造核潛艇的書籍和刊物已經比較多了,逐漸把籠罩在核潛艇研制上的大幕徐徐拉開。但有關中國第一種核潛艇的一些關鍵性指標,例如核動力裝置的功率,依然極少。2001年《兵器知識》雜志刊登了美國斯坦福大學教授約翰-威爾遜-劉易斯的《中國建造核潛艇》一書的部分內容,其中提到中國核動力攻擊潛艇的壓水堆功率為48 MW,而核動力彈道導彈潛艇的壓水堆功率為58 MW。而中國科學院高能物理研究所研究員沈經在2008年發表的文章則透露中國首艘潛艇核動力裝置的功率為90MW。兩者相差了幾乎一倍。但不得不承認的是,無論是48還是90,這個數值和國外相比還是有相當差距的。美國從洛杉磯級核潛艇之后的潛艇用核反應堆功率一般在150MW以上。
從核反應的原理來看,艦載核動力功率的提升的空間似乎是很大的,但實際并非如此。首先艦艇安裝了核動力,功率要受限于核燃料的使用量。從某種程度上來看,核動力就好像是燃燒鈾原子的動力,就像燒油、燒煤一樣。功率越大,鈾的使用量越大。美國的核動力航母、核潛艇能夠使用20-30年不加注核燃料,甚至能一次性使用到艦艇退役。但很多人不了解的是美國艦艇使用的核燃料棒鈾-235的富集度高達93-97%,也就是達到了原子彈的水平。法國“戴高樂”號航母用了不到七年就要第二次更換燃料,就是因為K-15反應堆的核燃料棒富集度達不到美軍的水平,也就是20%左右。而普通的民用核電站核燃料棒鈾-235的富集度3-5%的水平。用個不太恰當的比喻,美國核動力航母燃料棒相當于純酒精,而法國航母也就是瀘州老窖的水平,而民用核電站也就是青島啤酒了。每一次加注核燃料都相當于一次大修。常規動力艦艇只要通過接口加注燃油就可以了,但更換核燃料要把艦艇開大口子,潛艇甚至要把艇身鋸開。高富集度燃料棒的制作可以說是美國的高度機密,就是最親近的盟國美國都不會說半個字。
核動力的功率還要受限于系統的安全性。核反應堆是個高溫高壓高輻射的東西,正常運行的時候,反應堆的壓力容器和一回路管道運行的溫度可以達到300攝氏度、150 個大氣壓,同時反應堆又是個強大的輻射源,大量的輻射會讓材料的強度出現很大損傷。因此如果片面追求功率而忽視設計上的安全性,艦艇本身的安全就無法保證。在這方面,核潛艇已經有了極為深刻的教訓,在已報道的55起核潛艇事故中(法國1 起、美國5起、前蘇聯49起), 有25起與反應堆系統有直接關系。
中國艦載核動力的水平是很難進行判斷的,因為涉及核工業的大量信息尚處于未解密的狀態。但提高艦載核動力水平的途徑,卻是可以歸納總結的:包括延長堆芯的壽命、使用高富集度燃料棒、提高反應堆控制的自動化水平、發展新的抗腐蝕抗高溫抗輻射新材料、采用非能動安全系統,以增加自然循環能力,即依靠重力、對流、蒸發等自然過程自動處理各種事件,即使在發生嚴重事故時,也能保證向堆芯補水,絕對保證堆芯不裸露,而且無需運行人員操作,從而避免人為誤操作的發生。
中國核動力的進步,可以從民用核反應堆的發展上初窺端倪。和美俄法等國一樣,中國的民用核反應堆技術其實“軍轉民”的結果。中國的秦山核電站一期的技術來源,就是中國第一代核潛艇的壓水反應堆。從大亞灣核電站到嶺澳核電站一期、二期, 再到紅沿河核電站,這則是一條引進法國核電技術在逐步國產化的歷程。遼寧紅沿河核電廠的4座國內首個具有自主品牌的CPR1000核電機組,可以視為是中國在消化法國技術的二代半核電水平。如果說CPR1000是來源法國設計,那么秦山二期則是中國自主設計向“二代半”核電靠攏的一個過程。秦山二期核電站,在堆芯設計、性能指標、反應堆系統設計、反應堆冷卻劑系統設計中都獲得了眾多創新性成果。在秦山二期的55 項關鍵設備中47 項實現了國產化,其中壓力容器、蒸氣發生器、控制棒驅動、新材料管道均實現國產化。
現在隨著AP1000項目的發展,中國也開始在充分消化吸收美國西屋公司第三代AP1000設計技術的基礎上進行國產CAP1000的設計開發工作。更重要的是伴隨CPR1000和秦山二期的發展,中國已經形成了一個快速發展的核電產業鏈條。以上海為例,正逐步形成包括核島、常規島、控制系統、核電材料、輔助設備五大板塊在內的完整核電產業鏈。上海核電產業具有起步較早、基礎較好、人才資源豐富的特有優勢。從上世紀70 年代起,上海核電企業參與過秦山一期、秦山二期、嶺澳等核電站的主輔設備研制生產。現在上海電氣、上海核工院等對核電的投資和推廣明顯加大。上海電氣集團成立重工集團,加大對臨港和閔行兩大核電設備生產基地的建設,其中臨港將形成2.5 套百萬千瓦級核島主設備、4.5 套堆內構件和控制棒驅動機構等制造能力。寶銀特種鋼管公司,首次涉足核電蒸汽發生器用鋼Inconel690-U 型管的設計、研發和生產領域。
可以肯定的是,中國核電產業飛速發展,肯定會為艦艇的核動力發展提供技術支持。不過,中國航母是否采用核動力,除了技術的限制,還取決于海軍的戰略、航母的總體設計和經費。(鄭文浩)




