中国潜艇的AIP，路在何方？转帖

jmc51000

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1楼大中小发表于 2008-10-28 15:51 只看该作者

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中国潜艇的AIP，路在何方？转帖

潜艇是我国海军的支柱，这种局面至少要撑到中国航母服役的那一天，就算中国航母服役，潜艇仍是我国不可或缺的中坚力量。在台海有事时，美国最先想的是航母，而中国最先想到的就是潜艇，因为潜伏的潜艇能对任何敢干侵犯他的敌人发出最致命的一击，这是任何作战武器所不能不顾忌的。虽然我国是一个潜艇大国，然而，中国潜艇在质量上仍不高，与当今世界上各种服役的潜艇相比，整体力量仍不高，作战性能高的常规潜艇数量只占少数。尤其是周边很多AIP潜艇出现时，对我国潜艇大国来说，这明显是一个不小的压力。中国的AIP已是刻不容缓的事情了。
其实提到AIP，大家都已经不陌生了，它就是所谓的不依赖空气推进装置的英文缩写，装配了AIP的潜艇，可以长时间不浮出水面，大大的增加了潜艇的隐蔽性，也就是提高了潜艇的生存能力。二战德国U2潜艇由于技术原因不得不经常浮上来充电，因此招来了杀身之祸。因此各国对潜艇的AIP之重视，可谓同出一辙。另外，装备了AIP的潜艇，由于可以长时间的潜伏水下，可以更隐蔽的接近目标而不被发现，因此其攻击能力也随之提高，因此潜艇装备AIP只是单纯的为了自身安全的想法是片面的。因此，拥有AIP的潜艇可以低速持续机动，也可以在需要高速时利用蓄电池能量进行短时间高速冲刺，或者通过AIP发动机为蓄电池在水下充电，有这么多的好处，难怪会有人说它几乎可以取代价值昂贵的核潜艇了。
那么AIP到底是什么东西？它拥有哪些东西？它又是怎样工作的呢？其实，当今世界上的AIP，大体上可以分为四种，分别是CCD系统、斯特林发动机（SE）、燃料电池及微型核反应堆。分别介绍如下：
一、 CCD系统
CCD系统实际上就是闭式循环柴油机/蒸汽轮机，它是根据柴油机排出废气的回收装置以实现人造空气（通过吸收二氧化碳和水蒸气后添加氧气和起稳定作用的氩气，保证柴油机能够依靠潜艇本身携带的氧气进行密闭式工作），从而达到不依赖空气的目的，它是AIP装置中最简单的装置，优点是技术难度低，成本低，且系统综合性能比较完善。由于现代潜艇大都是以柴油机为动力的，因此CCD系统与其拥有很好的相容性，整个系统简单，紧凑，同时对现役的柴油机动力的潜艇通过CCD系统改造将是非常容易的。只需增加液氧等其它辅助设备就能轻易实现。但是由于采用的柴油机或者蒸汽轮机，自身的噪音并无减少，因此如果不能有效地解决噪音问题，则自身的隐蔽效果仍不能达到令人满意的效果。
二、斯特林发动机（SE）
斯特林发动机是由外部能源加热、通过将热能转化为机械能的密闭定容回热气体循环装置。目前设计的斯特林发动机是利用热性能好且腐蚀性小的氦气作为工作介质，通常用液氧和煤油加热，通过边续的加热和冷却持续工作。然后由于其仍然采用活塞和曲轴的往复运动，在根本上也无法在消除噪间上得到解决。斯特林发动机虽然在工作中能得到很好热效率，燃烧后的高压废气也能直接在深水下进行压力排放，而且也没有CCD型所必需的水循环和冷却装置，但其燃料消耗却比CCD高，另外功率密度也不及CCD。另外，斯特林发动机对材料、结构和装配精度要求很高，投入也比较大，使用柴油机动力的潜艇改装困难大，同时许多配套问题也需要解决。
三、燃料电池
燃料电池是将化学能直接转化成电能的装置，在高中学过电化学的人就已经知道能通过氢气和氧气制成燃料电池，实际上这类技术已经发明几十年，但实用也只是近年来的事，以前也只是用在宇宙飞船上的能源。由于能源危机，现在也开发了新能源，如氢气动力汽车，用的就是氢气和空气中的氧气将化学能直接转化成电能。由于转化过程直接，效率非常高（理论上可以达到90%以上，实用的已达到70%）而且在转化过程中没有噪音，只有少量的热和生成水，因此是目前很多国家都看好的AIP装置。这里面具有代表性的是德国的质子膜燃料电池和老毛子的碱性电池。质子膜燃料电池是利用质子膜为介质，通过液氢和液氧从而使其发生电解水的逆反应，而碱性电池是通过氢氧化钾溶液为介质，类似于质子膜的工作方式进行工作的。虽然碱性电池远没有质子膜那样高的功率密度，但是却具有技术简单、生产容易和成本低廉等特点。
应该说，燃料电池是相当理想的，有了它，潜艇里的蓄电池甚至都可以省了，而且在隐蔽性能方面远不是CCD和斯特林发动机所能比拟的，因此也为越来越多的国家所采用。但是由于氢气在贮藏方面一直是个大难题，潜艇上的氢气罐直就象一个随时可以爆炸的炸弹，一旦出现事故后果将不堪设想，潜艇的抗毁能力严重下降。实际上氢气的存贮技术一直在学术界称为攻不破的堡垒，也叫解不开的死结，尽管各国都投入了相当大的人力和财力，在这方面仍然未有较明显的成就。比较典型的有高分子氢技术，如合成H36这样的分子，使其在常温、标准大气压下成为液态，并有稳定的结构，而工作时则通过辅助设备再分解成H2。一旦这样的技术获得突破，能源危机将不复存在，利用太阳能和风能等可以广泛制氢，从而解决能源问题。更重要的是其具有环保性，且具有能源密度高效性。具估计，如果高分子氢成功，歼-10就可以把作战半径延伸到关岛，而将来冷推力发动机出现后将更不可想象。还有较实际一点的就是分子筛技术，也就是利用制成的特殊性材料，它对其它气体不产生作用，但是可以象海绵吸水一样吸入超过自身许多倍重量的氢气，并且在常温常压下比较稳定。这方面目前也取得了一定的进步，但离实用还远得很。
四、微型核反应堆
微型核反应堆技术就是利用微型核反应堆作为辅助动力，主动力仍采用常规动力。目前只有老毛子采用了此类技术，并且用在了被称为B-90“萨罗夫”号新型潜艇上面。当然，潜艇如果采用核动力，那将是超过任何一种AIP的，并且有无限续航的能力，只有食物充足，在水下呆几个月也是没有问题的事情。但是核潜艇造价高、一次性投入大、退役拆除困难、防辐射和防泄漏系统复杂庞大，同时也包含政治因素。但是微型核反应堆却没有上述除政治因素以外的任何缺点。微型核反应堆由于体积小，在技术风险、成本、吊装、退役拆除及防辐射和防泄漏上难度上都远远小于全核动力的核潜艇。而且微型核反应堆产出功率小，利用自循环就可以实现能量的转化，大大降低了噪音。虽然目前很多核潜艇都采用了自循环，但是在输出大功率时仍需要循环泵，加上螺旋桨的噪音，隐蔽性能也大打折扣。微型核反应堆虽然也只能提供5-7节的动力，但是与以上所有的AIP相比，其持久力是不可相比的。而且微型核反应堆还可以与维生系统联接，从而实现上核潜艇一样的持久力。也可以在水下潜伏数月而不用上浮，这是以上其它几个AIP无法做到的。它可以持续几乎不间断的提供低速并隐蔽行进数月，也可以在水下给蓄电池充电，而且体积小，不占用潜艇宝贵空间，维护成本低。因此也是所有AIP中最好的一种。
比较以上几种AIP系统，可以看出，各具特点，选择什么样的AIP，应该根据各国需要和能力情况而定。比如美国，由于其全球战略的需要，因此核动力也就是其首选，而且核动力本身也就是最好的AIP。因此美国常规潜艇生产线早已撤消，从而全面生产核潜艇。但是对于其它国家来说，有时并不需要全球战略，制造核潜艇无疑是个浪费，而且核潜艇还要受政治因素的影响。从中国的角度来，不难看出，我们最应该选先选择的应该是第四种，也就是利用微型核反应堆作为辅助动力，主动力仍采用常规动力。这样不仅造价低，不会给中国造成重大经济负担，同时由于中国的潜艇未来几十年内几乎都是近海作战，拥有核潜艇那样的无限续航能力在一定程度上是浪费（但是保留一定数量的核潜艇本人认为还是有必要及不可替代的，包括攻击潜艇和战略核潜艇）。而且配备微型核反应堆可以通过增加AIP舱来解决，有不少人谈核色变，认为核动力用在任何地方都是一个不安定因素，但是事实及种种实践证明，小型核反应堆尤其是微型核反应堆，无论是投入及核防护，与大型核反应堆相比，都呈三次方的降低，因此微型核反应堆不存在投资大，防护难、不安全等大型核反应堆的缺点。同时也应该看到，由于技术的不断进步，核反应堆已不是以前的那样不稳定，应该来说是比较稳定的，比较安全的，对于微型核反应堆来说更是小菜一碟。特别值得一提的是，我国已经装配了象093这样的核潜艇，核动力方面已经有比较成功及实用的经验了，同时政治因素也不能对中国有什么约束，所以中国发展微核反应堆不仅有别国没有的得天独厚的条件，还更有自己的特色。我相信，如果是别国能允许微型核反应堆使用的话，那么他们绝不会花费心思再去搞什么不安全及存贮困难的燃料电池及具有高噪音的CCD、斯特林发动机了。如果我们舍弃自己的特长，反而走别人的路，无疑是舍近求远。正如目前的金融危机，中国应该在扩大内需上作文章，因为我国拥有十几亿的人口大国，本身也是一个消费大国。大型核反应堆防护体积过大，所以核潜艇的排水量一直都居高不下，但是微型核反应堆无论是体积还是防护，都是无法与大型核反应堆相比拟的。依靠增加AIP段舱可以很方便的加入到中国的元级上面去，中国的元级排水量有近三千吨，配上微型核反应堆不仅不会增成不配套及主发动机功率不够的缺点，还能更好的融为一体，因为微型核反应堆可以很方便的装在排水量很小的常规潜艇上。尤其是法国的红宝石核潜艇排水量才三千多吨，因此核反应堆小型化目前已成趋势，如法国的核反应堆利用堆芯在中间直接加热，利用自循环特点，不仅省去了循环泵，而且使自身安全性、降噪及体积小都获得了相当的进步。在微型核反应堆中，这方面则更具特长，由于体积小，可以很方便的将堆芯及防护置于中心，不仅省去循环泵，自身效率也会大大提高。总之，很多有大型核反应堆上的困难，在微型核反应堆上并不存在，而且很多微型核反应堆上的优点，在大型核反应堆上也不具备。
微型核反应堆配备在元级和下一代常规潜艇上，不仅使其在近海拥有象核潜艇一样的作战能力，无与伦比的超长水下隐蔽航行会让任何反潜对方失去耐心并且从根本上无法有效阻止中国潜艇的渗透及突袭。而且由于主动力采用柴油机，造价也会大幅度的降低，因此可以批量制造，拥有一定数量的潜艇则完全可以阻止美日援台，从而为武统争取宝贵的时间。而目前的宋级，本人认为采取CCD型的就够了，因为改装比较容易，何况宋级目前也算不上先进，动大手术也不值得，或者说没必要。而且宋级潜艇是以柴油机为动力的，因此CCD系统与其拥有很好的相容性，整个系统简单，紧凑，同时对通过CCD系统改造将是非常容易的，只需增加液氧等其它辅助设备就能轻易实现。虽然在噪音降低上并没有得到改善，但是对于宋级来说，这已经足够了，中国应该把更多精力放在元级、核潜艇及下一代常规潜艇上。尤其是美国佬将会有更多的弗吉尼亚出现的时候，中国则更应该发挥潜艇的不对称优势及利用近海优势对美国佬形成实质性威胁，特别是针对美国的航母战斗群，中国则需要更多先进的空中加油机，为最新的战机延长打击半径。
还有一个非常显著的特点，那就是微型核反应堆在上述四种AIP中，中国想获得突破也是最容易的事，也是花费时间和精力最少的一种，因为中国具有这方面的先天优势。其它三种前两种的CCD和斯特林发动机效果并不明显，燃料电池也存在不安全、维护难及不稳定及很多技术难点，中国想短期突破也非易事。唯有核动力，中国已经有相当的技术储备，只要高层点头，想突破不过是指日可算的事情。而且唯有这一种AIP才是这四种中最好的一种，对中国来说也才是最需要的一种。
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核潜艇当然是最好的AIP,但是核潜艇的造价很高,退役后拆除费用也是一笔可观的数字,因此除美国外,几乎没有哪个国家全部是核潜艇.但微型核反应堆却没有上述的缺点. 据说我们国家在新型的常规潜艇上有过试验但也只是听说没有官方的证实但愿中国的武器能尽快的和国际接轨不然战争来了光靠人是不行了！