理论教育 海空霸主:航空母舰的核装置更新进展

海空霸主:航空母舰的核装置更新进展

时间:2023-08-11 理论教育 版权反馈
【摘要】:2009年5月12日,在庄重的军乐声中,“小鹰”号航空母舰在华盛顿州布雷默顿军港举行了一场极其体面的退役仪式。舰用核动力研究这个“吸金大户”因经费短缺,难以为继。美国原子能委员会不愿得罪里科弗,于是对航母核动力的研究网开一面,这才使事件有了转机。在他的大力斡旋和努力下,国会终于同意于1958年建造第一艘核动力航空母舰。至此,美国海军经过前后5年的努力,终于使核动力航母的建造被正式列入议事日程。

海空霸主:航空母舰的核装置更新进展

2009年5月12日,在庄重的军乐声中,“小鹰”号航空母舰在华盛顿州布雷默顿军港举行了一场极其体面的退役仪式。不过,尽管乐声激昂,但仍掩饰不住人们对这艘“年近半百”老舰的怀念与伤感。

可以说,“小鹰”号的退役,标志着常规动力航母在美国海军史上画上了一个句号。从此,美国海军航母全部实现了核动力化。

也许有人会问,美国海军为何早在半个多世纪前,就一门心思要发展核动力航母?它又究竟怎样走上了这条航母核动力化发展的“高速公路”呢?

这事情还要从头说起。那是二战结束不久的1950年,美国海军开始对航母核动力化展开了可行性研究。不过,由于核动力装设战舰,在当时世界上没有任何先例可循,因此是困难重重。实际上,当时的舰用核反应堆技术才刚刚起步,离实用化的道路可以说还相当漫长。更重要的是,当时美国海军的首要任务就是立即着手建造第一代“超级航母”,所以航母的核动力化研究也就排在后面。

令人沮丧的是,美国海军在与空军军种竞争中全面落败。而这次失败,先是引发了轰动一时的“海军上将造反事件”;紧接着,美国国会也跟着“凑热闹”,对海军的拨款也开始明显减少。

舰用核动力研究这个“吸金大户”因经费短缺,难以为继。1953年夏季,“航空母舰用核反应堆”的研究实在支撑不下去了,美国原子能委员会索性将这笔预算直接砍掉了。

就在这时,有着美国海军“核动力之父”之称的里科弗少将,坚定地站出来,仗义执言道:“航空母舰用核反应堆项目不能砍!”美国原子能委员会不愿得罪里科弗,于是对航母核动力的研究网开一面,这才使事件有了转机。

1954年,航母核反应堆研究得以恢复。一年后,“鹦鹉螺”号核动力潜艇试航获得巨大的成功。美国海军决定乘着这股东风,加快航母核动力化的研究步伐;一方面加紧对国会的游说,另一方面对广大美国民众宣传对军舰采用核动力化的优点。

1955年8月,又出现了一个令美国海军高层值得高兴的事:二战中取得赫赫战功的阿利·伯克接任美国海军作战部长;这位新部长不仅精通海上作战,而且他对导弹和核动力等新技术也十分着迷。在他的大力斡旋和努力下,国会终于同意于1958年建造第一艘核动力航空母舰。

至此,美国海军经过前后5年的努力,终于使核动力航母的建造被正式列入议事日程。然而,就在大家都感到欢欣鼓舞的时候,却发现一件令人意想不到的事:要建造核动力航空母舰,而它的“心脏”——舰用核反应堆,居然还停留在图纸上。这下,海军高层都着了慌:核反应堆能否按时交付使用,成了核动力航母建造的最大“瓶颈”。到了这个时刻,已不由得人们再犹豫了,阿利·伯克和里科弗也更加坚定的对其“全面支持”。

不仅海军高层和工程技术人员,明眼人都知道:航空母舰上使用的核反应堆要求输出功率要远大于潜艇的输出功率;这就需要设计建造一种全新的反应堆。

作为美国主要电气设备制造商和核子反应器生产工厂——西屋公司,被美国海军选中,于1955年双方签订合同,要求其为海军航母设计一种可以满足使用的大型舰用核反应堆。

美国海军提出了一个直观而又简单的指标:“航母上所使用的核反应堆要求能和同时期的常规动力航母一样,输出28万轴马力的功率。”

“这看起来要求并不高,但实际上要操作起来难度不小!”西屋公司老总信心不是很足。

“这个指标不能变!”里科弗斩钉截铁。

“我也支持个这观点!”阿利·伯克上将也很干脆。

看到这么多高层人士如此重视,西屋公司为了保险起见于同年年底专门设计建造了一座陆地实验性核反应堆,即A1W型核反应堆。其中,“A”代表航空母舰“Aircraft carrier”首字母,“1”代表第一款,“W”代表西屋公司的缩写,连在一起即为“西屋公司制造的第一款航空母舰用核反应堆”。打这以后,美国航空母舰用核反应堆都采用这种方式进行编号。

多年来,西屋公司的设计方案中,航母使用的核反应堆为“轻水堆”,即使用普通水(就是通常说的轻水)作为冷却剂和中子慢化剂。由于普通水非常容易获取,而且普通水在做慢化剂的同时也可以用来做冷却剂,所以使用轻水堆方案可以有效地降低成本;更为重要的是轻水堆方案可以将核反应堆的建造体积缩小,这在内部空间寸土寸金的军舰上是至为宝贵的。

自此之后,美国海军所有航空母舰用核反应堆都采用轻水堆作为其动力。

通常,核反应堆两个循环回路:一回路(即主循环回路)连接反应堆堆芯和蒸汽发生器,二回路内通过加压器将压强保持在150个大气压左右,在此压强下可将冷却水加热至约343℃而不沸腾。冷却水在蒸汽发生器的传热管中将压强约为70个大气压左右的水加热至沸腾(温度约260℃),形成的水蒸气进入二回路推动涡轮发动机运转。完成加热后剩余的冷却水通过一回路回流至堆芯,完成一回路循环。作为蒸汽动力从汽轮机流出的二回路水经冷凝器凝结为液态水后,回流至蒸汽发生器,完成二回路循环。

一个典型的轻水堆

常言道,祸不单行!就在核反应堆的研究加速进行时,又一意外从天而降。出于安全方面的考虑,舰用核反应堆的蒸汽压力远小于使用常规动力的蒸汽机的压力,所以美国海军航空局对使用核动力条件下的弹射器工作压力表示怀疑,进而要求在舰上取消蒸汽弹射器,而改用他们正在研发的内燃弹射器。

海军航空局的这一个要求,的确让海军作战部长伯克犯了难:从纸面数据上来说,内燃弹射器的性能明显要好于现有的蒸汽弹射器,但由于内燃弹射器是个全新的设计,没有任何现成的使用经验,所以内燃弹射器能否符合使用要求还是个未知数。要是贸然使用的话,必将承担不小的技术风险,甚至影响整个航母用核反应堆的设计建造!

消息传到里科弗那里后,他大为恼火,不断抱怨海军航空局的做法。因为早在核反应堆设计之初,他就考虑到了这个问题;为此,他还专门要求西屋公司更改了设计方案。(www.daowen.com)

1956年2月,里科弗面带怨气面见阿利·伯克部长。

他直截了当地陈述了蒸汽弹射器的众多优点,同时列举了大量的内燃弹射器的不利;并要求允许航母上使用和核反应堆配套的蒸汽弹射器。

阿利·伯克面对两种截然相反的意见,非常犹豫;因为拿不准,于是他拒绝了里科弗的要求。

由于阿利·伯克对最终采用何种弹射器握有“生杀大权”,里科弗只好这样对伯克说:“那么就让我们的研究方案作为一个备用吧!如果航空局那帮家伙的弹射器失败了,再让我们的方案顶上。如果到时候航母没有弹射器可用的话,这个责任可是谁也无法承担的。”

看到里科弗态度如此坚决,伯克最终答应他继续进行蒸汽弹射器的试验,以作为一个备用方案。

有了伯克的口头承诺,里科弗联系西屋公司继续修改设计,同时他加紧在美国高层和国会进行活动,并且在陆地核反应堆实验室进行展示性试验。

就在此时,海军航空局所支持的内燃弹射器在1956年的一次试验中发生了爆炸,一直拖到1959年才进行了第一次弹射试验。不仅是时间进度上的拖延,更重要的是内燃弹射器的可靠性很长时间都无法满足海军的要求;鉴于这种情况,1961年9月海军最终同意在航母上使用蒸汽弹射器。

当核反应堆项目获得批准的同时,配套的航空母舰设计方案也在紧锣密鼓地进行着。1953年,美国海军要求新航母的尺寸控制在329.18米长、39.62米宽的范围内;可以弹射约45吨重量级别的飞机;可以携带300万加仑的航空燃料;配备四部升降机和四部弹射器;拥有一定的防空自卫能力。1955年,海军舰船局提出了代号为SCB160的设计方案,该方案就是后来的“企业”号航空母舰。

在设计方案中,新的核动力航母将装载8台由A1W改进而来的A2W型核反应堆。由于核反应堆占用了大量的舰体空间,所以新航母的水线宽度达到了40.54米,超过了美国海军的尺寸限制要求。为此,其制造商海军纽波特纽斯造船厂特意扩建了船坞才得以容纳建造如此巨舰。航母上所搭载的4个双反应堆舱室,一共8台核反应堆也让该舰成为迄今为止搭载核反应堆数量最多的军舰。

美海军上将阿利·伯克对美国核动力航母的发展发挥了相当的推动作用

1960年正在船坞中建造的“企业”号

为了确保安全,航母上的核反应堆使用了四层防护措施:第一层是包裹在核反应堆炉芯外的压力容器;第二层是包裹在主回路外的容器,该容器里面含有反应堆炉芯和主循环回路;第三层为反应堆舱外的包裹容器;第四层防护则是舰体本身的舱室和装甲防护。毫无疑问,这四层防护措施,使得核反应堆成为航母上最为坚固的部位。

1964年与核动力巡洋舰“长滩”号一起航行时的“企业”号。其甲板上用船员排出E=mc2的图案来纪念爱因斯坦

使用核反应堆作为动力也带来了不少好处,如不再需要安置烟囱;这样新航母的舰岛尺寸也大幅缩小,其舰桥长度为20.73米,比“福莱斯特”级航母短了12米多;这是一个很了不起的改进,特别是对于隐身好处极大。

1960年9月24日,时任美国海军部部长的威廉·B.弗兰克的夫人将一瓶香槟往第一艘核动力航空母舰“企业”号舰艏奋力一砸,随后船坞开始注水,当航母舰体完全浮起的同时,舰艏排成“Enterprise(企业)”字样的灯泡同时亮起。与此同时,美国海军“蓝天使”飞行表演队的16架F11A“虎”式舰载单座战斗机从航母上空飞过。

这艘美国海军史上第8艘以“企业”命名的军舰,也是第一艘核动力航母、第二艘核动力水面舰艇(第一艘核动力水面舰艇是核动力巡洋舰“长滩”号)的核动力战舰,在其此后生涯中,创下了很多的第一:第一艘核动力航母;当时世界上最大的军舰(满载排水量8.9万多吨,这个纪录直到“尼米兹”号服役才被打破);世界上尺寸最长的航母(全长342米,到现在都没有被打破;“尼米兹”号仅是追平了“企业”号的水线长度,其舰体全长依然要小于“企业”号);在搭载舰载机方面,“企业”号也创下了搭载各型飞机99架的纪录,超过了当时所有的常规动力航母;特别是“企业”号的航空燃料装载量比“福莱斯特”级多了近70%,这大大提高了舰载机的作战时间。

除众多让美国海军自豪的“第一”外,“企业”号还有多项不那么让人开心的“第一”,例如它的造价也创造了当时的一个纪录,该舰的造价高达3.14亿美元(1960年币值),价格远高于“福莱斯特”级2.02亿美元的平均造价;这个价格就连财大气粗的美国及其海军也感到有点难以承受。

“企业”号刚服役不久,就作为美国海上力量的“急先锋”参加了古巴导弹危机期间对古巴的封锁行动,其强大的战斗力和威慑力给世人留下了深刻的印象。

为了继续加大影响力,1964年7月,美国海军以“企业”号核动力航母、“长滩”号核动力巡洋舰和“班布里奇”号核动力驱逐舰组成编队,以其高速和近乎无限制的续航力,进行了全球航行以展示强大的武力。

1967年12月,“企业”号核动力航母进入南海介入越南战事一直到1973年撤离。1988年“企业”号参与了波斯湾地区的护航行动。“企业”号曾由于进厂大修更换燃料,错过了海湾战争。但它随后参加了对伊拉克的军事打击行动,从1994年的“沙漠打击”行动一直到2003年的“持久自由”行动,“企业”号则场场不落。

2012年11月4日完成最后一次航行的“企业”号

由于使用时间久远,导致其维修费用不断攀升,美国海军于2008年建议国会将“企业”号提前退役。2009年10月,国会批准了美国海军的建议。2012年年底,“企业”号默默地回到了诺福克军港进入“退休期”准备。

“企业”号退役了,但它开创的航母核动力化之路则被永远载入海军舰艇发展的史册。

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