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以氦氣作為工作氣體的核反應(yīng)堆可助中國造核轟炸機(jī)
2011-10-26 20:43:03
澳洲媒體報(bào)道：中國近年來在以氦氣作為工作氣體的高溫氣冷核反應(yīng)堆的技術(shù)和小型化上取得了重大進(jìn)展，已基本具備了用之打造一款戰(zhàn)略轟炸機(jī)的能力。
上世紀(jì)美國和前蘇聯(lián)一直試圖打造一款核動力推動的戰(zhàn)略轟炸機(jī)，但受限于當(dāng)時(shí)的核反應(yīng)堆技術(shù)限制均無果而終。
核動力轟炸機(jī)是超級大國戰(zhàn)略空軍的夢想，因?yàn)楹藙恿Z炸機(jī)具有超強(qiáng)驅(qū)動力，不受航程限制，且不需頻繁加油，具有無可比擬的戰(zhàn)略優(yōu)勢。所以，在上個(gè)世紀(jì)，美國和前蘇聯(lián)都曾在這方面做出過很多嘗試。但由于時(shí)代限制，當(dāng)時(shí)的飛機(jī)無法攜帶數(shù)百噸的反應(yīng)堆和防護(hù)裝置，加之反應(yīng)堆的安全性也無法保證，所以這些早期嘗試并未成功。不過，由于核動力轟炸機(jī)具有大范圍的動力和軍事戰(zhàn)略優(yōu)勢，所以各國戰(zhàn)略家一直未放棄這一嘗試。
近年來，隨著反應(yīng)堆技術(shù)的進(jìn)步，堆芯越來越小，結(jié)構(gòu)也更加緊湊及合理，而且安全性也取得了很大的進(jìn)步，中國的氣冷反應(yīng)堆在安全及效能方面均取得了重大進(jìn)展，有消息稱中國正在準(zhǔn)備將其應(yīng)用于核潛艇。這些技術(shù)進(jìn)步重新燃起了中國核動力轟炸機(jī)的夢想。
中國的氣冷反應(yīng)堆采用氦氣作為工作氣體，氦氣是一種惰性氣體，具有神奇的特性，不會成為次級輻射產(chǎn)生的反應(yīng)燃料和輻射照射，因此反應(yīng)堆不需要全面輻射保護(hù)，大大減少了需保護(hù)的區(qū)域，輻射防護(hù)僅限于堆芯體本身，使鉛冷反應(yīng)堆、壓水反應(yīng)堆可得到必要保護(hù)。而且，幾何形金屬堆(geometric metal heap)的重量必定會得到大幅度降低，且反應(yīng)堆體積也會根據(jù)航空需減小。這是一個(gè)很大的性能優(yōu)勢，其他的反應(yīng)堆無法與之相媲美。這就使氣冷反應(yīng)堆所需防護(hù)的鉛板等比壓水堆和金屬堆都要少很多，反應(yīng)堆的重量和體積都大幅度下降，使其在航空方面的運(yùn)用成為可能。
中國的氣冷反應(yīng)由兩臺渦輪發(fā)動機(jī)加熱以產(chǎn)生機(jī)械能，首先反應(yīng)堆內(nèi)氦氣會被加熱至近千度，實(shí)現(xiàn)高溫及熱氦壓力。在進(jìn)入蒸汽渦輪機(jī)后，40%的高溫及熱氦壓力熱會轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而后氦氣溫度會降低至400至500度。之后，氦氣進(jìn)入熱交換器，80%的氦熱會在接下來的數(shù)年中不斷循環(huán)，而蒸汽渦輪機(jī)仍負(fù)責(zé)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。這種轉(zhuǎn)換使兩個(gè)氣冷反應(yīng)堆動力系統(tǒng)的全面熱效率達(dá)到60%以上。蒸汽渦輪機(jī)或壓縮機(jī)能夠直接催動軸流風(fēng)扇，推進(jìn)轟炸機(jī)。
不過，氣冷反應(yīng)堆也存在缺點(diǎn)，即冷卻過程不但需要低溫氦氣而且必須進(jìn)行壓縮，而且存儲氦氣也要占據(jù)較大空間。對潛艇來說，由于需要在存儲及循環(huán)利用之前進(jìn)行壓縮，因此要困難得多；但是對大型艦船而言，這并非什么麻煩的工作，因?yàn)楹饷芏容^低，所以能夠進(jìn)行大批量存儲，而且存儲氦氣能在很大程度上能夠抵消艦體浮力。鑒于轟炸機(jī)通常在溫度處于零下20-40度的同溫層飛行，因此在穿越空氣的過程中，核動力系統(tǒng)所產(chǎn)生的余熱便會被冷卻，而且這也有助于核動力系統(tǒng)正常運(yùn)行。
雖然當(dāng)前的氣冷反應(yīng)堆動力系統(tǒng)比大型航空噴氣發(fā)動機(jī)還要重，但憑借技術(shù)優(yōu)勢便能將氣冷反應(yīng)堆的重量控制在100噸以內(nèi)。目前，大型飛機(jī)所需燃油通常都在100噸以上，例如最大起飛重量為560噸的A-380就需200噸燃油，這比噴氣燃料甚至核動力系統(tǒng)都重得多。而且，大量的燃料消耗不僅會產(chǎn)生眾多溫室氣體，而且還會使得轟炸機(jī)本身成為巨大的燃燒彈，從而不得不增加所配備安全裝備的數(shù)量，致使轟炸機(jī)的多余重量增加。
而相比之下，核動力系統(tǒng)的優(yōu)勢則明顯得多。首先，大量且持久的動能可使轟炸機(jī)飛行數(shù)天甚至數(shù)月，這也是核動力系統(tǒng)的最大優(yōu)勢。其次，只有在缺少潤滑劑或消耗件受損的情況下，飛機(jī)才需要返回地面進(jìn)行供給或維修；而且，核動力系統(tǒng)不會產(chǎn)生溫室氣體，所以不會污染大氣層，比石油能更環(huán)保。安全方面，只要?dú)饫浞磻?yīng)堆足夠堅(jiān)固，即使發(fā)生墜機(jī)事件，只要反應(yīng)堆沒有受到損壞，就不會造成核污染，由于氦氣是惰性氣體，所以也不容易起火。美國曾發(fā)生過核炸彈意外從飛機(jī)上墜落的事件，但核彈卻安全著地，并未爆炸。所以，只要設(shè)計(jì)得當(dāng)，就能夠確在墜機(jī)事故中保核反應(yīng)堆萬無一失。即便飛機(jī)在戰(zhàn)斗中被導(dǎo)彈擊中，其生存能力也比常規(guī)轟炸機(jī)要強(qiáng)的多，因?yàn)楹藙恿Z炸機(jī)起火的概率比常規(guī)轟炸機(jī)要低的多。
綜上所述，就技術(shù)方面而言，生產(chǎn)核動力飛機(jī)已沒有太多的技術(shù)因難，接下來所需要的就是觀念的轉(zhuǎn)變和決心。文章稱，中國航空發(fā)動機(jī)技術(shù)與西方國家相比有較大差距，但是在氣冷式反應(yīng)堆方面，中國的技術(shù)水平是領(lǐng)先的，如果氣冷式反應(yīng)堆技術(shù)應(yīng)用到大型飛機(jī)領(lǐng)域，就能夠使中國獲得空前優(yōu)勢。因?yàn)閲H航空工業(yè)對大型商業(yè)飛機(jī)的限制很多，所以中國可以首先在轟炸機(jī)上使用核動力，造出超重核動力戰(zhàn)略轟炸機(jī)。
上世紀(jì)美國和前蘇聯(lián)一直試圖打造一款核動力推動的戰(zhàn)略轟炸機(jī)，但受限于當(dāng)時(shí)的核反應(yīng)堆技術(shù)限制均無果而終。
核動力轟炸機(jī)是超級大國戰(zhàn)略空軍的夢想，因?yàn)楹藙恿Z炸機(jī)具有超強(qiáng)驅(qū)動力，不受航程限制，且不需頻繁加油，具有無可比擬的戰(zhàn)略優(yōu)勢。所以，在上個(gè)世紀(jì)，美國和前蘇聯(lián)都曾在這方面做出過很多嘗試。但由于時(shí)代限制，當(dāng)時(shí)的飛機(jī)無法攜帶數(shù)百噸的反應(yīng)堆和防護(hù)裝置，加之反應(yīng)堆的安全性也無法保證，所以這些早期嘗試并未成功。不過，由于核動力轟炸機(jī)具有大范圍的動力和軍事戰(zhàn)略優(yōu)勢，所以各國戰(zhàn)略家一直未放棄這一嘗試。
近年來，隨著反應(yīng)堆技術(shù)的進(jìn)步，堆芯越來越小，結(jié)構(gòu)也更加緊湊及合理，而且安全性也取得了很大的進(jìn)步，中國的氣冷反應(yīng)堆在安全及效能方面均取得了重大進(jìn)展，有消息稱中國正在準(zhǔn)備將其應(yīng)用于核潛艇。這些技術(shù)進(jìn)步重新燃起了中國核動力轟炸機(jī)的夢想。
中國的氣冷反應(yīng)堆采用氦氣作為工作氣體，氦氣是一種惰性氣體，具有神奇的特性，不會成為次級輻射產(chǎn)生的反應(yīng)燃料和輻射照射，因此反應(yīng)堆不需要全面輻射保護(hù)，大大減少了需保護(hù)的區(qū)域，輻射防護(hù)僅限于堆芯體本身，使鉛冷反應(yīng)堆、壓水反應(yīng)堆可得到必要保護(hù)。而且，幾何形金屬堆(geometric metal heap)的重量必定會得到大幅度降低，且反應(yīng)堆體積也會根據(jù)航空需減小。這是一個(gè)很大的性能優(yōu)勢，其他的反應(yīng)堆無法與之相媲美。這就使氣冷反應(yīng)堆所需防護(hù)的鉛板等比壓水堆和金屬堆都要少很多，反應(yīng)堆的重量和體積都大幅度下降，使其在航空方面的運(yùn)用成為可能。
中國的氣冷反應(yīng)由兩臺渦輪發(fā)動機(jī)加熱以產(chǎn)生機(jī)械能，首先反應(yīng)堆內(nèi)氦氣會被加熱至近千度，實(shí)現(xiàn)高溫及熱氦壓力。在進(jìn)入蒸汽渦輪機(jī)后，40%的高溫及熱氦壓力熱會轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而后氦氣溫度會降低至400至500度。之后，氦氣進(jìn)入熱交換器，80%的氦熱會在接下來的數(shù)年中不斷循環(huán)，而蒸汽渦輪機(jī)仍負(fù)責(zé)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。這種轉(zhuǎn)換使兩個(gè)氣冷反應(yīng)堆動力系統(tǒng)的全面熱效率達(dá)到60%以上。蒸汽渦輪機(jī)或壓縮機(jī)能夠直接催動軸流風(fēng)扇，推進(jìn)轟炸機(jī)。
不過，氣冷反應(yīng)堆也存在缺點(diǎn)，即冷卻過程不但需要低溫氦氣而且必須進(jìn)行壓縮，而且存儲氦氣也要占據(jù)較大空間。對潛艇來說，由于需要在存儲及循環(huán)利用之前進(jìn)行壓縮，因此要困難得多；但是對大型艦船而言，這并非什么麻煩的工作，因?yàn)楹饷芏容^低，所以能夠進(jìn)行大批量存儲，而且存儲氦氣能在很大程度上能夠抵消艦體浮力。鑒于轟炸機(jī)通常在溫度處于零下20-40度的同溫層飛行，因此在穿越空氣的過程中，核動力系統(tǒng)所產(chǎn)生的余熱便會被冷卻，而且這也有助于核動力系統(tǒng)正常運(yùn)行。
雖然當(dāng)前的氣冷反應(yīng)堆動力系統(tǒng)比大型航空噴氣發(fā)動機(jī)還要重，但憑借技術(shù)優(yōu)勢便能將氣冷反應(yīng)堆的重量控制在100噸以內(nèi)。目前，大型飛機(jī)所需燃油通常都在100噸以上，例如最大起飛重量為560噸的A-380就需200噸燃油，這比噴氣燃料甚至核動力系統(tǒng)都重得多。而且，大量的燃料消耗不僅會產(chǎn)生眾多溫室氣體，而且還會使得轟炸機(jī)本身成為巨大的燃燒彈，從而不得不增加所配備安全裝備的數(shù)量，致使轟炸機(jī)的多余重量增加。
而相比之下，核動力系統(tǒng)的優(yōu)勢則明顯得多。首先，大量且持久的動能可使轟炸機(jī)飛行數(shù)天甚至數(shù)月，這也是核動力系統(tǒng)的最大優(yōu)勢。其次，只有在缺少潤滑劑或消耗件受損的情況下，飛機(jī)才需要返回地面進(jìn)行供給或維修；而且，核動力系統(tǒng)不會產(chǎn)生溫室氣體，所以不會污染大氣層，比石油能更環(huán)保。安全方面，只要?dú)饫浞磻?yīng)堆足夠堅(jiān)固，即使發(fā)生墜機(jī)事件，只要反應(yīng)堆沒有受到損壞，就不會造成核污染，由于氦氣是惰性氣體，所以也不容易起火。美國曾發(fā)生過核炸彈意外從飛機(jī)上墜落的事件，但核彈卻安全著地，并未爆炸。所以，只要設(shè)計(jì)得當(dāng)，就能夠確在墜機(jī)事故中保核反應(yīng)堆萬無一失。即便飛機(jī)在戰(zhàn)斗中被導(dǎo)彈擊中，其生存能力也比常規(guī)轟炸機(jī)要強(qiáng)的多，因?yàn)楹藙恿Z炸機(jī)起火的概率比常規(guī)轟炸機(jī)要低的多。
綜上所述，就技術(shù)方面而言，生產(chǎn)核動力飛機(jī)已沒有太多的技術(shù)因難，接下來所需要的就是觀念的轉(zhuǎn)變和決心。文章稱，中國航空發(fā)動機(jī)技術(shù)與西方國家相比有較大差距，但是在氣冷式反應(yīng)堆方面，中國的技術(shù)水平是領(lǐng)先的，如果氣冷式反應(yīng)堆技術(shù)應(yīng)用到大型飛機(jī)領(lǐng)域，就能夠使中國獲得空前優(yōu)勢。因?yàn)閲H航空工業(yè)對大型商業(yè)飛機(jī)的限制很多，所以中國可以首先在轟炸機(jī)上使用核動力，造出超重核動力戰(zhàn)略轟炸機(jī)。
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