世界最高速攻擊核潛艇,水下核“金魚”,一顆液態金屬冷卻的心

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“阿爾法”級攻擊核潛艇

世界上服役的核潛艇中,有一個特別型號是蘇聯的“阿爾法”級攻擊核潛艇,憑藉其流線型的鈦制艇體,高度自動化的控制系統,以及金屬冷卻核反應堆,具有無與倫比的水下高速度。“阿爾法”級在20世紀70年代亮相時是絕對驚豔世界的,超過40節的最大水下速度,是海底的“飛魚”,讓當時世界上一切攻擊型核潛艇都黯然失色。

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“阿爾法”級K-123號

北約認為“阿爾法”級是世界上最快的潛艇,“阿爾法”級以41節的速度和400米下潛深度突破了潛艇速度和操作深度的記錄,儘管事實上蘇聯的第一型鈦合金潛艇661型“P”級潛艇水下最大速度達到了驚人的44.7節,但是其只建成了一艘,並且是實驗性質,所以並不被認可是最快的服役核潛艇。

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“阿爾法”級K-123號


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“阿爾法”級K-123號

“阿爾法”級一共建造了7艘,第一艘K-64號於1971年服役,並作為生產型號的測試平臺,1977年開始加入北方艦隊。705型攻擊核潛艇包括首艇K-64在內,還有K-316艇、K-373艇和K-463艇共4艘在列寧格勒海軍部造船廠建造,其餘3艘 705K型K-123艇、K-432艇和K-493艇則由北德文斯克402造船廠建造。“阿爾法”級高速的最大秘訣之一就是其使用的熔融金屬核反應堆,高度緊湊的體積,可以降低動力系統的體積和質量,可以減少潛艇的水下排水量,在高功率推進系統的配合下,才得以迸發出高速度。現在從退役的“阿爾法”級上拆除反應堆的照片,讓我們對這顆神秘的“金屬心臟”一探究竟。

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K-123的BM-40A反應堆

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K-123的BM-40A反應堆

“阿爾法”級使用了一座液態金屬冷卻核反應堆,是採用了鉛鉍冷卻的快子核反應堆,輸出功率達到了155兆瓦,705型使用的是OK-550反應堆,705K型使用的是經過改進的BM-40A反應堆;一臺OK-7K蒸汽輪機,輸出功率達到了30000千瓦,單軸螺旋槳推進。但是“阿爾法”級的水下排水量只有3200噸,具有很高的功率密度。

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BM-40A反應堆原理圖

鉛鉍冷卻核反應堆比壓水反應堆有很多優點:一是因為更高的冷卻液溫度,能量效率高達1.5倍;二是反應堆整個壽命可以不加核燃料,實現堆料同壽,壽命長達15年;三是液態鉛鉍合金不會引起爆炸,並在發生洩漏時迅速固化,從而大大提高了安全性。四是金屬堆比水冷堆輕得多,並且更小,更適合佈置。

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K-123的BM-40A反應堆

但是鉛鉍冷卻核反應堆的缺點也是非常突出,一是鉛鉍合金液體在低於125°C時會固化,一旦固化之後核燃料組將會被凝固在冷卻劑中,不能再重新啟動核反應堆。因此,每當需要反應堆關閉時,鉛鉍合金液體冷卻劑都必須在外部用過熱蒸汽加熱,這就需要在潛艇停泊的碼頭建造了一個特殊加熱設施,在反應堆關閉時將過熱蒸汽輸送到反應堆;或者需要特殊的船隻將過熱蒸汽輸送到核反應堆內。二是鉍在受到中子照射後形成活性釙-210,形成的放射性汙染而使得反應堆維護難度較壓水堆要難,所以整個潛艇沒法進行重大維修。

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K-123的BM-40A反應堆

儘管OK-550和BM-40A反應堆是整體組件式半一體化堆,整個核反應堆都比較緊湊,總體佈置組合化程度高,自動化和機動性也較好,可以連續運行多年,但因為整體式設計和金屬液態冷卻液無法對反應堆進行任何重大維護。因為無法進行重大維護,這導致了許多故障,包括冷卻液洩漏和一個反應堆在海上損壞並凝固。就實際情況而言,反應堆持續運行比依靠港口設施要好,更利於反應堆壽命,但是由於金屬冷卻劑凝固,使四艘“阿爾法”級潛艇退役。

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BM-40A反應堆堆芯

除了動力系統之外,“阿爾法”級出色性能的另一原因在於其輕巧的鈦合金艇體,蘇聯在P級測試了鈦合金艇體,在此之前所有的潛艇潛水艇均由鋼製成,鈦合金不但質量更輕,同時強度更高,可以提高潛深。但是鈦合金艇體施工非常困難,需要專門的加工技術和焊接技能,並且非常昂貴。

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“阿爾法”級佈局

即使按今天的標準,“阿爾法”級也具有很高的自動化水平,全艇只需要32人就可操作,並且大部分是軍官。幾乎所有艇員住在潛艇的中央艙室,包括武器系統和電子設備的前部以及後部反應堆和推進艙僅用於維護。例如,魚雷的裝載是完全自動化的。在戰爭情況下,這將提高艇組人員的生存能力,因為在操作過程中可以將前艙和後艙隔離開。“阿爾法”級也是第一艘配備逃生艙的潛艇,如今這已成為俄羅斯船隻的標準配置。減少人員導致對設備可靠性提出了更嚴格的要求,這意味著在航行期間無法執行許多維護任務。因此,需要一種新的作戰構想,使“阿爾法”級花費大部分時間在港口上,需要時則衝向攔截敵方水面艦隊或潛艇,所以就是“攔截潛艇”概念。

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“阿爾法”級指揮艙

因為“阿爾法”級造價和維護成本高昂,所以在被稱為“金魚”,雖說高航速和大潛深,還有自動化帶來了很多優點,但是卻成為了性價比最差的核潛艇,為其之後退役埋下了伏筆。北約潛艇不再將追求速度成為最關鍵因素是有原因的,其已將重點轉移到隱身,在艇體內安裝減震浮筏和其他降噪設備,佔用了空間。相比之下,“阿爾法”級的噪音高的令人難以置信,儘管在某些情況下其較大的操作深度使其可以進入越聲層以下,但是不隱身可以輕易被敵方發現並且反制。

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“阿爾法”級退役是必然


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