核動力航母和常規動力航母有什麼區別？常規動力不如核動力嗎？

提到美國航空母艦 大家首先想到的是服役多年的尼米茲級核動力航母和號稱目前世界上技術水平最高的福特級核動力航母 以至於忽略了二戰後 美國還建造過排水量8萬噸級的福萊斯特級和小英級常規動力航母 有人認為美國是世界上航母使用經驗最豐富的國家 現在將航空母艦全部核動力化 證明瞭常規航母性能是遠不及核動力 可事實上 美國海軍在覈動力還是常規動力選行方面也曾糾結過十幾年 本期內容就好好談一談核動力和常規動力航母的優缺點 同時也要揭祕為什麼只有美國才需要讓航空母艦全部採用核動力 對於8萬噸級的航母來說 常規動力單只採用燃油鍋爐驅動蒸汽輪機為動力 與用核反應堆提供動力的核動力航母區分開 1897年 英國工程師帕森斯第一次把蒸汽輪機安在了小艇上 用於驅動螺旋槳 儘管已經過去了100多年 但今天無論尼米茲福特還是俄羅斯的庫茲涅佐夫 仍然是用蒸汽輪機驅動螺旋槳的動力模式 1927年 美國海軍服役了列剋星頓和薩拉託加號航母 該級航母滿載排水量高達4.3萬噸 由16臺巴布科克威爾考克斯式鍋爐推動4臺通用電氣生產的蒸汽輪機 再通過電傳系統帶動4具螺旋槳 推進功率高達18萬馬力 讓航母的最高航速達到了33級 不過 到1937年的約克城號航母上 美國又回到了傳統的蒸汽輪機直接帶動螺旋槳推進模式 約克城的4臺蒸汽輪機總輸出功率為12萬馬力 以約克城為基礎放大的埃塞克斯級推進功率又增加到了15萬馬力 二戰結束後才服役的中途島號6萬噸級航母推進功率進一步放大到了21.2萬馬力 而1955年服役的弗萊斯特級推進功率更是達到了28萬馬力 不過 美國海軍對航母使用常規動力系統是頗有微詞的 首先就是航母的推進系統越來越大 每日消耗的燃油自然成倍增加 航母需要大量的內部空間來儲存重油 同時 航母鍋爐需要巨大的煙囪 儘管美國航母將艦島和煙囪合二為一 但仍然佔用了大量的飛行甲板面積 二戰中 美國通過麥哈頓工程成功製造了原子彈的同時 也研製成功了通過控制核裂變速率 來緩慢釋放核能量的核反應堆 核反應堆在陸地上可以取代火力發電廠的鍋爐 為蒸氣輪機提供蒸氣 那麼自然也可以作為艦艇的動力來源 美國海軍高層很快意識到 如果用核反應堆代替燃油鍋爐 就能一下子解決需要 在軍艦內攜帶大量燃油和在甲板上安裝大煙囪的問題 然而事實證明啊 核動力取代常規動力的道路非常漫長 甚至還可能會出現反復 核動力系統與常規蒸氣動力系統 除了蒸氣來源外 其他部分的性能基本相當 1961年 美國海軍服役了企業號核動力航空母艦 開啟了航母核動力的新時代 企業號總長342米 最大排水量高達了9萬噸 與弗萊斯特級相比 企業號用8臺A2W壓水反應堆代替了鍋爐 驅動4臺總功率28.6萬馬力的蒸氣輪機 從而使這個龐然大物能達到35節的最高航速 所謂的壓水堆指的是高壓水來輸出反應堆熱量的核反應堆 每一個反應堆系統 包括反應堆容器 穩壓器和蒸氣發生器 循環泵及相關管道 核燃料是在二氧化油狀態的油235與油238的混合油塊 被密封在陶瓷外殼的柱狀堆芯內 這些堆芯呢 由首尾相連 裝載由鋯合金製成的燃料組件內 這些燃料組件呢 被放置在反應堆容器下部 上部則是可以驅動大量隔棒的控制系統 油235原子核很容易被一個中子轟擊後 分裂成兩個新的原子核 同時再釋放出兩到三個中子 轟擊周圍的油235的原子核 而綜合呢 在分裂成兩個氫核過程中會損失一小部分質量 這部分質量轉化成能量 以熱量的形式釋放出去 一公斤的油235完全核裂變後 釋放出的能量相當於燃燒了2798噸煤 金屬隔能夠吸收中子 把一定數量的隔棒插入反應堆 就能控制反應堆內核反應速率 穩壓器則能保持壓力容器和管道內始終維持在設計的壓力水平 在超過150個大氣壓下 作為冷卻劑兼中子慢速劑的水 溫度超過3000攝氏度也不會沸騰 循環泵將高溫水抽到蒸氣發生器 與外側管道中的冷水相遇 從而使後者瞬間變成高溫高壓的蒸氣 之後推動蒸氣輪機 再經過冷凝氣後回到蒸氣發生器 美國海軍設想的很好 用八座反應堆一比一替換掉燃油鍋爐 正好把所有的建用燃料儲存空間全部用作他用 從而使航空母艦可以攜帶更多的航空燃油彈藥和生活物資 然而真正施工的時候才發現 由於核裂變過程中會釋放大量的放射性射線 為了保護人員安全 不得不在反應堆外面設置一層厚厚的油簽來屏蔽 同時也要用防護殼封住反應堆系統發生故障時釋放出有的放射性的高溫蒸氣 由於簽的密度高達每立方米11.3噸 沉重的反應堆防護殼佔用了企業號大量的排水量 而八座反應堆及其防護殼所佔用的艦體空間竟然大於之前八座燃油鍋爐加燃油倉 而且油是液體 可以把油倉設置在航母上空間利用率低的地方 但方方正正的核反應堆防護殼卻幾乎佔滿了艦體中部的黃金底段 導致許多設備的安裝都遇到了麻煩 美國海軍對企業號的綜合表現非常不滿 這才決定繼續建造常規動力航母 很明顯 想要真正發揮核動力的優勢 就必須縮小核反應堆的總體積 西屋公司經過多年的公關終於推出了A4W型核反應堆 A4W反應堆體積是遠大於A2W 但單臺輸出功率更大 經過理論計算 只需要兩座A4W反應堆就能驅動蒸汽輪機 達到26.4萬馬力的輸出功率 相當於八臺A2W的93% 美國海軍高層考慮航母整體佈局後 採納了在新航空母艦上只安裝兩座A4W的方案 1975年 新型核動力航母首艦尼米茲級服役 刷新了起約號的滿載排水量記錄 一舉成為世界最大戰艦 A4W不僅輸出功率大 而且核燃料風度更高 尼米茲級可以連續航行93萬海里 而不需要更換反應堆內的核燃料 相對於企業號和小英級 尼米茲級艦體內可用空間更大 從而可以一次攜帶3000噸航空燃料和2970噸彈藥 成為名副其實的超級航母 但只用兩座A4W付出的代價 尼米茲最高航速剛剛超過30級 成為二戰以後美國海軍最慢的一級航母 全靠性能強大的C13E型蒸汽彈射器 才讓它沒有因為航速下降而無法搭載新一代艦載機 諷刺的是 法國人在看到美國已經擁有多艘核動力航母後 竟決定造一艘4萬噸的中型核航母 來作為兩艘克萊蒙縮級航母的後續艦 然而法國並沒有美國那麼強大的核動力推進系統研發能力 這艘被命名為戴高樂號的新航母 最後只能採用兩座核潛艇上的K15型核反堆 驅動兩臺蒸汽輪機 帶動兩具螺旋槳 等戴高樂號進入海事階段 法國人才失望地發現 該艦已滿載排水量航行 其最高航速就能達到25級 然而法國人還注意到 核潛艇在多數時間段都是以低速狀態航行 並不需要核反堆 全狀態輸出 但作為航空母艦 戴高樂有將近一半的時間是需要高速航行的 這讓兩臺K15核反堆吃不消 進而造成了其可靠性下降 維護時間長等弊端 1991年蘇聯解體後 隨著大規模的海上交戰需求的消失 美國政府也開始大幅削減軍費 這個時候 核動力航母的種種弊端 讓美國海軍一度有了重新建造常規動力航母的想法 根據美國國會和海軍相關部門的研究報告 美國國會中反核派人士指出 尼米茲雖然排水量更大 但並沒有與常規動力的小英級拉開足夠的戰鬥力差距 比如當時尼米茲級和小英級都能搭載80架艦載機和6架直升機 儘管核動力賦予了尼米茲近乎無限的續航能力 使其可以一直以30節的高速飆船 但常規動力的護航艦艇無法一直高速前進 其實在海灣戰爭中 實際只比常規動力航母早到了6個小時 儘管常規動力航母在戰時需要不斷地補充艦用燃料 但海灣戰爭的實戰也表明 小英級的補給週期為2.7到3.1天 而號稱不用補充一滴燃油的尼米茲 每3.3天就要補充彈藥和其他物資了 而對二戰後美國建造的常規航母和核航母進行成本覈算後發現 常規動力航母平均排水根位價格為35191美元 而核動力航母則高達51549美元 比常規航母高出了約46.5% 由於核反應堆系統內部維護困難 核動力航母每年需要更長的入屋維護時間 導致平均三艘尼米茲纔能有一艘載役 核動力航母一旦要更換核燃料 就需要對整個航母開膛破肚 費錢費力還要冒很大風險 況且當時美國海軍已經拆解了一些退役核潛艇和核動力巡洋艦 發現處置廢舊的核反應堆是個又費錢又費力又危險的善後工作 這樣和常規動力沒有明顯優勢的尼米茲級核動力航母每艘造價高達40億 服役30年的維護費用為150億 再服役20年還需要150億 退役後還需要花費20億才能實現對其核反應堆裝置的無害化處理實在是得不償失 但美國國會和海軍內部的擁核派則認為 核動力航母擁有常規動力無法比擬的高航速優勢 譬如小英級若以20節航行其續航力為12000海里 可一旦將航速提到30節就只能航行4000海里 而美國海軍是唯一有全球部署要求的遠洋海軍 無論是中東地區還是東亞地區發生熱點事件 在美國本土的航空母艦都會被要求最短時間內到達戰區 這種情況下核動力航母則可以通過更換護航戰艦的方式一路高速衝到戰區 而常規動力航母就必須要不斷地減速或者靠港加油 有可能錯過控制衝突升級最關鍵的窗口期 此外 核動力航母還有個隱蔽優勢 那就是未來美國海軍建造列剋星頓那樣的採用電傳動的航母 那麼核動力航母就可以讓發電系統始終維持在最大功率狀態 從而讓航母安裝激光武器 電磁炮等新概念裝備成為可能 也正是因為基於這樣的設想 美國海軍才會在新型的福特級航母上安裝能夠大幅提高供電能力的 AEB型核反應堆 並用電磁彈射器取代了蒸汽彈射器 用電磁阻攔系統替換了液壓阻攔系統 最後 美國國會出於美國國家利益的整體考量 決定繼續推進核動力航母建造 小英號在2009年退役後 美國海軍中就再也沒有常規動力航母了 但是對於地區性大國海軍來說 既沒有全球快速部署航母的需求 本國又沒有龐大的核動力相關產業要養著 因此廉價且載航時間長的常規動力 就成為其建造4萬噸及以上航空母艦的最優選擇 所以在今後的一段時間內 恐怕都不會有哪個國家新建造核動力航母 而美國則會繼續努力維持其在覈動力航母領域的強大優勢 那麼屏幕前的各位 你們認爲 噸位相同的情況下 核動力航母和常規動力航母哪個更有優勢呢 請在下面評論區打出來 我是大兵 我們下期節目再見