未來戰(zhàn)艦化身“能量平臺”

苗若玖++張躍

2016年10月15日，美軍新銳驅(qū)逐艦DDG-1000級開始服役。不同于以往的軍艦，DDG-1000引入了一種“整合式電力推進(jìn)”的新概念，就是先將軍艦主機(jī)的全部功率轉(zhuǎn)化為電能，再分配給軍艦的各個系統(tǒng)，使用電器都能夠得到充足的電能供應(yīng)。科幻作品中的未來戰(zhàn)艦，仿佛突然走進(jìn)了現(xiàn)實(shí)。而對于海軍和海戰(zhàn)來說，化身為“能量平臺”的戰(zhàn)艦又意味著什么？

北洋水師“定遠(yuǎn)”號鐵甲艦

曾經(jīng)稀缺的電能供應(yīng)

在美國科幻電影《超級戰(zhàn)艦》中，有一段相當(dāng)值得玩味的對話：有人問一位在美國海軍驅(qū)逐艦上服役的軍官，現(xiàn)代海軍為什么放棄了威猛的戰(zhàn)列艦，而大量裝備噸位較小的導(dǎo)彈驅(qū)逐艦;這位軍官回答說，（21世紀(jì)的）驅(qū)逐艦盡管噸位比戰(zhàn)列艦小得多，但憑借先進(jìn)的電子設(shè)備和導(dǎo)彈武器，它可以提供與（第二次世界大戰(zhàn)時期的）戰(zhàn)列艦威力相當(dāng)，而且更精確的火力打擊，維護(hù)成本也更為低廉。

隨后的電影情節(jié)，卻是一個“尺有所短寸有所長”式的故事：在先進(jìn)的驅(qū)逐艦被擊沉之后，一艘已經(jīng)被改造成博物館的老戰(zhàn)列艦緊急重新服役，成為人類戰(zhàn)勝外星入侵者的關(guān)鍵。不過，盡管劇情如此設(shè)計(jì)，但在現(xiàn)實(shí)生活中，美國海軍以導(dǎo)彈驅(qū)逐艦取代戰(zhàn)列艦，已是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。而電影中軍官的臺詞，也點(diǎn)明了一點(diǎn)：驅(qū)逐艦的精確打擊能力，在很大程度上有賴于那些精密的電子設(shè)備，或者說，來自電能的穩(wěn)定供應(yīng)。

使軍艦擁有發(fā)電能力的做法，可以追溯到相當(dāng)久遠(yuǎn)的年月，甚至是電氣革命的黎明時期。即使是中國清末北洋水師的“定遠(yuǎn)”級鐵甲艦上，也安裝了3臺發(fā)電機(jī)，為探照燈提供電能。著名的“致遠(yuǎn)”號巡洋艦同樣裝有發(fā)電機(jī)，而且在炮塔和艙室中安裝了電燈。

第二次世界大戰(zhàn)時期雷達(dá)發(fā)明以后，發(fā)電能力才成為海軍艦船的必需品。因?yàn)槔走_(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)需要電能，而穩(wěn)定工作的雷達(dá)系統(tǒng)，會給索敵和瞄準(zhǔn)帶來巨大的優(yōu)勢。此外，隨著造船技術(shù)的進(jìn)步，戰(zhàn)列艦和航空母艦被建造得越來越大，編制人員隨之增加;為了有效地供給官兵們的飲食，以及提供盡可能舒適的生活環(huán)境，軍艦使用了越來越多的電器，比如空調(diào)系統(tǒng)、電冰箱和電動烹飪設(shè)備。到20世紀(jì)下半葉，電子技術(shù)突飛猛進(jìn)，這也意味著越來越多的電子設(shè)備入駐軍艦。

進(jìn)入20世紀(jì)末，軍艦急劇攀升的用電負(fù)荷，終于成為一個必須予以正視的難題。人們開始審視自現(xiàn)代軍艦誕生以來的設(shè)計(jì)思路，并且意識到現(xiàn)有的設(shè)計(jì)理念已經(jīng)嚴(yán)重落后于技術(shù)本身。在設(shè)計(jì)軍艦的時候，設(shè)計(jì)師們其實(shí)還沿襲著19世紀(jì)或者第一次世界大戰(zhàn)時期的設(shè)計(jì)思路，為軍艦配備動力盡可能強(qiáng)勁的主機(jī)，以便得到更高的航速，再設(shè)置一套獨(dú)立的發(fā)電系統(tǒng)來產(chǎn)生電能。但在日常使用乃至實(shí)戰(zhàn)當(dāng)中，主機(jī)很少會全速運(yùn)轉(zhuǎn);而大部分用電器卻需要一直處在工作狀態(tài)，這意味著發(fā)電機(jī)往往滿負(fù)荷運(yùn)行，供電系統(tǒng)甚至需要為用電器分配優(yōu)先級。在軍艦用電量已經(jīng)非常可觀的今天，這樣的設(shè)計(jì)思路需要改變。

核反應(yīng)堆帶來的曙光

在2016年《知識就是力量》第8期刊載的《碧波之下的較量》一文中，我們已經(jīng)介紹過法國科幻作家儒勒·凡爾納筆下的“鸚鵡螺”號潛艇。這艘出現(xiàn)在小說《海底兩萬里》和《神秘島》中的超級潛艇，安裝了一套特殊的電池系統(tǒng)。它可以產(chǎn)生強(qiáng)大的電能，為潛艇提供不竭的動力，還可滿足艙內(nèi)照明等其他一些用電需求。

但在現(xiàn)實(shí)生活中，人們并沒有勇氣“一步到位”，將所有軍艦和潛艇直接轉(zhuǎn)變?yōu)橐噪娔軄硗七M(jìn)的模式。但有鑒于軍艦巨大的用電需求，尋找在軍艦上大量生產(chǎn)電能的手段，是必須要完成的任務(wù)。幸運(yùn)的是，核能技術(shù)提供了一種“盤外招”式的解決方案。由于核反應(yīng)堆可以產(chǎn)生持續(xù)的熱能，而且更換一次核燃料之后，能夠持續(xù)使用的時間很長，因此核動力軍艦無需考慮燃料補(bǔ)給問題，可以將供給充足的熱能轉(zhuǎn)化為電能。

美國海軍“尼米茲”級核動力航空母艦上的官兵，就享受到了核能帶來的這種便利。常規(guī)動力軍艦?zāi)軌虼钶d的燃料有限，因此發(fā)電的時候必須精打細(xì)算，海水淡化設(shè)備等與戰(zhàn)斗關(guān)系不大的用電器，就有可能得不到充足的電能供應(yīng)。但在“尼米茲”級航空母艦這樣的核動力軍艦上，核反應(yīng)堆成為電能的保障，因此，海水淡化設(shè)備可以全力運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至能讓官兵們能夠享受到洗熱水澡的奢侈。

2013年下水的新一代核動力航母“福特”級首艦“福特”號，搭載了功率更為強(qiáng)勁的新式核反應(yīng)堆，以及更先進(jìn)的發(fā)電設(shè)備。因此，“福特”號的發(fā)電能力相當(dāng)于“尼米茲”級的3倍，可以為電磁彈射器、電動升降機(jī)等大功率用電器提供能源。在設(shè)計(jì)之初，美國海軍甚至希望“福特”號使用電力推進(jìn)，核反應(yīng)堆只負(fù)責(zé)發(fā)電以供應(yīng)全艦，驅(qū)動軍艦的任務(wù)則交給超大功率的電動機(jī)來完成，但由于人類目前還無法生產(chǎn)這樣的電動機(jī)，因此只得暫時作罷。但未來的第四艘“福特”級航空母艦可能會嘗試電力推進(jìn)。

面向未來的海戰(zhàn)平臺

以電力推進(jìn)的航空母艦暫時無法實(shí)現(xiàn)，但噸位要小得多的驅(qū)逐艦，卻完全有可能“嘗鮮”。而且，滿足驅(qū)逐艦的全部能源需求，不必讓核反應(yīng)堆上陣，只需大功率的燃?xì)廨啓C(jī)即可解決。DDG-1000級驅(qū)逐艦的首艦“朱姆沃爾特”號安裝了2臺由英國勞斯萊斯公司生產(chǎn)的MT-30燃?xì)廨啓C(jī)，這種動力裝置由波音777客機(jī)使用的特倫特-800航空發(fā)動機(jī)衍生而來，最大功率可達(dá)36兆瓦。此外，“朱姆沃爾特”號還擁有2臺功率為4.5兆瓦的輔助燃?xì)廨啓C(jī)，它們共同把軍艦變成了流動的發(fā)電廠，生產(chǎn)的電能供應(yīng)主電動機(jī)和軍艦上的其他用電器。

這樣一套獨(dú)特的動力系統(tǒng)，使“朱姆沃爾特”號可以達(dá)到30節(jié)的高航速，但它的價值遠(yuǎn)不止于此。“整合式電力推進(jìn)”的全新概念，完全打通了軍艦上的能源流通渠道，令主機(jī)“窩工”的現(xiàn)象成為歷史。在絕大多數(shù)時間里，軍艦上的各種用電器都可以得到穩(wěn)定的電能供應(yīng)，甚至還留有余量，從而為以后安裝一些需要電能驅(qū)動的武器，比如電磁炮和激光炮提供了可能。

正是這種著眼于未來，并為可能實(shí)用化的武器“預(yù)留接口”的做法，與反雷達(dá)和噪音特性兩方面的“隱身”設(shè)計(jì)結(jié)合，使DDG-1000級驅(qū)逐艦成為可怕的對手。今天，大多數(shù)驅(qū)逐艦都以導(dǎo)彈作為遠(yuǎn)程精確打擊的主力武器，但導(dǎo)彈的飛行速度畢竟有限，因此人們可以為軍艦開發(fā)一些防御反艦導(dǎo)彈的方法，比如“密集陣”那樣的點(diǎn)防御武器，可以通過轉(zhuǎn)管機(jī)炮高速發(fā)射的彈丸來攔截導(dǎo)彈。不過，“密集陣”仍然有被突防的可能性，特別是這類武器無法長時間連續(xù)射擊，防御效果就會打一些折扣。而如果以小型激光武器來承擔(dān)這一職責(zé)，就有可能實(shí)現(xiàn)更為高效的攔截。至于我們在2016年《知識就是力量》第9期介紹過的高速動能武器電磁炮，也同樣有賴于充足的電能供應(yīng)。它可以發(fā)射比傳統(tǒng)化學(xué)能火炮速度快得多的彈丸，而且比導(dǎo)彈更為廉價，很可能會成為未來海戰(zhàn)的主力武器。

我們曾經(jīng)在若干科幻題材的游戲里，設(shè)計(jì)過威力強(qiáng)大的未來宇宙戰(zhàn)艦。為了讓戰(zhàn)艦的護(hù)盾和武器能夠正常使用，供電設(shè)備往往是玩家優(yōu)先考慮的事項(xiàng)。如今，這樣的設(shè)計(jì)思路，在現(xiàn)實(shí)生活中被美國海軍變成了現(xiàn)實(shí)。DDG-1000級驅(qū)逐艦會有怎樣的實(shí)戰(zhàn)表現(xiàn)，讓我們拭目以待。

（責(zé)任編輯/房寧）