安徽翼龍實業(yè)發(fā)展有限公司:模型到深海幽靈潛艇一萬年也要搞出來
導語:核潛艇作為深海幽靈,以核反應堆作為動力裝置,水下持續(xù)航行時間可以達到60到90天,是大國戰(zhàn)略威懾力量的重要標志。我國核潛艇研制起步晚,建造難度極高,當年毛澤東被赫魯曉夫態(tài)度傲慢激怒,發(fā)下豪語“一萬年也要搞出來”,恐怕不知要到何時才能擁有這項具有戰(zhàn)略威懾力量的“國之重器”。
一、走出科幻:從“人力”到“核動力”的潛行進階史
自1620年荷蘭物理學家科尼利斯·德雷爾制造出歷史上第一艘潛艇,潛艇經(jīng)歷了近400年的漫長發(fā)展與應用。然而直到今天,常規(guī)動力潛艇依托的電池組受電量限制,續(xù)航力受到限制。
17世紀德雷爾建造第一艘潛艇
1942年,隨著世界上第一臺核反應堆開始鏈式反應,人們就希望能將這種工作時近乎不需氧氣、僅需少量“燃料”的動力源裝在潛艇上,由此在1955年催生了世界上第一艘核潛艇——“鸚鵡螺”號。
作為擁有近乎無限動力的核潛艇,鸚鵡螺號徹底改變了潛艇
隨著美蘇等世界軍事大國陸續(xù)下水核潛艇,剛剛通過“一五”計劃邁入工業(yè)化道路、海軍發(fā)展尚處于萌芽狀態(tài)的中國,也希望發(fā)展出自己的核潛艇。
1958年我國首座原子試驗反應爐投入運行、第一艘仿制常規(guī)潛艇也已建成,以此為基礎,聶榮臻元帥呈送了《關(guān)于開展研制導彈原子潛艇的報告》并得到了批準;最初代號“07”工程,后因不慎泄漏該工程性質(zhì),再改為“09”工程,這也是后來核潛艇型號都以“09”開頭的起因。同年3月,我國核潛艇工程“上馬”,確立“先研制魚雷攻擊核潛艇,再搞戰(zhàn)略(彈道)導彈核潛艇”的分兩步走的方案,由此拉開了我國核潛艇的序幕。
二、從零開始:我國核潛艇源于“玩具模型”?
1958年我國海軍和有關(guān)工業(yè)部門著手研究設計機構(gòu)的組建工作,研究核潛艇小組當時被調(diào)侃為“”三無工程”:無圖紙資料、無專家權(quán)威、無外來援助。此時國內(nèi)僅完成“二四協(xié)定”中常規(guī)潛艇的仿制工作,唯一的設計經(jīng)驗是在1959年完成的032-1型潛艇這種僅有30噸排水量小型試驗艇。而體現(xiàn)潛艇最高技術(shù)水平的核潛艇設計方面,不僅要考慮常規(guī)設備、武器性能,還需考慮核反應堆這樣特殊的存在,結(jié)構(gòu)設計和系統(tǒng)配置的難度更上一個檔次。
032-1型潛艇所開創(chuàng)的水滴型艇體、流線型圍殼、大型圍殼舵等設計
1959年10月,蘇共總書記赫魯曉夫訪華,毛澤東在會見時向他提出協(xié)助研制核潛艇的要求。赫魯曉夫傲慢地說:“核潛艇技術(shù)復雜,價格昂貴,你們搞不了!蘇聯(lián)海軍擁有這種戰(zhàn)略武器,同樣可以保衛(wèi)你們的國土?!彼谠L問期間又宣布將援華的蘇聯(lián)專家全數(shù)撤回。據(jù)稱毛澤東一氣之下,把周恩來、聶榮臻、羅瑞卿等人找來,斬釘截鐵地說:“核潛艇,一萬年也要搞出來!”
毛澤東親自向赫魯曉夫提出協(xié)助中國研制核潛艇的要求
恰在方案論證時,我國一對外交官夫婦在回國的機場購物時偶然發(fā)現(xiàn)一個核潛艇模型——就買回國給孩子;有關(guān)方面聽說了有這么個玩具,就把它要來送到719所。包括黃旭華在內(nèi)的科研人員將其反復拆裝,測量、記錄、繪圖,結(jié)果驗證了他們此前設計思路的正確。
美國Renwal模型公司以華盛頓級戰(zhàn)略導彈核潛艇設計的模型
為進一步驗證確認,項目組為此專門建造了一個1:1木質(zhì)結(jié)構(gòu)模型,解決核潛艇上所有設備、儀表、系統(tǒng)管路、電纜的合理布置和精確定位問題。并依托032型潛艇的設計經(jīng)驗,最終定下水滴型、雙殼艇體以及內(nèi)部構(gòu)造。與常規(guī)水面線型、鯨型艇體相比,在20節(jié)速度下可減少20%的航行阻力,流體噪音和水下操控性與穩(wěn)定性改善效果也很明顯。
三、挺進深海:如何鍛造核潛艇的“生命邊界”?
耐壓殼是潛艇的核心結(jié)構(gòu)部件,其重量占潛艇總重的1/4-1/2,是潛艇浮力的主要提供者和深水壓力的主要承受者。為提高潛艇的各項戰(zhàn)術(shù)性能,盡可能增加潛艇的下潛深度,提高鋼的屈服強度是根本的辦法。
正在廠房組裝的潛艇耐壓殼體
中國從20世紀50年代開始試制超高強度鋼, 60 年代根據(jù)當時國情和需要曾先后研制了3 種590MPa 級不同成分系的耐壓殼體用鋼。而綜合性能好的鎳鉻系921鋼即被選用為091型核潛艇耐壓殼鋼材。
在實際投產(chǎn)中,由于當時采用平爐冶煉,鋼中非金屬夾雜物及硫、磷等雜質(zhì)含量高,使得091型核潛艇首艇耐壓殼的實際屈服強度僅有420MPa,但其性能仍遠高于國內(nèi)正在仿制的033型常規(guī)潛艇所有的特種鋼,可以保證潛艇作戰(zhàn)深度達220米,極限深度250米。
進入80年代后,隨著國內(nèi)冶金工業(yè)條件的改善,921鋼開始用電爐冶煉并以電爐加爐外精煉,然后開坯軋制及熱處理,其配套的鑄、鍛鋼也相應進行了工藝改進從而演進出921A鋼,使鋼材的實際屈服強度穩(wěn)定在590MPa;通過了全面鑒定后用于091型潛艇404號實艇建造,其作戰(zhàn)深度與極限深度分別提升到250米/305米。
上世紀80年代,我國潛艇鋼冶煉的關(guān)鍵設備:鋼包爐外精煉爐
四、潛行萬里:驅(qū)動潛艇的澎湃“核”心研制有何難點?
潛艇核反應堆與陸上核電站運行原理有一定相似;另一方面由于潛艇的內(nèi)部空間受耐壓殼尺寸限制,需要有緊湊的體積與較大的功率密度,堪稱“螺螄殼內(nèi)做道場”。因此我國確定了以安全穩(wěn)定的壓水堆驅(qū)動汽輪機動力構(gòu)型。
核潛艇壓水堆推進系統(tǒng)示意圖
我國雖在1957年前即對船艇用核動力裝置展開了研究,但到60年代中期仍只有石墨氣冷堆與重水堆的設計制造經(jīng)驗。憑借外刊上一些船用核反應堆的零星報道,在缺少必要實驗設備和現(xiàn)代化計算工具的情況下開始了設計工作。受限于當年國內(nèi)工業(yè)水平僅能制造不到7米級直徑潛艇耐壓殼,選定核動力研究所提出將核動力裝置分散在堆艙、副機艙、主機艙等3個艙內(nèi)的布置方案。
第一代核潛艇陸上模式堆廠房
1965年7月核潛艇陸上模式堆技術(shù)設計方案敲定,同年9月在西南大山深處成立了909潛艇核動力研究設計基地,為了減少上艇風險,并借鑒遵循了國外從陸地試驗堆到試驗艇的船用核動力發(fā)展路線,科研人員在909基地建立了一個與海上環(huán)境條件一模一樣的陸上模式堆,進行模擬試驗,并在1969年完成了陸上模擬堆的施工設計。
1970年我國第一座壓水堆——核潛艇陸上模擬堆建成并投入運行,船體在遼寧葫蘆島造船廠完工,同年12月26日,即毛澤東主席77歲大壽這一天中國首艘魚雷攻擊核潛艇在渤海灣下水,艇上四萬六千多個零部件,沒有用一顆外國螺絲釘,至此,中國成為全球第五個擁有核潛艇的國家。
從1971年開始,到1974年交艇,核潛艇分三個階段出海26次:進行各種試驗近200項,反應堆運行數(shù)千小時,主機運行數(shù)百小時,累計航程6000多海里,在各項試驗中獲取千萬個技術(shù)數(shù)據(jù),完成了中國第一艘核潛艇的試驗試航任務。
1974年8月1日上午10時我國自主研制的首艘核潛艇“長征一號”正式交付,舷號為401,正式編入海軍戰(zhàn)斗序列。
094型戰(zhàn)略核潛艇亮相前的我海軍核潛艇,其中093和094并未公開亮相
中國的核潛艇一直以來都十分神秘,數(shù)據(jù)很少對外公開。長征1號服役后被定為091型核潛艦,在091型之后,20世紀90年代國內(nèi)一方面對091型核潛艇進行現(xiàn)代化改造,建造了092彈道導彈核潛艇,使其在安靜性、探測能力、攻擊力、自動化水平基本達到甚至國際第二代核潛艇后期型水平;隨后又有新型的093攻擊核潛艦與094、094A型彈道導彈核潛艇,目前在役的核潛艇總數(shù)有15艘,另外至少有2艘在建造中,其核潛艇總數(shù)已僅次于美俄居全球第3。
結(jié)語:
中國建造核潛艇的時間比較晚,技術(shù)水平?jīng)]有美國和俄羅斯的好,在噪音和隱身水平上要比美俄遜色不少,我國核潛艇技術(shù)的追趕之路道阻且長。
近兩年來超高屈服度鋼材、超大型油壓機和8000噸級21米寬幅超大型數(shù)控船用卷板機、新一代一體化自然循環(huán)核反應堆、無軸電推等技術(shù)的披露,制約我國核潛艇性能水平的關(guān)鍵技術(shù)領域也將逐步攻克。在不久的未來終將看到我國核潛艇迎頭趕上,在萬里海疆外為國家安全破浪前行。