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【軍事博評】William:俄羅斯再次展示肌肉?近距離展示核動力魚雷及巡航導彈

 

三月一日時,俄國總統在國情咨文上公開一系列新概念武器,包括陸基激光系統、MARV機動彈頭、新式洲際彈道導彈、核動力魚雷狀況6型及核動力巡航導彈等。而據7月19日網站「防務博客網」及The Drive報道,俄國國防部再公開相關武器的更多資訊,例如裝備及測試時的片段。部分片段只是上次片段的完整版,(例如陸基激光系統,超音速彈道反艦導彈),又或者只展示導彈裝填車(如MARV機動彈頭),以及部分零件的製作過程(如薩瑪特重型洲際彈道導彈)。當中公開測試及整備的近距離片段的,包括核動力魚雷以及核動力巡航導彈。

泵堆系統轉動測試時之畫面。圓形鋼圈是泵堆的護板。(照片來自H I Sutton)

 

據俄羅斯國防部透露,核動力魚雷及核動力巡航導彈的正式代號分別是海神系統(Poseidon System)及海燕式(Burevestnik)。基本資料在國情咨文中已有透露,但這次透露的訊息更多。

俄國國防部公開海視系統的近距離片段
據分析,注排水口位置亦可能是魚雷結構的標示。(照片來自H I Sutton)

 

首先是核動力魚雷海神系統,基本構形和三月公開時的CG相仿,但似乎更粗壯。由片段所見,魚雷直徑達2米(比早前報道還大),明顯是由泵推系統(註1)推進,並由四枚可摺疊的凸出全動式十字舵操控方向。片段中甚至有噴推及舵面轉動的畫面,只是不知道是否由內部的反應堆還是外部動力源所推動;不過由於大部分資料均指出推進系統是由反應堆直接推動蒸氣渦輪,產生動力,所以片段可能是反應堆作最低動力輸出時的測試。

海神核動力魚雷之全貌。(照片來自H I Sutton)

 

另外,雷身至少有七圈的注排水孔,似乎顯示魚雷不同部位都有注排氣艙,更容易控制水中的俯仰姿勢,而這七圈的注排水孔亦與雷身分段有關;除此以外,工作人員模樣雖經畫面處理,但驟眼看所穿的亦只是一般的防護服,周遭也未見任何輻射警告標誌。若不是魚雷未裝入核燃料,反應堆應該有相當程度的圍阻體阻擋輻射,令平日的整備工作亦較方便。

雷身核反應堆艙分區頂部有個檢查門,參照之前狀況6型魚雷的結構圖,這檢查門很接近反應堆頂部,有可能是檢查口;另外如果堆芯真是溶鹽堆,不排除核燃料就是在這裏注入魚雷中。(照片來自H I Sutton)

 

 

俄國國防部公開海燕核動力巡航導彈的近距離片段

 

相對來說,核動力巡航導彈就有更多令人意外之處。早前美軍情報單位已發放消息,指海燕式核動力巡航導彈幾次試射都不甚成功,導彈發射後沒多久即墜毀,甚至造成一定程度的輻射擴散。先前有估計指這型核動力巡航導彈是大型巡航導彈,直徑至少一米以上,彈長12-13米,然而影片中展的巡航導彈只有600-700MM左右的直徑,彈長7-8米,和現役KH-101型巡航導彈不相上下,若加上助推火箭,可能長9-9.5米,體積之小但仍能裝進核動力噴射引擎,著實令人詑異。

裝配工場全景圖。(網絡圖片)

 

導彈軀幹切面應是正方形,而彈頭處更有明顯的隱身處理。導彈下方似乎裝有固定式進氣口。比較奇怪的是,試射用的導彈儲存及發射筒呈圓柱形,且導彈兩側明顯有助推火箭,但工場中的發射筒明顯沒有足夠空間容納側面的推進火箭,且筒身呈幾何形狀,故不排除這是次期改良型,只在尾部裝上大型的助推器。另外,俄國近代的陸射或艦射巡航導彈是先存放在密封且充填墮性氣體的儲存-發射箱中長期保存,但這發射箱可自由開閉,筒身也有相當厚度,似乎是方便反應堆檢查之用,同時也可以阻擋儲存時可能釋放的微量輻射。

由員工身高判斷,發射箱的高度大約只有1米。(YOUTUBE截圖)

 

如果俄國真是發展出一種核動力噴射引擎(即使其空中成功點火率低),其實還有另一重技術意義:過去的核噴射引擎,不是完全的開式引擎,讓空氣直接流過堆芯,就是閉式反應堆,而兩者大都以熔鹽或液體合金為主要/次要冷卻媒,核燃料也是豐度達90%鈾235的。這些引擎雖然理論上可給飛機及大型巡航導彈升空,但體積及重量均十分驚人,單單堆芯直徑就達80CM至1M以上,方可取得足夠能量。

海燕核動力巡航導彈的最清晰近照。(YOUTUBE截圖)

 

然而,據估計海燕的堆芯可能只有30-40CM闊,已遠比過去其他核引擎堆芯小,仍可提供至少400-500公斤的飛行推力,而且重量還不至太離譜;要知道過去這麼小的反應堆,所能提供的熱能隨時只有100KW左右(註2),難以提供足夠飛行動力。如果俄國沒有任何欺敵行為,這可算是核能技術的一大突破。早幾年俄國聲稱他們正研發一種小型太空用核能推進系統,當時不少業內人士覺得是笑話,但如果俄國可在那麼小的空間內造出具400-500公斤級推力的核動力引擎,那就明顯不是笑話了(註3)……

美國通用動力公司50年代設計的閉循環式核渦噴引擎草圖,反應堆是用液鈉作冷卻劑的(最後未成功製作實物)。海燕的引擎結構估計和這個大同小異。(網絡圖片)

 

當然,片段亦有矛盾之處:雖然仍在關爐狀態,但裝配人員仍應配備較高級的防護衣物,而片段中的飛彈有可能仍未裝反應堆或燃料模組,但裝燃料模組的過程一向十分繁複,甚至要在拆開彈體的情況下才夠空間進行,沒理由導彈裝好後,又拿去拆開裝燃料吧。不過,如果真的是熔鹽堆,反而有些地方可以解釋:反應堆的管道與主要結構(堆芯的中子慢化劑-石墨)已經裝好,但這些東西沒有輻射,組裝人員可以安心工作;而呈液態、同時是燃料及冷卻劑的四氟化鈾熔解鹽可以在準備發射前才注入反應堆中(燃料要流經爐心的中子慢化劑,才會開始發生臨界反應),所以,飛彈平日的儲存根本不算問題。

IR-8超小型熔鹽堆的實物、結構及基本技術指標:輸出熱功率達8MWt,堆芯最大直徑只有10cm、長度85cm,而爐芯溫度達700度。(報告截圖)

 

部分人雖然仍認為俄國的核動力巡航導彈是言過其實的玩意,但這二十年來,俄國不但持續發展特殊的反應堆,而且在部份核能技術上仍保持領先的優勢。以下這篇回顧俄國熔鹽堆發展的報告已透露,2000年前後蘇聯技術人員已開發出超小型測試用熔鹽堆,動力及尺寸足夠推動一支巡航導彈了。

 

 

 

由左至右,分別是海狼級、基洛級試驗艇及MK-50魚雷的泵推結構外觀與內構。(網絡圖片)

註1:泵推系統(或尾管推進系統)是指潛艇或魚雷的推進槳葉被套進導管內,並安裝在潛艇/魚雷尾部。前進時,水流會先經過管道,被管道內壁及定子整流壓縮後,才由槳葉推進並排出尾管。由於水流被預先壓縮及整流,可有效減低槳葉超空泡(最大噪音來源)的形成;另外,由於推進效率更高,裝上泵推的潛艇/魚雷可在轉速較低的情況下得到相當的航速,故有利潛艇或魚雷的高速航行。缺點是加速、減速及倒車的效率較差,而且重量較大,航速在20節以下時,推進效率反而較低。

註2:如果能全部轉成動能,相當於134匹馬力,大約相當於一架較新型的的士,當然,由於熱能轉成動能中間會有相當大的損耗,最終能得到40-50匹馬力已很厲害。

TEM核電離子推進系統,全重約7噸,以電力推動船尾的離子推進系統,提供動力。飛船全備重量約20噸。

 

註3:核噴射引擎燒空氣,同樣結構在太空中可以燒其他工質,例如水或液氫,一經爐心加熱,可以迅速膨脹並形成強大推力。不過俄國這個測試用的TEM核能推進系統,其實是用一個發電功率達1MWe的氣冷反應堆,推動離子推進系統運作的。

【軍事博評】William:普京國情咨文與俄國核武發展方向(下)

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William Lam
現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

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