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中華民國榮民,中華戰略學會資深研究員,曾任海軍中權軍艦艦長,美國海軍戰爭學院績優畢業,英國赫爾大學政治學博士,目前在大學執教國際關係等政治學入門課程。勤於媒體針砭時政與探論國際現勢,亦經常接受媒體電訪;偶爾出席政論節目,評論政軍議題。
最近因為美國、英國與澳洲出人意外地以共同聲明方式,對外宣稱成立以AUKUS為名之安全技術合作關係,引起全球政治評論者與軍事觀察家密切關注;而其中最受人矚目知合作項目,就是澳洲中止原先與法國合作之傳統柴電動力潛艦建造商約,並且新起爐灶決定尋求美國與英國幫助,轉向發展核動力潛艦。
其實澳洲政府有意放棄本項與法國合作造艦計畫早有跡象;依據倫敦泰晤士報9月18日報導顯示,早在今年三月英國海軍首長(First Sea Lord)拉達金爵士(Admiral Sir Tony Radakin)赴澳洲參加會議時,就由澳洲海軍司令努南中將(Vice Admiral Michael Joseph Noonan)探詢由英美協助澳洲建造核動力潛艦之可能性。當然後續就由英國首相府直接主導,並賦予「無鉤行動」(Operation Hookless)專案代名,與美國展開相關協商行動,最後才在宣布建立AUKUS安全合作關係時,將整個英美協助澳洲發展核動力潛艦建造方案端上檯面公諸於世。
但回過來思考,為何從2016年4月26日澳洲譚保(Malcolm Bligh Turnball)政府宣布由法國得標,自法國梭魚(法語:Suffren/英語:Barracuda)級核潛艦為基礎,專門為澳洲所量身打造修改設計短鰭梭魚(Shortfin Barracuda)級,在歷經五年多期程內,為何相關修改作業始終無法獲得澳洲海軍認可,由核動力改裝成為常規柴電動力,到底技術瓶頸是在何處?下面所提要素,確實值得深入思考。
在此必須提醒,柴電動力潛艦推進系統是由柴油發電機產生電能,經過整流轉換過程,變成直流電能將電瓶充滿,然後再由電瓶帶動與推進俥葉大軸連接之直流馬達,或者是將電能傳送到無軸推進系統中,在艦體外牽引帶動俥葉之定子,以便控制俥葉轉動產生推進排流,而更新型運用幫浦吸排流產生推力之潛艦動力系統,其實也是採取此種基本架構。
但是由於核動力潛艦核子反應爐先經過熱交換器,產生高壓蒸氣帶動蒸氣渦輪發電機(Turbine engine generator)所能產生電能相當足夠,因此就可跳過將電瓶充電,再由電瓶帶動後續動力系統之環節,所以在正常狀況下是由蒸汽渦輪發電機所產生電能直接透過整流後,帶動主動力系統,並同時將電瓶充電;以便在蒸氣渦輪發電機故障時,改由電瓶帶動主動力系統。
因此由前述簡單說明,吾人就可理解到,假若要從核動力主推進系統改裝成為柴電動力系統,就會產生下列各項涉及動力系統改裝工程;首先就是要去除核子反應爐,再加上與其配套之熱交換系統、鍋爐給水系統、蒸氣渦輪發電機系統以及由蒸汽渦輪發電機所直接連結主動力系統之聯結離合變速箱系統。
其次就要重新改裝整個主動力電力傳輸配置體系,從更換裝備重新增加柴電動力發電機,再連結到整流轉換裝置,然後再考慮原先與核動力推進系統相互匹配,作為蒸氣渦輪發電機故障時,作為備援系統之電瓶組合,是否能夠滿足經常性主動力之工作能量需求,以及由電瓶後續連結到主動力馬達,或是與無軸主推進系統俥葉定子相互連結之相關電力線路。當然從核動力系統轉換成為柴電動力之後,必然就要考量到原先未裝設之燃料油櫃設計,以及相關主動力油料供給系統。
從核動力系統轉換到柴油動力,最會讓整體設計產生翻天覆地變化因素,其實是源於當初由核動力帶動蒸氣渦輪發電機,其所能供應電力負載額度相當寬裕,因此在此種前提之下,所有艦船操縱、控制翼面、操舵系統、溫度控制、空調環控、武器系統、通信系統、電子系統與戰鬥系統,所有各項裝設在核動力潛艦與其相互配套系統,原則上都不必考量電力負荷,這對於系統發展與設計來說,絕對是極大福音。
但是當轉換成為柴電動力系統,所有電力負荷就須錙銖必較,因為其整體電力負荷能量相當有限所致。特別是在艦船整體設計上來說,所有各項系統之間都必須能夠相互匹配,而電源供應負儎能力更是牽一髮而動全身,所以當從核動力潛艦轉換改裝到傳統柴電動力系統時,就影響其他子系統之電源供應,基本上就是最具體由儉入奢易而由奢返儉難之情境。
美國當年雖然以堅定意志要發展核動力航空母艦,但從企業號航艦必須使用八具A2W核子反應爐來支應動力,讓該級航艦到最後只有企業號,而從未再有任何同級航艦,就可以理解到主動力系統是多麼地茲事體大。等到尼米茲級主動力系統改為由兩具A4W核子反應爐就足以支應所有動力需求時,並且順利建造共計十艘同級航艦,就可理解動力系統能量在艦船設計上,此項因素極度重要。
當能夠理解到為何法國在改裝梭魚級核子動力潛艦成為傳統動力時,必須面對如此多要重新計算與更動項目時,就可以理解到儘管耗費五年時間,法國還是無法讓澳洲完全滿意並接受其改裝設計,確實是有其技術瓶頸。
但是坎培拉政府決定轉向美國與英國,另起爐灶重新再來,由這兩個國家提供核動力技術,來幫助澳洲發展潛艦時,其實更是充滿各種風險。澳洲本身對於核能技術能量相對較低,1998年澳洲國會通過禁止使用核能相關法案,再加上周邊國家在獲知此項決策,紛紛表達負面評議與各項疑慮,看來未來要克服重重難關,確實將是嚴重考驗。
但鮮少遭人注意的是全球現在共計有六個國家使用核動力潛艦,其中美國與英國海軍潛艦反應爐是使用鈾U235濃度高達93.5%,列屬於武器級之高濃度鈾(HEU:highly enriched uranium)核燃料;俄羅斯與印度雖然亦是使用純度到達武器級高濃度核燃料,但其U235燃料濃度數值僅為大於或等於20%;全球只有中國大陸與法國之核動力潛艦是使用低濃度鈾(LEU:low enriched uranium)核燃料,因此其潛艦在服勤期間內,其反應爐添加核燃料所需次數就要遠多於其他四個國家。
英美之所以如此堅持使用高濃度鈾核燃料,其著眼點就在於能夠避免在較短期程內必須定期添加核燃料;相對於企業號添加核燃料之頻率,尼米茲級航艦核反應爐添加一次燃料,可供該級航艦服勤13至15年之久,其中重要因素就是因為使用武器級高濃度鈾燃料。
目前澳洲社會新聞焦點還沒注意到英國與美國核動力潛艦,所使用核燃料為核武器級濃度鈾核燃料,等到澳洲民眾與向來反核能之反對黨注意到此事時,只要想到會引起多大社會反彈聲浪,恐怕澳洲海軍核動力潛艦發展計畫就更加難以實現。所以當全球社會都將目光聚焦在國際政治效應時,恐怕不會有太多人料想到,這些技術瓶頸與社會阻力才是真正難以突破之障礙吧!
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