錢 超，王艷武，鮑敬源

(1.海軍工程大學(xué)艦船與海洋學(xué)院，湖北武漢430033；2.武漢東湖學(xué)院機電工程學(xué)院，湖北武漢430212；3.海軍裝備部駐武漢地區(qū)第二軍事代表室，湖北武漢430063)

0 引言

法國自主研發(fā)艦艇核動力技術(shù)，共建有3座陸上原型反應(yīng)堆，發(fā)展了SNLE，CAS-48，K-15及K-15改進型三代四型艦艇核動力型號。法國艦艇所采用的核動力技術(shù)為壓水堆，并將發(fā)展重心放在一體化反應(yīng)堆上，加快自然循環(huán)能力的提升。法國主張走通用型、多用途核動力技術(shù)發(fā)展路線，其核潛艇應(yīng)用的K-15反應(yīng)堆同樣應(yīng)用于“戴高樂”號航母。法國積極開發(fā)新型反應(yīng)堆，其航母反應(yīng)堆提升空間巨大，相比美國“尼米茲”級航母反應(yīng)堆單堆熱功率588 MW，“福特”級航母A1B型反應(yīng)堆單堆熱功率735 MW，法國現(xiàn)有的K-15型反應(yīng)堆功率只有150 MW，僅與美國退役航母“企業(yè)”號反應(yīng)堆相當。

1 法國艦艇核動力裝置研發(fā)歷程

1956年法國開工建造其第1艘核潛艇和反應(yīng)堆，代號Q-244，該潛艇排水量約4 000 t，為攻擊型核潛艇，艇上反應(yīng)堆由美國提供。由于美國在技術(shù)方面上的承諾，開始階段進展順利。然而，隨著戰(zhàn)后法國與美國之間政治分歧日益顯露，美國停止供應(yīng)濃縮鈾，不再向法國提供核反應(yīng)堆，拒絕分享設(shè)計資料。之后法國自行研制的核動力裝置未能成功，項目于1959年被迫停工，于1961年撤銷該計劃，該艇被改裝成為常規(guī)動力彈道導(dǎo)彈試驗潛艇。

1960年12月，法國長期艦艇計劃確立建造6艘“可畏”級彈道導(dǎo)彈核潛艇。1962年法國對發(fā)展核潛艇計劃進行了修改，決定按照自己的思路開展核潛艇的研制。法國海軍在達卡拉希建立了PAT陸上模式堆，對SNLE型反應(yīng)堆進行了大量的試驗，最終裝載在法國第1艘核潛艇上，“可畏”號彈道導(dǎo)彈核潛艇于1967年下水，1971年正式服役。

1965年11月，法國決定研制第1艘攻擊型核潛艇，采用CAS-48一體化壓水堆裝置。CAS-48一體化壓水堆研制采用集中管理模式，法國原子能委員會負責(zé)領(lǐng)導(dǎo)，薩克萊核研究中心負責(zé)設(shè)計研究，卡達拉希核研究中心負責(zé)試驗任務(wù)，法國原子技術(shù)公司承擔(dān)建造工作。1971年7月決定建造CAP一體化自然循環(huán)陸上模式堆。1972年正式開始建造，1975年11月24日達到臨界，12月13日達到滿功率運行。法國“寶石”級攻擊型核潛艇采用該型壓水堆，首艇“紅寶石”號于1983年2月服役，至今已有6艘服役。

在CAS-48型反應(yīng)堆基礎(chǔ)上，法國于1982年啟動K-15型壓水堆研發(fā)工作，該型壓水堆采用一體化設(shè)計，法國投入1億法郎資金對CAP陸上模式堆進行改造，以保障新型壓水堆的試驗研究。該堆于1994年在“凱旋”號彈道導(dǎo)彈核潛艇上試運行，1997年“凱旋”號服役。K-15反應(yīng)堆單堆軸功率4.15萬馬力，與美國“企業(yè)”號航母的反應(yīng)堆水平相當?！按鞲邩贰碧柡侥覆捎?座K-15型核反應(yīng)堆，支持40000噸級的航母就已略顯吃力，航母實際最高航速僅達到25 kn。如果用于排水量更大的航母，這型反應(yīng)堆顯然不能滿足需求。而從零開始設(shè)計功率更大的反應(yīng)堆，費用昂貴。因此，法國在后續(xù)計劃建造PA2新型航母時，并未考慮采用核動力。

法國于2010年完成第4代潛艇核動力RES陸上模式堆的建設(shè)，該模式堆應(yīng)用于新一代攻擊型核潛艇“梭魚”級。RES計劃于1995年啟動，目標是在2005年對乏燃料水池進行調(diào)試，2013年使反應(yīng)堆臨界。2003年RES陸上模式堆開始建造，2013年僅完成化石燃料動力蒸汽測試的性能的測試，至今尚未有反應(yīng)堆臨界的消息。

2 法國艦艇核動力裝置特點

法國從1955年開始至今已先后研制四型艦艇壓水堆，分別是PAT分散型壓水堆、CAS-48一體化壓水堆K-15一體化壓水堆和K-15改進型一體化壓水堆，具體應(yīng)用情況見表2。

1）SNLE

SNLE雙冷卻劑回路分散布置反應(yīng)堆，其基本布置與美國的S5W反應(yīng)堆和英國的PWR1反應(yīng)堆相似。鈾富集度超過90%的高濃縮鈾核燃料，為板式合金燃料。

2）CAS-48

CAS-48一體化反應(yīng)堆熱功率為48 MW，燃料富集度7%。CAS-48一體化反應(yīng)堆二回路初始蒸汽壓力為2.3MPa，可提供軸功率12000馬力。CAS-48一體化壓水堆共裝備了6艘“紅寶石”級攻擊型核潛艇，每艘1座；自然循環(huán)能力高，安全可靠性好，采用電力推進，噪聲較低。但由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、復(fù)雜，增加了維修難度。

3）K-15型

K-15型反應(yīng)堆熱功率150 MW，可提供軸功率41500馬力，為CAS48的3.5倍。K-15型反應(yīng)堆設(shè)計增大了壓力容器，增加了堆芯中冷卻劑流通截面，減小流動阻力，提高自然循環(huán)能力，其自然循環(huán)可帶走40%～49%反應(yīng)堆功率熱量。K-15型反應(yīng)堆的陸上模式堆是RNG，該模式堆顯著提升了核動力系統(tǒng)的靜音特性，包括優(yōu)化反應(yīng)堆管路的各模塊的支座，降低冷卻劑流量，提升發(fā)動機旋轉(zhuǎn)性能，改善設(shè)備安裝靈活性。反應(yīng)堆控制和防護系統(tǒng)全面數(shù)字化。法國航母采用與潛艇共用K-15型核反應(yīng)堆的技術(shù)路線，“戴高樂”號航母上安裝的K-15反應(yīng)堆與“凱旋”號潛艇安裝的反應(yīng)堆基本一致，主要是增加了安全防護屏。

4）K-15改進型

K-15改進型反應(yīng)堆減小了反應(yīng)堆的物理尺寸（其高度約為10 m），使得能夠適應(yīng)“梭魚”級核潛艇的布置空間。K-15改進型提升了自然循環(huán)的效果和靜音特性。該反應(yīng)堆采用低富集度核燃料，熱功率與K-15型反應(yīng)堆持平，換料周期延長到10年，換料時間從5個月縮短到3個月。升級了控制和防護系統(tǒng)設(shè)備的人機界面，提升安全性和可用性。減少了全壽期（建造和運行）的費用。

RES是“梭魚”設(shè)計要求實現(xiàn)的平臺，主要的創(chuàng)新點如下：堆芯性能（燃耗，壽期等）、核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)模塊的架構(gòu)（支撐結(jié)構(gòu)，固定和移動水池的輻射防護）、儀表、控制和人機界面。

3 法國艦艇核動力裝置的發(fā)展方向

3.1 未來法國潛艇核動力裝置的發(fā)展方向

K-15型壓水堆在“凱旋”級彈道導(dǎo)彈核潛艇和“戴高樂”號航母得到應(yīng)用，而“梭魚”級攻擊型核潛艇采用K-15改進型壓水堆。K-15改進型反應(yīng)堆計劃在卡達拉希核研究中心的RES陸上模式堆進行測試，但是RES設(shè)施目前已經(jīng)嚴重拖期。

3.2 未來法國航母核動力裝置的發(fā)展方向

與旨在成為“戴高樂”號姊妹航母的PA2航母計劃不同，法國2018年提出的未來航母計劃的目標是在2040年取代“戴高樂”號航母。其軍事需求與PA2航母項目必然存在差別，所以未來航母的動力系統(tǒng)與航母的噸位和航速有著密切的聯(lián)系。

首先從噸位上來看，目前世界上各國的航母都朝著大型航母發(fā)展，所以其噸位勢必大于或等于PA2航母的方案。然后從航速上來看，法國從“戴高樂”航母以來，一直引進美國的彈射器，艦載機的起飛對對航速要求不高，從PA2航母的參數(shù)上來看，其航速并沒有顯著變化，所以對于未來航母，其航速很有可能維持在當前的水平，也就是在27 kn左右。

從保護國內(nèi)核軍工體系的角度而言，法國目前已有6艘“梭魚”級核潛艇項目，所以不需要通過航母反應(yīng)堆方式對核軍工體系進行保護。參考近十幾年法國艦艇核動力技術(shù)的發(fā)展歷程，技術(shù)問題并不是制約航母發(fā)展的關(guān)鍵因素，未來航母動力形式仍主要取決于法國的經(jīng)濟形勢。

如果采用目前的K-15改進型反應(yīng)堆，可以減少反應(yīng)堆開發(fā)的經(jīng)費，為了滿足動力的需求，需要增加反應(yīng)堆的數(shù)量。由于K-15改進型反應(yīng)堆與K-15型反應(yīng)堆相比，熱功率維持不變，所以輸出軸功率也基本維持不變。K-15型核反應(yīng)堆熱功率僅為150 MW，輸出軸功率約30 MW，假設(shè)以最保守的PA2的噸位和航速方案，未來航母至少需要3座K-15改進型反應(yīng)堆。

如果開發(fā)新型反應(yīng)堆，法國航母反應(yīng)堆仍有很大的提升空間。相比美國“尼米茲”級航母反應(yīng)堆單堆熱功率588 MW，“福特”級航母A1B型反應(yīng)堆單堆熱功率735 MW，法國現(xiàn)有的K-15型反應(yīng)堆功率只有150 MW，僅與美國“企業(yè)”號反應(yīng)堆相當。從RES模式堆開發(fā)計劃來看，法國新型反應(yīng)堆開發(fā)的周期在7～8年之間，如果未來航母采用核動力，2040年取代“戴高樂”號的目標時間較為寬裕。所以法國從技術(shù)和時間上采用核動力都不存在問題，影響法國航母核動力裝置的主要因素仍然取決于費用。

4 結(jié)語

通過分析法國艦艇核動力發(fā)展歷程，結(jié)合法國艦艇核動力裝置技術(shù)特點及發(fā)展路線，得出結(jié)論如下：

艦艇核動力發(fā)展宜采用集中管理模式。艦艇核動力技術(shù)復(fù)雜，研制周期長，工藝難度大，如果管理分散，在協(xié)調(diào)、決策及一致性發(fā)展方面將會出現(xiàn)較多問題。借鑒法國艦艇核動力發(fā)展經(jīng)驗，采用集中管理模式，通過制定科學(xué)、有效的管理體制機制，能夠更好地促進艦艇核動力快速發(fā)展。

艦艇核動力發(fā)展宜實行單獨立項。艦艇核動力具有研制周期長、技術(shù)密集、經(jīng)費投入多等特點，借鑒法國艦艇核動力發(fā)展經(jīng)驗，以戰(zhàn)略專項計劃的形式發(fā)展艦艇核動力，能夠保證核動力技術(shù)持續(xù)有效發(fā)展。

艦艇核動力發(fā)展宜重視基礎(chǔ)科研。艦艇核動力發(fā)展的根本保障是基礎(chǔ)研究，反應(yīng)堆技術(shù)是核動力發(fā)展重心，同時核安全防護、二回路等技術(shù)協(xié)同發(fā)展，加強這些領(lǐng)域基礎(chǔ)科研的建設(shè)，能夠更好地推進艦艇核動力創(chuàng)新發(fā)展。