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核动力船舶推进
核动力船舶推进 © M. Ragheb 6/21/2021 1.简介 有几种趋势正在塑造海军舰艇技术的未来愿景：全电动舰艇、全封闭喷射泵推进器、定向能激光、微波和电磁武器、高超音速巡航导弹、隐形技术、无人驾驶飞行器 (UAV)、群体水下无人驾驶飞行器 (UUV) 机器人潜艇、推进器喷水推进、磁流体动力推进、濒海舰艇和停泊驳船用于发电。全电动船舶推进概念被采用为未来美国水面战斗动力源。下一个发展或先进电力系统 (AEPS) 涉及将几乎所有船上系统转换为电力；甚至最苛刻的系统，例如航空母舰上的推进器和弹射器。它将包括新武器系统，例如现代电磁轨道炮和自由电子激光器以及飞轮和超级电容器储能系统。美国海军计划到 2030 年代中期将其 284 艘舰艇舰队扩大到 355 艘。随着高超音速武器运载系统的出现，将美国海军 (USN) 配置为具有远程无人机打击能力的小型核动力平台是未来的潮流。高超音速将由一支由小型和快速舰艇组成的分布式舰队来对抗。任何类型的导弹群威胁都对美国航母构成威胁，而它们可能会变得更小，由一组由人类驾驶的飞机指挥的无人机组成。它们将是垂直发射车，随身携带远程一次性加油机或微型核反应堆，作为长期盘旋和续航的能源。这些舰船将更小，采用核动力。常规舰船每隔几天就需要加油，而且必须配备加油机。核动力舰船的速度和续航能力要快得多。太空是下一个战场，武器平台将更多、更小、无人驾驶。航空母舰是意图和全球野心的声明，也是军事力量的明显投射。它们是一支多才多艺的强大力量，能够进行人道主义和灾难救援以及高端作战。拥有 5,000 名船员的航空母舰正面临脆弱性危机，这将导致小型舰船从分散地点发射无人机。美国海军拥有 10 艘航母，英国有两艘，中国有一艘，正在建造另一艘。一艘美国航母上有 3,000 多名水手。俄罗斯、法国和意大利各有一艘航母，印度也加入了这一行列。美国海军每年要花费 1 亿多美元来维持一艘尼米兹级航母的海上运行，这还不包括飞行作业、弹药和船员工资的费用。它们作为打击群在高威胁地区运作，包括防空驱逐舰、反潜护卫舰和攻击潜艇，以及运载食物和弹药的油罐车和固体支援舰。世界各地的海军都使用三分法则：或者说每艘在海上的船，一艘准备部署，而另一艘则返回港口进行维护。核动力航母（如尼米兹级）的航程不受限制，而常规动力航母（如伊丽莎白女王号）的航程为 10,000 英里。
空间核动力与推进（SNPP）
设计、建造和演示一个空间级裂变动力系统，该系统支持持续的月球存在，并为未来的行星表面任务提供可扩展的基础 通过完善载人系统设计和演示所需的关键高风险技术，推进深空核推进能力 与其他拥有共同、协同裂变技术需求的政府组织（如国防部和能源部）建立合作关系 确定行业和学术兴趣和联盟，以实现广泛的创新和经济技术方法和解决方案
空间核动力反应堆自由活塞斯特林发动机设计与分析
自由活塞斯特林发动机因具有高效率、高可靠性、自启动能力强等优点，在航空航天中得到了广泛的应用。本文通过分析空间核动力反应堆的要求，提出了一种20 kW的自由活塞斯特林发动机，并基于改进的简易分析法开发了程序来评估所提自由活塞斯特林发动机的性能。与实验数据进行了对标，输出功率的最大相对误差为17.1%。数值结果表明，输出功率为21 kW，满足设计要求。结果表明：a)减小压力壳厚度可明显提高输出功率；b)系统效率随着导线孔隙率的增加而增大，当孔隙率高于80%时，系统效率的增长速度减缓，且系统效率与冷热侧温度呈线性关系； c) 系统效率随压缩比的增加而增加；压缩比增加 16.7%，系统效率增加 42%。本研究可为空间核动力反应堆 FPSE 的设计和分析提供宝贵的理论支持。© 2020 韩国核学会，由 Elsevier Korea LLC 出版。这是一篇根据 CC BY-NC-ND 许可协议开放获取的文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。
核动力潜艇评估
8 Roblin, S. (2016): 瑞典是否让美国的核潜艇过时了？，《国家利益》。可访问：https://nationalinterest.org/blog/the-buzz/did-sweden-make-americas-nuclear-submarines-obsolete-18908（访问时间：2019 年 7 月 26 日）。9 Roblin, S. (2018): 一艘瑞典廉价潜艇如何在“战斗”中“击沉”美国海军，《国家利益》。可访问：https://nationalinterest.org/blog/the-buzz/how-one-cheap-submarine-sweden-sank-the-us-navy-battle-25639（访问时间：2019 年 7 月 26 日）。10 Roblin, S. (2016): 瑞典是否让美国的核潜艇过时了？，《国家利益》。可访问：https://nationalinterest.org/blog/the-buzz/did-sweden-make-americas-nuclear-submarines-obsolete-18908（访问时间：2019 年 7 月 26 日）。11 Roblin, S. (2016): 2009 年，两艘核潜艇在海底相撞（它们装备有核武器），《国家利益》。可访问：https://nationalinterest.org/blog/the-buzz/2009-two-nuclear-submarines-collided-under-the-sea-they-were- 18690（访问时间：2019 年 7 月 26 日）。
潜艇：核动力战舰内部导览
有句名言说：“失败是孤儿……但成功有许多父亲。”如果这本书和它所开启的系列最终取得成功，那将归功于国防和出版界许多人的远见和支持。首先是帮助我完成这本书的团队。1987 年秋天，我被介绍给一位名叫约翰·格雷沙姆的国防系统分析师。多年来，我们进行过许多热烈的讨论，虽然我们可能并不总是意见一致，但分歧总是深思熟虑和富有洞察力的。因此，当约翰同意作为研究员和顾问与我一起参与这个项目时，我很高兴。支持约翰和我的是该系列编辑马丁·格林伯格。马蒂在构思这本书和该系列时的支持，以及他对整个项目的指导，都至关重要。该系列插图画家劳拉·阿尔弗创作了这些页面中的精美图画。还要感谢美国海军陆战队少校 Christopher Carlson、Brian Hewitt、Cindi Woodrum、Diana Patin 和 Rosalind Greenberg，感谢他们为本书的完成所做的不懈努力。
核动力海军推进系统
核电站运行的最大经验是核海军推进，特别是航空母舰和潜艇。这些积累的经验可能成为拟议的新一代紧凑型核电站设计的基础。核动力潜艇的任务正在根据信号情报收集和特种作战重新定义。核动力舰艇约占美国海军作战舰队的 40%，包括整个海基战略核威慑力量。美国海军的所有作战潜艇和一半以上的航空母舰都是核动力的。这里的主要考虑因素是核动力潜艇不像传统动力装置那样消耗氧气，并且在燃料补给之前具有较长的续航能力或任务时间；仅受船上可用的食物和空气净化用品的限制。另一个独特的考虑是使用高浓缩铀 (HEU) 来提供紧凑的反应堆系统，该系统具有足够的内置反应性，可以克服氙气反应堆的死区时间，从而实现快速重启和加油之间的长燃料燃烧期。在第二次世界大战期间，潜艇使用可以在水面运行的柴油发动机，为大量电池充电。这些可以在潜艇潜水时使用，直到放电。此时，潜艇必须重新浮出水面为电池充电，并且容易受到飞机和水面舰艇的探测。尽管使用特殊的通气管装置将空气吸入和排出浅潜于水面以下的潜艇，但核反应堆理论上为其提供了无限的潜水时间。此外，核燃料的高比能（即每单位重量的能量）消除了跟随水面或水下海军舰艇舰队的脆弱油轮舰队不断加油的需要。另一方面，核反应堆一次加油足以满足长时间的需要。现代海军反应堆的浓缩度高达 93%，U 235 能够达到 97.3%，设计为在其 20-30 年的使用寿命中每隔 10 年或更长时间才加油一次，而陆基反应堆使用的燃料浓缩度低至 U 235 的 3-5%，需要每隔 1-1 1/2 年加油一次。新反应堆的设计使用寿命为航母 50 年，潜艇 30-40 年，这是弗吉尼亚级潜艇的设计目标。核心中含有可燃毒物，例如钆或硼。这些允许较高的初始反应性，以补偿裂变产物毒物的积累
海洋核动力：1939 – 2018
2015 年，我编写了此资源文档的第一版，以支持我在 2015 年 8 月向圣地亚哥 Lyncean Group ( www.lynceans.org ) 所做的演讲，该演讲纪念了 1955 年 1 月 17 日 USS Nautilus 首次“使用核动力航行”的 60 周年。向 Lyncean Group 所做的演讲“60 年的海洋核动力：1955-2015 年”是我试图讲述一个复杂的故事，从 1939 年美国海军对海洋核推进感兴趣的早期起源开始，到 1955 年 1 月 17 日 USS Nautilus 历史性的首次航行，然后追溯了接下来 60 年内八个国家制造的各种军用和民用船舶中海洋核动力的发展和利用。
船舶核动力推进用小型模块化反应堆设计与比较分析
20 世纪 70 年代，核电站规模和难度的快速增长引起了人们对小型、适度设计的兴趣，这些设计本质上比设计特征的使用更安全。随着核技术的发展，海事领域需要进行革命，特别是先进的船舶推进。近年来，许多反应堆制造商正在积极改进小型模块化反应堆设计，甚至更好地使用安全功能。几种设计将终极安全性融入其中。它们完全从设计中消除了特定的事故引发因素。其他设计特征有助于减少不同类型的事故或有助于减轻事故的后果。虽然一些安全功能与最大 SMR 设计是通用的，与冷却剂技术无关，但其他功能特定于液态金属冷却、水、气体或 SMR 设计。结果：不同的组件和研究实验室在船舶推进领域研究的反应堆概念比在发电领域研究的反应堆概念要多，从它们在陆地应用方面的经验中可以学到很多东西。SMR 中安全功能的广泛使用有可能使这些发电厂极其活跃，保护公众和投资者。结论：出于这两点考虑，人们认识到核反应堆是海军先进推进的理想发动机。本文将介绍分析 SMR 概念设计和设计由推进模块组成的模块化船舶的工作。
船舶核动力 60 年：1955 年 - 2015 年
这是相当长的演讲的第二部分，我试图讲述一个复杂的故事，从 1939 年美国海军对船舶核推进感兴趣的起源开始，到 1955 年 1 月 17 日 USS Nautilus 启动世界上第一艘“核动力航行”舰，再到接下来 60 年中八个国家建造的各种军用和民用舰船上核推进的发展和利用。