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美軍重拾隱形海上力量的想法

發(fā)布時(shí)間： 2023/7/14

　　美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(Darpa)的蘇珊·斯維森班克(Susan Swithenbank)表示：“如果你認(rèn)為我正在拍攝《追捕紅色十月》，那么答案是肯定的。”
　　這部1990年的電影由肖恩·康納利(Sean Connery)主演，講述了一艘蘇聯(lián)潛艇“紅色十月”號(hào)的故事，該潛艇的推進(jìn)系統(tǒng)幾乎無(wú)聲，因此很難被發(fā)現(xiàn)。
　　現(xiàn)在，電影上映30年后，Darpa正在研究一種類(lèi)似于電影中描述的“毛蟲(chóng)驅(qū)動(dòng)”的海洋推進(jìn)系統(tǒng)。
　　該系統(tǒng)被稱(chēng)為磁流體動(dòng)力（MHD）驅(qū)動(dòng)器，根本沒(méi)有移動(dòng)部件——只有磁鐵和電流。
　　它的工作原理是產(chǎn)生與電流成直角的磁場(chǎng)。這就產(chǎn)生了一種稱(chēng)為洛倫茲力的力，它作用于海水并推動(dòng)船只前進(jìn)。
　　　

　　沒(méi)有螺旋槳或驅(qū)動(dòng)軸攪動(dòng)水，工作的 MHD 驅(qū)動(dòng)器可以提供快速且完全靜音的行駛。
　　軸向柱塞泵工程師們數(shù)十年來(lái)一直致力于 MHD 驅(qū)動(dòng)器的研究，最初的概念可以追溯到20世紀(jì)60年代。
　　1992年，日本船舶和海洋基金會(huì)建造Yamato-1，這是一艘測(cè)試 MHD 驅(qū)動(dòng)器的30m長(zhǎng)的船。
　　然而，驅(qū)動(dòng)力太重，大和1號(hào)只能以6.6節(jié)的速度緩慢行駛。也消耗了大量的能量。
　　但研究人員表示，該項(xiàng)目證明了這種驅(qū)動(dòng)器可以工作，并提供了有用的數(shù)據(jù)。
　　“關(guān)于缺陷和弱點(diǎn)的真實(shí)信息，以及我們未來(lái)實(shí)施大和二號(hào)時(shí)應(yīng)該采取哪些措施，”海洋政策研究所客座研究員北川博光說(shuō)道。海洋基金會(huì)現(xiàn)已成為其中一部分。
　　大和項(xiàng)目表明，需要更強(qiáng)大的磁鐵，以及更堅(jiān)固的電極——驅(qū)動(dòng)器中與水接觸的部分。
　　Swithenbank女士表示，利用核聚變工業(yè)開(kāi)發(fā)的新一代磁鐵，第一個(gè)問(wèn)題現(xiàn)在很可能很容易解決。
　　聚變是為恒星提供能量的反應(yīng)。但要在地球上實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，通常需要極其強(qiáng)大的磁鐵來(lái)容納燃燒的熱等離子體的漩渦云。
　　這些新型磁鐵產(chǎn)生的力相當(dāng)于最深海溝底部壓力的兩倍。
　　雖然現(xiàn)在可以使用更強(qiáng)大的磁鐵，但第二個(gè)問(wèn)題，即如何保護(hù)電極，仍然需要解決。
　　金屬放入海水中時(shí)會(huì)腐蝕，電流會(huì)加速該過(guò)程。某些類(lèi)型的磁場(chǎng)具有相同的腐蝕作用。
　　人們發(fā)現(xiàn)Yamato-1上的電極質(zhì)量每年損失約3%。
　　美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室(NRL)的研究化學(xué)家杰弗里·朗(Jeffrey Long)是一名電池專(zhuān)家，他希望與同事扎卡里·尼爾(Zachary Neale)一起參加美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(Darpa)項(xiàng)目。
　　“如果你曾經(jīng)將回形針?lè)湃胍槐B接有9伏電池的鹽水中，你會(huì)注意到水會(huì)變色，因?yàn)榻饘僬诟g，”他說(shuō)。
　　“本質(zhì)上，我們希望電極不會(huì)腐蝕，同時(shí)仍然支持有效操作所需的高電流密度。”
　　然而，近年來(lái)燃料電池和電池行業(yè)涂層的改進(jìn)意味著這個(gè)問(wèn)題現(xiàn)在很可能可以解決。
　　雖然這些都是重要的進(jìn)步，但其他問(wèn)題仍然存在。
　　電流穿過(guò)海水會(huì)破壞氫氧鍵，在電極上產(chǎn)生氣泡，從而產(chǎn)生電阻并降低 MHD 的效率。
　　必須測(cè)試潛在的解決方案，包括燃料電池行業(yè)創(chuàng)建的氣體擴(kuò)散電極。其他技術(shù)可以在氣泡形成之前將其清除。
　　最后，還有腐蝕問(wèn)題，軸向柱塞泵破裂的氣泡會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)蝕。“這就像在電極上鋪上砂紙一樣，”Swithenbank 女士說(shuō)。不過(guò)，在這方面，其他行業(yè)的工作也顯示出了希望。
　　如果Darpa團(tuán)隊(duì)能夠克服這些問(wèn)題，優(yōu)勢(shì)將是巨大的。
　　由于沒(méi)有移動(dòng)部件，MHD 驅(qū)動(dòng)器比現(xiàn)有的推進(jìn)系統(tǒng)需要更少的維護(hù)。
　　“但每個(gè)人都對(duì)它感興趣的真正原因是，因?yàn)闆](méi)有移動(dòng)部件，所以它也安靜得多，”Swithenbank 女士說(shuō)。“毫無(wú)疑問(wèn)，對(duì)于國(guó)防來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。”
　　一個(gè)安靜的系統(tǒng)，沒(méi)有危險(xiǎn)的螺旋槳亂晃，對(duì)野生動(dòng)物來(lái)說(shuō)也可能更好。
　　該項(xiàng)目的工作將于明年春天正式開(kāi)始，計(jì)劃為期兩年，開(kāi)發(fā)材料（特別是電極材料），然后用18個(gè)月的時(shí)間設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試驅(qū)動(dòng)器。
　　其目標(biāo)是生產(chǎn)一種 MHD 驅(qū)動(dòng)器原型，既可以驅(qū)動(dòng)小型船舶，也可以擴(kuò)大規(guī)模以驅(qū)動(dòng)集裝箱船或軍艦。
　　該驅(qū)動(dòng)器還必須證明其能源效率可以與現(xiàn)有螺旋槳系統(tǒng)相匹配。
　　“我認(rèn)為這種技術(shù)會(huì)在未來(lái)五年內(nèi)用于商業(yè)船舶嗎？不會(huì)。但未來(lái)絕對(duì)有可能，”Swithenbank 女士說(shuō)道。

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