法国舰艇核动力技术发展与展望

钱 超，王艳武，鲍敬源

(1.海军工程大学舰船与海洋学院，湖北武汉430033；2.武汉东湖学院机电工程学院，湖北武汉430212；3.海军装备部驻武汉地区第二军事代表室，湖北武汉430063)

0 引言

法国自主研发舰艇核动力技术，共建有3座陆上原型反应堆，发展了SNLE，CAS-48，K-15及K-15改进型三代四型舰艇核动力型号。法国舰艇所采用的核动力技术为压水堆，并将发展重心放在一体化反应堆上，加快自然循环能力的提升。法国主张走通用型、多用途核动力技术发展路线，其核潜艇应用的K-15反应堆同样应用于“戴高乐”号航母。法国积极开发新型反应堆，其航母反应堆提升空间巨大，相比美国“尼米兹”级航母反应堆单堆热功率588 MW，“福特”级航母A1B型反应堆单堆热功率735 MW，法国现有的K-15型反应堆功率只有150 MW，仅与美国退役航母“企业”号反应堆相当。

1 法国舰艇核动力装置研发历程

1956年法国开工建造其第1艘核潜艇和反应堆，代号Q-244，该潜艇排水量约4 000 t，为攻击型核潜艇，艇上反应堆由美国提供。由于美国在技术方面上的承诺，开始阶段进展顺利。然而，随着战后法国与美国之间政治分歧日益显露，美国停止供应浓缩铀，不再向法国提供核反应堆，拒绝分享设计资料。之后法国自行研制的核动力装置未能成功，项目于1959年被迫停工，于1961年撤销该计划，该艇被改装成为常规动力弹道导弹试验潜艇。

1960年12月，法国长期舰艇计划确立建造6艘“可畏”级弹道导弹核潜艇。1962年法国对发展核潜艇计划进行了修改，决定按照自己的思路开展核潜艇的研制。法国海军在达卡拉希建立了PAT陆上模式堆，对SNLE型反应堆进行了大量的试验，最终装载在法国第1艘核潜艇上，“可畏”号弹道导弹核潜艇于1967年下水，1971年正式服役。

1965年11月，法国决定研制第1艘攻击型核潜艇，采用CAS-48一体化压水堆装置。CAS-48一体化压水堆研制采用集中管理模式，法国原子能委员会负责领导，萨克莱核研究中心负责设计研究，卡达拉希核研究中心负责试验任务，法国原子技术公司承担建造工作。1971年7月决定建造CAP一体化自然循环陆上模式堆。1972年正式开始建造，1975年11月24日达到临界，12月13日达到满功率运行。法国“宝石”级攻击型核潜艇采用该型压水堆，首艇“红宝石”号于1983年2月服役，至今已有6艘服役。

在CAS-48型反应堆基础上，法国于1982年启动K-15型压水堆研发工作，该型压水堆采用一体化设计，法国投入1亿法郎资金对CAP陆上模式堆进行改造，以保障新型压水堆的试验研究。该堆于1994年在“凯旋”号弹道导弹核潜艇上试运行，1997年“凯旋”号服役。K-15反应堆单堆轴功率4.15万马力，与美国“企业”号航母的反应堆水平相当。“戴高乐”号航母采用2座K-15型核反应堆，支持40000吨级的航母就已略显吃力，航母实际最高航速仅达到25 kn。如果用于排水量更大的航母，这型反应堆显然不能满足需求。而从零开始设计功率更大的反应堆，费用昂贵。因此，法国在后续计划建造PA2新型航母时，并未考虑采用核动力。

法国于2010年完成第4代潜艇核动力RES陆上模式堆的建设，该模式堆应用于新一代攻击型核潜艇“梭鱼”级。RES计划于1995年启动，目标是在2005年对乏燃料水池进行调试，2013年使反应堆临界。2003年RES陆上模式堆开始建造，2013年仅完成化石燃料动力蒸汽测试的性能的测试，至今尚未有反应堆临界的消息。

2 法国舰艇核动力装置特点

法国从1955年开始至今已先后研制四型舰艇压水堆，分别是PAT分散型压水堆、CAS-48一体化压水堆K-15一体化压水堆和K-15改进型一体化压水堆，具体应用情况见表2。

1）SNLE

SNLE双冷却剂回路分散布置反应堆，其基本布置与美国的S5W反应堆和英国的PWR1反应堆相似。铀富集度超过90%的高浓缩铀核燃料，为板式合金燃料。

2）CAS-48

CAS-48一体化反应堆热功率为48 MW，燃料富集度7%。CAS-48一体化反应堆二回路初始蒸汽压力为2.3MPa，可提供轴功率12000马力。CAS-48一体化压水堆共装备了6艘“红宝石”级攻击型核潜艇，每艘1座；自然循环能力高，安全可靠性好，采用电力推进，噪声较低。但由于系统结构紧凑、复杂，增加了维修难度。

3）K-15型

K-15型反应堆热功率150 MW，可提供轴功率41500马力，为CAS48的3.5倍。K-15型反应堆设计增大了压力容器，增加了堆芯中冷却剂流通截面，减小流动阻力，提高自然循环能力，其自然循环可带走40%～49%反应堆功率热量。K-15型反应堆的陆上模式堆是RNG，该模式堆显著提升了核动力系统的静音特性，包括优化反应堆管路的各模块的支座，降低冷却剂流量，提升发动机旋转性能，改善设备安装灵活性。反应堆控制和防护系统全面数字化。法国航母采用与潜艇共用K-15型核反应堆的技术路线，“戴高乐”号航母上安装的K-15反应堆与“凯旋”号潜艇安装的反应堆基本一致，主要是增加了安全防护屏。

4）K-15改进型

K-15改进型反应堆减小了反应堆的物理尺寸（其高度约为10 m），使得能够适应“梭鱼”级核潜艇的布置空间。K-15改进型提升了自然循环的效果和静音特性。该反应堆采用低富集度核燃料，热功率与K-15型反应堆持平，换料周期延长到10年，换料时间从5个月缩短到3个月。升级了控制和防护系统设备的人机界面，提升安全性和可用性。减少了全寿期（建造和运行）的费用。

RES是“梭鱼”设计要求实现的平台，主要的创新点如下：堆芯性能（燃耗，寿期等）、核蒸汽供应系统模块的架构（支撑结构，固定和移动水池的辐射防护）、仪表、控制和人机界面。

3 法国舰艇核动力装置的发展方向

3.1 未来法国潜艇核动力装置的发展方向

K-15型压水堆在“凯旋”级弹道导弹核潜艇和“戴高乐”号航母得到应用，而“梭鱼”级攻击型核潜艇采用K-15改进型压水堆。K-15改进型反应堆计划在卡达拉希核研究中心的RES陆上模式堆进行测试，但是RES设施目前已经严重拖期。

3.2 未来法国航母核动力装置的发展方向

与旨在成为“戴高乐”号姊妹航母的PA2航母计划不同，法国2018年提出的未来航母计划的目标是在2040年取代“戴高乐”号航母。其军事需求与PA2航母项目必然存在差别，所以未来航母的动力系统与航母的吨位和航速有着密切的联系。

首先从吨位上来看，目前世界上各国的航母都朝着大型航母发展，所以其吨位势必大于或等于PA2航母的方案。然后从航速上来看，法国从“戴高乐”航母以来，一直引进美国的弹射器，舰载机的起飞对对航速要求不高，从PA2航母的参数上来看，其航速并没有显著变化，所以对于未来航母，其航速很有可能维持在当前的水平，也就是在27 kn左右。

从保护国内核军工体系的角度而言，法国目前已有6艘“梭鱼”级核潜艇项目，所以不需要通过航母反应堆方式对核军工体系进行保护。参考近十几年法国舰艇核动力技术的发展历程，技术问题并不是制约航母发展的关键因素，未来航母动力形式仍主要取决于法国的经济形势。

如果采用目前的K-15改进型反应堆，可以减少反应堆开发的经费，为了满足动力的需求，需要增加反应堆的数量。由于K-15改进型反应堆与K-15型反应堆相比，热功率维持不变，所以输出轴功率也基本维持不变。K-15型核反应堆热功率仅为150 MW，输出轴功率约30 MW，假设以最保守的PA2的吨位和航速方案，未来航母至少需要3座K-15改进型反应堆。

如果开发新型反应堆，法国航母反应堆仍有很大的提升空间。相比美国“尼米兹”级航母反应堆单堆热功率588 MW，“福特”级航母A1B型反应堆单堆热功率735 MW，法国现有的K-15型反应堆功率只有150 MW，仅与美国“企业”号反应堆相当。从RES模式堆开发计划来看，法国新型反应堆开发的周期在7～8年之间，如果未来航母采用核动力，2040年取代“戴高乐”号的目标时间较为宽裕。所以法国从技术和时间上采用核动力都不存在问题，影响法国航母核动力装置的主要因素仍然取决于费用。

4 结语

通过分析法国舰艇核动力发展历程，结合法国舰艇核动力装置技术特点及发展路线，得出结论如下：

舰艇核动力发展宜采用集中管理模式。舰艇核动力技术复杂，研制周期长，工艺难度大，如果管理分散，在协调、决策及一致性发展方面将会出现较多问题。借鉴法国舰艇核动力发展经验，采用集中管理模式，通过制定科学、有效的管理体制机制，能够更好地促进舰艇核动力快速发展。

舰艇核动力发展宜实行单独立项。舰艇核动力具有研制周期长、技术密集、经费投入多等特点，借鉴法国舰艇核动力发展经验，以战略专项计划的形式发展舰艇核动力，能够保证核动力技术持续有效发展。

舰艇核动力发展宜重视基础科研。舰艇核动力发展的根本保障是基础研究，反应堆技术是核动力发展重心，同时核安全防护、二回路等技术协同发展，加强这些领域基础科研的建设，能够更好地推进舰艇核动力创新发展。