獵殺紅色十月成真?DARPA設計「超靜音磁流式推進器」

前蘇聯颱風級核潛艦,在冷戰時期頗令美國感到驚懼,也成爲湯姆克蘭西創作《獵殺紅色十月》的原型。(圖/美國海軍)

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1990年代的著名軍事電影《獵殺紅色十月》(The Hunt for Red October),當中的「磁流推進器」將要成真?美國國防部高等計劃署(DARPA)開啓了相關研究計劃,要是成功,就會成爲最靜音的潛艦。

《獵殺紅色十月號》是著名軍事作家湯姆克蘭西(Tom Clancy )在1984年的小說,他設想有一艘「颱風級8號艦」,採用最先進的超靜音推進器,艇側有吸水口,海水經過磁化作用形成壓力,高壓海水朝後方噴水口排出,形成推進力。在小說中,整套機構的代號爲「履帶」。

克蘭西的「履帶」不是憑空設想,而是基於非常真實的物理原理。自 20 世紀 50 年代後期,工程師們就提出「磁流體動力學」 (MHD) 的新概念,在 MHD 推進器中,流體(如空氣或水)本身有電荷,然後被電磁場加速,產生推力。基本上,MHD 推進器由一端帶有電極的中空管,和圍繞它的磁性線圈組成。由於該設備沒有任何軸、齒輪、螺旋槳、渦輪機或水泵,因此它產生的噪音非常小,幾乎就是無聲。用不着多解釋,這種超靜音推進器將是潛艇最佳動力來源。

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磁流推進器的原理。進水後被強力磁場磁化而增加壓力,然後高壓水從後方排出。(圖/kjmagnetics)

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問題是,如果這項技術可行,爲什麼 60 多年來,除了幾艘實驗性水面船以外,沒有被真正使用?有兩個原因:其一,電磁線圈需要非常強大,但是製造足夠輕便、足夠高效,可以安裝在潛艇中的電磁線圈並不容易。其二,由於磁場、電流和鹽水的相互作用,很容易引起的鏽蝕、水解,電極系統必須經得起大量磨損。

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不過,近年來,磁鐵的發展已經取得了長足的進步,因此DARPA再次啓動了MHD研發。第一階段是「海底磁流體動力泵」(PUMP) 計劃,該計劃將採用多種方法來測試整套設備,儘管實驗的過程中,沒有史恩康納萊的性格眼神。

DARPA 的計劃主持人史威茲班克(Susan Swithenbank)說。“在過去的幾年裡,釔鋇銅氧 (REBCO) 磁化磁材取得長足的進展,能夠發揮20 特斯拉的大規模磁場,這解決了MHD的第1關。

現在要攻克的是電極材料。這分成兩部分,首先電極表面會出空泡,但是空泡會使電極絕緣,從而降低效率。另外,當氣泡破裂時,它們也會損壞電極,就像它們被錘子反覆敲打一樣。

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現在需要評估磁場、流體動力學和電化學反應,以減少損害,同時提高效率。

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