超高速靜音潛艇成真! 中國突破前沿動力技術，等離子體爆轟推進

國內頂尖的學術期刊《光學學報》刊登了一篇英譯版的原版論文《水下光纖納秒激光推進的短微腔結構性能研究》，點名中國已經完成了潛艇的等離子體爆轟推進技術論證，在業內引發轟動。

這種技術的全稱是“水下光纖激光誘導等離子體爆轟波推進”，原理是利用光纖將一定波長的超高功率激光傳導到推進位置，這種波長的激光不會反射出水面，光線只會在水中不斷折射，確保激光能量不會丟失。高能激光束能在極短的時間內將水氣化并等離子化，水從液態到氣態再到等離子態的過程中體積會急劇膨脹，從而在瞬間產生巨大的推力！

科學家經過測試，僅需2兆瓦的激光功率下，就能產生高達70000牛頓的推力，足夠推動潛艇高速前進。

《光學學報》以光學科研為主，能在上面發表的論述，有是具有可靠數據的實驗報道，有科學依據的技術應用和階段性科研成果的實驗報告。幾乎可以肯定，這一切是真的，有科學依據的。

香港的《南華早報》也稱，中國科學家已經實現了一種利用“等離子體爆轟推進”的潛艇推進技術，能讓潛艇在超高速航行的同時實現超靜音狀態。

要知道，噪聲是一艘潛艇上的最高機密，幾十年來我們沒有任何可借鑒的消音技術，研發只能是自己摸索，受限于我國低下的制造水平，導致我國潛艇發展在很長一段時間內極其緩慢，極易被其他國家的聲吶系統發現。

以至于上世紀90年代曾被美國媒體嘲諷：“中國潛艇從西太平洋下海，一出港口便可以聽到聲響”。

潛艇的噪音主要來自于潛艇內部的機械運轉和螺旋槳，我國“等離子體爆轟推進”技術的突破，將螺旋槳這塊最大噪音產生體的噪音直接歸零。這不僅宣告美國人的夸張形容一去不復返，并且還實現了彎道超車，做到遙遙領先！

什么是等離子體爆轟推進，我國怎么就成了第一個用到潛艇上的呢？

科學家很早就發現利用激光能夠讓氣體產生等離子體，于是提出了“等離子體爆轟推進”這種技術，瞄準航空航天器上的動力裝置進行開發。

2000年代初，一名日本科學家發現通過控制激光波長，也能讓激光在水中產生等離子體，于是提出了艦船利用等離子體膨脹形成的爆轟波進行推進的理念。

然而日本科學家在實驗的過程中發現，雖然利用這種技術產生的推力效率不錯，但有一個非常嚴重的問題，當等離子體破裂形成爆轟波時，產生的推力向各個方向的傳導是相等的，也就是說不會產生任何推力。

為什么說這樣不會產生任何推力，我舉個例子大家就明白了。這就好比四個人站在四個方向以相同的力推你，你會發生位移嗎？不會的，這只會形成一種動態的平衡，所以這種劃時代的推進系統被認為沒有可行性，棄之一邊。

后來有科學家尋求通過結構改進，讓“爆破”的力量只往一個方向傳遞。他們在半封閉空間中加入小球，將力量往一個方向傳遞，原理猶如汽車發動機的曲柄連桿機構將上下運動轉變為旋轉一般。

然而這種結構盡管解決了推力反向的問題，但在密閉空間內損耗極大，產生的推力極低，一瓦激光功率只產生百萬分之一牛頓的推力，這個推力甚至比空間推進器的離子推進引擎都要低。

空間站或衛星使用的離子推進引擎頂多只能推動一張A4的紙，在真空中還行，但在水中，這種推力完全沒有任何實際應用的價值。如此炸裂的推進器，居然無法使用。

在其他國家科學家放棄之際，我國科學家卻沒有放棄，因為差距太大，只要哪怕有那么一點機會，我們都不會放棄。

1954年我國第一次從蘇聯那里獲得兩艘中型舊式潛艇，同一時刻美國第一代鸚鵡螺號核潛艇下水。我國連常規潛艇都未搞明白的情況下，別人已經在玩全球巡航了。這種情況如同后來的汽車產業，我們在追對方也在跑，在燃油機上我們沒有追上對方的可能，必須依靠彎道超車。

中國科學家通過不斷努力和嘗試，創造性的在光纖尾部設計了一個U型結構。這種結構可以對等離子體爆開的時間與產生推力的方向進行精確控制，利用諸如“爆沖”和“沖擊波能夠疊加”的原理，將激光產生等離子爆破的推力效率提高了4個數量級，也就是此前推力的10000倍，完美解決了這個一直困擾業界的難題，從而讓這種劃時代的推進器進入實用階段。

這種U型高精度結構的原理簡單，但設計非常復雜，實施起來非常難，牽一發而動全身，目前只有中國掌握，自然是處于保密狀態，不便多言。

我國科學家之所以“死磕”這一領域，除了靜音的原因，還有一點是功率。們先來看一組論文中給出的數據：2兆瓦的激光功率下能產生70000牛頓的推力，用推力除以功率，我們可以得出“等離子體爆轟推進”技術的每千瓦功率推力比是0.035，而常規潛艇的功率推力比大約為0.0125。

非常直觀的數據，可以簡單理解為用激光推進比用同樣功率下的螺旋槳推進效率要高2.8倍！

但這只是一個理論數據，實際過程中激光做功到轉換為推力，這中間還有一個轉換系數，最開始這個轉換系數我國只能做到30%，這一來一回的折扣，差不多剛好折回了船用螺旋槳的比例！

乍一看30%這個系數不高，但它的這個起點已經是螺旋槳的終點，而且系數低說明提升空間大，大有可為，經過科學家的改良，我國的光纖激光器的效率已經能達到60%左右。

也就是在相同船用功率的條件下，使用光纖激光推進的推力是螺旋槳的2倍左右，速度能增加大約26%左右。

為什么推力增加兩倍，速度的提升不是兩倍呢？這里要給大家說明一點，水作為載體和在陸地上行駛是完全的兩回事。在水里，推力成倍增加并不表示速度會成倍增加，，一般經驗計算是速度增加一倍，功率需要需要增加到8倍，也就是說從15千米/小時到30千米/小時，需要的功率將是原來的8倍。

這樣的速度提升太不劃算了，這就好比你花了做五星級酒店的錢，入住的卻是青年旅館一樣，這可不是我們想得到的。

科學家發現使用等離子體爆轟推進的過程中，會出現一種意想不到的效果——氣泡。水在激光的加持下，發生氣化和等離子化時會產生大量的空泡，這個時候你會想到什么？

沒錯，就是俄羅斯首創的“暴風”超空泡魚雷，最高速度可達200節（370千米/小時），常規的魚雷的3~4倍。

超空泡魚雷的關鍵是魚雷頭部設置了一個空泡發射結構，源源不斷的產生一種氣體外衣包裹魚雷彈體，讓魚雷彈體與水的接觸完全隔離，從而阻力大幅下降。在同樣的推力下，有“氣體外衣”的魚雷速度要比“裸奔”的魚雷快上好3~4倍。

同時因為這層外衣的阻隔或叫潤滑作用，魚雷快速運行過程中的噪音也大幅下降了，做到了出其不意，攻其不備。

因此各國一直都想把這種空泡技術應用到潛艇上個，提速降噪。然而潛艇不像魚雷，體積小，形狀規則，只需要一組空泡發生器結構。潛艇的超大體積需要很多組空泡發生器，每增加一組，都會產生牽一發動全身的問題，最終驗證的結果是必須大幅改變潛艇的外形結構才能實現潛艇的全身空泡。

而且傳統的空泡發生裝置是靠氣管輸送氣體或者通過化學反應產生氣體，這兩種方式都無法做到多組裝置的快速統一調節。如果不能做到氣泡統一調節，潛艇運行過程中就會向有氣泡的一側偏移，因為那個方向阻力小，導致的結果就是操控失靈。

但光纖激光技術只需要布置幾根線過來，再加一個末端發射器，體積小布置方便，想在潛艇哪個位置安裝就在哪個位置安裝，操控上更是有無與倫比的優勢，可以做到毫秒級反應，完美實現潛艇的超空泡技術。

試想一下，以后我國的潛艇跑得比他國潛艇的魚雷都快，這是什么概念，這種降維打擊會讓對方有多絕望？

潛艇推進技術，等離子體爆轟推進是未來賽道

目前已經投入實用的潛艇推進技術是大側斜螺旋槳和無軸泵推，正在大力研發的是等離子體爆轟推進和磁流體推進。它們各有千秋：

目前全球最先進的潛艇都采用的是七葉大側斜螺旋槳。之所以是7個，這是科學測量的結果，科學家測試過3葉到9葉螺旋槳，結果發現七葉螺旋槳是噪音最低，可靠性最高的。

螺旋槳推進又分為柴油、核能的長軸結構和電推動的短軸結構兩大類。電推動的短軸消除了長軸的機械運動，減少了大量噪聲，但無論多少葉的螺旋槳中間都有聯結結構——槳轂。螺旋槳運轉時，槳葉上產生的紊流會順著槳轂被水流推向尾流，產生渦流，從而產生噪音和增加額外的阻力，所以只要是螺旋槳，哪一種都不夠完美。

既然是因為槳轂存在而產生的弊端，那就取消它，于是無軸泵推技術出現。

無軸泵推技術是將葉片固定在另外一端上面，周圍是一套電機驅動系統，讓其旋轉。這種結構減少了高速流體經過時產生的氣泡與噪音，降噪的同時增推，難度在密封技術與效率轉化上。效率轉化的關鍵是電機功率，得益于我國是稀土大國，目前在無軸泵推技術上我國處在全球先進的行列。

無軸泵推技術還有一個好處是防止螺旋槳打到淺海泥沙或者纏繞水草，因為它的外圍一圈自帶保護套，說不明白直接上圖比較好理解。

目前盛行的另外一種前沿的驅動方式是磁流體推進。利用通電導體在磁場中的運動原理，將導體換成了海水，從上下兩端磁場中間通過。當海水導電時就因電磁反應產生流動，從而推動艦船或潛艇運動。。

磁流體推進的結構的優勢相當簡潔，沒有任何活動部件，噪音是所有技術方案中最低的，可維護性也是絕佳，但缺點是效率比較低，因為海水不像導線一樣“聽話”，難以掌控。

為了改變這一點，中國科學家把超導體搬到了磁流體推進上，性能有一定的提升了，但可維護性變得不好了！因為超導磁體需要在液氦的溫度下才能運行，這相當于需要在潛艇上增加一個存儲液氦的大容器，體積大了，運行成本自然高了，所以它是的實用化完全取決于超導材料技術的進步。

到目前為止，我國潛艇絕大多數使用的推進方式是大側斜螺旋槳，也有部分無軸泵推。“等離子體爆轟推進”以及“磁流體推進”尚處在研究中。我國目前在這兩項技術上均有突破，在全球處于第一梯隊，但距離實用還有一段時間和距離。