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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

　　美國國防高級研究計劃局(Darpa)的蘇珊·斯維森班克(Susan Swithenbank)表示：“如果你認為我正在拍攝《追捕紅色十月》，那么答案是肯定的?！?br /> 　　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”號的故事，該潛艇的推進(jìn)系統幾乎無(wú)聲，因此很難被發(fā)現。
　　現在，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)驅動(dòng)”的海洋推進(jìn)系統。
　　該系統被稱(chēng)為磁流體動(dòng)力（MHD）驅動(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)有螺旋槳或驅動(dòng)軸攪動(dòng)水，工作的 MHD 驅動(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十年來(lái)一直致力于 MHD 驅動(dòng)器的研究，最初的概念可以追溯到20世紀60年代。
　　1992年，日本船舶和海洋基金會(huì )建造Yamato-1，這是一艘測試 MHD 驅動(dòng)器的30m長(cháng)的船。
　　然而，驅動(dòng)力太重，大和1號只能以6.6節的速度緩慢行駛。也消耗了大量的能量。
　　但研究人員表示，該項目證明了這種驅動(dòng)器可以工作，并提供了有用的數據。
　　“關(guān)于缺陷和弱點(diǎn)的真實(shí)信息，以及我們未來(lái)實(shí)施大和二號時(shí)應該采取哪些措施，”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 )現已成為其中一部分。
　　大和項目表明，需要更強大的磁鐵，以及更堅固的電極——驅動(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)題現在很可能很容易解決。
　　聚變是為恒星提供能量的反應。但要在地球上實(shí)現這一目標，通常需要極其強大的磁鐵來(lái)容納燃燒的熱等離子體的漩渦云。
　　這些新型磁鐵產(chǎn)生的力相當于最深海溝底部壓力的兩倍。
　　雖然現在可以使用更強大的磁鐵，但第二個(gè)問(wèn)題，即如何保護電極，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Yamato-1上的電極質(zhì)量每年損失約3%。
　　美國海軍研究實(shí)驗室(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)一起參加美國國防部高級研究計劃局(Darpa)項目。
　　“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，因為金屬正在腐蝕，”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?！?br /> 　　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(zhù)這個(gè)問(wèn)題現在很可能可以解決。
　　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。
　　必須測試潛在的解決方案，包括燃料電池行業(yè)創(chuàng )建的氣體擴散電極。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?！斑@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團隊能夠克服這些問(wèn)題，優(yōu)勢將是巨大的。
　　由于沒(méi)有移動(dòng)部件，MHD 驅動(dòng)器比現有的推進(jìn)系統需要更少的維護。
　　“但每個(gè)人都對它感興趣的真正原因是，因為沒(méi)有移動(dòng)部件，所以它也安靜得多，”Swithenbank 女士說(shuō)?！昂翢o(wú)疑問(wèn)，對于國防來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)巨大的優(yōu)勢?！?br /> 　　一個(gè)安靜的系統，沒(méi)有危險的螺旋槳亂晃，對野生動(dòng)物來(lái)說(shuō)也可能更好。
　　該項目的工作將于明年春天正式開(kāi)始，計劃為期兩年，開(kāi)發(fā)材料（特別是電極材料），然后用18個(gè)月的時(shí)間設計、制造和測試驅動(dòng)器。
　　其目標是生產(chǎn)一種 MHD 驅動(dòng)器原型，既可以驅動(dòng)小型船舶，也可以擴大規模以驅動(dòng)集裝箱船或軍艦。
　　該驅動(dòng)器還必須證明其能源效率可以與現有螺旋槳系統相匹配。
　　“我認為這種技術(shù)會(huì )在未來(lái)五年內用于商業(yè)船舶嗎？不會(huì )。但未來(lái)絕對有可能，”Swithenbank 女士說(shuō)道。

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