美国新一代潜艇推进系统进展飞快, 连高超声速导弹都追不上

据海军新闻网4月1日报道，美国海军首次在弗吉尼亚级潜艇上安装了一种新型推进装置——磁流体动力驱动器（MHD）。这有望使潜艇几乎无法被发现。

在经典电影《追捕红色十月》中，苏联大型台风级潜艇经过改装磁流体动力变得悄无声息。磁流体动力驱动是一种仅使用没有运动部件的电场和磁场来推进物体的方法，用磁流体动力加速导电推进剂（液体或气体），流体被引导到后方，物体向前加速。由于几乎没有运动部件，因此比现有的推进系统安静得多。

磁流体动力的研究始于1937年哈特曼对水银（导电流体）在磁场中的流动的研究，磁流体又称磁液或铁流体，由大量的磁性微纳米颗粒悬浮在水中或油中形成，是一种对磁场敏感的、可流动的、固液相混的胶状液体。磁流体常常以Fe、Ni、Co等作为磁性颗粒；以水、有机溶剂、油等作为基液；并通过油酸等作为活性剂，阻止磁性颗粒聚成一团。

磁流体内的颗粒尺寸非常小，只有3-15纳米，所以在没有外加磁场的情况下，受布朗运动的影响，它们始终能够保持悬浮而不聚沉。但只要磁场一出现，这些磁纳米颗粒就会拖拽着周围的液体，使它们向磁性强的一端移动，同时长出许多指向磁场方向的“尖刺”。由于具有液体的流动性和固体磁性材料的磁性，磁流体呈现出许多特殊的磁、光、电现象。这些现象在光调制、光开关、光隔离的传感器等领域有着重要的作用。利用磁流体特性的磁流体分选法也在固体废物的处理和利用中起着重要作用。

利用磁流体的特性发电发电效率还有望进一步提高到60%以上，而现在的普通的火力发电燃烧燃料释放的能量中只有20%变成了电能，这一对比够诱人了吧！据理论计算磁流体推进器（Magnetohydrodynamic Drive，MHD）其航速可达150节，而这是任何机械转动类推进器不可能实现的。

对于潜艇来说，磁流体动力还有一个最大地优势——安静！磁流体推进器依靠电力驱动，完全没有活动部件，从根本上消除了因机械转动而产生的振动和噪音，比泵喷推进器的效果更好，因此也被视为“理想的潜艇推进系统”。

自1960年代以来，学术界、商业界和军事研究人员一直在尝试实现一种新型的水下推进技术，该技术不涉及移动部件，没有螺旋桨、没有驱动轴、没有密封件，只有磁铁和电流，可以无声地推动舰船和潜艇。

尽管磁流体动力前景光明，但是该技术几十年以来一直被两个问题困扰，第一个挑战是无法产生足够强大的磁场来驱动高效泵。第二个是缺乏能够承受磁场、电流和盐水相互作用引起的腐蚀、水解和侵蚀的电极材料。

为了应对材料挑战，DARPA推出了水下磁流体动力泵原理(Principles of Undersea Magnetohydrodynamic Pumps，PUMP)项目，该项目旨在创造适用于具有重要军事意义的MHD驱动器的新型电极材料。该项目将组装和验证多物理场建模和仿真工具，包括用于小规模尺寸MHD设计的流体动力学、电化学和磁学。该项目的目标是确定电极材料系统并制作大规模尺寸的MHD驱动器原型。

超导磁体的磁流体推进器实物

解决磁流体推进器效率低的关键措施，就是提高推进器的磁通密度，产生更强的磁场。超导磁体能够产生更强磁场的主要原因是因为制作磁体的线圈材料是完全导电的，在线圈通电励磁后，电流毫无衰减地在其闭合的回路内流动，并获得稳定的“永久磁场”。由于磁场中没有磁饱和的限制，加之线圈没有电阻，也就不存在通过强大电流时产生的焦耳热损耗。因此，线圈的电流密度理论上可以做的极大，磁场就可以得到极强。

目前磁流体动力最成功的例子是1992年“Yamato-1”号，1992年，日本研制出世界上第一艘正式的全尺寸磁流体推进试验船“大和一号”，它采用由液氦冷却超导体驱动的磁流体动力驱动器（MHDD） ，第一次试验就实现了 15 公里/小时（8节）的速度行驶。在磁场为2T时船速达到5.3节，效率约为30%，使磁流体推进器步入“新时代”。（注：文中“T”为特斯拉，1节=1.852公里/小时）

DARPA国防科学办公室PUMP项目经理Susan Swithenbank曾经表示“在过去的几年里，核聚变工业在稀土氧化钡铜(REBCO)磁体方面取得了进展，这些磁体可以产生高达20特斯拉的大规模磁场，可能在磁流体动力驱动中产生90%的效率，这是值得追求的。既然高磁场产生的玻璃天花板已经被打破，PUMP旨在实现突破以解决电极材料的挑战。”这也就意味着老美很可能解决了磁流体的材料问题。

据他的介绍PUMP将采用不同的方法来减少水解和侵蚀的影响。电流、磁场和盐水相互作用时的一个主要问题是电极表面上气泡的形成。气泡会降低效率，并可能使电极表面塌陷和腐蚀。

“弗吉尼亚”级攻击核潜艇“蒙大拿”号

美帝在这个项目上的动作是很快的，和其他拖沓的海军项目完全不是一个纪元，去年五月首次被披露，经过立项招标后，不到一年就拿核潜艇开膛破肚进行验证，这效率让其他单位看了汗颜！

作为美利坚“三位一体”重要基石的潜艇力量可以说优先级甚至还在航母前面，美国为核潜艇配备磁流体推进器，是五角大楼追求水下舰队绝对技术优势的典型标志，美国在冷战末期研制的“海狼”级攻击核潜艇意图在大洋深处对抗当时苏联现有与未来核潜艇，为此不惜代价地强化其水下性能，堆砌了当时所有的减噪措施，为了容纳噪音等级更低的自然循环压水反应堆，还将其艇体直径增加到13米，最终“海狼”级的整体性能远超前一代“洛杉矶”级攻击核潜艇，尤其是前者的噪音水平仅有90-100分贝，号称“以25节航行时产生的噪音比停靠在码头的‘洛杉矶’级还要低”。

海狼级康涅狄格号

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但是狂拽酷炫吊炸天的“海狼”只建造了三艘，随着红色帝国的轰然倒塌，美海军在“由海向陆”思想的引领下果断就吞金巨兽拉下了马，整了个“经济适用型”，即性能较差但更便宜、偏重濒海多用途作战的的弗吉尼亚级核潜艇， 为了节省建造费用，后者的艇体直径减少到11米，排水量降低到7700吨，远小于“海狼”级的9100吨，其反潜作战的主要性能指标也都多有倒退。在整体设计上，弗吉尼亚级更倾向于对地攻击和特种作战，大国海战嘛，反正老美海军前二十年都在摸鱼，也不差这一个！

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进入新时期，海军还想摸鱼摆烂明显不可能，在此背景下，美国海军还在加速研制新一代攻击核潜艇。《海军新闻》介绍称，SSN（X）型攻击核潜艇的设计思路将回到争夺大洋控制权，恢复“海狼”级攻击核潜艇的13米大直径艇体，突出高航速、大潜深、低噪音和多武器载荷的特点，并将配备高超音速导弹。预计这种攻击核潜艇将在21世纪30年代中期开始服役。

美国高超声速武器项目转变风向，piao到挂壁的主管送出致命一击

按照这个时间表，老美下一代潜艇工程必须在近几年内解决新一代推进系统和高超声速导弹两个“痛点”，推进系统已经上了板，那么高超呢？

美海军于2019年就启动了CPS计划-常规快速打击系统，美国海军战略系统项目主任约翰尼·沃尔夫中将最近在国会接受质询时透露，美国海军计划在印第安纳州克莱恩的海军水面作战中心专门为潜射高超音速导弹建造配套的测试设施。该设施旨在推进高超音速导弹的水下试验，“这是将高超音速导弹集成到下一代核潜艇中的重要一步”。

现在海军和陆军的高超项目是绑在一起的，两家通力合作整出了一个“暗鹰”项目，按照美军的计划，“暗鹰”本应在2023年完成试射，进而快速部署到位，可相关日程表一推再推，全面实弹发射实验始终没能进行。而且这款高超音速导弹的单价竟然达到了4100万美元，比美国海军的三叉戟IID5潜射核导弹的单价还要高出1000万美元。2023年美国曾前后计划三次进行导弹试射，但试射每次都在开始之前被取消，美国陆军则拒绝对此事做出正面回应。美媒在去年12月发布了报道，称暗鹰系统发射装置存在明显问题，美国用了一年时间都没解决这个问题，近几天才宣布将进行新的测试，所以暗鹰到底什么时候才能够形成战斗力，美国自己也不清楚。

暗鹰

美军现有的高超音速导弹就没有一个进展顺利的，唯一成功试射过的AGM-183A空射高超音速导弹也已经下马了。美国国会研究服务处(CRS)最近的一份报告称，“陆军正在与海军密切合作开发LRHW（远程高超声速武器）”。“LRHW由通用高超声速滑翔体(C-HGB)和海军34.5英寸助推器组成。”美国预计在2025年左右，把高超音速导弹部署在朱姆沃尔特级驱逐舰上。在2030年后，要把高超音速导弹直接列装在弗吉尼亚级核潜艇平台上。

超静音的核潜艇搭配高超声速导弹，看起来简直就是绝配，但是目前陆上试验都没搞定，上海上平台鬼知道要等到什么时候去，有专家分析，美国在高超项目上接连吃瘪可能是因为其无法把控弹体在高速飞行中造成的高温烧蚀和黑障状态下的信号控制问题，现在终于想起来建一个实验场地，赶不赶得上潜艇的进度就看哪个部门更拉胯了，按照美帝的传统，穷啥不能穷潜艇，航母工期都能拖到天荒地老，但水下杀手很少跳票，所以老美的新潜艇继续装一段时间的“战斧”讨活估计是大概率的事！