超高速静音潜艇成真! 中国突破前沿动力技术，等离子体爆轰推进

国内顶尖的学术期刊《光学学报》刊登了一篇英译版的原版论文《水下光纤纳秒激光推进的短微腔结构性能研究》，点名中国已经完成了潜艇的等离子体爆轰推进技术论证，在业内引发轰动。

这种技术的全称是“水下光纤激光诱导等离子体爆轰波推进”，原理是利用光纤将一定波长的超高功率激光传导到推进位置，这种波长的激光不会反射出水面，光线只会在水中不断折射，确保激光能量不会丢失。高能激光束能在极短的时间内将水气化并等离子化，水从液态到气态再到等离子态的过程中体积会急剧膨胀，从而在瞬间产生巨大的推力！

科学家经过测试，仅需2兆瓦的激光功率下，就能产生高达70000牛顿的推力，足够推动潜艇高速前进。

《光学学报》以光学科研为主，能在上面发表的论述，有是具有可靠数据的实验报道，有科学依据的技术应用和阶段性科研成果的实验报告。几乎可以肯定，这一切是真的，有科学依据的。

香港的《南华早报》也称，中国科学家已经实现了一种利用“等离子体爆轰推进”的潜艇推进技术，能让潜艇在超高速航行的同时实现超静音状态。

要知道，噪声是一艘潜艇上的最高机密，几十年来我们没有任何可借鉴的消音技术，研发只能是自己摸索，受限于我国低下的制造水平，导致我国潜艇发展在很长一段时间内极其缓慢，极易被其他国家的声呐系统发现。

以至于上世纪90年代曾被美国媒体嘲讽：“中国潜艇从西太平洋下海，一出港口便可以听到声响”。

潜艇的噪音主要来自于潜艇内部的机械运转和螺旋桨，我国“等离子体爆轰推进”技术的突破，将螺旋桨这块最大噪音产生体的噪音直接归零。这不仅宣告美国人的夸张形容一去不复返，并且还实现了弯道超车，做到遥遥领先！

什么是等离子体爆轰推进，我国怎么就成了第一个用到潜艇上的呢？

科学家很早就发现利用激光能够让气体产生等离子体，于是提出了“等离子体爆轰推进”这种技术，瞄准航空航天器上的动力装置进行开发。

2000年代初，一名日本科学家发现通过控制激光波长，也能让激光在水中产生等离子体，于是提出了舰船利用等离子体膨胀形成的爆轰波进行推进的理念。

然而日本科学家在实验的过程中发现，虽然利用这种技术产生的推力效率不错，但有一个非常严重的问题，当等离子体破裂形成爆轰波时，产生的推力向各个方向的传导是相等的，也就是说不会产生任何推力。

为什么说这样不会产生任何推力，我举个例子大家就明白了。这就好比四个人站在四个方向以相同的力推你，你会发生位移吗？不会的，这只会形成一种动态的平衡，所以这种划时代的推进系统被认为没有可行性，弃之一边。

后来有科学家寻求通过结构改进，让“爆破”的力量只往一个方向传递。他们在半封闭空间中加入小球，将力量往一个方向传递，原理犹如汽车发动机的曲柄连杆机构将上下运动转变为旋转一般。

然而这种结构尽管解决了推力反向的问题，但在密闭空间内损耗极大，产生的推力极低，一瓦激光功率只产生百万分之一牛顿的推力，这个推力甚至比空间推进器的离子推进引擎都要低。

空间站或卫星使用的离子推进引擎顶多只能推动一张A4的纸，在真空中还行，但在水中，这种推力完全没有任何实际应用的价值。如此炸裂的推进器，居然无法使用。

在其他国家科学家放弃之际，我国科学家却没有放弃，因为差距太大，只要哪怕有那么一点机会，我们都不会放弃。

1954年我国第一次从苏联那里获得两艘中型旧式潜艇，同一时刻美国第一代鹦鹉螺号核潜艇下水。我国连常规潜艇都未搞明白的情况下，别人已经在玩全球巡航了。这种情况如同后来的汽车产业，我们在追对方也在跑，在燃油机上我们没有追上对方的可能，必须依靠弯道超车。

中国科学家通过不断努力和尝试，创造性的在光纤尾部设计了一个U型结构。这种结构可以对等离子体爆开的时间与产生推力的方向进行精确控制，利用诸如“爆冲”和“冲击波能够叠加”的原理，将激光产生等离子爆破的推力效率提高了4个数量级，也就是此前推力的10000倍，完美解决了这个一直困扰业界的难题，从而让这种划时代的推进器进入实用阶段。

这种U型高精度结构的原理简单，但设计非常复杂，实施起来非常难，牵一发而动全身，目前只有中国掌握，自然是处于保密状态，不便多言。

我国科学家之所以“死磕”这一领域，除了静音的原因，还有一点是功率。们先来看一组论文中给出的数据：2兆瓦的激光功率下能产生70000牛顿的推力，用推力除以功率，我们可以得出“等离子体爆轰推进”技术的每千瓦功率推力比是0.035，而常规潜艇的功率推力比大约为0.0125。

非常直观的数据，可以简单理解为用激光推进比用同样功率下的螺旋桨推进效率要高2.8倍！

但这只是一个理论数据，实际过程中激光做功到转换为推力，这中间还有一个转换系数，最开始这个转换系数我国只能做到30%，这一来一回的折扣，差不多刚好折回了船用螺旋桨的比例！

乍一看30%这个系数不高，但它的这个起点已经是螺旋桨的终点，而且系数低说明提升空间大，大有可为，经过科学家的改良，我国的光纤激光器的效率已经能达到60%左右。

也就是在相同船用功率的条件下，使用光纤激光推进的推力是螺旋桨的2倍左右，速度能增加大约26%左右。

为什么推力增加两倍，速度的提升不是两倍呢？这里要给大家说明一点，水作为载体和在陆地上行驶是完全的两回事。在水里，推力成倍增加并不表示速度会成倍增加，，一般经验计算是速度增加一倍，功率需要需要增加到8倍，也就是说从15千米/小时到30千米/小时，需要的功率将是原来的8倍。

这样的速度提升太不划算了，这就好比你花了做五星级酒店的钱，入住的却是青年旅馆一样，这可不是我们想得到的。

科学家发现使用等离子体爆轰推进的过程中，会出现一种意想不到的效果——气泡。水在激光的加持下，发生气化和等离子化时会产生大量的空泡，这个时候你会想到什么？

没错，就是俄罗斯首创的“暴风”超空泡鱼雷，最高速度可达200节（370千米/小时），常规的鱼雷的3~4倍。

超空泡鱼雷的关键是鱼雷头部设置了一个空泡发射结构，源源不断的产生一种气体外衣包裹鱼雷弹体，让鱼雷弹体与水的接触完全隔离，从而阻力大幅下降。在同样的推力下，有“气体外衣”的鱼雷速度要比“裸奔”的鱼雷快上好3~4倍。

同时因为这层外衣的阻隔或叫润滑作用，鱼雷快速运行过程中的噪音也大幅下降了，做到了出其不意，攻其不备。

因此各国一直都想把这种空泡技术应用到潜艇上个，提速降噪。然而潜艇不像鱼雷，体积小，形状规则，只需要一组空泡发生器结构。潜艇的超大体积需要很多组空泡发生器，每增加一组，都会产生牵一发动全身的问题，最终验证的结果是必须大幅改变潜艇的外形结构才能实现潜艇的全身空泡。

而且传统的空泡发生装置是靠气管输送气体或者通过化学反应产生气体，这两种方式都无法做到多组装置的快速统一调节。如果不能做到气泡统一调节，潜艇运行过程中就会向有气泡的一侧偏移，因为那个方向阻力小，导致的结果就是操控失灵。

但光纤激光技术只需要布置几根线过来，再加一个末端发射器，体积小布置方便，想在潜艇哪个位置安装就在哪个位置安装，操控上更是有无与伦比的优势，可以做到毫秒级反应，完美实现潜艇的超空泡技术。

试想一下，以后我国的潜艇跑得比他国潜艇的鱼雷都快，这是什么概念，这种降维打击会让对方有多绝望？

潜艇推进技术，等离子体爆轰推进是未来赛道

目前已经投入实用的潜艇推进技术是大侧斜螺旋桨和无轴泵推，正在大力研发的是等离子体爆轰推进和磁流体推进。它们各有千秋：

目前全球最先进的潜艇都采用的是七叶大侧斜螺旋桨。之所以是7个，这是科学测量的结果，科学家测试过3叶到9叶螺旋桨，结果发现七叶螺旋桨是噪音最低，可靠性最高的。

螺旋桨推进又分为柴油、核能的长轴结构和电推动的短轴结构两大类。电推动的短轴消除了长轴的机械运动，减少了大量噪声，但无论多少叶的螺旋桨中间都有联结结构——桨毂。螺旋桨运转时，桨叶上产生的紊流会顺着桨毂被水流推向尾流，产生涡流，从而产生噪音和增加额外的阻力，所以只要是螺旋桨，哪一种都不够完美。

既然是因为桨毂存在而产生的弊端，那就取消它，于是无轴泵推技术出现。

无轴泵推技术是将叶片固定在另外一端上面，周围是一套电机驱动系统，让其旋转。这种结构减少了高速流体经过时产生的气泡与噪音，降噪的同时增推，难度在密封技术与效率转化上。效率转化的关键是电机功率，得益于我国是稀土大国，目前在无轴泵推技术上我国处在全球先进的行列。

无轴泵推技术还有一个好处是防止螺旋桨打到浅海泥沙或者缠绕水草，因为它的外围一圈自带保护套，说不明白直接上图比较好理解。

目前盛行的另外一种前沿的驱动方式是磁流体推进。利用通电导体在磁场中的运动原理，将导体换成了海水，从上下两端磁场中间通过。当海水导电时就因电磁反应产生流动，从而推动舰船或潜艇运动。。

磁流体推进的结构的优势相当简洁，没有任何活动部件，噪音是所有技术方案中最低的，可维护性也是绝佳，但缺点是效率比较低，因为海水不像导线一样“听话”，难以掌控。

为了改变这一点，中国科学家把超导体搬到了磁流体推进上，性能有一定的提升了，但可维护性变得不好了！因为超导磁体需要在液氦的温度下才能运行，这相当于需要在潜艇上增加一个存储液氦的大容器，体积大了，运行成本自然高了，所以它是的实用化完全取决于超导材料技术的进步。

到目前为止，我国潜艇绝大多数使用的推进方式是大侧斜螺旋桨，也有部分无轴泵推。“等离子体爆轰推进”以及“磁流体推进”尚处在研究中。我国目前在这两项技术上均有突破，在全球处于第一梯队，但距离实用还有一段时间和距离。