磁流体推进器，如何让潜艇完全静音

现代潜艇，总是在想方设法的隐身，但它们还是有一个硬伤，那就是螺旋桨。

尽管在把叶片变多、转速变慢、造型也越变越扭曲之后，是带来了更好的静音效果。但是，只要是有这个运动的部件，它就会发声，不管发声是大是小，只要我们调整好声纳的灵敏度和精确度，就能把它给找出来。

哎呀，你说怎么办才好呢？要说脑洞大，还得是小说家。 在汤姆·克兰西的处女作《猎杀红色十月》中，他描写了一艘叛变的苏联潜艇所配备的一种新型的静音推进系统。这种系统，形似一系列的涵道风扇，有点像现代水上摩托艇上的涵道螺旋桨一样，但是，其中却并没有螺旋桨，也没有任何其他可移动的部件。取而代之的是——磁铁，固定的磁铁——它依靠磁场和电场的作用，直接推动海水来获得动力。在书中，它的名字叫做“履带推进器”，让人感觉是一个完全幻想出来的装置，但其实，它是真实存在的，并且极有希望在不远的的将来，真正装到潜艇上。它的名字叫做——磁流体推进器。今天，我们就来了解一下它。

我先简述一下它的工作原理，没时间往下看的你只需要记住下面这两段话就可以了——磁流体推进器，简称MHD，基于的是磁流体力学原理，它主要利用电磁场与导电流体，如海水或等离子体的相互作用来产生推力。在该系统中，强磁场与电流相互作用，产生洛伦兹力，推动流体向特定方向运动，从而产生反作用力，推动载体前进，完全不需要任何的机械运动部件参与。

接着，我们再展开一下。都知道海水里面是有盐的，当你在盐水中放入正极和负极板时，会产生电场。盐水中的盐会产生正离子和负离子——这些离子都受到电场的影响。在我现在给你看到的图示中，负离子会向右移动，正离子会向左移动。但离子的运动本身并不会产生推进力。要产生推进力，你还需要一个磁场。正如图中所示，磁铁的北极指向下方，这会产生一个主要指向下方的磁场，如红色箭头所示。现在，我们来探讨有趣的物理部分。如果你在磁场中移动一个带电粒子，这个粒子会受到一个力——这个力的大小取决于磁场的强度、电荷的大小和粒子的速度。这个力可以用以下方程表示：

方程中的q表示电荷的大小，v表示粒子的运动速度，B表示磁场的强度，最后得出来的，FB等于qv叉积B，就是该磁流体系统的推力大小了。你注意到了，那个中间的乘号我并没有读作乘以而是读作叉积，因为你看，F、v和B上都是有箭头的对吗？这代表这几个物理量都是既有大小又有方向的矢量。矢量之间的组合用叉积，标量，就是没有方向的物理量之间的组合才会用乘法。叉积运算符将两个矢量组合并生成另一个矢量。生成的矢量的大小和方向取决于起始矢量的大小和方向。但在这个方程中，重要的是结果矢量与两个初始矢量三者之间都相互垂直。这就意味着，你必须在三维空间中理解这个问题。总之，矢量F总是垂直于qv和B，如果你想再确定一下这个结论的话，你需要使用“右手法则”，当然，需要在你还没有把它还给老师之前。

回到磁流体推进系统。你可能会注意到一个问题——水中的一些离子向左移动，比如正电荷。而一些离子向右移动，比如负电荷。然而，正负离子都会被推向同一个方向，即屏幕外的方向。如果此时它正好是一艘潜艇的推进器的话，那么这艘潜艇将会悄无声息的往屏幕里面前进了。

噪音低、无机械磨损，你就说它怎么可能不是潜艇梦寐以求的推进装置呢。以至于，凭空捏造也要给它造一个出来。

你可以去搜搜看网上有没有这样的一些报道，说美国海军正在对其“弗吉尼亚”级攻击核潜艇“蒙大拿”号改装，以测试一款“ 划时代的磁流体推进器”，使其成为“史上最安静的核潜艇”。搞得所有人都以为，带有磁流体推进器的潜艇就快推出了。我的天，那电影当中那个可以突然消失的潜艇，真的就快成为现实了，有点恐怖哦。结果吧，是有点愚蠢。因为此消息的来源，全都集中在一个出处，一篇发布在《海军新闻》网站上的文章。而你再仔细看一下这篇文章的发布日期——2024年4月1日。懂了吧，愚人节呀。就连他们自己都用黑体字做了标注，但还是有很多网站和媒体不假思索的转载。我曾经跟大家说过什么，网上的内容，你看看就行了，别全信好不好。

当然，我相信磁流体推进器终有一天会装上潜艇、船舶，甚至是宇宙飞船上的——NASA正在研究一种全新的磁流体动力电解池，它可以在微重力条件下提取并分离水中的氧气和氢气，同样无需移动部件，因此就省去了需要强制水循环的相关设备，如泵或离心机等，让整体减重高达50%，可靠性则远大于原本的系统。只是就目前来说，这项开始于20世纪中叶的研究，还在受困于高能耗、材料耐久性等问题，无法实现大规模的商业化应用。那咱们，拭目以待呗。