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美軍重拾隱形海上力量的想法

發(fā)布時間： 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。”
　　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，該潛艇的推進系統(tǒng)幾乎無聲，因此很難被發(fā)現(xiàn)。
　　現(xiàn)在，電影上映30年后，Darpa正在研究一種類似于電影中描述的“毛蟲驅(qū)動”的海洋推進系統(tǒng)。
　　該系統(tǒng)被稱為磁流體動力（MHD）驅(qū)動器，根本沒有移動部件——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。這就產(chǎn)生了一種稱為洛倫茲力的力，它作用于海水并推動船只前進。
　　　

　　沒有螺旋槳或驅(qū)動軸攪動水，工作的 MHD 驅(qū)動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(shù)十年來一直致力于 MHD 驅(qū)動器的研究，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建造Yamato-1，這是一艘測試 MHD 驅(qū)動器的30m長的船。
　　然而，驅(qū)動力太重，大和1號只能以6.6節(jié)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(qū)動器可以工作，并提供了有用的數(shù)據(jù)。
　　“關于缺陷和弱點的真實信息，以及我們未來實施大和二號時應該采取哪些措施，”海洋政策研究所客座研究員北川博光說道。海洋基金會現(xiàn)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(qū)動器中與水接觸的部分。
　　Swithenbank女士表示，利用核聚變工業(yè)開發(fā)的新一代磁鐵，第一個問題現(xiàn)在很可能很容易解決。
　　聚變是為恒星提供能量的反應。但要在地球上實現(xiàn)這一目標，通常需要極其強大的磁鐵來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(xiàn)在可以使用更強大的磁鐵，但第二個問題，即如何保護電極，仍然需要解決。
　　金屬放入海水中時會腐蝕，電流會加速該過程。某些類型的磁場具有相同的腐蝕作用。
　　人們發(fā)現(xiàn)Yamato-1上的電極質(zhì)量每年損失約3%。
　　美國海軍研究實驗室(NRL)的研究化學家杰弗里·朗(Jeffrey Long)是一名電池專家，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)將回形針放入一杯連接有9伏電池的鹽水中，你會注意到水會變色，因為金屬正在腐蝕，”他說。
　　“本質(zhì)上，我們希望電極不會腐蝕，同時仍然支持有效操作所需的高電流密度。”
　　然而，近年來燃料電池和電池行業(yè)涂層的改進意味著這個問題現(xiàn)在很可能可以解決。
　　雖然這些都是重要的進步，但其他問題仍然存在。
　　電流穿過海水會破壞氫氧鍵，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。其他技術可以在氣泡形成之前將其清除。
　　最后，還有腐蝕問題，軸向柱塞泵破裂的氣泡會產(chǎn)生點蝕。“這就像在電極上鋪上砂紙一樣，”Swithenbank 女士說。不過，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題，優(yōu)勢將是巨大的。
　　由于沒有移動部件，MHD 驅(qū)動器比現(xiàn)有的推進系統(tǒng)需要更少的維護。
　　“但每個人都對它感興趣的真正原因是，因為沒有移動部件，所以它也安靜得多，”Swithenbank 女士說。“毫無疑問，對于國防來說，這是一個巨大的優(yōu)勢。”
　　一個安靜的系統(tǒng)，沒有危險的螺旋槳亂晃，對野生動物來說也可能更好。
　　該項目的工作將于明年春天正式開始，計劃為期兩年，開發(fā)材料（特別是電極材料），然后用18個月的時間設計、制造和測試驅(qū)動器。
　　其目標是生產(chǎn)一種 MHD 驅(qū)動器原型，既可以驅(qū)動小型船舶，也可以擴大規(guī)模以驅(qū)動集裝箱船或軍艦。
　　該驅(qū)動器還必須證明其能源效率可以與現(xiàn)有螺旋槳系統(tǒng)相匹配。
　　“我認為這種技術會在未來五年內(nèi)用于商業(yè)船舶嗎？不會。但未來絕對有可能，”Swithenbank 女士說道。

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