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美國這項重大突破可解決能源短缺? 專家:商用路漫長 根本目的研究核武器

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美國這項重大突破可解決能源短缺? 專家:商用路漫長 根本目的研究核武器
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美國這項重大突破可解決能源短缺? 專家:商用路漫長 根本目的研究核武器

2022年12月15日 11:06 最後更新:11:17

美國國家點火裝置實現核聚變淨能量增益,有評論形容這一突破是「里程碑」,能幫助解決當前的全球能源短缺。不過,分析指出,離商用還很遙遠,其根本目的是研究核武器相關的物理問題,用以保持美國的核威懾力。

美國能源部宣布,國家點火裝置首次實現核聚變淨能量增益。AP圖片

美國能源部宣布,國家點火裝置首次實現核聚變淨能量增益。AP圖片

美國能源部13日宣布,美國勞倫斯▪利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的國家點火裝置取得了重大突破——首次實現了「能量淨增益」,即核聚變反應產生的能量超過輸入的能量。

美國國家點火裝置。AP圖片

美國國家點火裝置。AP圖片

什麼是「美國國家點火裝置」?簡單而言,它是世界上最大的鐳射裝置,造價高達35億美元,有3個足球場那麼大,可以動用近200台雷射器產生的高能鐳射集中轟擊一個微小的核聚變材料靶標,以啟動核聚變反應。國家點火裝置於1997年開工建造,即便經歷了2008年的經濟危機,美國政府也咬牙把這個「吞金大戶」堅持下來,並在2009年完工。

但美國政府如此重視國家點火裝置的根本原因是什麼?

美國國家點火裝置由美國能源部下屬管理核武器的國家核安全局負責運行,它的主要任務是實現能產生高能量的聚變反應,並為美國核武器儲備的維護提供指導。

換句話說,國家點火裝置的「本職工作」並非是為全人類發展清潔的核聚變能源,而是為美國核武庫服務的——它的最初設計目標就是為通過類比爆炸來測試核武器。

《紐約時報》報導稱,除了在能源領域,首次核聚變點火成功的成果還將體現在軍事方面,用以保持美國的核威懾力。本次鐳射核聚變點火成功意味著人類首次實現了在實驗室內點燃熱核燃料。在此次核聚變反應發生的瞬間,輸出的能量功率達30000萬億瓦,接近於一個核武器爆炸輸出的能量功率。由於美國自1992年便停止地下核子試驗,核聚變實驗將為美國核武器研究提供更多資料。

中國核子物理學家、工程院院士杜祥琬也明確指出:「美國此次開展的鐳射能可控核聚變,根本目的是研究核武器相關的物理問題。」

事實上,在美國宣布這次「重大突破」後,不少業內專家也注意到它對於美國發展新型核武器的重大意義——這可以幫助美國繞過因《全面禁止核子試驗條約》而停止的地下核子試驗,轉而以較小的規模進行核反應實驗,並從中收集資料。LLNL的武器物理和設計項目主任馬克•赫爾曼表示,該實驗本身就創造了非常極端的環境,更加接近於核武器爆炸。雖然核反應在十億分之一秒內就結束了,但這段時間足以為研究核武器的科學家提供重要資料。

另一方面,美國國家點火裝置實現重大突破,的確在科技上是很大成就,但要說能夠解決能源危機,就「講大咗」。

在12月5日的實驗中,美國國家點火裝置用192束高能鐳射,將2.05兆焦的鐳射聚焦到核聚變材料上,產生了3.15兆焦的能量,能量增益首次大於1,達到了「點火」標準。實現「能量淨增益」被視為證明商業核聚變電站可行的關鍵一步,國家點火裝置的這次成功就證明了這一點。

但它距離真正意義上的實用化核聚變,還有非常遠的路要走。

《紐約時報》分析指出,該鐳射點火裝置建造於幾十年前,設計用途是「基礎科學」實驗,而非發電。因此,它平均每週只能發射約10次,而一個鐳射核聚變發電廠必須做到每秒發射約10次,才能提供合理的電力輸出。

英國《金融時報》稱,雖然該實驗產生的能量比雷射器輸入的能量高,誕生光是雷射器運行就需要約300兆焦的能量,就整個系統而言,這次核聚變產生的能量仍微不足道。此外,從聚變熱能轉化為電力的過程中還會有能量損失,「因此可以說,國家點火設施的實驗結果是一項科學上的成功,但離提供可用的、充足的清潔能源還有很長一段路要走。」

業內通常認為,核聚變商業化前景更好的並非是國家點火裝置所代表的高功率鐳射作為驅動器的慣性約束核聚變,而是另一條技術路線——利用磁約束的托卡馬克裝置。其中位於法國南部的「國際熱核聚變實驗堆(ITER)」是可與美國國家點火裝置相提並論的超級可控核聚變實驗裝置。

中國的「東方超環」。

中國的「東方超環」。

值得一提的是,中國是這項計劃的重要參與國。此外中國還在合肥、成都建造有自己的托卡馬克裝置,承擔的就是開展獲取可控核聚變能源的實驗。例如中科院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所的EAST全超導托卡馬克裝置(「東方超環」)2021年成功實現1056秒的長脈衝高參數等離子體運行,成為世界上托卡馬克裝置實現的最長時間高溫等離子體運行,打破世界紀錄。

可見,在核聚變方面的研究並非美國一家獨大,中國在可控核聚變方面同樣走在世界前列。




止戈堂

** 博客文章文責自負,不代表本公司立場 **

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當地時間12月2日,美國空軍首次公開展示B-21「突襲者」(B-21 Raider)隱形轟炸機,揭幕儀式在諾斯羅普·格魯曼公司位於加利福尼亞州帕姆代爾的工廠舉行。

美國B-21「突襲者」隱形轟炸機高調亮相。AP圖片

美國B-21「突襲者」隱形轟炸機高調亮相。AP圖片

這是由諾斯羅普·格魯曼公司研製的美國新一代B-21「突襲者」轟炸機首次對外公開,這也是時隔30多年亮相的全新隱形轟炸機。

「這是美國式的威懾」——對於首次亮相的B-21「突襲者」隱形轟炸機,美國媒體在宣傳造勢上不遺餘力,甚至鼓吹它能「讓中俄重新考慮未來幾十年的戰爭」。

報導截圖。

報導截圖。

B-21的亮相儀式搞得非常隆重:不但多名五角大樓高級官員到場,現場還有美國空軍核威懾力量的「三駕馬車」B-52、B-1B和B-2轟炸機從上空飛過,另外現場展出了一架二戰中曾參與「杜立特突襲」轟炸東京的B-24中型轟炸機——B-21的命名也是向前輩致敬。

整個儀式的最高潮自然是B-21推出機庫的那一刻。美國防長奧斯汀表示,「女士們先生們,這是美國方式的威懾」,「杜立特突襲者的大膽精神激勵了幾代美國飛行員,因此美國空中力量的下一篇章以他們的名字命名是恰當的。」

美防長奧斯汀介紹 B-21 突襲者隱形轟炸機。AP圖片

美防長奧斯汀介紹 B-21 突襲者隱形轟炸機。AP圖片

B-21能被美國空軍寄予厚望,製造商諾斯羅普·格魯曼公司和美國空軍都將B-21稱為「飛機技術和發展的代際跨越」。諾斯羅普·格魯曼公司航空系統部門總監湯姆·瓊斯表示,B-21在隱形能力、開放系統架構的使用以及納入「全域聯合指揮和控制」(JADC2)技術以跨平台共享數據方面的進步,將使其成為「第六代系統中的第一個」。據稱,JADC2是美國國防部將傳感器跨越多個作戰域連接到武器發射平台的系統。

從諾斯羅普·格魯曼公司到美國空軍高層,都在極力宣傳B-21的隱形能力——美國防長奧斯汀稱,即使是世界上現役最先進的防空系統也很難探測到 B-21;參謀長聯席會議副主席格雷迪稱,B-21有助於確保美國有能力「戰勝」和「超越」對手並保持其「決定性優勢」;諾斯羅普·格魯曼公司首席執行官沃登稱,世界「從未見過像 B-21這樣的技術」。

無論美方這些說法是否有宣傳成分,但從現有信息而言,B-21的確凝聚了美國在隱形技術方面的最新技術成就。它所宣傳的「全頻譜隱形」,包括了主動雷達發射出的電磁信號,也包括了被動探測系統可能偵測到的電磁信號散逸,還包括了紅外和熱輻射信號等。如果真能完全做到這一點,對於現有的反隱形技術提出了全新的挑戰。

其次,B-21真正的優勢在於它是一個高度信息化和網絡化的多功能平台。與之前B-2單打獨鬥式深入對手縱深地帶實施攻擊的模式完全不一樣,B-21轟炸機本質上是美國近年來打造的分布式作戰體系的一部分,它可以收集打擊對像的信息並傳遞給友軍的飛機、衛星、雷達等,同時還具備強大的攻擊能力,摧毀受到嚴密保護的高價值目標——這才是美國空軍設想的未來空戰模式,更多依賴網絡化、大數據和人工智能等技術的發展。

美國空軍表示,B-21的尺寸比B-2略小,有效載荷也相應減少,但仍具備搭載GBU-57巨型鑽地彈的能力。同時B-21還可以執行核打擊任務,將獲得正在開發的B61核航彈和搭載核彈頭的「遠程防區外導彈」的認證。

《美國空軍》雜志透露稱,B-2的最大載荷為27.22噸,而B-21的最大載荷「大於13.6噸」。不過相比B-2,B-21的機身中部更為厚實,可能意味著它的內部彈艙仍足以攜帶美國空軍現役的重型炸彈。

B-21正面外形的最大改進體現在它的進氣道。相比B-2的兩側進氣道明顯隆起,B-21的進氣道非常扁平,這樣的設計不但減少了雷達反射面積,而且更好地實現翼身融合、減少阻力。美國「動力」網站則注意到,B-21的機身蒙皮接縫幾乎看不見,顯示它在復合材料和先進製造工藝方面的明顯進步,可以大幅減少維護工作。

就整體能力而言,外界普遍認為B-21是犧牲了外形尺寸、起飛重量、最大航程、載彈量等單機性能指標,換取更便宜的造價以提高產量(B-2只生產了21架,單價高達21億美元;而B-21預計產量在100架以上,單價7.53億美元),同時更強調降低維護費用。

在部分美國媒體看來,B-21會是美國軍隊擊敗中國和俄羅斯的關鍵,美軍將靠著這種具備良好隱身性能而數量龐大的機型,在可能的戰爭中充當「踹門者」的角色,穿透中國和俄羅斯嚴密的防空網,打擊美軍需要優先對付的重要目標。

然而,中俄不僅沒有絲毫畏懼,反而先做出了一個大動作。11月30日中俄空中力量進行了聯合戰略巡航,中俄雙方軍機組成聯合編隊,一同在東海和日本海上空進行戰備巡航。

中國空軍殲-16戰機與俄羅斯圖-95MS戰略轟炸機同框飛行。

中國空軍殲-16戰機與俄羅斯圖-95MS戰略轟炸機同框飛行。

在長達8個小時的聯合巡航期間,日本和韓國方面分別緊急出動戰機,在部分空域對中俄的聯合編隊進行伴飛,但日韓空中力量沒有和中俄編隊發生任何衝突。最終,在完成戰備巡航任務之後,中俄雙方戰略轟炸機首次以雙方掛載核武實彈的方式,相互降落在了對方機場上。其中俄羅斯的圖95戰略轟炸機降落在了浙江杭州的筧橋機場,而中國空軍的轟6K則降落在了俄遠東地區的某個軍用機場。

俄羅斯圖-95MS戰略轟炸機。

俄羅斯圖-95MS戰略轟炸機。

這是雙方首次實現轟炸機在對方領土降落,凸顯中俄兩國的戰略互信和軍事合作的加深。雖然中俄宣布此次行動是例行計劃的一部分,不針對第三方,但戰略轟炸機在對方領土上的降落,仍然是一個極具像征意義的行動。這不僅是因為戰略轟炸機降落後也需要對方的地勤人員提供專業維護和補給,此舉的意義也在於,如果中俄兩國能夠互相利用對方的機場來出動空中力量,那麼中俄的戰略轟炸機,實際上就能對全球任何一個地方進行打擊。

中國軍事專家指出,未來,為了應對B-21以及日益隱身化的空中威脅,中俄的防空力量都需要進一步的提升,需要配置更多的反隱形雷達,例如米波雷達、毫米波雷達和被動探測雷達等。但僅僅進行防御是不夠的,為了擁有能夠對美國也造成威懾的戰略轟炸機,也是為了應對在亞太地區作戰環境中可能需要打擊第二島鏈的任務,中國也需要自己的隱形戰略轟炸機,雖然美軍在B-21出現之後,繼續保持世界上唯一擁有隱形戰略轟炸機的記錄,美軍能夠一時逞兇。但可以預計的是,在不久的將來,隨著中國的轟-20和俄羅斯的PAK-DA隱形戰略轟炸機的出現,美國將失去在戰略轟炸機領域最大的優勢。

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