1990年 ， 日 本 三 菱 重 工 建 造 的 一 艘 30米 長 ， 排 水 量 僅 有 150噸 的 小 船 在 神 戶 船 廠 舉 行 了 隆 重 的 下 水 儀 式 。 這 艘 名 為 “ 大 和 1號 ” 的 小 船 是 世 界 上 第 一 艘 利 用 超 導 磁 流 體 動 力 推 進 裝 置 的 水 面 試 驗 船 。 它 的 設 計 、 建 造 和 試 驗 情 況 一 直 受 到 各 國 海 軍 、 船 舶 科 研 人 員 和 船 舶 工 業 界 的 密 切 關 注 。 原 因 是 這 種 動 力 裝 置 一 旦 用 於 潛 艇 ， 將 會 對 未 來 潛 艇 的 設 計 和 作 戰 產 生 極 其 巨 大 的 影 響 。

基 本 原 理

磁 流 體 推 進 裝 置 的 工 作 原 理 簡 單 地 說 就 是 利 用 電 磁 線 圈 作 用 於 海 水 形 成 噴 射 推 進 。 當 海 水 流 過 推 進 器 時 ， 被 正 負 電 極 所 電 離 。 而 強 有 力 的 磁 場 對 帶 電 荷 的 海 水 產 生 洛 倫 茲 力 ， 使 海 水 加 速 從 導 管 尾 部 噴 出 ， 其 反 作 用 力 就 推 動 了 艦 艇 前 進 。 從 理 論 上 講 ， 磁 流 體 推 進 裝 置 可 以 做 到 寂 靜 無 聲 ， 這 對 致 力 於 提 高 隱 身 性 能 的 潛 艇 來 說 ， 無 疑 具 有 極 大 的 吸 引 力 。 根 據 產 生 磁 場 的 不 同 方 式 ， 可 以 把 磁 流 體 推 進 裝 置 分 為 交 流 磁 場 方 式 和 直 流 磁 場 方 式 ， 直 流 磁 場 方 式 由 於 推 進 效 率 高 ， 受 到 人 們 的 青 睞 。 根 據 磁 場 范 圍 的 不 同 又 可 分 為 在 船 外 形 成 磁 場 的 外 部 磁 場 方 式 和 在 船 內 管 道 中 形 成 磁 場 的 內 部 磁 場 方 式 。

發 展 歷 程
美 國 是 最 早 開 展 電 磁 推 進 研 究 的 國 家 ， 早 在 1961年 ， 美 國 的 賴 斯 就 獲 得 了 電 磁 推 進 的 專 利 。 1968年 ， 美 國 加 州 大 學 的 斯 圖 爾 特 · 韋 意 博 士 制 成 了 雙 圓 筒 形 的 常 規 磁 流 體 動 力 裝 置 ， 還 研 制 了 世 界 上 第 一 艘 模 型 試 驗 船 FMS-1， 並 在 聖 芭 芭 拉 城 的 試 驗 水 池 中 成 功 地 進 行 了 航 行 試 驗 。 試 驗 結 果 表 明 ： 使 用 普 通 線 圈 產 生 磁 場 的 磁 通 量 太 小 ， 要 形 成 足 夠 的 推 力 ， 線 圈 或 磁 鐵 的 重 量 就 很 大 。 因 此 電 磁 推 進 的 關 鍵 在 於 產 生 高 磁 場 密 度 ， 而 這 種 高 磁 場 密 度 是 無 法 從 普 通 線 圈 獲 得 的 。 此 後 在 縮 小 磁 流 體 動 力 系 統 體 積 ， 提 高 功 率 以 達 到 實 用 化 方 面 的 研 究 一 直 進 展 緩 慢 。 直 到 70年 代 ， 由 於 超 導 研 究 取 得 很 大 的 進 展 ， 較 高 溫 超 導 材 料 的 出 現 才 給 磁 流 體 動 力 推 進 帶 來 了 光 明 的 前 景 。 使 用 超 導 線 圈 作 為 磁 流 體 動 力 推 進 裝 置 的 電 磁 線 圈 時 ， 只 要 保 持 超 導 狀 態 ， 線 圈 充 電 後 ， 電 流 就 在 線 圈 中 無 損 耗 地 循 環 流 動 ， 轉 化 效 率 高 ， 能 夠 形 成 幾 乎 是 恆 定 的 強 磁 場 。 超 導 磁 流 體 推 進 系 統 是 一 項 極 具 研 究 價 值 而 又 高 風 險 的 高 科 技 項 目 。 目 前 ， 從 事 這 方 面 研 究 的 只 有 少 數 先 進 國 家 ， 居 領 先 地 位 的 是 日 本 。 70年 代 超 導 技 術 的 研 究 剛 剛 開 始 走 上 實 用 化 的 道 路 ， 日 本 神 戶 商 船 大 學 和 日 本 川 崎 重 工 技 術 研 究 室 就 於 1976年 建 造 了 電 磁 推 進 船 模 SE MD－ 1， 船 模 上 裝 有 小 型 超 導 線 圈 。 船 模 試 驗 證 明 了 超 導 強 磁 場 在 電 磁 推 進 中 的 有 效 性 。 1979年 日 本 又 建 造 了 試 驗 性 超 導 電 磁 推 進 船 模 ST-500， 通 過 船 模 試 驗 積 累 了 大 量 的 試 驗 數 據 。 1985年 6月 ， 日 本 造 船 振 興 財 團 成 立 了 “ 超 導 電 磁 推 進 船 開 發 研 究 委 員 會 ” ， 由 日 本 造 船 工 業 基 金 會 資 助 4 000萬 美 元 ， 着 手 建 造 世 界 上 第 一 艘 超 導 試 驗 船 “ 大 和 1號 ” 。 1990年 該 船 下 水 並 進 行 了 海 試 ， 其 磁 通 量 為 4斯 特 拉 ， 航 速 為 8節 。 由 於 “ 大 和 1號 ” 的 推 進 效 率 和 速 度 等 方 面 還 不 盡 如 人 意 ， 日 本 造 船 振 興 財 團 已 着 手 研 制 “ 大 和 2號 ” ， 目 標 是 20節 航 速 ， 推 進 效 率 比 “ 大 和 1號 ” 提 高 5%～ 10%， 使 用 液 氮 溫 度 下 工 作 的 高 溫 超 導 磁 體 。 另 外 在 1990年 ， 日 本 運 輸 相 田 耕 平 原 宣 布 政 府 撥 款 430萬 美 元 開 發 一 種 用 於 集 裝 箱 船 的 超 導 磁 流 體 動 力 裝 置 。 日 本 的 神 戶 商 船 大 學 還 和 芬 蘭 的 維 西 亞 公 司 合 作 ， 以 德 國 排 水 量 為 1 070噸 的 “ 波 利 亞 捷 ” 號 科 學 研 究 破 冰 船 為 藍 本 ， 研 究 ST-400B大 型 電 磁 推 進 破 冰 船 。 美 國 直 到 90年 代 才 開 始 加 強 超 導 磁 流 體 推 進 的 研 究 工 作 。 目 前 由 國 防 高 級 研 究 計 劃 局 出 資 ， 阿 爾 貢 國 家 實 驗 室 和 阿 維 科 研 究 室 正 在 研 究 一 個 復 合 式 磁 流 體 推 進 裝 置 ， 目 的 是 在 一 個 遙 控 潛 水 器 上 進 行 磁 流 體 推 進 驗 證 ， 研 究 在 海 上 真 實 環 境 中 磁 流 體 推 進 裝 置 的 聲 學 、 磁 場 特 征 和 產 生 氫 氣 的 氣 泡 現 象 。 除 此 ， 阿 爾 貢 國 家 實 驗 室 還 在 對 一 個 磁 通 量 為 6斯 特 拉 的 超 導 線 圈 進 行 改 造 ， 該 線 圈 原 用 於 研 究 新 能 源 ， 重 達 172噸 。 俄 羅 斯 在 開 發 超 導 磁 流 體 推 進 裝 置 方 面 也 已 經 工 作 多 年 。 國 外 有 很 多 資 料 認 為 俄 羅 斯 已 經 擁 有 了 這 項 尖 端 技 術 。

突 出 優 點
初 步 研 究 表 明 ， 與 目 前 的 柴 電 潛 艇 和 核 潛 艇 上 的 動 力 推 進 裝 置 相 比 ， 使 用 超 導 磁 流 體 推 進 裝 置 優 點 十 分 明 顯 ， 主 要 有 以 下 幾 點 ： (1)可 極 大 地 提 高 潛 艇 的 安 靜 性 。 這 是 研 制 超 導 磁 流 體 推 進 裝 置 的 最 主 要 的 原 因 。 潛 艇 上 的 噪 聲 來 源 主 要 有 機 械 噪 聲 、 螺 旋 槳 噪 聲 和 水 動 力 噪 聲 。 由 於 取 消 了 螺 旋 槳 ， 則 螺 旋 槳 噪 聲 不 復 存 在 ， 沒 有 了 推 進 軸 和 減 速 齒 輪 ， 機 械 噪 聲 得 到 極 大 的 降 低 ， 這 使 潛 艇 的 安 靜 性 將 出 現 革 命 性 的 突 破 。 降 低 噪 聲 ， 提 高 安 靜 性 不 僅 能 顯 著 降 低 敵 被 動 聲 納 的 作 用 ， 而 且 可 極 大 提 高 己 方 聲 納 的 探 測 距 離 ， 增 強 艦 艇 的 戰 斗 力 。 取 消 螺 旋 槳 不 僅 消 除 了 螺 旋 槳 噪 聲 ， 還 改 善 了 潛 艇 的 尾 流 ， 能 降 低 敵 尾 流 制 導 武 器 的 作 用 距 離 。 由 於 不 需 要 在 耐 壓 殼 體 上 開 孔 安 裝 螺 旋 槳 軸 ， 因 此 提 高 了 耐 壓 殼 體 的 穩 定 性 ， 增 加 了 潛 艇 的 安 全 性 。 (2)潛 艇 的 布 置 有 較 大 的 靈 活 性 。 由 於 不 再 需 要 螺 旋 槳 、 槳 軸 與 動 力 源 、 減 速 齒 輪 之 間 的 剛 性 連 接 ， 推 進 系 統 的 部 件 可 以 放 在 任 意 方 便 的 位 置 ， 可 以 騰 出 更 多 寶 貴 空 間 來 提 高 有 效 載 荷 ， 或 在 相 同 的 有 效 載 荷 下 ， 縮 小 潛 艇 的 體 積 ， 對 於 潛 艇 來 說 ， 這 也 是 極 受 歡 迎 的 。 (3)可 以 提 高 機 動 性 和 生 存 能 力 。 改 變 電 極 電 源 的 極 性 ， 使 水 流 方 向 改 變 ， 就 可 以 獲 得 相 反 的 推 力 ， 無 需 克 服 推 進 器 的 慣 性 ， 就 可 使 潛 艇 倒 退 航 行 。 沒 有 螺 旋 槳 的 阻 力 ， 電 磁 力 直 接 轉 化 為 推 進 力 ， 推 進 效 率 可 達 90%。 由 於 采 用 分 割 式 環 形 結 構 ， 當 某 一 部 分 受 損 ， 仍 可 使 潛 艇 繼 續 航 行 。 緊 急 情 況 下 ， 可 利 用 貯 存 在 磁 鐵 系 統 中 的 能 量 作 應 急 推 進 動 力 源 ， 使 潛 艇 獲 得 5～ 8節 的 航 速 。

關 鍵 的 技 術 問 題
但 目 前 ， 磁 流 體 推 進 系 統 還 存 在 很 多 關 鍵 的 技 術 問 題 ： (1)電 極 會 使 水 電 解 產 生 氫 氣 泡 ， 雖 然 很 快 就 溶 解 ， 但 會 產 生 輕 微 的 氣 泡 航 跡 ， 氣 泡 的 破 裂 也 是 一 種 噪 聲 源 。 美 國 阿 維 科 實 驗 室 正 在 研 究 不 產 生 氣 體 的 電 極 、 搜 集 氣 泡 、 研 究 采 用 原 理 上 不 引 起 海 水 電 解 的 交 流 磁 場 推 進 方 式 等 解 決 辦 法 。 (2)根 據 要 求 ， 潛 艇 推 進 系 統 必 須 操 作 可 靠 ， 使 用 壽 命 長 ， 在 兩 個 大 修 期 間 無 需 大 的 修 理 ， 連 續 工 作 壽 命 應 大 於 5年 。 但 磁 流 體 推 進 系 統 的 電 極 ， 持 續 暴 露 於 海 水 中 ， 腐 蝕 問 題 特 別 突 出 。 (3)磁 流 體 推 進 系 統 工 作 需 要 強 磁 場 ， 這 個 磁 場 應 當 屏 蔽 起 來 ， 防 止 敵 方 反 潛 巡 邏 機 磁 探 儀 的 探 測 。 但 屏 蔽 會 大 大 增 加 推 進 系 統 的 重 量 。 日 本 正 研 究 采 用 超 導 電 膜 覆 蓋 超 導 線 圈 ， 利 用 超 導 體 不 通 過 任 何 磁 場 的 性 質 即 反 磁 性 來 屏 蔽 。 (4)超 導 磁 鐵 的 體 積 很 大 ， 約 占 整 個 系 統 的 80%， 要 求 必 須 堅 固 可 靠 ， 適 合 潛 艇 作 戰 環 境 ， 線 圈 、 低 溫 系 統 、 連 結 管 道 必 須 有 很 強 的 戰 斗 生 命 力 ， 這 在 工 程 設 計 和 建 造 上 有 很 多 復 雜 的 技 術 問 題 。 超 導 線 圈 的 固 定 也 是 個 問 題 。 線 圈 由 超 導 材 料 制 成 ， 在 溫 度 降 低 時 要 求 每 個 部 件 均 勻 同 步 地 收 縮 。 形 成 超 導 電 磁 場 後 ， 應 絕 對 避 免 線 圈 的 移 動 。 線 圈 的 移 動 會 產 生 熱 量 ， 導 致 溫 度 上 升 ， 破 壞 超 導 ， 積 累 在 線 圈 中 的 熱 量 會 釋 放 出 來 ， 發 生 爆 炸 。 (5)系 統 效 率 有 待 提 高 。 由 於 海 水 加 熱 、 電 解 等 引 起 的 能 量 損 耗 還 很 高 ， 使 得 目 前 磁 流 體 推 進 系 統 的 總 效 率 只 有 5％ 左 右 。 提 高 系 統 效 率 的 方 法 之 一 是 提 高 磁 鐵 的 磁 通 量 。 “ 大 和 1號 ” 的 磁 通 量 為 4斯 特 拉 ， 航 速 8節 ， 工 作 效 率 低 於 4％ 。 據 計 算 ， 如 磁 通 量 增 加 到 8斯 特 拉 ， 系 統 的 效 率 可 提 高 到 30％ ， 航 速 提 高 到 16節 。 另 一 途 徑 是 研 究 可 注 入 水 中 提 高 電 離 度 的 化 學 物 質 ， 水 的 電 離 度 越 深 ， 噴 出 的 水 流 越 強 ， 推 力 也 越 大 。 超 導 磁 流 體 推 進 系 統 將 使 潛 艇 完 全 擺 脫 傳 統 的 螺 旋 槳 推 進 ， 從 根 本 上 改 變 潛 艇 推 進 的 概 念 。 它 將 帶 來 潛 艇 的 一 次 新 的 革 命 ， 為 21世 紀 潛 艇 的 隱 身 性 作 出 重 大 貢 獻 。 雖 然 目 前 超 導 磁 流 體 推 進 技 術 只 是 剛 剛 起 步 ， 要 真 正 應 用 於 潛 艇 還 有 很 長 的 路 要 走 ， 但 隨 着 高 溫 超 導 技 術 和 新 材 料 技 術 的 不 斷 發 展 ， 它 將 不 斷 地 得 到 成 熟 與 完 善 。