第1580章 水下力量

预约好要来火炬实验室的,是之前有过几次合作的海军装备部主任,杜霖。

刚开始接到电话的时候,常浩南还以为对方是想问那些从苍龙号上弄下来的奇怪数据。

但杜霖却表示自己有些技术问题想请教,那些数据倒是不急。

既然如此,常浩南自然不好推辞。

简短的寒暄过后,二人便迅速进入正题。

“常院士,你们在新型锂电池方面突破,我们海军也一直在关注。”杜霖手里捧着茶杯,任由热气打在自己脸上,“这次是想了解一下,这类电池在……水下环境应用的安全性,评估下来如何?”

这个问题涉及到的范围实在太广,常浩南略作思考,只好基于原理给出回答:

“从电化学原理上讲只要保证电池外壳具备足够的密封性,隔绝水汽侵入,就是可行的。”

“实际操作中的关键在于密封。”他顿了顿,语气变得更为慎重,“一旦水,尤其是海水,侵入电池内部,轻则导致电解液污染、活性物质失效,电池性能急剧下降甚至完全报废;重则直接引发内部短路,瞬间释放巨大能量,导致热失控、起火甚至爆炸。”

杜霖并没有进行记录,但显然听得很认真。

当听到“密封”二字时,他眉头微不可察地皱了一下,随即意识到常浩南可能理解有偏差。

于是立刻补充道:“常院士,您我们不是要把电池直接泡在水里用,而是要给水下航行的载具供能。”他用手比划了一下,“电池本体是安装在载具的耐压舱体内,处于空气环境中工作,需要关注的是在这种密闭、震动、温湿度变化较大的舱内环境中的长期可靠性和安全冗余。”

常浩南恍然:“潜艇上面?”

之前俘获的苍龙号潜艇虽然已经被送了回去,但在那之前肯定已经被研究了个透彻。

他依稀记着,前世苍龙级的某几艘上面用锂电池代替了斯特林发动机,很可能从一开始就预留了相关设计,并被船舶工业方面的技术人员给捕捉到了。

“对。”杜霖点头“但不是大型潜艇。”

华夏海军已经建造并装备了近十艘技术水平尚可的09III和09IIIA型攻击核潜艇,没必要以安全为代价苛求常规潜艇的极致水下性能。

“意思是……UUV?”常浩南盘算了一下,“总之,那环境要求就明确多了,舱内环境,只要载具本身的密封和温控系统过关,电池的安全性与在地面装备或航空器中使用并无本质区别。”

说到这里,他又话锋一转:

“但UUV可以由母艇或者母舰充能,好像也不用特别追求电池容量?”

“比UUV要再大一些,但也远小于常规潜艇。”

杜霖身体微微前倾,透露了更具体的信息:

“新组建的特战司令部想要一种小型特种作战潜艇,主要用于运送特种作战人员执行近海或特定水域的隐蔽渗透任务,理想状态下要能塞进大型运输机的货舱进行快速部署和投放,所以最关键的是需要小型化和轻量化。”

常浩南瞬间明白了对方的意思。

微型潜艇本身也没什么抗损性一说,真要是挨了发鱼雷或者深水炸弹,那电池安全性肯定是最不重要的问题。

不过,出于稳妥起见,他还是提醒道:

“我们火炬实验室的核心定位是前沿基础研究和关键技术突破,并没有对锂电池产品本身的开发计划,所以更具体的研发工作还是要找下游机构或者企业论证一下。”

“这个我们清楚。”杜霖点头表示理解,“海军装备部会和相关部门协调,推动工程化落地。只要火炬这边能确保核心材料和技术包的可靠性和供应,工程化问题我们来解决。”

他语气轻松了不少,看来是最要紧的部分已经说完。

而话题既然已经聊到了潜艇,常浩南就有些按捺不住自己的好奇心,问道:

“杜部长,之前我们俘获的那艘潜艇……后续拆解研究,有没有发现什么有意思的东西?”

近一年来他都在忙着鼓捣那台TEM-APT联用设备,没什么额外的精力关注后续发展。

“那套斯特林机和我们用的型号基本同源,至少在冷车状态下,没看出什么颠覆性的差异”

杜霖脸上露出一丝“早就料到你要问这个”的表情,回答道:

“反倒是它上面那套自动化指挥控制系统,设计理念和集成度对我们新一代潜艇的指控系统设计有不小的启发。”

他话锋一转,带着点深意:“当然,最有价值的,还是它很多子系统直接参考甚至照搬了美国原版设计……通过苍龙号,我们对弗吉尼亚级部分非核心但关键的子系统性能边界,有了更直观的了解。”

“这倒是意外的收获。”常浩南笑了笑,“只可惜苍龙号还是用的单轴螺旋桨,没用上泵喷推进系统。”

“谁说不是呢。”杜霖露出回忆状,“关于这个事,我还亲自和那个佐藤健二艇长聊过几次。”

“嗯?”

常浩南更加好奇了。

“他说苍龙级在设计之初其实是强烈希望采用泵喷推进器的,并且也得到了美方一定程度的默许。”

杜霖回答道:

“但到了最后关头,美国还是担心核心推进技术泄密,卡死了转让,逼得日本人只能换回传统的单轴七叶大侧斜螺旋桨……至于泵喷技术他们只能转头自己搞,据说要到下一代潜艇才能用上。”

常浩南闻言,笑容更盛,语气中还带着点调侃:“那必须得说美国人的顾虑非常正确……”

两人对视一眼,都发出了心照不宣的低笑声——

有什么泄密能比得上直接送一艘几乎完整的潜艇给对手拆解研究更彻底呢?

从这个角度看,他们倒是歪打正着,给自己减少了一次重大的技术泄露风险。

笑声渐歇,杜霖很快回到刚才的话题上:“其实说到泵喷推进,我们自己的船舶工业口也一直在搞。”

常浩南点点头:“之前开会的时候,我倒是听说过一些,说是用户方面有一定顾虑?”

“目前的试验艇测试结果表明,泵喷在中低速巡航段的静音性能确实优势明显,比最好的七叶桨还要低不少。但是,”他话锋一转,眉头微蹙,“一旦进入高速冲刺段,泵喷的效率下降很快,噪音反而会急剧增大,甚至超过同功率下的先进螺旋桨。”

常浩南对此并不意外。

流体力学和声学的复杂性就在于此。泵喷通过导管整流和转子/定子叶片的配合,在中低速能有效抑制梢涡空泡和推力脉动,降噪显著。

但到了高速,导管本身会产生阻力,流场也更复杂,转子叶片尖端速度过高容易引发新的空化噪音。

他点点头:“这确实是海军装备部门需要权衡的问题。”

但杜霖却还有更深层次的想法。

他身体微微前倾,目光锐利地看着常浩南,抛出了一个更具前瞻性的问题:“常院士,我听说…火炬实验室,或者说您主导的项目里,有涉及磁流体推进方面的研究?”

“确实有相关的基础研究在进行。不过我们的主要方向是等离子体磁流体动力学,服务于太空中继基地的霍尔推进器升级和未来空间核反应堆的能量转换等航天项目。”

常浩南略感意外,但并未隐瞒:

“顺利的话,三到五年内应该能看到一些阶段性的工程应用成果。”

(本章完)

第1581章 撕胶带恐怕行不通了

“太空的事情我不太懂。”杜霖摆摆手,“我就想问,您觉得…磁流体推进技术,有没有可能用在潜艇上?真正实现‘无桨无声’?”

有关磁流体推进的设想早已有之,但会被装备口拿到台面上来讨论,显然是有了比“设想”更进一步的东西。

例如常浩南本人推动的电磁流动控制技术和电磁流体力学研究,就相当于在这条路上狠狠往前迈了一步。

但即便如此,也还是不够。

他几乎是不假思索地摇头,语气肯定:

“至少在眼下这个阶段,还不太现实。”

他看出杜霖的疑惑,详细解释道:“基本原理确实是相通的,但介质特性和实际需求天差地别。”

他拿起桌上的笔,在便签纸上快速画着示意图:

“要想在海水中激励出足以产生宏观推力的强电磁场,需要的电流比空气中大得多,一方面能耗很高,即便是核反应堆……至少裂变堆是不可能满足需求,另一方面强电流还会产生大量的热,再结合水环境的特性,也要考虑电化学腐蚀的问题。”

常浩南中间的改口实际只是出于严谨,但听在对方耳朵里就成了另外一个意思。

杜霖捏了捏下巴:“你的意思是……可以考虑聚变堆?”

“不是……”常浩南无奈地扶了下额头。

对方显然选错了关注点。

很多情况下,大力确实可以出奇迹。

但核聚变这个力,有点太大了。

“我的意思是,除非能找到并大规模应用临界温度在常温附近、临界磁场极高的实用化超导材料。”常浩南在示意图中的电极和磁场线圈上画了两个圈,“只有超导才能解决能耗和强磁场问题。”

杜霖听得一会儿点头一会儿皱眉,表情复杂:“听上去……好像也没比可控核聚变简单到哪去?”

好歹是理工科出身,这点基本概念还是有的。

“确实。”常浩南把便签纸和笔同时往桌面上一放:“实际上,目前摆在可控核聚变面前最大的障碍,也是超导材料的问题。”

“不是等离子体的约束控制问题?”只要不讨论具体技术问题,杜霖还真能聊上几句“惯性约束和磁约束,不就是约束等离子体的两条技术路线么?”

常浩南:“杜主任还了解过这些?”

杜霖笑着回忆道:“前些年听过几场讲座,有点印象。”

“嗯……以前确实是。”常浩南回答道“但现在已经不是了。”

说完之后,马上又补充了一句:

“反正对我们来说,已经不是了。”

“……”

杜霖本来想着继续以玩笑回应,但话到嘴边突然意识到这句话背后的信息量简直爆炸。

张了好几次嘴,愣是没能出声。

常浩南则很快恢复正色,同时把话题拉回了原来的轨道:“实际上,虽然磁流体和等离子体的研究之间存在交叉乃至重复,但如果真要类比的话,在水环境中对标等离子体效应的推进方式还不是磁流体推进。”

“哦?”杜霖眼眉一挑,也暂时把刚才的震惊放到一边。

“利用高能脉冲在水中瞬间放电,产生高温等离子体通道,引发剧烈的水体汽化膨胀,利用反冲力推进。”常浩南拿起桌上的无线鼠标,在后面比划了几下,“这个叫水中高压放电耦合蒸气爆炸推进,工程难度相对小些。”

他话没说完,杜霖已经连连摇头:“噪音呢?这种推进方式,每一次脉冲放电都相当于一次小型水下爆炸吧?”

“没错。”常浩南点头,“所以我刚刚才说,水下推进的实际需求也跟航空航天有很大差别。”

“这种推进形式几乎相当于在水下开一列蒸汽火车,隐蔽性完全无从谈起,没有任何战术价值。”

水下开火车,是早年间美军对于早期型09I型潜艇噪音的夸张式评价。

但放到蒸汽爆炸推进上面,还真就是中规中矩的形容。

“看来,还是卡在材料上了。”

杜霖听完,长长叹了口气,靠在沙发靠上,语气带着点无奈。

但很快,他又重新坐直身体:“说起材料……我记得你们最近不是搞了个什么很厉害的……什么联盟……”

“微观表征技术联盟。”常浩南贴心地补充道。

“会不会很快出现技术突破?”

“会。”常浩南的回答让对方眼前放光,然而紧接着就是话锋一转,“但就算是我,也没办法100%确定突破会出现在哪。”

短暂的沉默过后,他继续道:

“物理学家对新材料的追求是永无止境的。”语气中带着对科学边界的清醒认知,“我们刚刚在原子阵列材料上取得突破,借助MTA-01打开了一扇新的大门,但我们仍然站在山脚下。”

“每一次突破确实让我们离山更近了一点,看清了更多攀登的路径,但山,依然在那里。”

“……”

……

两天后,栗亚波带着自己的笔记本电脑,敲开了常浩南办公室的门。

脸上挂着黑眼圈,但精神不错。

显然是有所收获。

“老师,我按之前的思路,用‘过饱和沉积-可控退火修复’法进行了几轮尝试。”他将电脑交给常浩南屏幕上显示的果然是一份报告文件,“这是其中效果最好一批样品的测试结果。”

常浩南双指在触摸板上滑动,很快找到了MTA-01的三维成像结果。

图像中,原子排列整齐有序,宛如用最精密的尺子画出的网格,只在极少区域存在细微的位错或空位。APT的三维点云也显示出极高的空间有序度。

“基底表面形成蜂窝状晶格,原子阵列的规整度非常不错。”常浩南给出评价,“缺陷密度……”

他继续下翻,然后看到了1.7%的数字:

“也很低,大部分区域都接近理论上的完美结构,看来退火工艺和基底预处理算是找对方向了。”

说完之后,又重新审视了一遍报告上的图像和数据,接着总结道:“单从结构完整性看,这比我们之前观测到的任何一批样品都要好……”

滑动触摸板的动作停下。

因为报告已经到了结尾。

篇幅比他预期中短了很多。

“光学性能测试呢?”常浩南确认自己没有漏看什么部分,“负折射性质的表现如何?稳定性呢?”

“呃……”栗亚波脸上的笑容瞬间凝固,换上了一副哭笑不得的尴尬表情:“样品制成薄膜之后几乎是纯黑色的,对可见光和近红外的吸收率都高得离谱……根本就测不到有效的透射光信号,更别提负折射了……”

常浩南也是一愣,随即哑然失笑。

这倒是一个典型的科研小插曲——追求某一个性能到了极致,却忘了最初的目标。

大家多少都遭遇过类似情况,倒是没必要过分苛责什么。

更何况,合成路线上的进步是实打实的。

他重新拿起报告,目光聚焦在那些微观结构图像上。

特别是原子阵列的排布方式和基底材料的界面状态。

办公室内陷入了短暂的沉默,只有纸张翻动的细微声响。

栗亚波有些忐忑地看着陷入深思的导师。

时间一分一秒过去。

突然,常浩南的手指停住目光锁定在原子阵列与基底接触的界面区域。

一个大胆的想法如同电光火石般闪过脑海。

并在下一秒内确认了这个想法的可行性——

通过白嫖系统的功能。

“亚波。”常浩南抬起头,装出一副“我也不是很确定”的语气,“既然这种紧密堆积的阵列结构导致了强烈的光吸收,那我们能不能尝试先制作单层……或者说原子级厚度的二维阵列,然后在Z轴上进行拼接?”

“这样就可以实现光学上的各向异性,只在垂直于层面的方向上具备我们想要的负折射和透光性,至于平行于层面的方向……反正我们本来也不需要那个方向有特殊的光学性质?”

栗亚波立刻跟上思路:“您是说像石墨烯那样的单原子层……”

“不完全一样。”常浩南拿起笔在纸上快速勾勒,“非要说的话,可能更类似于负载在特定金属基底,比如镉表面的单层锗烯或者锡烯,它们也是二维……准二维材料,但原子轨道杂化和自旋轨道耦合作用更强,更容易在特定条件下形成二维拓扑绝缘体态。”

锗烯其实是个双层结构,不算严格的二维。

但也符合常浩南的要求。

他说着在几条电子轨道上点了点:

“关键在于体态与受拓扑保护的量子边缘态的分离……在边缘态,电子的传输可以是无耗散的,类似于超流态。如果我们能精确设计材料,让光场主要与这些受保护的、低耗散的边缘态发生强耦合,就有可能实现低损耗的负折射效应。”

这一次,栗亚波的眼神有点发直,过了好一会儿才把刚才那一番话完全吸收。

“所以……要撕胶带试试么?”

眼下已经是2012年末,石墨烯连诺奖都已经拿了,最初的分离方法自然也被传为美谈。

“恐怕不太行。”常浩南摇摇头,“这类材料不像石墨烯那样层间是范德华力,所以也不可能用机械剥离或者研磨剥离这种相对粗暴的方法获得单层……”

“但这类材料,化学手段更不可能分离?”

“所以得找个合适的衬底材料,考虑用外延生长法直接得到成品。”

(本章完)

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