按核反应堆冷却剂类型可分为压水堆核动力和液态金属冷却反应堆核动力。美国早期曾研制成功液态金属钠冷却反应堆，并装备了“海狼”级核潜艇；俄罗斯也曾成功地研制了以铅-铋合金为冷却剂的液态金属反应堆，并装备了7艘核潜艇；但均因技术和运行方面存在较多问题而未被广泛采用。各国采用的主要核动力堆型都是压水堆。

按驱动方式可分为蒸汽驱动和电力驱动。蒸汽驱动是由蒸汽发生器产生的蒸汽驱动汽轮机，汽轮机带动减速齿轮，再经轴系驱动螺旋桨或泵喷推进装置，使舰船航行。电力驱动是汽轮机驱动交流发电机，经变流后驱动直流电动机，再经轴系驱动螺旋桨或用电力直接驱动泵喷推进装置，使舰船航行。此外，美国与俄罗斯正在开发磁流体推进技术，它利用在流入磁流体推进器的海水中形成的电流与外加强磁场间的相互作用力使海水运动，产生推进动力，从而消除减速齿轮箱和螺旋桨等产生的机械噪声。

按设备布置和系统简化程度可分为：①分散型布置核动力。将反应堆、蒸汽发生器、反应堆冷却剂泵（简称主泵）、稳压器等主要设备分散布置在堆舱中，并用管道和阀门将它们连接起来，该布置形式便于设备布置和维护检修，适用于不同类型舰船，特别是艇壳直径较小的舰船，但是占用舱室尺度较大。②紧凑型布置核动力。将蒸汽发生器和主泵用短管道与反应堆压力容器连接，取消主管道和主闸阀，使结构紧凑，系统简化，相应减小占用舱室尺度，提高安全性和自然循环能力。③一体化型布置核动力。把蒸汽发生器布置在反应堆压力容器内，使系统进一步简化，结构更紧凑，重量更轻，体积更小，安全性和自然循环能力更高。但维护和检修难度将增加。

军用舰船核动力系统复杂，技术密集。其研制和发展中的关键技术主要有：舰船用反应堆设计、燃料组件、专用设备和材料研制、试验验证等。

研制过程主要包括：①方案论证。根据战术技术指标，进行核动力系统概念和可行性研究，完成初步方案论证。初步方案包括核动力系统和设备的布置及结构形式、性能指标、主参数、关键技术及解决途径、技术可行性、试验项目、主要材料和设备的选定、设计阶段划分、技术风险分析、研制周期和经费等内容。②设计研究。初步方案经过评价，确定研制方案，开展型号设计。设计一般包括方案设计、初步设计、技术设计和施工设计。设计内容主要包括反应堆堆芯、核和热工水力、结构、辐射屏蔽、力学、布置等方面，以及燃料组件、蒸汽发生器、控制棒驱动机构、主泵等主要设备和仪表控制系统等设计。完成初步设计后提出试验任务书和设备技术规格书。③试验验证。在型号设计的同时开展各种堆内、堆外设计验证试验，包括关键技术的验证，以及材料、工艺、样机和设备等试验。具体试验内容通常有：热工水力、零功率物理、水化学、冲击振动、流致振动、瞬态特性、水力模拟、设备和材料考验、燃料组件辐照等试验，以及系统综合试验，并将得到的试验结果用于验证设计和确定技术状态。为此，需要建造一批单项试验和系统集成综合试验的试验设施。④设备和材料研制。为使核动力系统达到设计性能和战术技术指标，要对核燃料组件及相关组件、反应堆压力容器、蒸汽发生器、主泵、控制棒驱动机构、稳压器、主管道等主要设备，以及耐高温高压、抗辐照和耐腐蚀的反应堆结构材料和燃料组件相关材料进行研制。⑤陆上模式堆试验。对新型或技术上有重大变化的核动力系统，在完成设计研究和单项试验及系统综合性能试验验证之后，还必须通过1∶1陆上模式堆的设计、建造和运行，进一步验证其设计和安全可靠性，考验各系统和设备性能，积累设计、建造和运行经验，减少装艇技术风险。陆上模式堆还可用于培训核动力系统操纵人员。⑥舰艇试验。核动力系统装艇后，还要经过系泊试验和航行试验，验证其海上运行的性能，为日后的在役运行提供经验。

空间核动力具有重要的军用和民用前景，可以满足高功率通信卫星、空间武器平台、军事侦察、预警、空间遥感、深空探测及空间飞行器推进等领域对电源和推进动力的需求。

空间核动力按用途可分为空间核电源和核推进动力。空间核电源将核裂变或核衰变生成的热能转换为电能。核推进动力则将上述热能直接用于加热工作介质，通过高速喷射产生推力（称为核热推进）；或是将热能变为电能，再用电能加速带电粒子，形成高速喷射产生推力（称为核电推进）。空间核电源具有结构紧凑、运行可靠、使用寿命长、环境适应性好和易维护等特点，技术已比较成熟，并得到成功应用；核推进动力技术尚处于研究阶段。空间核动力按能量来源可分为利用核反应堆裂变能的空间核电源、核动力和利用放射性同位素核衰变能的空间核电源。空间核动力按能量转换方式又可分为静态转换空间核动力和动态转换空间核动力两类。静态转换通过热离子转换或热电偶转换（又称温差转换）方式将热能直接转换为电能。动态转换通过热机循环先将热能变为机械能，再由机械能转变为电能。静态转换技术比较成熟，已得到成功应用，但转换效率只有3%～5%；动态转换的转换效率较高，但技术难度大。

舰船核动力的研制和应用始于20世纪50年代初期。在军事需求的驱动下，经过50多年的研究、改进，反应堆、核动力总体、系统简化、安全性、可靠性等方面的技术都趋于成熟，已装备了大批核潜艇、核动力航空母舰和核动力巡洋舰。

就潜艇核动力总体技术水平而言，美国保持着世界领先地位，其潜艇核动力已有5400多堆·年的运行史，安全性、可靠性、可维修性、自动化水平、模块化设计、系统简化及堆芯寿期等主要技术指标都达到较高水平。苏联潜艇核动力虽然起步稍晚，但发展速度很快，已发展了四代潜艇反应堆技术，研制了独具特色的高效直流蒸汽发生器。英国潜艇核动力早期主要采用美国技术，在此基础上建立了自己的研发体系。法国用较长时间独立研发潜艇核动力技术，从起初的分散型布置到后来的一体化型布置，形成了自己的发展路线。

美国、苏联/俄罗斯、英国和法国核动力反应堆的共同特点是：①主要堆型均为压水堆。美、英两国主要采用单艇单堆、板型燃料元件堆芯和分散型布置；法国主要采用单艇单堆、板型燃料元件堆芯，并从第二代开始采用一体化型布置；苏联大都为单艇双堆，主要采用棒状燃料元件堆芯和紧凑型布置。②优化燃料组件，改善堆芯性能。单堆热功率从60兆瓦增至230兆瓦堆芯，寿期接近与艇同寿命，有较好的安全性。③反应堆及主要设备体积、重量逐步减小，系统尽量简化。采用模块化设计建造，可靠性和维修性得到改善。自动化水平较高，抗冲击能力强。④重视蒸汽发生器、主泵、控制棒驱动机构、仪控系统等主设备性能和材料的改进。⑤逐步提高自然循环能力，有合理、可靠的安全系统和设备。⑥新型潜艇核动力技术都经过充分的堆内、堆外试验和陆上模式堆试验验证，必要时还要建造试验艇，以减少技术风险。⑦建立了标准型核动力和配套的研制生产体系。

1954年，美国海军曾设想用一种统一的核动力装置装备核潜艇、航空母舰和巡洋舰。由于三种舰船对核动力的要求不同，这种想法在当时的技术条件下很难实现。因此，只能在潜艇核动力基础上研制适用于航空母舰的核动力。由于当时缺乏足够的经验和能力研制舰用大功率反应堆，针对“企业”号航空母舰对核动力的要求，采用一舰8堆的方案，并研制了单堆热功率为150兆瓦的反应堆。1958年，美国建造了陆上模式堆A1W，并用8座与A1W相同设计的A2W分散型布置压水堆装备了“企业”号航空母舰。在A1W和A2W反应堆设计、建造和运行经验基础上，从1968年开始，西屋电气公司和贝梯斯实验室研制了单堆功率为500～600兆瓦的A4W/A1G反应堆。1975～2003年，用A4W/A1G反应堆双堆配置装备了9艘“尼米兹”级核动力航空母舰。

法国核动力航空母舰选用了单堆热功率为150兆瓦的一体化型布置的K-150压水堆，双堆配置。在研制过程中，充分利用潜艇陆上模式堆和相关试验设施对设计进行改进验证。该型核动力能同时适应航空母舰和潜艇的要求，已装备了“戴高乐”号航空母舰和“凯旋”级弹道导弹核潜艇。

巡洋舰核动力也是在潜艇核动力基础上发展起来的。美国为首艘巡洋舰“长滩”号研制的C1W反应堆是一种过渡型号，许多技术源于用于潜艇动力的S5W反应堆，但将单堆热功率增大至200兆瓦。在研制C1W反应堆同时，开始了巡洋舰用标准核动力的研制工作。1957年，美国建造了D1G陆上模式堆。1962～1980年，美国用与D1G相同设计的D2G分散型压水堆装备了8艘巡洋舰。苏联用两座300兆瓦紧凑型压水堆装备了“彼得大帝”号巡洋舰。

20世纪50年代美国和苏联就开始研制放射性同位素电源和空间核反应堆电源。1956年，美国制定了SNAP（核辅助动力系统）计划，目标是为军用卫星等空间平台的应用系统提供放射性同位素电源和空间核反应堆电源。1961年6月，美国研制的第一个放射性同位素电源SNAP-3B7成功应用于“子午仪”4A导航卫星上。1965年，美国又成功地将空间核反应堆电源SNAP-10A送上太空。它是世界上第一个空间核反应堆电源，其电功率为500瓦，在太空运行了43天，因卫星上电子器件故障而停止运行。苏联/俄罗斯成功地研发了两种能量转换方式的4个型号的空间核反应堆电源系统。其中，Romashka型和Buk型电源系统采用小型快中子堆和热电偶能量转换系统，电功率分别为500～800瓦和3千瓦，具有结构简单、体积紧凑、使用可靠等特点。Romashka于1967年12月成功升空。Buk型电源已成功应用于宇宙飞船的海洋观测雷达。TOPAZ系列的核反应堆电源系统采用超热中子堆和热离子能量转换方式。1987年2月，两个TOPAZⅠ型核反应堆电源系统在宇宙飞船上成功地进行了试验。此后，又研制成功TOPAZⅡ型系统，在总体设计、热离子燃料元件和寿命等方面都比TOPAZⅠ有较大提高。此外，美国和俄罗斯还在合作研发功率为40千瓦的空间核电源系统。

在空间核推进动力方面，美国和苏联对核热推进技术都做了大量的研究和地面试验工作，取得了不小的进展。1968年，美国研制的Phoebus-2A空间反应堆进行了地面试验，在4100兆瓦的功率下运行了12分钟，产生推力超过100吨。苏联建造的核火箭发动机也通过了系列地面试验。但总的看来，这方面的技术还处于研究阶段，离实际应用的要求还有很大的距离。

在世界政治和军事形势迅速变化的环境下，美、俄、英、法等国将继续研制更为先进的核动力，建造新型的核动力舰船以弥补老、旧装备的退役，同时用新技术对现役核动力舰船进行升级改造。

未来一个时期，世界舰船核动力技术发展趋势是：①研制新型、高性能、大功率大中型水面舰船用反应堆，如美国正在研制的用于新型航空母舰核动力的反应堆。②研制长寿期堆芯，同时简化系统，升级设备，提高反应堆安全性和经济性，如S9G反应堆的改进型。③提高反应堆系统自然循环能力，研究全自然循环反应堆技术。④实施模块化设计建造，改善振动和噪声性能。⑤研发新概念核动力技术。

20世纪90年代后，在明确的军事需求驱动下，美、俄两国被搁置的空间核动力研发计划重新启动。此外，法国、德国和日本等国也都在积极发展本国的空间核动力技术，并积极寻求国际合作的机会。空间核动力的发展趋势是：①大功率（数十千瓦至兆瓦）。②长寿命（10～15年）。③提高热电转换效率。④提高安全性。⑤发展电源/推进相结合的双模式核动力系统。

发布者：中国军事百科全书编审室