Majoritatea submarinelor moderne sunt echipate cu centrale electrice diesel-electrice. Astfel de dispozitive au dezavantaje caracteristice, motiv pentru care se efectuează o căutare de alternative convenabile și profitabile. După cum arată practica, nivelul modern al tehnologiei face posibilă crearea centralelor eficiente pentru submarine non-nucleare și vorbim despre sisteme de arhitecturi diferite.
Probleme și soluții
Principalul dezavantaj al submarinelor diesel-electrice este necesitatea reîncărcării periodice a bateriilor prin intermediul unui generator diesel. Pentru a face acest lucru, submarinul trebuie să plutească la suprafață sau să se deplaseze la adâncimea periscopului - ceea ce crește probabilitatea de detectare de către inamic. În același timp, durata scufundării pe baterii nu depășește de obicei câteva zile.
O alternativă evidentă la motorină este o centrală nucleară, dar utilizarea acesteia nu este întotdeauna posibilă și justificată datorită complexității și costului ridicat. În acest sens, timp de câteva decenii, a fost studiată problema creării centralelor electrice independente de aer (VNEU) cu caracteristicile dorite și fără dezavantajele sistemelor diesel-electrice. O serie de noi tehnologii de acest tip au fost puse în funcțiune cu succes, iar punerea în funcțiune a altora este așteptată în viitorul apropiat.
În general, există mai multe abordări pentru crearea VNEU. Primul presupune reconstruirea generatorului diesel folosind un motor diferit, care este mai puțin solicitant pentru aerul de intrare. Al doilea propune generarea de energie electrică folosind așa-numitul. celule de combustibil. Al treilea este îmbunătățirea bateriilor, incl. până la respingerea propriei sale generații.
Alternativa lui Stirling
Primul submarin non-nuclear cu un VNEU cu drepturi depline, dat în exploatare, în 1996 a fost nava suedeză Gotland. Acest submarin avea o lungime de 60 m și o deplasare de 1600 de tone și transporta, de asemenea, 6 tuburi torpilă de două calibre. Centrala sa a fost construită pe baza unui motor diesel-electric standard și completată cu componente noi.
Funcționarea la suprafață și generarea de energie sunt asigurate de două motorine MTU 16V-396 și de o pereche de generatoare Hedemora V12A / 15-Ub. Elica în toate modurile este acționată de un motor electric. Într-o poziție scufundată, submarinul, în loc de motorină, pornește un motor Stirling de tip Kockums v4-275R, folosind combustibil lichid și oxigen lichefiat. Rezerva acestuia din urmă vă permite să stați sub apă până la 30 de zile fără a fi nevoie să urcați. În plus, motorul Stirling este mai puțin zgomotos și nu demască și submarinul.
Trei submarine noi au fost construite conform proiectului Gotland; a doua și a treia clădire au fost puse în funcțiune în 1997. La începutul anilor 2000, a fost implementat un proiect cu codul Södermanland. Acesta a prevăzut modernizarea a două submarine diesel-electrice de tip Västergötland odată cu instalarea VNEU din proiectul Gotland. Japonia a devenit interesată de evoluțiile suedeze. Sub licență, ea a asamblat VNEU pentru submarine de tipul "Soryu". Datorită dimensiunilor și deplasării lor mari, submarinele japoneze transportă patru motoare v4-275R simultan.
Turbine submarine
În timpul dezvoltării proiectului Scorpène, constructorii de nave franceze au propus propria versiune a VNEU bazată pe un motor alternativ. O astfel de instalație, denumită Module d'Energie Sous-Marine Autonome (MESMA), a fost oferită potențialilor clienți pentru utilizare pe submarine nou construite.
Proiectul MESMA a propus un motor special cu turbină cu abur alimentat cu etanol și aer comprimat. Arderea amestecului alcool-aer trebuia să producă abur pentru turbina care conduce generatorul. S-a propus ca produsele de ardere sub formă de dioxid de carbon și vapori de apă sub presiune ridicată să fie descărcate peste bord pe întreaga gamă de adâncimi de funcționare. Conform calculelor, submarinul Scorpène cu VNEU MESMA ar putea rămâne sub apă până la 21 de zile.
Fabrica MESMA a fost oferită diverșilor clienți. De exemplu, a fost planificat să fie utilizat în proiectul Scorpène-Kalvari pentru India. Cu toate acestea, instalația pilot a arătat performanțe insuficiente, iar interesul pentru proiect a fost redus brusc. Drept urmare, noile submarine diesel-electrice franceze sunt încă echipate cu motoare diesel - deși dezvoltatorii au anunțat deja o nouă modernizare odată cu introducerea altor soluții promițătoare.
În 2019, constructorii navali ruși au anunțat dezvoltarea unui VNEU fundamental nou, bazat pe un motor cu turbină cu ciclu închis. Include rezervoare pentru oxigen lichefiat: se evaporă și este alimentat motorului. Se propune ca gazele de eșapament să fie înghețate și aruncate numai atunci când apar la suprafață într-o zonă sigură. Un VNEU similar este dezvoltat în cadrul proiectului P-750B.
Celule de combustibil
Până la sfârșitul anilor nouăzeci, Germania și-a creat propria versiune a VNEU. În 1998, a început construcția submarinului principal al noului proiect Type 212, echipat cu un sistem similar. Proiectul german a implicat utilizarea sistemului Siemens SINAVY, care combină un motor electric și celule de combustibil cu hidrogen. Pentru mișcarea la suprafață, a fost reținut un generator diesel.
Complexul SINAVY include pile de combustie cu schimb de protoni Siemens PEM pe bază de hidrură metalică dintr-un rezervor de oxigen lichefiat. Pentru o siguranță sporită, recipientele de hidrură metalică și oxigen sunt amplasate în spațiul dintre carcasele robuste și ușoare. În timpul funcționării VNEU, hidrogenul obținut din hidrura metalică, împreună cu oxigenul, este alimentat către membrane și electrozi speciali, unde este generat curent.
Autonomia submarinului „212” ajunge la 30 de zile. Un avantaj important al VNEU SINAVY este absența aproape completă a zgomotului în timpul funcționării la performanțe suficient de ridicate. În același timp, este dificil de fabricat și operat și are și alte dezavantaje.
Șase 212 de submarine au fost construite pentru marina germană. În 2006-2017. patru dintre aceste nave au intrat în serviciu în flota spaniolă. Pe baza „212”, a fost creat proiectul „214”, care prevede conservarea VNEU existent. Astfel de submarine sunt foarte populare pe piața internațională. Comenzi primite din patru țări pentru mai mult de 20 de bărci. 15 nave au fost deja construite și livrate clienților.
Trebuie remarcat faptul că VNEU bazat pe pilele de combustibil este dezvoltat nu numai în Germania. În paralel cu proiectul MESMA din Franța, a fost dezvoltată o variantă a submarinului Scorpène cu utilizarea pilelor de combustibil. Aceste submarine au fost vândute către India. Acum sunt create elemente ale unei noi generații. Anterior, sa raportat că pilele sale de combustibil sunt dezvoltate în Rusia. VNEU de acest tip a trecut deja testele pe bancă, iar în viitor va fi testat pe o navă experimentală.
Submarin alimentat cu baterii
Apariția unor motoare și mijloace de generație fundamental noi nu exclude necesitatea dezvoltării ulterioare a tehnologiilor și unităților existente. Astfel, bateriile de stocare de tipuri deja cunoscute și stăpânite păstrează o valoare ridicată. În proiectele promițătoare, acestea sunt chiar considerate ca singura sursă de energie pentru toate sistemele.
Procese curioase sunt observate în construcția navală japoneză. Japonia a fost una dintre primele țări care a stăpânit VNEU cu un motor Stirling, dar în 2015 și 2017. două submarine ale proiectului Soryu modificat au fost așezate fără astfel de sisteme. Spațiul pentru bateriile standard și unitățile VNEU a fost acordat pentru bateriile moderne litiu-ion. Datorită acestui fapt, durata scufundărilor a fost dublată în comparație cu bateriile generației anterioare.
Din 2018este în curs de construcție submarinele noului proiect Taigei, dezvoltat inițial folosind o instalație diesel-electrică și baterii litiu-ion. Nava principală a noului proiect a fost deja lansată, iar încă două corpuri sunt în construcție de anul trecut. În total, este planificată construirea a șapte submarine cu acceptarea în funcțiune din 2022.
Există multe proiecte de submarine ultra-mici, echipate doar cu baterii. În viitor, această arhitectură poate găsi aplicații în proiecte „mari”. Recent, constructorii navali francezi au prezentat proiectul de concept SMX31E, care combină o mulțime de decizii dintre cele mai îndrăznețe. În special, submarinul a primit doar baterii cu plasarea lor în toate volumele disponibile, incl. între corpuri rezistente și ușoare. Bateriile trebuie încărcate la bază înainte de a merge la mare.
Se estimează că atunci când este încărcat complet, SMX31E va putea rămâne scufundat timp de 30-60 de zile, în funcție de viteza de conducere și de consumul total de energie. În același timp, este planificat să se asigure operabilitatea deplină a tuturor dispozitivelor standard, suplimentare, complexelor etc.
În procesul evoluției
Astfel, în ultimele decenii, s-au înregistrat progrese semnificative în domeniul VNEU pentru submarinele non-nucleare. Au fost dezvoltate, testate, introduse în proiecte și puse în funcțiune diverse variante ale unor astfel de sisteme cu anumite caracteristici și avantaje. Cu toate acestea, chiar și cele mai recente instalații independente de aer au anumite dezavantaje. Acestea rămân complexe și costisitoare, atât pentru fabricare, cât și pentru operare.
În ciuda avantajelor caracteristicilor tactice și tehnice, nesubmarinele cu VNEU nu pot înlocui submarinele diesel-electrice cu arhitectură „tradițională”. Mai mult, acestea din urmă se dezvoltă și folosesc, de asemenea, cele mai moderne tehnologii și componente. Un exemplu izbitor de astfel de concurență între diferite clase este dezvoltarea flotei de submarine japoneze, care a revenit la schema diesel-electrică la un nou nivel tehnic.
Aparent, competiția dintre instalațiile independente de aer și cele diesel-electrice va continua în viitorul previzibil - și nu există încă un favorit clar. În același timp, este evident că navele lumii sunt câștigătoare. Ei au posibilitatea de a alege cea mai bună opțiune pentru centrala electrică care îndeplinește cel mai bine toate cerințele.
