Reactor nuclear pentru un submarin non-nuclear (NNS). Contradicția este inerentă numelui însuși, cu toate acestea, această problemă a fost considerată destul de serios înapoi în URSS. În special, ideea amplasării unui reactor nuclear de dimensiuni mici a fost luată în considerare în legătură cu submarinele proiectului 651. Submarinul diesel-electric (DEPL) al transportatorului de rachete de croazieră al proiectului 651 a devenit cel mai mare submarin non-nuclear din acea perioadă construit în URSS.
Oul lui Dollezhal
Încă de la început, într-un efort de a crește gama subacvatică a submarinelor diesel-electrice ale proiectului 651, proiectanții au depus baterii argint-zinc în loc de cele cu plumb-acid. În practică, s-a dovedit că bateriile argint-zinc prezintă două dezavantaje critice: costuri ridicate și durată scurtă de viață (până la 100 de cicluri de încărcare-descărcare), care au predeterminat revenirea la bateriile cu plumb-acid.
Cu toate acestea, pe lângă bateriile cu capacitate crescută, au fost luate în considerare soluții mai radicale pentru submarinele diesel-electrice ale proiectului 651. În principiu, Marina (Navy) a URSS, în paralel cu construcția de bărci ale Proiectului 651, se pregătea pentru construirea de submarine nucleare (submarine nucleare) ale Proiectului 675, cu aceleași rachete de croazieră P-6 care au fost instalate pe submarinele diesel-electrice ale proiectului 651. Cu toate acestea, submarinele nucleare din proiectul 675 erau semnificativ mai scumpe submarinele diesel-electrice din proiectul 651. A fost necesară o soluție care să permită submarinelor (submarinelor) din proiectul 651 să obțină o gamă nelimitată de croazieră a submarinelor menținerea altor caracteristici la nivelul submarinelor diesel-electrice ale proiectului original.
Ca soluție, a fost luată în considerare crearea unui reactor nuclear de dimensiuni mici, așa-numitul „ou de Dollezhal”, numit după creatorul său Nikolai Dollezhal, proiectantul șef al reactoarelor nucleare pentru Marina URSS. În etapa inițială, proiectul presupunea plasarea reactorului într-o capsulă separată și remorcarea acestuia pe o frânghie cu un cablu pentru a abandona ecranarea biologică grea. Cu toate acestea, un astfel de concept a fost imediat respins, atât din cauza probabilității mari de a pierde capsula cu reactorul, cât și din cauza potențialului de urmărire a submarinelor de-a lungul unei trasee radioactive. În viitor, a fost luată în considerare amplasarea reactorului în afara corpului submarin solid diesel-electric, dar în cadrul unui singur proiect de submarin „rigid”.
Evident, tehnologiile de atunci nu permiteau crearea unui reactor suficient de compact și fiabil, fără întreținere, cu caracteristici acceptabile. În viitor, ideea de a instala o centrală nucleară (NPP) pe submarine diesel-electrice a revenit de mai multe ori. În special, pe baza submarinelor diesel-electrice ale proiectului 651, proiectul 683 a fost dezvoltat pentru a crea un submarin de masă echipat cu o centrală nucleară de mică putere. Acest submarin trebuia să fie construit în cantități mari la fabricile care anterior produceau submarine diesel-electrice. Proiectul 683 a continuat și nu a primit dezvoltare, probabil pentru că până în acest moment URSS avea deja suficientă capacitate de producție pentru a produce nave cu drepturi depline cu energie nucleară în cantitățile necesare Marinei.
Nici Proiectul 651 nu a fost uitat. În 1985, una dintre ambarcațiunile acestui proiect a fost reproiectată conform Proiectului 651E, dezvoltat în 1977. Ca parte a modernizării, submarinul a fost echipat cu o centrală nucleară compactă de mică putere, dezvoltată la Institutul de Cercetare Științifică și Proiectare a Energiei Electrice (NIKIET) - în prezent Ordinul Institutului de Cercetare Științifică și Proiectare Lenin al Ingineriei Energetice numit după N. A. Dollezhal . În cadrul proiectului 651E, o centrală nucleară cu putere redusă a fost plasată în partea din spate a submarinului în afara corpului durabil. A fost utilizat un reactor de tip fierbere cu o buclă unică. Cu toate acestea, nici submarinul Proiectului 651E nu a părăsit etapa prototipului.
Submarine nucleare polivalente rusești
Odată cu prăbușirea URSS și pierderea unei părți semnificative a potențialului său industrial, Rusia s-a confruntat din nou cu problema lipsei de submarine nucleare. Proiectul submarinului nuclear multifuncțional (MCSAPL) 885 / 885M „Ash”, în ciuda tuturor avantajelor sale, s-a dovedit a fi extrem de scump și greu de construit. În total, este planificată construirea a șapte SSNS ale proiectului 885 / 885M, care este complet insuficient în contextul perimării rapide a submarinelor nucleare de generația a treia din proiectele 971, 945 / 945A disponibile în Marina Rusă.
În prezent, proiectul noului submarin nuclear multifuncțional „Husky” este în curs de desfășurare. Proiectul Husky este încă plin de zvonuri decât de informații reale. Probabil că submarinele nucleare ale acestui proiect vor fi mai mici și mai ieftine decât SSNS ale proiectului 885 / 885M, ceea ce face posibilă trasarea unei analogii cu submarinele nucleare americane ultra-scumpe Seawolf și cu cele mai versatile și relativ ieftine din clasa Virginia. submarine dezvoltate de acesta pentru a înlocui.
În același timp, există riscuri ca proiectul Husky, mai ales dacă este implementat un coeficient ridicat de noutate tehnică, să se confrunte cu întârzieri neprevăzute și creșteri de costuri.
Submarine non-nucleare în Rusia și în lume
O altă modalitate de a consolida componenta subacvatică a Marinei este construirea de submarine non-nucleare. Și și în acest segment din marina rusă, nu totul merge bine. În prezent, tendința globală este de a echipa submarinele non-nucleare cu centrale electrice independente de aer (VNEU), realizate pe diferite principii - celule de combustibil, motor Stirling. Prezența VNEU face posibilă creșterea radicală a gamei submarine de submarine, apropiindu-și capacitățile de submarinele nucleare, la un cost semnificativ mai mic decât cel anterior.
Din păcate, proiectele VNEU rusești pentru submarinul proiectului 677 Lada s-au confruntat cu probleme, la fel ca întregul proiect 677, în urma căruia primele submarine ale acestui proiect vor fi probabil implementate fără instalarea VNEU.
Baterii pentru submarine non-nucleare
O altă opțiune - echiparea submarinului cu baterii cu litiu de capacitate crescută, a fost aleasă de forțele navale japoneze (Navy), care operează și submarinul cu un motor Stirling. Se presupune că utilizarea bateriilor cu litiu de mare capacitate va permite o autonomie NNS cu rază lungă de acțiune comparabilă cu cea care permite utilizarea VNEU, dar în același timp bateriile cu litiu oferă o gamă lungă scufundată la viteze mari.
Criticii bateriilor cu litiu spun că sunt predispuși la incendiu și explozie. Cu toate acestea, se poate presupune că utilizarea industrială și cu atât mai mult utilizarea militară a acestor baterii va implica o atenție sporită la problemele de siguranță și la minimizarea riscurilor potențiale de supraîncălzire sau deformare a bateriilor. Cel mai mare obstacol în introducerea bateriilor cu litiu în submarinele non-submarine este costul ridicat al acestora.
Perspectiva utilizării bateriilor cu litiu în interesul Marinei este confirmată de intensificarea dezvoltării lor de către producătorii europeni.
La expoziția Euronaval 2018 din Paris, grupul francez de construcții navale Naval Group și grupul german TKMS au anunțat crearea propriilor baterii litiu-ion pentru submarine. Cele două companii dezvoltă în mod independent baterii submarine cu litiu în parteneriat cu cel mai mare producător francez de baterii și acumulatori industriali cu litiu, SAFT.
Compania Naval Group intenționează să utilizeze baterii cu litiu LIBRT în submarinele promițătoare SMX-31, în timp ce TKMS dezvoltă o soluție universală care poate fi integrată în submarinele germane existente și în construcție ale proiectelor 212 și 214.
În Rusia, situația producției de baterii moderne cu litiu este destul de vagă.
Liotech, o filială a RUSNANO, produce baterii fabricate folosind tehnologia fosfatului de litiu-fier (LiFePO4). Aceste baterii au anumite avantaje, în special siguranța ridicată a utilizării, posibilitatea de încărcare rapidă sigură și descărcare sigură cu curenți mari. În același timp, capacitatea LiFePO4 este semnificativ (aproximativ de două ori) inferioară bateriilor cu litiu fabricate folosind litiu cobalt sau alte tehnologii. De mai multe ori în mass-media au existat informații despre falimentul companiei, dar site-ul companiei funcționează în prezent.
În 2015, „Centrul de cercetare” surse de alimentare autonome”împreună cu„ Uzina de surse de alimentare autonome”PJSC a anunțat deschiderea producției unui ciclu complet de baterii litiu-ion. Cu toate acestea, în acest moment nu există informații despre scara producției și gradul de localizare.
Se vor dezvolta atât tehnologiile bateriilor LiFePO4, cât și ale altor tipuri de baterii cu litiu, iar implementarea lor în Rusia, precum și posibilitatea utilizării acestora ca sursă de energie pentru submarinele non-nucleare, merită un studiu atent realizat de organizații specializate.
Centrale nucleare moderne rusești
Lipsa unui VNEU intern funcțional și a unor soluții bazate pe baterii cu litiu extrem de eficiente, combinate cu costul ridicat și întârzierile în construcția de submarine nucleare polivalente, poate forța Marina Rusă să revină la conceptul de echipare a submarinelor diesel-electrice cu centrale nucleare. În acest moment, în lume, sub influența „verdelor”, există o îndepărtare de energia nucleară. Rusia, pe de altă parte, nu intenționează să abandoneze „atomul pașnic” în viitorul apropiat, se dezvoltă activ în această direcție și cel mai probabil este „primul dintre egali” în domeniul energiei nucleare.
Unul dintre exemplele de apariție a tehnologiilor avansate în rândul oamenilor de știință nucleari ruși sunt exemple de creare a unei centrale nucleare de dimensiuni mici pentru vehiculul subacvatic fără pilot (UUV) Poseidon și a unui motor rachetă nucleară pentru racheta de croazieră Burevestnik, cu o autonomie de zbor nelimitată.
Nu există date fiabile despre centrala nucleară a BPA „Poseidon”. Probabil că poate fi un reactor cu lichid de răcire metalic lichid cu o capacitate de aproximativ 8-10 MW, pe baza celui dezvoltat de A. P. Aleksandrova (NITI) al proiectului AMB-8, cu pompe de răcire silențioase magnetohidrodinamice ale circuitului primar.
Având în vedere specificul aplicației Poseidon BPA, centrala sa nucleară poate avea o durată de viață limitată, care durează câteva mii de ore, ceea ce nu îi va permite să fie împrumutată direct pentru submarine promițătoare, ci o lasă ca sursă de soluții tehnologice.
Prezența protecției împotriva radiațiilor la centrala nucleară din BPA Poseidon este îndoielnică. Pe de o parte, absența unui echipaj nu necesită protecție completă împotriva radiațiilor, ci doar așa-numitul. Protecția „umbră” a compartimentelor cu dispozitive sensibile. Pe de altă parte, lipsa protecției împotriva radiațiilor poate complica funcționarea Poseidon UUV - instalare / scoatere din suport, întreținere, chiar dacă reactorul său este „oprit” în mod implicit.
Atât în URSS, cât și în Rusia, reactoarele cu lichid de răcire metalic lichid au fost dezvoltate foarte activ, până la utilizarea în serie a submarinelor Project 705 Lira, care au atât caracteristici tehnice remarcabile, cât și un set la fel de extins de probleme de nerezolvat. Este destul de probabil ca „metalul lichid” (probabil) NPU al centralei nucleare din Poseidon să fie eficientă numai în cadrul problemei care se soluționează și nu poate fi adaptată pentru o funcționare pe termen lung fără probleme.
Dacă este imposibilă implementarea unei centrale nucleare cu lichid de răcire metalic lichid și cu un ciclu lung de funcționare autonomă fără probleme, atunci opțiunea de a crea o centrală nucleară cu putere redusă bazată pe reactoare dezvoltată în același NIKIET, unde Oul lui Dollezhal a fost proiectat anterior, poate fi luat în considerare.
Din articolul directorului adjunct - proiectant general pentru facilitățile civile ale SA "NIKIET" A. O. Pimenova:
Pentru a satisface cerințele energetice ale câmpurilor arctice, NIKIET oferă o serie de evoluții: de la o stație mică transportabilă Vityaz cu un reactor răcit cu apă cu o putere electrică de până la 1 MW și o unitate de putere cu un raft de instalație de reactor unificat, pentru sursa de alimentare locală a unui singur consumator, furnizată sub formă de capsulă energetică a unei producții din fabrică cu reactor amplasat compact și unități generatoare de turbine, până la o linie de aparate de fierbere de tip navă pentru centrale electrice cu putere electrică de 45 MW, 100 MW și 300 MW într-un design cu bloc unic.
În special, centralele nucleare de mică putere Vityaz, Shelf și ATGOR (ASMM) ar trebui să aibă dimensiuni minime și autonomie ridicată. Acestea sunt proiectate într-un design încapsulat, care crește nivelul de siguranță al centralelor nucleare. Centrală electrică integrală transportabilă "Vityaz", bazată pe un reactor cu apă sub presiune, răcit cu apă, cu o putere electrică de 1 MW și o putere termică de 6 MW, cu o greutate de cel mult 60 de tone. Campania de bază este de 40.000 de ore, frecvența reîncărcării este de șase ani, răcirea cu aer, cu circulație mecanică a aerului.
În gama de putere de la 1 la 10 MW, sunt propuse proiectul Shelf ASMM și proiectul promițător ATGOR bazat pe un reactor cu ciclu deschis răcit cu gaz de mică putere. Unitatea mobilă „ATGOR” de pe o semiremorcă auto este capabilă să producă 3,5 MW putere termică și 0,4-1,2 MW putere electrică. Durata de viață este de 60 de ani, combustibilul nuclear este reîncărcat o dată la zece ani.
Raftul ASMM este principala dezvoltare a NIKIET, poate fi furnizat sub formă de capsulă de energie gata de utilizare și este destinat alimentării cu echipamente tehnice care funcționează în câmpurile de petrol și gaze, inclusiv cele aflate la distanță la o distanță considerabilă de litoral și având un ciclu de funcționare pe tot parcursul anului timp de 25-30 de ani. Raftul ASMM include un reactor nuclear cu dublu circuit cu un reactor integrat răcit cu apă cu o putere termică de 28 MW, o unitate generatoare de turbine care generează 6 MW de energie electrică și un sistem pentru control automat, la distanță, monitorizare și protecție a instalației mijloace tehnice.
Durata de viață a submarinului nuclear Shelf este de 60 de ani, ciclul central este de 40.000 de ore, iar frecvența de realimentare este de șase ani. Greutatea modulului transportat este de 375 tone Reactorul este protejat de o carcasă de siguranță, care, în caz de accidente cu pierderea lichidului de răcire, oferă 72 de ore pentru luarea unei decizii cu privire la acțiuni ulterioare. Generatorul de turbină este disponibil pentru reparații. Toate elementele centralei nucleare „Raft” sunt acoperite cu o carcasă de protecție împotriva impactului factorilor externi.
Astfel, se poate presupune că evoluția oamenilor de știință atomici ruși face posibilă crearea unei centrale nucleare compacte autonome cu o putere electrică de 1-6 MW cu o durată de viață de până la zece (și, eventual, mai mulți) ani între reîncărcări. a miezului reactorului. Dacă o centrală nucleară compactă poate fi creată pe baza reactoarelor cu un agent de răcire metalic lichid, atunci caracteristicile sale pot fi și mai impresionante. Plasarea reactorului într-o capsulă izolată va maximiza izolarea acestuia de corpul submarin și va preveni o creștere semnificativă a zgomotului în comparație cu submarinul / submarinul diesel-electric.
Submarine nesubmarine sau diesel-electrice cu o centrală nucleară auxiliară?
În primul rând, trebuie spus că afirmațiile „nu avem nevoie de submarine nucleare, submarinele diesel-electrice obișnuite sunt suficiente” nu rezistă criticilor și se referă la o încercare de satisfacție - „din moment ce eșuăm, atunci nu avem nevoie de ea”. Vremea submarinelor diesel-electrice clasice se apropie de sfârșit, potențialul lor de export va scădea rapid nu din cauza „modei” pentru non-submarine, ci pentru că necesitatea unei suprafețe frecvente pentru a reîncărca bateriile este fatală pentru un submarin. Ținând seama de creșterea rapidă a numărului de vehicule aeriene fără pilot (UAV), care sunt, de asemenea, dezvoltate în interesul Marinei, care a apărut la adâncimea periscopului și a încărcat bateriile submarinelor diesel-electrice, cu o probabilitate mare să fie detectată de un radar sau un aparat de fotografiat termic al unui UAV și distrus.
Marina rusă are nevoie de submarine diesel-electrice cu o centrală nucleară auxiliară sau este mai bine să ne concentrăm asupra dezvoltării VNEU și a bateriilor moderne pentru submarine non-nucleare? Răspunsul la această întrebare necesită răspunsuri la alte câteva întrebări:
1. Cât de reușit și de costisitor (ieftin) submarinul nuclear al proiectului „Husky” se va dovedi și cât va costa un submarin diesel-electric cu o centrală nucleară auxiliară?
2. Este capabilă industria Federației Ruse să creeze un VNEU într-un timp rezonabil și la un cost acceptabil sau să producă baterii moderne, a căror utilizare pe submarine interne nucleare le va permite să concureze cu cei mai buni analogi mondiali?
Conform paragrafului 1. Dacă, din orice motiv, submarinele nucleare ale proiectului Husky se vor dovedi a fi drumuri și construcția lor va dura mult timp, iar submarinele diesel-electrice cu o centrală nucleară auxiliară vor fi semnificativ mai ieftine, deși din cauza caracteristici modeste și mai ușor de construit, atunci un astfel de proiect poate fi bine luat în considerare și implementat pentru a oferi Marinei un număr suficient de submarine
Costul proiectului 885 / 885M MCSAP este de la 30 la 47 de miliarde de ruble. (de la 1 la 1,5 miliarde de dolari), costul proiectului SSBN 955 / 955A este de aproximativ 23 miliarde de ruble. (0,7 miliarde de dolari). Valoarea exporturilor submarinelor diesel-electrice ale proiectului 636 este de 300 milioane dolari, respectiv costul lor pentru marina rusă ar trebui să fie de aproximativ 150-200 milioane dolari. Chiar dacă costul acestora, dacă este echipat cu o centrală nucleară auxiliară, se dublează, atunci în acest caz, costul submarinelor diesel-electrice cu centrale nucleare va fi de trei până la patru ori mai mic decât costul SSN-urilor din proiectul 885 / 885M. Acest lucru nu înseamnă deloc că este necesar să se abandoneze navele nucleare „reale” în favoarea submarinelor diesel-electrice cu centrale nucleare, dar faptul că existența lor în flotă poate fi destul de rentabilă confirmă.
La punctul 2. Problema VNEU și a bateriilor cu capacitate crescută va trebui rezolvată într-un fel sau altul, cel puțin pentru a furniza industriei de construcții navale comenzi de export. Dacă momentul creării VNEU și a bateriilor cu capacitate crescută va fi întârziată, iar caracteristicile și costurile obținute ale acestora nu vor îndeplini cerințele Marinei Ruse, atunci un proiect submarin diesel-electric cu o centrală nucleară auxiliară ar putea fi solicitat, în caz contrar, fezabilitatea acestuia poate fi pusă la îndoială
Este posibil să introduceți un compartiment cu o centrală nucleară în proiectele 636 sau 677 existente? Proiectul 636 este prea vechi pentru a pune în aplicare astfel de inovații radicale precum o centrală nucleară auxiliară. Posibilitatea introducerii unei centrale nucleare auxiliare în submarinul proiectului 677 poate fi evaluată doar de dezvoltatorii acestui submarin, împreună cu dezvoltatorii centralei nucleare. Soarta proiectului 677 este deja în limbă, potrivit unor rapoarte, tocmai din cauza problemelor cu centrala electrică. În acest caz, studiul instalării unei centrale nucleare auxiliare poate revigora și îngropa în cele din urmă proiectul 677.
Sunt disponibile și mai puține informații despre proiectul submarinului nuclear rus din a cincea generație „Kalina”. Informațiile fragmentare conțin informații despre dezvoltarea mai multor versiuni, atât cu VNEU, cât și cu baterii cu capacitate crescută. Dacă aceste informații sunt fiabile sau sunt o dorință bună, se poate doar ghici; în consecință, nu are rost să speculăm despre posibilitatea utilizării unei centrale nucleare auxiliare pe submarinul proiectului Kalina.
Prin urmare, Necesitatea dezvoltării unui submarin diesel-electric cu o centrală nucleară auxiliară pentru marina rusă poate fi legată de raportul următorilor factori principali: costul și timpul construcției submarinelor nucleare promițătoare ale proiectului Husky și costul și timpul de creare a unui submarin nuclear cu un NPP de mare putere sau baterii cu capacitate crescută.
Pe de altă parte, progresul în crearea centralelor nucleare de dimensiuni mici poate duce la faptul că acestea se vor dezvolta indiferent de succesul în crearea VNEU sau a bateriilor cu capacitate crescută și vor fi implementate și solicitate în cadrul un singur proiect al unui submarin promițător.
