Ядрен реактор за неядрена подводница (NNS). Противоречието е присъщо на самото име, въпреки това този въпрос се разглеждаше доста сериозно в СССР. По-специално, идеята за поставяне на ядрен реактор с малки размери беше обмислена във връзка с подводници от проект 651. Дизелово-електрическата подводница (DEPL) от носача на крилати ракети по проект 651 стана най-големите неядрени подводници от онова време, построени през СССР.
Яйцето на Долежал
От самото начало, в стремежа си да увеличат подводния обхват на дизелово-електрическите подводници от проект 651, дизайнерите поставят сребърно-цинкови батерии вместо оловно-киселинни. На практика се оказа, че сребърно-цинковите батерии имат два критични недостатъка: висока цена и кратък експлоатационен живот (до 100 цикъла на зареждане-разреждане), които предопределят връщането към оловно-киселинни батерии.
В допълнение към батериите с увеличен капацитет, бяха разгледани и по-радикални решения за дизелово-електрически подводници от проект 651. По принцип ВМС (ВМС) на СССР, успоредно със строителството на лодки по проект 651, се подготвяше за изграждането на ядрени подводници (ядрени подводници) от проект 675, със същите крилати ракети Р-6, които бяха инсталирани на дизелово-електрически подводници от проект 651. Въпреки това, атомните подводници от проект 675 бяха значително по-скъпи дизелово-електрически подводници по проект 651. Изискваше се решение, което да позволи на подводници (подводници) от проект 651 да получат неограничен круизен обхват на подводници, докато запазване на други характеристики на ниво дизелово-електрически подводници от първоначалния проект.
Като решение беше разгледано създаването на малък по размер ядрен реактор, така нареченото „яйце на Долежал“, кръстен на създателя си Николай Долежал, главен конструктор на ядрени реактори за ВМС на СССР. В началния етап проектът включваше поставяне на реактора в отделна капсула и тегленето му на въже с кабел, за да се изостави тежката биологична защита. Такава концепция обаче веднага беше отхвърлена, както поради високата вероятност да загуби капсулата с реактора, така и поради потенциала за проследяване на подводници по радиоактивна следа. В бъдеще се обмисля поставянето на реактора извън твърдото дизелово-електрическо тяло на подводница, но в рамките на единна „твърда“подводна конструкция.
Очевидно тогавашните технологии не позволяват създаването на достатъчно компактен и надежден реактор без поддръжка с приемливи характеристики. В бъдеще неведнъж се връща идеята за инсталиране на атомна електроцентрала (АЕЦ) на дизелово-електрически подводници. По-специално, на базата на дизелово-електрически подводници по проект 651, проект 683 е разработен за създаване на масова подводница, оборудвана с атомна електроцентрала с малка мощност. Тази подводница е трябвало да бъде построена в големи количества във фабрики, които преди са произвеждали дизелово-електрически подводници. Проект 683 се проточи и не получи развитие, вероятно защото по това време СССР вече имаше достатъчен производствен капацитет за производство на пълноценни кораби с ядрена енергия в количествата, необходими за ВМС.
Не е забравен и проект 651. През 1985 г. една от лодките по този проект е преработена според проект 651E, разработен през 1977 г. Като част от модернизацията подводницата е оборудвана с компактна атомна електроцентрала с ниска мощност, разработена в Научно -изследователския и проектантски институт по енергетика (НИКИЕТ) - понастоящем орден на Научно -изследователския и проектантски институт по енергетика на Ленин Н. А. Долежал . В рамките на проекта 651E в долната задна част на подводницата извън здравия корпус е поставена атомна електроцентрала с ниска мощност. Използва се реактор с един цикъл на кипене. Подводницата на Project 651E обаче също не напусна етапа на прототипа.
Многофункционални руски атомни подводници
С разпадането на СССР и загубата на значителна част от индустриалния си потенциал Русия отново се изправи пред проблема с недостига на ядрени подводници. Проектът на многофункционалната ядрена подводница (MCSAPL) 885 / 885M „Пепел“, въпреки всичките си предимства, се оказа изключително скъп и труден за изграждане. Общо се планира изграждането на седем SSNS от проект 885 / 885M, което е напълно недостатъчно в контекста на бързото остаряване на атомните подводници от трето поколение от проекти 971, 945 / 945A, налични във ВМС на Русия.
В момента тече проектирането на многофункционалната ядрена подводница от ново поколение „Хъски“. Проектът Хъски все още е пълен с слухове, а не с реална информация. Предполага се, че ядрените подводници от този проект ще бъдат по-малки и по-евтини от SSNS от проект 885 / 885M, което дава възможност да се направи аналогия с ултра скъпите американски атомни подводници Seawolf и по-универсалната и сравнително евтина ядрена класа от Вирджиния подводници, разработени от него за замяна.
В същото време съществуват рискове, че проектът Husky, особено ако в него е внедрен висок коефициент на техническа новост, може да се сблъска с непредвидени забавяния и увеличаване на разходите.
Неядрени подводници в Русия и по света
Друг начин за укрепване на подводния компонент на ВМС е изграждането на неядрени подводници. И в този сегмент във ВМС на Русия също не всичко върви гладко. В момента световната тенденция е да се оборудват неядрени подводници с независими от въздуха електроцентрали (VNEU), изработени на различни принципи-горивни клетки, двигател на Стърлинг. Наличието на VNEU дава възможност за радикално увеличаване на подводния обхват на подводниците, доближавайки възможностите му до атомните подводници, при значително по -ниска цена на първите.
За съжаление, руските проекти на VNEU за подводница „Lada“по проект 677 се сблъскаха с проблеми, както и целият проект 677, в резултат на което първите подводници от този проект вероятно ще бъдат изпълнени без инсталирането на VNEU.
Батерии за неядрени подводници
Друг вариант - да се оборудва подводницата с литиеви батерии с повишен капацитет, е избран от японските военноморски сили (ВМС), които също експлоатират подводницата с двигател на Стърлинг. Предполага се, че използването на литиеви батерии с голям капацитет ще позволи автономност на NNS на дълги разстояния, сравнима с тази, която позволява използването на VNEU, но в същото време литиевите батерии осигуряват дълъг подводен обхват при високи скорости.
Критиците на литиевите батерии казват, че са склонни към пожар и експлозия. Може обаче да се предположи, че промишлеността и още повече военната употреба на такива батерии ще предполага повишено внимание към проблемите на безопасността и свеждане до минимум на потенциалните рискове от прегряване или деформация на батериите. Най-голямото препятствие при въвеждането на литиеви батерии в подводни подводници е тяхната висока цена.
Перспективата за използване на литиеви батерии в интерес на ВМС се потвърждава от засилването на тяхното развитие от европейските производители.
На изложението 2018 Euronaval 2018 в Париж френската корабостроителна група Naval Group и германската група TKMS обявиха създаването на свои литиево-йонни батерии за подводници. Двете компании независимо разработват литиеви подводни батерии в партньорство с големия френски производител на промишлени литиеви батерии и акумулатори SAFT.
Компанията от Naval Group планира да използва литиеви батерии LIBRT в обещаващите подводници SMX-31, докато TKMS разработва универсално решение, което може да бъде интегрирано в съществуващите и строящи се германски подводници по проекти 212 и 214.
В Русия ситуацията с производството на съвременни литиеви батерии е доста неясна.
Liotech, дъщерно дружество на RUSNANO, произвежда батерии, направени по литиево -желязна фосфатна технология (LiFePO4). Тези батерии имат определени предимства, по -специално висока безопасност при използване, възможност за безопасно бързо зареждане и безопасно разреждане с високи токове. В същото време капацитетът на LiFePO4 е значително (приблизително два пъти) по -нисък от литиевите батерии, направени по литиево -кобалтов или други технологии. Няколко пъти в медиите имаше информация за фалита на компанията, но в момента уебсайтът на компанията функционира.
През 2015 г. „Изследователски център„ Автономни източници на енергия “съвместно с ПАО„ Завод за автономни източници на енергия “обяви откриването на производството на пълен цикъл литиево-йонни батерии. В момента обаче няма информация за мащаба на производството и степента на локализация.
Технологиите както на LiFePO4 батерии, така и на други видове литиеви батерии ще се развиват, а тяхното внедряване в Русия, както и възможността за използването им като източник на енергия за неядрени подводници заслужават внимателно проучване от специализирани организации.
Съвременните руски атомни електроцентрали
Липсата на работещ вътрешен VNEU и решения, базирани на високоефективни литиеви батерии, в съчетание с високата цена и забавянето при изграждането на многофункционални атомни подводници, може да принуди руския флот да се върне към концепцията за оборудване на дизелово-електрически подводници с ниско енергийни атомни електроцентрали. В момента в света, под влиянието на „зелените“, има отдалечаване от ядрената енергия. Русия, от друга страна, не планира да се откаже от "мирния атом" в близко бъдеще, активно се развива в тази посока и най -вероятно е "първата сред равни" в областта на ядрената енергия.
Един от примерите за появата на революционни технологии сред руските ядрени учени са примерите за създаване на малка атомна електроцентрала за безпилотно подводно превозно средство „Посейдон“(UUV) и ядрено-ракетен двигател за крилата ракета „Буревестник“с неограничен обсег на полет.
Няма достоверни данни за атомната електроцентрала на БПА "Посейдон". Предполага се, че това може да бъде реактор с течен метален охладител с мощност около 8-10 MW, на базата на този, разработен от A. P. Александрова (NITI) от проекта AMB-8, с безшумни магнитохидродинамични охлаждащи помпи на първи контур.
Като се имат предвид спецификите на приложението Poseidon BPA, неговата атомна електроцентрала може да има ограничен експлоатационен живот, продължаващ няколко хиляди часа, което няма да позволи прякото му заемане за обещаващи подводници, но го оставя като източник на технологични решения.
Наличието на радиационна защита в атомната електроцентрала в BPA Poseidon е под въпрос. От една страна, отсъствието на екипаж не изисква пълноценна радиационна защита, а само т.нар. Защита от „сенки“на отделения с чувствителни устройства. От друга страна, липсата на радиационна защита може да усложни работата на UUV на Poseidon - инсталиране / премахване от носителя, поддръжка, въпреки че реакторът му е „изключен“по подразбиране.
Както в СССР, така и в Русия реакторите с течен метален охладител бяха разработени много активно, до серийното използване на подводници от проект 705 „Лира“, които имат както изключителни технически характеристики, така и еднакво обширен набор от нерешими проблеми. Напълно вероятно е „течният метал“(вероятно) NPU на атомната електроцентрала „Посейдон“да е ефективен само в рамките на решаващия се проблем и не може да бъде адаптиран за дългосрочна безпроблемна експлоатация.
Ако е невъзможно да се внедри атомна електроцентрала с течен метален охладител и с дълъг цикъл на автономна безпроблемна работа, тогава има възможност за създаване на ядрена електроцентрала с ниска мощност на базата на реактори, разработени в същия NIKIET, където Яйцето на Долежал е проектирано по -рано, може да се разгледа.
От статията на заместник -директора - генерален проектант за граждански съоръжения на АД "НИКИЕТ" А. О. Пименова:
За да отговори на енергийните изисквания на арктическите полета, NIKIET предлага редица разработки: от транспортируема малка станция Витяз с водно охладено реактор с електрическа мощност до 1 MW и енергиен блок с унифициран реактор за инсталиране на рафт, за локално електрозахранване на един потребител, доставено под формата на енергийна капсула от фабрично производство с компактно разположени реакторни и турбинни генераторни агрегати, до линия от съдове тип кипящи апарати за електроцентрали с електрическа мощност 45 MW, 100 MW и 300 MW в единичен блок.
По-специално, атомните електроцентрали с ниска мощност Vityaz, Shelf и ATGOR (ASMM) трябва да имат минимални размери и висока автономност. Те са проектирани в капсулиран дизайн, което повишава нивото на безопасност на атомните електроцентрали. Модулна транспортируема интегрална електроцентрала "Витяз", на базата на воден реактор с водно охлаждане под налягане, с електрическа мощност 1 MW и топлинна мощност 6 MW, с тегло не повече от 60 тона. Основната кампания е 40 000 часа, честотата на презареждане е шест години, въздушно охлаждане, с механична циркулация на въздуха.
В диапазона на мощност от 1 до 10 MW се предлагат проект Shelf ASMM и обещаващ проект ATGOR, базиран на реактор с отворен цикъл с газово охлаждане с ниска мощност. Мобилният блок "ATGOR" на полуремарке за автомобили е в състояние да произвежда 3,5 MW топлинна мощност и 0,4-1,2 MW електрическа мощност. Срокът на експлоатация е 60 години, ядреното гориво се презарежда веднъж на всеки десет години.
ASMM Shelf е основното развитие на NIKIET, той може да бъде доставен под формата на готова за употреба енергийна капсула и е предназначен за захранване на техническо оборудване, работещо в нефтени и газови находища, включително тези, отдалечени на значително разстояние от крайбрежие и с целогодишен цикъл на експлоатация в продължение на 25-30 години. Рафтът ASMM включва двуконтурен ядрен реактор с интегриран реактор с водно охлаждане с топлинна мощност 28 MW, турбинен генератор, който генерира 6 MW електричество и система за автоматизирано и дистанционно управление, наблюдение и защита на съоръжението технически средства.
Срокът на експлоатация на атомната подводница Shelf е 60 години, основният цикъл е 40 000 часа, а честотата на зареждане с гориво е шест години. Теглото на транспортирания модул е 375 т. Реакторът е защитен с предпазен корпус, който при аварии със загуба на охлаждаща течност осигурява 72 часа за вземане на решение за по -нататъшни действия. Турбинният генератор е на разположение за ремонт. Всички елементи на атомната електроцентрала „Шелф“са покрити със защитна обвивка от въздействието на външни фактори.
По този начин може да се предположи, че разработките на руските атомни учени правят възможно създаването на компактна автономна атомна електроцентрала с електрическа мощност 1-6 MW с експлоатационен живот до десет (а може би и повече) години между презарежданията на активната зона на реактора. Ако може да се създаде компактна атомна електроцентрала на базата на реактори с охлаждаща течност от метал, тогава нейните характеристики могат да бъдат още по -впечатляващи. Поставянето на реактора в изолирана капсула ще увеличи максимално изолацията му от тялото на подводницата и ще предотврати значително увеличаване на шума в сравнение с подводницата / дизелово-електрическата подводница.
Подводници или дизел-електрически подводници с помощна атомна електроцентрала?
На първо място, трябва да се каже, че твърденията „нямаме нужда от ядрени подводници, обикновените дизелово -електрически подводници са напълно достатъчни“не издържат на критики и се отнасят до опит за самодоволство - „тъй като се проваляме, тогава нямаме нужда “. Времето на класическите дизелово-електрически подводници наближава, техният износен потенциал бързо ще намалее не поради „модата“за подводници, а защото необходимостта от чести изплувания за презареждане на батериите е фатална за подводница. Като се има предвид бързото нарастване на броя на безпилотни летателни апарати (БЛА), които също се разработват в интерес на ВМС, които изплуват на дълбочина на перископ и зареждат дизелово-електрически подводни батерии, с голяма вероятност той ще бъде открит от радар или термовизионна камера на БЛА и унищожен.
Нуждаят ли се руските ВМС от дизелово-електрически подводници с помощна атомна електроцентрала или е по-добре да се съсредоточи върху развитието на VNEU и съвременните батерии за неядрени подводници? Отговорът на този въпрос изисква получаване на отговори на няколко други въпроса:
1. Колко успешна и скъпа (евтина) атомна подводница по проекта "Хъски" ще се окаже и колко ще струва дизелово-електрическа подводница с помощна атомна електроцентрала?
2. Възможна ли е индустрията на Руската федерация да създаде VNEU в разумен срок и на приемлива цена или да произведе съвременни батерии, чието използване на вътрешни неядрени подводници ще им позволи да се конкурират с най-добрите световни аналози?
Съгласно параграф 1. Ако по някаква причина атомните подводници по проекта „Хъски“се окажат пътища и тяхното изграждане ще отнеме много време, а дизелово-електрическите подводници с помощна атомна електроцентрала ще бъдат значително по-евтини, макар и поради повече скромни характеристики и по -лесен за изграждане, тогава такъв проект може да бъде разгледан и изпълнен, за да осигури на ВМС достатъчен брой подводници
Цената на проекта 885 / 885M MCSAP е от 30 до 47 милиарда рубли. (от 1 до 1,5 милиарда долара), цената на SSBN проекта 955 / 955A е около 23 милиарда рубли. (0,7 милиарда долара). Стойността на износа на дизелово-електрическите подводници от проект 636 е съответно 300 милиона долара, като цената им за руския флот трябва да бъде около 150-200 милиона долара. Дори ако цената им, ако е оборудвана с помощна атомна електроцентрала, се удвои, в този случай цената на дизелово-електрическите подводници с атомни електроцентрали ще бъде три до четири пъти по-ниска от цената на SSN по проект 885 / 885M. Това изобщо не означава, че е необходимо да се изоставят „истинските“кораби с ядрена енергия в полза на дизелово-електрическите подводници с атомни електроцентрали, но фактът, че съществуването им във флота може да бъде доста рентабилен, потвърждава.
По точка 2. Проблемът с VNEU и батерии с повишен капацитет ще трябва да бъде решен по един или друг начин, поне за да се предоставят на корабостроителната индустрия поръчки за износ. Ако времето за създаване на VNEU и батерии с повишен капацитет ще бъде забавено, а получените им характеристики и цена няма да отговарят на изискванията на ВМС на Русия, тогава може да се търси проект за дизелово-електрическа подводница с помощна атомна електроцентрала, в противен случай неговата осъществимост може да бъде поставена под въпрос
Възможно ли е да се вмъкне отделение с атомна електроцентрала в съществуващи проекти 636 или 677? Проект 636 е твърде стар, за да приложи такива радикални иновации като спомагателна атомна електроцентрала върху него. Възможността за поставяне на спомагателна атомна електроцентрала в подводницата по проект 677 може да бъде оценена само от разработчиците на тази подводница, заедно с разработчиците на атомната електроцентрала. Съдбата на проекта 677 вече е в безизходица, според някои доклади, именно поради проблеми с електроцентралата. В този случай проучването на инсталирането на спомагателна атомна електроцентрала може едновременно да съживи и окончателно да погребе проекта 677.
Още по -малко информация има за проекта на руската атомна подводница от пето поколение „Калина“. Фрагментарната информация съдържа информация за разработването на няколко версии, както с VNEU, така и с батерии с увеличен капацитет. Дали тази информация е надеждна или е добро желание, можем само да гадаем; съответно няма смисъл да се спекулира за възможността за използване на спомагателна атомна електроцентрала на подводницата на проекта Калина.
Поради това, Необходимостта от разработване на дизелово-електрическа подводница с помощна атомна електроцентрала за ВМС на Русия може да бъде свързана със съотношението на следните основни фактори: цената и времето за изграждане на обещаващи атомни подводници по проекта Husky и цената и времето на създаването на ядрена подводница с мощна АЕЦ или батерии с увеличен капацитет.
От друга страна, напредъкът в създаването на малки атомни електроцентрали може да доведе до факта, че те ще се развиват независимо от успеха при създаването на VNEU или батерии с увеличен капацитет и ще бъдат внедрени и търсени в рамките на един проект на обещаваща подводница.
