Главная > Развитие подводных лодок

На атомной энергии.

В декабре 1938 г., когда весь мир с тревогой взирал на агрессивные устремления фашизма, немецкие ученые-физики О. Ган и Ф. Штрасман открыли деление ядер урана в результате бомбардировки их нейтронами, а в начале 1939 г. австрийский физик Л. Майтнер дала правильную интерпретацию опытам Гана и Штрасмана, впервые ввела для этого понятие "деление ядра".

Об истории атомной энергетики написано много, поэтому не будем повторяться. Напомним только, что под руководством эмигрировавшего в США выдающегося итальянского физика Энрико Ферми 2 декабря 1942 г. впервые была осуществлена управляемая цепная реакция деления ядер урана. Это факт общеизвестный в отличие от некоторых событий, ему предшествовавших...

Еще 17 марта 1939 г. Ферми был приглашен в Вашингтон и на совещании, в котором участвовали ученые и офицеры ВМС США, подробно рассказал о тех возможностях, которые открывает для энергетики управляемая реакция ядерного распада. На совещании присутствовал человек, который сразу ухватился за эту идею применительно к подводному кораблестроению. Им был физик научно-исследовательской лаборатории ВМС США доктор Р. Ганн. В течение считанных дней, последовавших за информацией Ферми, Ганн при поддержке руководства Морского инженерного управления (ныне Управление кораблестроения) предпринял попытку получить средства для развёртывания работ по созданию атомной энергетической установки (АЭУ) для подводной лодки, но потерпел неудачу. Большинство научных авторитетов армии и флота не разделяло мнение о необходимости работ в области корабельной ядерной энергетики и считало, что все усилия науки и экономики США следует сосредоточить исключительно на создании атомной бомбы. Не помог и доклад, врученный 1 ноября 1939 г. президенту Ф. Рузвельту, в котором, в частности, говорилось:

...При расщеплении атомов урана выделяется огромное количество тепла. Если управлять цепной реакцией таким образом, что она будет развиваться постепенно, ее, очевидно, можно использовать как постоянный источник энергии для подводных лодок, что позволит обходиться без больших аккумуляторных батарей.

Только в ноябре 1944 г. представители ВМС США сумели убедить комитет, созданный для разработки рекомендаций по послевоенному развитию атомной энергии, в необходимости создания атомных подводных лодок (ПЛА). В декабре 1945 г. была разработана обширная программа строительства ПЛА, предложения по реализации которой в апреле 1946 г. Научно-исследовательская лаборатория ВМС США представила Управлению кораблестроения. Рекомендовалось, в частности, сосредоточить усилия на создании корабельных ядерных реакторов двух типов: на медленных и промежуточных нейтронах, применив в качестве теплоносителя воду и жидкий металл.

В основе работы АЭУ лежит превращение ядерной энергии в механическую путем использования атомного реактора как источника тепла, за счет которого вода превращается в пар. Таким образом, уместна аналогия между реактором и паровым котлом паросиловой установки, но с Той разницей, что пар в котле генерируется в результате сжигания органического топлива, а в АЭУ - за счет тепла, выделяющегося при делении ядерного горючего в реакторе. Принципиальное преимущество АЭУ вытекает из огромной концентрации ядерной энергии в веществе по сравнению с концентрацией химической энергии в органическом топливе. Так, если при сгорании одного килограмма дизельного топлива выделяется около 42 МДж теплоты, то такое же количество ядерного горючого дает теплоты в два миллиона раз больше. При этом (что особенно важно) АЭУ не нуждается в подводе атмосферного воздуха или другого окислителя, без которых не может обойтись ни один тепловой двигатель, работающий на органическом топливе.

АЭУ состоит из двух контуров. Вода первого контура, нагретая в активной зоне реактора, поступает в парогенераторы, где отдает теплоту воде второго контура, превращая ее в пар, поступающий в паротурбинную часть, мало чем отличающуюся от применяемых в обычных корабельных паросиловых установках. Таким образом, в АЭУ рассматриваемого типа теплоносителем является вода, а рабочим телом водяной пар.

Работы по созданию ПЛА велись ускоренными темпами. В 1948 г. был закончен проект АЭУ и заключен контракт на проектирование и строительство опытного реактора, а в августе 1949 г. утверждены тактико-технические данные первой ПЛА, которая была заложена в июне 1952 г. на верфи в Гротоне и названа Наутилусом. 21 января 1954 г. в присутствии президента США Эйзенхауэра Наутилус был спущен на воду, а 18 января 1955 г. вышел на испытания и командир передал в эфир открытым текстом "Идем под атомным двигателем ".

При водоизмещении Наутилуса 3764/4040 т двухвальная АЭУ суммарной мощностью 9860 кВт обеспечивала скорость 20/23 уз. Дальность плавания в подводном положении составляла 25 тыс. миль при расходе 450 г 235U в месяц. Таким образом, продолжительность плавания практически зависела только от исправной работы средств регенерации воздуха, запасов продуктов жизнедеятельности экипажа и выносливости личного состава.

Опыт создания первой ПЛА выявил много вопросов. Удельная масса АЭУ была очень велика - около 80 кг/кВт, из-за этого на Наутилусе не удалось установить часть предусмотренного проектом вооружения и оборудования. Низкие удельные массовые показатели АЭУ объясняются конструктивной спецификой ее паропроизводительной части, масса которой на Наутилусе составляла около 85 % массы всей АЭУ.

Основной причиной утяжеления установки является биологическая защита, в состав которой входят свинец, сталь и другие материалы. В связи с этим возникает и другая сложность. Столь большую массу (около 740 т), сосредоточенную в одном отсеке, очень трудно согласовать с геометрией и массой подводной лодки в целом, которая после укомплектования всеми штатными грузами не должна иметь крена и дифферента.

В 1957 г. в США была построена вторая ПЛА Сивулф водоизмещением 3765/4200 т, реактор которой работал на промежуточных нейтронах, а в качестве теплоносителя применен жидкий натрий - металл с очень низкой температурой плавления. Расплавленный натрий циркулировал в первом контуре АЭУ, что позволяло при относительно небольшом давлении в контуре - порядка 600 кПа - резко поднять температуру в нем и за счет этого значительно увеличить параметры пара во втором контуре, повысив удельную мощность АЭУ при одновременном снижении ее удельной массы. Турбины Сивулфа работали на перегретом паре давлением 4000-4800 кПа с температурой 410-442°С. Для сравнения укажем, что к турбинам Наутилуса подводился насыщенный пар с давлением 1500-2500 кПа и температурой 200-250°С.

Управление кораблестроения США рассчитывало, что проектирование, строительство и эксплуатация двух первых лодок с разнотипными АЭУ позволит сравнить установки и выбрать оптимальный вариант. Но сравнение не удалось. Расплавленный натрий, как и другие щелочные металлы, химически агрессивен. В результате трубопроводы первого контура АЭУ Сивулфа быстро корродировали вплоть до появления свищей. Утечка натрия из первого контура и его высокая радиоактивность вынудили вначале отключить систему перегрева пара, что привело к снижению мощности установки до 80 %, а позже и вообще отказаться от применения на подводных лодках АЭУ с жидкометаллическим теплоносителем. В 1959 г. Сивулф вывели из состава флота и переоборудовали под АЭУ, аналогичную установленной на Наутилусе.

АЭУ произвела революцию в подводном плавании, открыв широкую перспективу существенного улучшения тактико-технических элементов подводных лодок. Уже первые ПЛА около 80 % ходового времени находились в подводном положении, а на отдельных переходах - до 98 %. Атомная установка позволила значительно увеличить энерговооруженность лодок. Даже на Наутилусе с далекой от совершенства АЭУ энерговооруженность в подводном положении составила 2,9 кВт/т, в то время как на дизель-электрических подводных лодках США той поры она не превышала 1,6 кВт/т.

Конечно, низкие удельные массовые показатели АЭУ являлись существенным тормозом к их внедрению в подводное кораблестроение. Правда, по мнению американских специалистов, следовало ожидать существенного уменьшения удельной массы АЭУ по мере их совершенствования. При этом указывалось, что для АЭУ мощностью 33 тыс. кВт удельная масса может составить 15-19 кг/кВт, что позволит разместить установку в три с лишним раза более мощную, чем на Наутилусе, в энергетических отсеках, по габаритам не превышающих такие же первой ПЛА. Но, как показало будущее, все оказалось намного сложнее.

Однако сам факт создания АЭУ для подводных лодок был впечатляющим. Единый двигатель для надводного и подводного хода лодки стал реальностью.