Jedrski reaktor za nejedrsko podmornico (NNS). Protislovje je lastno samemu imenu, kljub temu so to vprašanje v ZSSR obravnavali precej resno. Zlasti je bila ideja o postavitvi jedrskega reaktorja majhne velikosti v zvezi s podmornicami projekta 651. Dizelsko-električna podmornica (DEPL) nosilca križarskih raket projekta 651 je postala največja nejedrska podmornica tistega časa, zgrajena leta ZSSR.
Dollezhalovo jajce
Oblikovalci so že od vsega začetka namesto svinčevih baterij postavili srebrno-cinkove baterije, da bi povečali podvodni doseg dizelsko-električnih podmornic projekta 651. V praksi se je izkazalo, da imajo srebrno-cinkove baterije dve pomembni pomanjkljivosti: visoke stroške in kratko življenjsko dobo (do 100 ciklov polnjenja in praznjenja), kar je vnaprej določilo vrnitev na svinčeve baterije.
Vendar so poleg baterij povečane zmogljivosti razmišljali tudi o bolj radikalnih rešitvah za dizelsko-električne podmornice projekta 651. Načeloma se je mornarica (mornarica) ZSSR vzporedno z gradnjo čolnov projekta 651 pripravljala na gradnjo jedrskih podmornic (jedrskih podmornic) projekta 675 z enakimi krilatimi raketami P-6 na dizelsko-električnih podmornicah projekta 651. Vendar so bile jedrske podmornice projekta 675 bistveno dražje dizelsko-električne podmornice projekta 651. Potrebna je bila rešitev, ki bi podmornicam (podmornicam) projekta 651 omogočila neomejen križarjenje podmornic, ohranjanje drugih značilnosti na ravni dizelsko-električnih podmornic prvotnega projekta.
Kot rešitev je bilo mišljeno ustvarjanje majhnega jedrskega reaktorja, tako imenovanega "Dollezhalovega jajca", poimenovanega po njegovem ustvarjalcu Nikolaju Dollezhalu, glavnem oblikovalcu jedrskih reaktorjev za mornarico ZSSR. V začetni fazi je projekt vključeval postavitev reaktorja v ločeno kapsulo in vlečenje po vrvi s kablom, da bi opustili močno biološko zaščito. Vendar je bil takšen koncept takoj zavrnjen, tako zaradi velike verjetnosti izgube kapsule z reaktorjem, kot zaradi možnosti sledenja podmornicam po radioaktivni sledi. V prihodnosti se je razmišljalo o namestitvi reaktorja zunaj trdnega dizelsko-električnega telesa podmornice, vendar v okviru enotne "toge" zasnove podmornice.
Očitno takratne tehnologije niso dopuščale ustvarjanja dovolj kompaktnega in zanesljivega reaktorja brez vzdrževanja s sprejemljivimi lastnostmi. V prihodnosti se je ideja o namestitvi jedrske elektrarne (NEK) na dizelsko-električne podmornice večkrat vrnila. Zlasti na podlagi dizelsko-električnih podmornic projekta 651 je bil projekt 683 razvit za ustvarjanje množične podmornice, opremljene z jedrsko elektrarno z nizko močjo. Ta podmornica naj bi bila v velikih količinah zgrajena v tovarnah, ki so prej proizvajale dizelsko-električne podmornice. Projekt 683 se je vlekel in ni dobil razvoja, verjetno zato, ker je do takrat ZSSR že imela dovolj proizvodnih zmogljivosti za proizvodnjo polnopravnih ladij na jedrski pogon v količinah, potrebnih za mornarico.
Prav tako ni bil pozabljen projekt 651. Leta 1985 je bila ena od čolnov tega projekta preoblikovana v skladu s projektom 651E, razvitim leta 1977. V okviru posodobitve je bila podmornica opremljena s kompaktno jedrsko elektrarno majhne moči, razvito na Znanstvenoraziskovalnem in oblikovalskem inštitutu za energetiko (NIKIET) - trenutno red Leninovega znanstvenoraziskovalnega in oblikovalskega inštituta za energetiko po N. A. Dollezhal . V okviru projekta 651E je bila v spodnji zadnji del podmornice zunaj trpežnega trupa postavljena jedrska elektrarna z nizko močjo. Uporabljen je bil reaktor z vreliščem z eno zanko. Vendar podmornica projekta 651E prav tako ni zapustila faze prototipa.
Večnamenske ruske jedrske podmornice
Z razpadom ZSSR in izgubo pomembnega dela industrijskega potenciala se je Rusija spet soočila s problemom pomanjkanja jedrskih podmornic. Projekt večnamenske jedrske podmornice (MCSAPL) 885 / 885M "Ash" se je kljub vsem prednostim izkazal kot izredno drag in težko gradljiv. Skupaj je načrtovana izgradnja sedmih SSNS projekta 885 / 885M, kar je popolnoma nezadostno v kontekstu hitre zastarelosti jedrskih podmornic tretje generacije projektov 971, 945 / 945A, ki so na voljo v ruski mornarici.
Trenutno poteka oblikovanje večnamenske jedrske podmornice nove generacije "Husky". Projekt Husky je še vedno poln govoric in ne resničnih informacij. Domnevno bodo jedrske podmornice tega projekta manjše in cenejše od SSNS projekta 885 / 885M, kar omogoča primerjavo z zelo dragimi ameriškimi jedrskimi podmornicami Seawolf in bolj vsestransko in relativno poceni jedrsko jedrsko opremo razreda Virginia podmornice, ki jih je razvila za zamenjavo.
Hkrati obstajajo tveganja, da se lahko projekt Husky, še posebej, če se v njem izvaja visok koeficient tehnične novosti, sooči z nepredvidenimi zamudami in povečanjem stroškov.
Nejedrske podmornice v Rusiji in po svetu
Drug način za krepitev podvodne komponente mornarice je gradnja nejedrskih podmornic. Tudi v tem segmentu v ruski mornarici ne gre vse gladko. Trenutno je svetovni trend opremljanje jedrskih podmornic z zračno neodvisnimi elektrarnami (VNEU), izdelanimi na različnih načelih-gorivne celice, Stirlingov motor. Prisotnost VNEU omogoča radikalno povečanje obsega podmornic podmornic in približevanje njihovih zmogljivosti jedrskim podmornicam po bistveno nižjih stroških prvih.
Žal so se ruski projekti VNEU za podmornico projekta 677 Lada soočili s težavami, prav tako celoten projekt 677, zaradi česar bodo prve podmornice tega projekta predvidoma izvedene brez namestitve VNEU.
Baterije za nejedrske podmornice
Druga možnost - opremiti podmornico z litijevimi baterijami povečane zmogljivosti, so izbrale japonske mornariške sile (mornarica), ki upravljajo tudi podmornico s Stirlingovim motorjem. Predvideva se, da bo uporaba litijevih baterij z visoko zmogljivostjo omogočila avtonomijo NNS na dolgem dosegu, ki je primerljiva z avtonomijo VNEU, hkrati pa litijeve baterije zagotavljajo dolg potopljeni doseg pri visokih hitrostih.
Kritiki litijevih baterij pravijo, da so nagnjeni k ognju in eksploziji. Vendar je mogoče domnevati, da bo industrijska in še bolj vojaška uporaba takšnih baterij pomenila večjo pozornost varnostnim vprašanjem in zmanjšala možna tveganja pregrevanja ali deformacije baterij. Največja ovira pri uvajanju litijevih baterij v podmornice brez podmornic so njihovi visoki stroški.
Možnost uporabe litijevih baterij v interesu mornarice potrjuje okrepitev njihovega razvoja s strani evropskih proizvajalcev.
Na razstavi Euronaval 2018 v Parizu sta francoska ladjedelniška skupina Naval Group in nemška skupina TKMS napovedali ustvarjanje lastnih litij-ionskih baterij za podmornice. Dve podjetji neodvisno razvijata litijeve podmorske baterije v partnerstvu z velikim francoskim proizvajalcem industrijskih litijevih baterij in akumulatorjev SAFT.
Družba Naval Group načrtuje uporabo litijevih baterij LIBRT v obetavnih podmornicah SMX-31, medtem ko TKMS razvija univerzalno rešitev, ki jo je mogoče vključiti v obstoječe in v izgradnji nemške podmornice projektov 212 in 214.
V Rusiji so razmere s proizvodnjo sodobnih litijevih baterij precej nejasne.
Liotech, hčerinsko podjetje podjetja RUSNANO, proizvaja baterije, izdelane po tehnologiji litijevega železovega fosfata (LiFePO4). Te baterije imajo določene prednosti, zlasti visoko varnost uporabe, možnost varnega hitrega polnjenja in varnega praznjenja z visokimi tokovi. Hkrati je zmogljivost LiFePO4 bistveno (približno dvakrat) slabša od litijevih baterij, izdelanih z uporabo litijevega kobalta ali drugih tehnologij. Večkrat so se v medijih pojavili podatki o stečaju družbe, vendar trenutno deluje spletna stran podjetja.
Leta 2015 je "Raziskovalni center" Avtonomni viri energije "skupaj s PJSC" Tovarna avtonomnih virov energije "napovedal odprtje proizvodnje celotnega cikla litij-ionskih baterij. Vendar trenutno ni podatkov o obsegu proizvodnje in stopnji lokalizacije.
Tehnologije tako LiFePO4 baterij kot drugih vrst litijevih baterij se bodo razvijale, njihova implementacija v Rusiji pa tudi možnost njihove uporabe kot vira energije za nejedrske podmornice si zaslužijo natančno preučitev specializiranih organizacij.
Sodobne ruske jedrske elektrarne
Pomanjkanje delujočega domačega VNEU in rešitev, ki temeljijo na visoko učinkovitih litijevih baterijah, skupaj z visokimi stroški in zamudami pri gradnji večnamenskih jedrskih podmornic, lahko prisili rusko mornarico, da se vrne k konceptu opremljanja dizelsko-električnih podmornic z nizko jedrske elektrarne. Trenutno je v svetu pod vplivom "zelenih" odmik od jedrske energije. Rusija pa v bližnji prihodnosti ne namerava opustiti "miroljubnega atoma", se aktivno razvija v tej smeri in je najverjetneje "prva med enakimi" na področju jedrske energije.
Eden od primerov nastanka prebojnih tehnologij med ruskimi jedrskimi znanstveniki so primeri ustvarjanja majhne jedrske elektrarne za podvodno vozilo brez posadke (UUV) Poseidon in jedrskega raketnega motorja za križarsko raketo Burevestnik z neomejenim dosegom letenja.
Za jedrske elektrarne BPA "Poseidon" ni zanesljivih podatkov. Domnevno je lahko reaktor s hladilnim sredstvom v tekoči kovini z zmogljivostjo približno 8-10 MW, na podlagi tistega, ki ga je razvil A. P. Aleksandrova (NITI) projekta AMB-8, z tihimi magnetohidrodinamičnimi hladilnimi črpalkami primarnega kroga.
Glede na posebnosti uporabe BPA Poseidon ima lahko njegova jedrska elektrarna omejeno življenjsko dobo, ki traja več tisoč ur, kar je ne bo dovolilo neposredno izposojati za obetavne podmornice, ampak jo pusti kot vir tehnoloških rešitev.
Prisotnost zaščite pred sevanjem v jedrski elektrarni v BPA Poseidon je dvomljiva. Po eni strani odsotnost posadke ne zahteva popolne zaščite pred sevanjem, le t.i. »Senčna« zaščita predelkov z občutljivimi napravami. Po drugi strani pa lahko pomanjkanje zaščite pred sevanjem oteži delovanje USV Poseidon - namestitev / odstranitev z nosilca, vzdrževanje, čeprav je njegov reaktor privzeto »zaustavljen«.
Tako v ZSSR kot v Rusiji so se reaktorji s hladilnim sredstvom v tekoči kovini razvijali zelo aktivno, vse do serijske uporabe na podmornicah projekta 705 Lira, ki imajo izjemne tehnične lastnosti in enako obsežen niz nerešljivih problemov. Zelo verjetno je, da je "tekoča kovina" (domnevno) NPU jedrske elektrarne Poseidon učinkovita le v okviru rešenega problema in je ni mogoče prilagoditi za dolgotrajno delovanje brez težav.
Če je nemogoče izvesti jedrsko elektrarno s hladilnim sredstvom iz tekočih kovin in z dolgim ciklom avtonomnega delovanja brez težav, potem obstaja možnost ustvarjanja jedrske elektrarne z nizko močjo na osnovi reaktorjev, razvitih v istem NIKIET-u, kjer Dollezhalovo jajce je bilo predhodno zasnovano, se lahko upošteva.
Iz članka namestnika direktorja - generalnega oblikovalca za civilne objekte JSC "NIKIET" A. O. Pimenova:
Za zadovoljevanje energetskih potreb arktičnih polj NIKIET ponuja številne novosti: od prenosne majhne postaje Vityaz z vodno hlajenim reaktorjem z električno močjo do 1 MW in agregata z enotno polico za namestitev reaktorja, za lokalno napajanje enega samega odjemalca, dobavljeno v obliki energetske kapsule tovarniške proizvodnje s kompaktno nameščenimi reaktorskimi in turbinskimi generatorji, do linije kuhalnih naprav za posodo za elektrarne z električno močjo 45 MW, 100 MW in 300 MW v zasnovi z enim blokom.
Zlasti jedrske elektrarne z nizko močjo Vityaz, Shelf in ATGOR (ASMM) bi morale imeti minimalne dimenzije in visoko avtonomijo. Zasnovane so v zaprti izvedbi, kar povečuje raven varnosti jedrskih elektrarn. Modularna prenosna integralna elektrarna "Vityaz", ki temelji na vodnem reaktorju z vodnim hlajenjem pod tlakom, z električno močjo 1 MW in toplotno močjo 6 MW, ki tehta največ 60 ton. Osrednja akcija je 40.000 ur, frekvenca ponovnega polnjenja je šest let, zračno hlajenje, z mehanskim kroženjem zraka.
V območju moči od 1 do 10 MW sta predlagana projekt Shelf ASMM in obetaven projekt ATGOR, ki temelji na nizkoenergetskem plinsko hlajenem reaktorju odprtega cikla. Mobilna enota "ATGOR" na polpriklopniku za avto lahko proizvede 3,5 MW toplotne energije in 0,4-1,2 MW električne energije. Življenjska doba je 60 let, jedrsko gorivo se polni enkrat na deset let.
ASMM Shelf je glavni razvoj NIKIET-a, dobavlja se lahko v obliki energetske kapsule, pripravljene za uporabo, in je namenjen napajanju tehnične opreme, ki deluje na naftnih in plinskih poljih, vključno s tistimi, ki so na veliki razdalji od obale in s celoletnim ciklom delovanja 25-30 let. Polica ASMM vključuje dvokrožni jedrski reaktor z vodno hlajenim integriranim reaktorjem s toplotno močjo 28 MW, agregat turbinskega generatorja, ki proizvaja 6 MW električne energije in sistem za avtomatizirano in daljinsko upravljanje, spremljanje in zaščito objektov. tehnična sredstva.
Življenjska doba jedrske podmornice Shelf je 60 let, jedrni cikel je 40.000 ur, pogostost polnjenja pa šest let. Teža prepeljanega modula je 375 ton. Reaktor je zaščiten z varnostnim ohišjem, ki v primeru nesreč z izgubo hladilne tekočine zagotavlja 72 ur za odločitev o nadaljnjih ukrepih. Turbinski generator je na voljo za popravilo. Vsi elementi jedrske elektrarne "Shelf" so pokriti z zaščitno lupino pred vplivom zunanjih dejavnikov.
Tako je mogoče domnevati, da razvoj ruskih atomskih znanstvenikov omogoča ustvarjanje kompaktne avtonomne jedrske elektrarne z električno močjo 1-6 MW z življenjsko dobo do deset (in morda tudi več) let med ponovnimi obremenitvami jedra reaktorja. Če je mogoče na podlagi reaktorjev s tekočim kovinskim hladilnim sredstvom ustvariti kompaktno jedrsko elektrarno, so lahko njegove lastnosti še bolj impresivne. Namestitev reaktorja v izolirano kapsulo bo povečala njegovo izolacijo od telesa podmornice in preprečila znatno povečanje hrupa v primerjavi s podmornico / dizelsko-električno podmornico.
Podmornice ali dizelsko-električne podmornice s pomožno jedrsko elektrarno?
Najprej je treba povedati, da izjave "ne potrebujemo jedrskih podmornic, običajne dizelsko -električne podmornice so povsem dovolj" ne zdržijo kritik in se nanašajo na poskus samozadovoljstva - "ker nam spodleti, potem ga ne potrebujemo. " Čas klasičnih dizelsko-električnih podmornic se bliža koncu, njihov izvozni potencial pa se bo hitro zmanjšal ne zaradi "mode" za podmornice, ampak zato, ker je potreba po pogostih površjih za polnjenje baterij usodna za podmornico. Ob upoštevanju hitrega povečanja števila brezpilotnih letal (UAV), ki se razvijajo tudi v interesu mornarice, ki se je pojavila do globine periskopa in napolnila baterije dizelsko-električnih podmornic, bo z veliko verjetnostjo odkrita z radarjem ali termovizijsko posadko brezpilotnega letala in uničena.
Ali ruska mornarica potrebuje dizelsko-električne podmornice s pomožno jedrsko elektrarno ali se je bolje osredotočiti na razvoj VNEU in sodobnih baterij za nejedrske podmornice? Odgovor na to vprašanje zahteva odgovore na več drugih vprašanj:
1. Kako uspešna in draga (poceni) je jedrska podmornica projekta "Husky" in koliko bo stala dizelsko-električna podmornica s pomožno jedrsko elektrarno?
2. Ali lahko industrija Ruske federacije v razumnem času in po sprejemljivih stroških ustvari VNEU ali proizvede sodobne baterije, katerih uporaba na domačih nejedrskih podmornicah jim bo omogočila tekmovanje z najboljšimi svetovnimi analogi?
V skladu z odstavkom 1. Če se bodo iz katerega koli razloga jedrske podmornice projekta Husky izkazale za ceste in bo njihova gradnja dolgo trajala, dizelsko-električne podmornice s pomožno jedrsko elektrarno pa bodo bistveno cenejše, čeprav zaradi skromne lastnosti in lažje gradnje, potem se tak projekt lahko razmisli in izvede, da se mornarici zagotovi zadostno število podmornic
Stroški projekta 885 / 885M MCSAP so od 30 do 47 milijard rubljev. (od 1 do 1,5 milijarde dolarjev) so stroški projekta SSBN 955 / 955A približno 23 milijard rubljev. (0,7 milijarde dolarjev). Izvozna vrednost dizelsko-električnih podmornic projekta 636 je 300 milijonov dolarjev, njihovi stroški za rusko mornarico pa bi morali biti približno 150-200 milijonov dolarjev. Tudi če se bodo njihovi stroški, če so opremljeni s pomožno jedrsko elektrarno, podvojili, bodo v tem primeru stroški dizelsko-električnih podmornic z jedrskimi elektrarnami tri do štirikrat manjši od stroškov SSN-jev projekta 885 / 885M. To sploh ne pomeni, da je treba opustiti "prave" ladje na jedrski pogon v korist dizelsko-električnih podmornic z jedrskimi elektrarnami, vendar potrjuje dejstvo, da je njihov obstoj v floti lahko precej stroškovno učinkovit.
Pri točki 2. Problem VNEU in baterij povečane kapacitete bo treba tako ali drugače rešiti, vsaj da bi ladjedelniški industriji zagotovili izvozna naročila. Če bo čas za ustvarjanje VNEU in baterij povečane zmogljivosti zakasnjen, njihove pridobljene lastnosti in stroški pa ne bodo ustrezali zahtevam ruske mornarice, bo morda potreben projekt podmornice z dizelsko elektriko s pomožno jedrsko elektrarno, v nasprotnem primeru se lahko vpraša njegova izvedljivost
Ali je mogoče v obstoječe projekte 636 ali 677 vstaviti kupe z jedrsko elektrarno? Projekt 636 je prestar za izvajanje tako radikalnih inovacij, kot je pomožna jedrska elektrarna. Možnost vstavitve pomožne jedrske elektrarne v podmornico projekta 677 lahko ocenijo le razvijalci te podmornice skupaj z razvijalci jedrske elektrarne. Usoda projekta 677 je po nekaterih poročilih že v zastoju ravno zaradi težav z elektrarno. V tem primeru lahko študija o namestitvi pomožne jedrske elektrarne oživi in končno pokoplje projekt 677.
Še manj podatkov je na voljo o projektu ruske jedrske podmornice pete generacije "Kalina". Delni podatki vsebujejo informacije o razvoju več različic, tako z VNEU kot z akumulatorji s povečano zmogljivostjo. Ali so te informacije zanesljive ali dobre želje, lahko le ugibamo, zato ni smisla ugibati o možnosti uporabe pomožne jedrske elektrarne na podmornici projekta Kalina.
Tako Potrebo po razvoju dizelsko-električne podmornice s pomožno jedrsko elektrarno za rusko mornarico je mogoče povezati z razmerjem naslednjih glavnih dejavnikov: stroškov in časa gradnje obetavnih jedrskih podmornic projekta Husky ter stroškov in časa ustvarjanja jedrske podmornice z visoko zmogljivo NEK ali baterijami z večjo zmogljivostjo.
Po drugi strani pa lahko napredek pri ustvarjanju majhnih jedrskih elektrarn privede do dejstva, da se bodo razvijale ne glede na uspeh pri ustvarjanju VNEU ali baterij s povečano zmogljivostjo ter se bodo izvajale in povpraševale v okviru en sam projekt obetavne podmornice.
