Атомные установки подлодок. Ядерная энергетика и атомный подводный флот Атомная энергетическая установка подводной лодки

Первая американская и советская атомные подводные лодки (АПЛ), как известно, оснащались паропроизводящими установками с водо-водяными реакторами. Однако уже на второй АПЛ "Си вулф" американские конструкторы применили реактор с жидкометаллическим теплоносителем (ЖМТ). Рассматривались и другие схемы, в том числе так называемый "кипящий" реактор, реактор с газовым теплоносителем, однако достоинства реактора с ЖМТ оказались наиболее привлекательными. Во-первых, металлический теплоноситель позволяет иметь в первом контуре достаточно высокую температуру при относительно небольшом давлении. Благодаря этому можно было увеличить температуру в паропроизводящем контуре, что способствовало достижению высокого к.п.д. установки в целом. Во-вторых, давление в этом контуре принималось значительно более высоким, чем в первом, поэтому негерметичности первого контура не приводили к быстрому радиоактивному загрязнению пара. В-третьих, большая теплоемкость металла принципиально способствовала уменьшению габаритов и массы реактора.

В Советском Союзе разработка судового реактора с ЖМТ была задана постановлением ЦК КПСС и Совмина от 22 октября 1955 г. Постановление предусматривало создание опытной АПЛ проекта 645 с двухреакторной паропроизводящей установкой. Корпус лодки, как и все основные системы (помимо реакторов), предстояло "позаимствовать" от серийной лодки проекта 627.

Работы по техническому проекту АПЛ были закончены осенью 1956 г., через год подготовили рабочие чертежи, а 15 июня 1958 г. на предприятии СМП в Северодвинске заложили опытный атомоход. Спустя пять лет АПЛ проекта 645, которой был присвоен тактический номер К-27, вступила в состав ВМФ. Подобно кораблям 627-го проекта, новая лодка предназначалась, в основном, для борьбы с надводными кораблями противника при действиях на большом удалении от базы.

В отличие от АПЛ проекта 645 реакторы расположили в четвертом отсеке (у предшественницы - в пятом). Перемещение тяжелых реакторов ближе к носу корабля позволило улучшить дифферентовку, однако в результате принятого решения центральный пост стал соседствовать с реакторным, что усложнило обеспечение радиационной безопасности. Входившие в состав главной энергетической установки ядерные реакторы ВТ-1, созданные подольским ОКБ "Гидропресс" при научном руководстве Физико-энергетического института (Обнинск), имели суммарную мощность 146 МВт. Паротурбинная установка лодки выполнялась двухвальной, каждая из двух паровых турбин имела номинальную мощность 17 500 л.с.

На своей лодке американцы применили в качестве ЖМТ натриево-калиевый сплав, активно, с большим выделением тепла, реагировавший при соприкосновении с водой. Отечественные конструкторы остановились на сплаве свинец-висмут с температурой плавления 398 К. Температура теплоносителя на выходе из реактора составляла 713 К., а температура перегретого пара во втором контуре - 628 К. Реакторы обладали определенными преимуществами по сравнению с традиционными водо-водяными. В частности, их расхолаживание в случае перерыва в электропитании осуществлялось путем естественной циркуляции, без использования насосов.

Лодку обеспечивали электроэнергией два автономных турбогенератора мощностью по 1600 кВт. В частности, от них запитывались так называемые "двигатели подкрадывания" ПГ-116, позволявшие скрытно сблизиться с объектом атаки (основные сильно шумящие турбозубчатые агрегаты при этом отключались). В отличие от АПЛ проекта 627 резервная дизель-электрическая установка у К-27 отсутствовала.

После вступления в строй лодка совершила два дальних похода, выявивших как положительные, так и отрицательные стороны применения судовых реакторов с ЖМТ. Трудности были преимущественно эксплуатационные. Так, выяснилось, что сплав свинец-висмут постепенно зашлаковывался, что требовало его периодической замены. С учетом того, что отработанный сплав был загрязнен высокоактивным полонием-210, пришлось создать специальные дистанционно управляемые устройства для приема теплоносителя. Даже при стоянке в базе, а также при доковании следовало постоянно поддерживать температуру в первом контуре выше температуры застывания ЖМТ, что создавало определенные неудобства для экипажа.

В мае 1968 г. К-27 в очередной раз вышла в море. Уже при возвращении на лодке произошла тяжелая радиационная авария, в результате которой погибло девять членов экипажа атомохода. После аварии восстанавливать К-27 не стали, и после 13-летнего отстоя в резерве лодка была затоплена в Карском море.

Однако опыт эксплуатации судовых реакторов с ЖМТ в нашей стране не был признан однозначно отрицательным (в отличие от США). В 1959 г. А.Б. Петров, один из ведущих специалистов ленинградского КБ, проектировавшего АПЛ, предложил идею малогабаритной высокоскоростной лодки, отличавшейся исключительно высокой по тем временам степенью автоматизации. По его замыслу она должна была стать своеобразным "подводным истребителем-перехватчиком" неприятельских субмарин. Идею поддержали на самом высоком уровне. В частности, ее сторонниками были министр судостроения Б.Е. Бутома и главком ВМФ С.Г. Горшков. 23 июня 1960 г. вышло совместное постановление ЦК КПСС и Совмина о постройке АПЛ проекта 705. Об исключительном внимании "сверху" к оригинальному кораблю свидетельствовало и второе постановление от 25 мая 1961 г., разрешившее конструкторам при наличии достаточных оснований отступать от норм и правил, принятых в военном кораблестроении.

Общее руководство программой осуществлял академик А.П. Александров, главным конструктором был назначен М.Г. Русанов. Для достижения 40-узловой скорости требовалась исключительно мощная, и, вместе с тем, малогабаритная и легкая энергетическая установка. Выполненные расчеты убедительно свидетельствовали, что применение реактора с ЖМТ позволяло сэкономить 300 т водоизмещения по сравнению с традиционным водо-водяным реактором. Созданием энергетической установки для АПЛ проекта 705 занялись два коллектива: подольское ОКБ "Гидропресс" и горьковское ОКБМ.

Первоначальный проект предусматривал комплексную автоматизацию большинства систем АПЛ, и, благодаря этому, - исключительно малую численность экипажа из 16 человек. Столь "экстремистское" предложение не нашло отклика у руководства ВМФ, настоявшего на увеличении состава экипажа до 29 специалистов - только офицеров и мичманов. Лодка имела всего один обитаемый отсек, а прямо над ним - впервые в мире - аварийную всплывающую камеру, обеспечивавшую спасение всего экипажа с глубин вплоть до предельной, при значительных крене и дифференте.

Опытную лодку проекта 705 (тактический номер К-64) заложили на ленинградском Адмиралтейском объединении в июне 1968 г., а спустя три с половиной года корабль прибыл на Северный флот, вступив в его состав 31 декабря 1971 г. Эта лодка имела энергетическую установку, разработанную горьковским ОКБМ. С самого начала эксплуатации К-64 преследовали неудачи и аварии, крупнейшая из которых привела к застыванию теплоносителя и полному выходу из строя реактора. В августе 1974 г. лодку вывели из боевого состава флота, а еще до этого приостановили и всю программу строительства серии (к этому времени в Ленинграде и Северодвинске на стапелях находились еще пять аналогичных кораблей).

Состоявшийся "разбор полетов" на самом высоком уровне привел к отказу от варианта горьковчан в пользу энергетической установки БМ-40А мощностью 150 МВт, разработанной в Подольске. Она оказалась гораздо более надежной, во всяком случае, на построенных впоследствии шести АПЛ усовершенствованного проекта 705К по причине радиационных аварий не погиб ни один моряк.

Лодки проекта 705К были приняты флотом в 1977-1981 гг. Их оценки разными специалистами варьировались от весьма положительных ("золотая рыбка", "упущенная жар-птица") до резко негативных. Названные на Западе "Альфами", эти АПЛ могли часами висеть на хвосте у НАТОвских субмарин, не позволяя им ни оторваться, ни контратаковать, ведь их маневренность и скорость были куда выше, чем у оппонентов. Благодаря особенностям энергетической установки "семьсот пятые" обладали исключительно высокими разгонными и маневренными характеристиками. Для разворота на 180° при максимальной скорости лодке требовалось всего 42 c. Первому командиру первой АПЛ проекта 705К капитану 2 ранга А.Ч. Аббасову за успешное освоение корабля принципиально нового типа в 1984 г. было присвоено звание Героя Советского Союза.

Вместе с тем, оригинальность конструкции неизбежно предполагала и наличие изрядной "ложки дегтя". Западные специалисты неизменно критиковали "Альфы" за высокую шумность, почти неизбежную при движении АПЛ с высокой подводной скоростью. Не преминул упомянуть об этом Том Кленси в своей крайне тенденциозной книге "Охота за "Красным Октябрем". Но более существенными опять-таки оказались эксплуатационные проблемы: необходимость постоянного поддержания реактора в "теплом" состоянии, периодической регенерации и замены ЖМТ. Флоту не удалось отладить на практике внешне весьма привлекательную систему эксплуатации лодки двумя экипажами - "морским" и "береговым". В результате карьера АПЛ проекта 705 была непродолжительной - все они, кроме одной, были выведены из боевого состава флота уже к 1990 г. Последней "Альфой" в составе российского ВМФ оставалась головная серийная лодка К-123, списанная в 1997 г.

И все же, по мнению специалистов Физико-энергетического института, опыт эксплуатации корабельных реакторов с ЖМТ позволяет рекомендовать подобные системы для использования на перспективных АПЛ.

Число атомных подводных лодок, построенных в СССР и США

Период

9 сентября 1952 г. вышло подписанное И.В. Сталиным Постановление СМ СССР о создании атомной подводной лодки (ПЛА). Общее руководство научно-исследовательскими работами и работами по проектированию объекта возлагалось на ПГУ при СМ СССР (Б.Л. Ванников, А.П. Завенягин, И.В. Курчатов), а строительство и разработка корабельной части и вооружения - на Министерство судостроительной промышленности (В.А. Малышев, Б.Г. Чиликин). Научным руководителем работ по созданию комплексной ядерной энергетической установки (ЯЭУ) был назначен А.П. Александров, главным конструктором ЯЭУ – Н.А. Доллежаль, главным конструктором лодки - В.Н. Перегудов.

Для руководства работами и рассмотрения научных и конструкторских вопросов, связанных с постройкой подводной лодки, при Научно-техническом совете ПГУ была организована Секция № 8, которую возглавил В.А. Малышев. Выполнение основных работ по ЯЭУ наряду с Курчатовским институтом поручалось Лаборатории "В", а ее директор Д.И. Блохинцев был назначен заместителем научного руководителя. Постановлением Совмина на Лабораторию "В" было возложено выполнение расчетно-теоретических работ, разработка твэлов, сооружение и испытание опытного реактора подводной лодки.

Первой и важнейшей задачей стал выбор типа реактора в качестве основного источника энергии, а также общего облика энергетической установки. Сначала это были реакторы на графитовом и бериллиевом замедлителе с тепловыделяющими трубами, несущими давление, близкие по типу к строящейся тогда Первой АЭС. Несколько позднее возникли установки, у которых замедлителем была тяжелая вода. И только потом (а по тем темпам это был один месяц!) появился корпусной водо-водяной реактор.

Таким образом, уже с самого начала в Лаборатории «В» рассматривались два варианта ЯЭУ для подводных лодок: с водным теплоносителем и жидкометаллическим теплоносителем свинец-висмут. По инициативе А.И. Лейпунского работы по созданию транспортных ядерных установок были начаты в Лаборатории «В» еще в 1949 г.

К этому времени было известно, что в США ведутся работы по установкам двух типов: реакторы на тепловых нейтронах с водой под давлением и реакторы на промежуточных нейтронах с натриевым теплоносителем. Поэтому работы по созданию энергетических установок для атомных подводных лодок были развернуты в двух направлениях: водо-водяные реакторы и реакторы с жидкометаллическим теплоносителем.

Выбор эвтектического сплава свинец-висмут как теплоносителя для ядерных реакторов был сделан А.И. Лейпунским еще до начала развертывания работ в СССР по атомным подводным лодкам. Как вспоминает главный конструктор ЯЭУ Н.А. Доллежаль: «Этот вариант особенно поддерживал Д.И. Блохинцев , в то время директор Лаборатории «В» в Обнинске, где академик Александр Ильич Лейпунский работал над вопросами использования техники быстрых нейтронов. Его идея заключалась в том, что можно создать ядерную энергетическую установку для подводной лодки, в реакторе которой в качестве теплоносителя использовался бы жидкий металл (например, сплав свинца и висмута), и он мог нагреваться до достаточно высокой температуры без создания давления. А.И. Лейпунский был выдающимся ученым, и сомневаться в серьезности его предложений оснований не было».

Научным руководителем работ по созданию реакторов с жидкометаллическим теплоносителем был назначен А.И. Лейпунский , а после его смерти в 1972 г. – Б.Ф. Громов . Проекты серийных реакторных установок для подводных лодок разрабатывали ОКБ «Гидропресс» (г. Подольск) и ОКБМ (г. Нижний Новгород), а проекты самих кораблей – Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения (СПМБМ) «Малахит».

В отличие от американцев, А.И. Лейпунский предложил и обосновал в качестве теплоносителя эвтектический сплав свинец-висмут, несмотря на его худшие теплофизические свойства в сравнении с натрием. Последующий опыт развития этих конкурирующих направлений подтвердил правильность выбора, сделанного им. (После нескольких аварий на наземном стенде-прототипе и опытной подлодке работы в США по этому направлению были прекращены.)

Одна из первых проблем возникла в самом начале работ при обосновании нейтронно-физических характеристик реактора с промежуточным спектром нейтронов, который формировался в активной зоне, из-за большой утечки нейтронов, обусловленной малыми размерами реактора и использованием бериллиевого замедлителя. А.И Лейпунский поставил перед В.А. Кузнецовым задачу создать критическую сборку, на которой можно было бы проверить методы и константы для расчета промежуточного реактора. Такая критсборка в 1954 г. была создана. Но 11 марта 1954 г., во время набора критмассы, произошел разгон реактора на мгновенных нейтронах. А.И. Лейпунский и все физики, занятые в эксперименте, были срочно госпитализированы в Москве.

Задача могла быть решена только при наличии крупномасштабных экспериментальных стендов, на которых оборудование отрабатывалось бы в условиях, близких к натурным. Поэтому в 1953 г. на базе Лаборатории «В» приступили к строительству полномасштабных стендов-прототипов ЯЭУ с водяным охлаждением (стенд 27/ВМ) и жидкометаллическим охлаждением (стенд 27/ВТ), которые были введены в эксплуатацию соответственно в 1956 и 1959 гг. Эти стенды представляли собой реакторные и турбинные отсеки атомных подводных лодок. На длительный срок они стали основной экспериментальной базой ФЭИ и Курчатовского института для отработки реакторов новых типов, равно как и базой Обнинского учебного центра ВМФ по подготовке экипажей подводных лодок.

Крейсерская атомная подводная лодка К-27 (проект 645)

Первая советская крейсерская атомная подводная лодка К-27 (проект 645) с ЯЭУ, охлаждаемой жидким металлом, в 1963 г. успешно прошла государственные испытания. В 1964 г. она совершила дальний поход в экваториальную Атлантику, во время которого (впервые в советском ВМФ) без всплытия в надводное положение прошла 12 278 миль за 1240 ходовых часов (51 сутки). Командиру лодки И.И. Гуляеву было присвоено звание Героя Советского Союза. Моряки дали высокую оценку ядерной энергетической установке. От Лаборатории "В" в этом уникальном походе участвовал один из создателей ЯЭУ, главный инженер стенда 27/ВТ К.И. Карих. В 1965 г. К-27 совершила второй поход, став первой советской атомной подводной лодкой, скрытно проникшей в Средиземное море.

В это время развернулось создание серии лодок второго поколения с ЯЭУ, использующей жидкометаллический теплоноситель свинец-висмут. В начале 1960-х годов в связи с созданием и выходом на боевое патрулирование в океан подводных ракетоносцев США, получивших название в западном мире «убийцы городов» (по типу выбора целей – их ракеты были нацелены на наши города), в СССР было принято решение о создании специальных противолодочных подводных лодок. Одним из пунктов программы стало задание на постройку малой скоростной автоматизированной лодки – истребителя подводных лодок, т.е. истребителя «убийц городов».

Проектирование атомной подводной лодки проекта 705 (советский шифр «Лира») началось после выхода Постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР летом 1960 г. Главная задача – создание высокоманевренной, скоростной, малого водоизмещения подводной лодки с ЯЭУ, с титановым корпусом, с резким сокращением численности экипажа, с внедрением новых образцов оружия и технических средств.

Важнейшим элементом паропроизводящей установки новой лодки был ядерный реактор с теплоносителем свинец-висмут, разработанный под научным руководством ФЭИ. Тяжелая биологическая защита и невысокие параметры пара ЯЭУ с водо-водяным реактором (на тот период) приводили к большому удельному весу реакторной установки. Новый реактор с жидкометаллическим теплоносителем позволял сократить водоизмещение, диаметр прочного корпуса и длину подводной лодки, увеличить скорость подводного хода. Благодаря этому принципиальнымотличием новой паропроизводящей установки являлись компактность, блочность компоновки, высокая степень автоматизации и маневренность, хорошие экономические и массогабаритные показатели.

Атомная подводная лодка проекта 705

Особое место в освоении реакторов со свинцово-висмутовым теплоносителем заняла проблема технологии этого теплоносителя. Под этим словосочетанием понимаются методы контроля и поддержания требуемого качества теплоносителя и чистоты первого контура в ходе эксплуатации реакторной установки. Важность этой проблемы была осознана после аварии реактора на лодке К-27 в мае 1968 года. Соответствующие методы и устройства поддержания качества теплоносителя были разработаны, когда завершалось строительство запланированной серии ПЛА проектов 705 и 705К.

Первая крейсерская подводная лодка нового типа К-64 в декабре 1971 года была принята в опытную эксплуатацию. И хотя в составе флота несли боевую службу только шесть кораблей этого типа, появление в океане новой советской противолодочной субмарины наделало много шума и стало для ВМС США неприятной неожиданностью. Американские подводные стратегические ракетоносцы были поставлены в трудное тактическое положение. Малые размеры подводных лодок проекта 705, значительный диапазон глубины погружения, высокая скорость полного хода позволяли ей осуществлять маневрирование на максимальной скорости, невозможное для всех других типов подводных лодок, и даже уходить от противолодочных торпед. Корабли этого проекта за свои скоростные и маневренные качества были занесены в «Книгу рекордов Гиннеса».

«Сейчас, оглядываясь назад, - пишет главный конструктор СПМБМ «Малахит» (где разрабатывался проект лодки) Р.А. Шмаков, - следует признать, что эта лодка была проектом XXI века. Она обогнала свое время на несколько десятилетий. Поэтому не удивительно, что для многих специалистов, испытателей, личного состава ВМФ она оказалась слишком трудной в освоении и эксплуатации».

«Идея создания такой лодки, какой стала ПЛА проекта 705, - отмечает заместитель главного конструктора проекта Б.В. Григорьев, - могла реализоваться только в 1960‑х годах, когда советское общество находилось на подъеме, открывались новые направления научных исследований и разработок, а оборона страны была важнейшим государственным приоритетом.» «Атомная подводная лодка проекта 705, – по определению секретаря ЦК КПСС и министра обороны СССР Д.Ф. Устинова, – стала общенациональной задачей, стала попыткой осуществить рывок для достижения военно-технического превосходства над западным блоком».

Командиры и офицеры подводных лодок с реакторными установками, разработанными в ФЭИ, давали очень высокую оценку самой лодке и её ядерной энергетической установке, называя ее «чудо-лодкой», сильно опередившей своё время.

Сегодня можно считать общепризнанным, что в ФЭИ под руководством А.И. Лейпунского заложены основы нового направления ядерной энергетики, а также в промышленном масштабе продемонстрирована уникальная реакторная технология. Это позволило обеспечить компактность реакторной установки, что важно при создании подводных лодок ограниченного водоизмещения, обеспечить высокие маневренные качества, повысить надёжность и безопасность реакторной установки.

Большой вклад в развитие этого направления внесли А.А. Бакулевский, Б.Ф. Громов , К.И. Карих, В.А. Кузнецов, И.М. Курбатов, В.А. Малых , Г.И. Марчук , Д.М. Овечкин , Ю.И. Орлов, Д.В. Панкратов, Ю.А. Прохоров, В.Н. Степанов, В.И. Субботин , Г.И. Тошинский, А.П. Трифонов, В.В. Чекунов и многие другие.

Для любой страны - это мощный геополитический механизм сдерживания. А подводный флот самим своим наличием влияет на международные отношения и эскалацию конфликтов. Если в XIX веке границу Британии определяли борта ее военных фрегатов, то в XX веке лидером Мирового океана становится военно-морской флот Соединенных Штатов Америки. И американские сыграли в этом не последнюю роль.

Первостепенное значение

Подводный флот приобретает для Америки все большее значение. Исторически территория страны была ограничена водными границами, затрудняющими скрытное нападение противника. С появлением в мире современных подводных субмарин и ракет "подводная лодка - воздух" эти границы становятся для Америки все более призрачными.

Обострившееся противостояние международных взаимоотношений с мусульманскими странами делает угрозу для жизни граждан Америки реальной. Иранские исламисты не оставляют попыток обзавестись ракетами «подводная лодка - воздух», и это угроза для всех прибрежных центров Америки. И в таком случае разрушения будут колоссальны. Противостоять нападению уже из-под воды может только такой же соперник.

Нынешний президент США Дональд Трамп в своих первых интервью заметил, что намерен и далее увеличивать подводный флот США. Но при одном условии - снижении его стоимости. Над этим стоит задуматься корпорациям, которые строят атомные американские подводные лодки. Прецедент уже есть. После того как Дональд Трамп сказал, что обратится в компанию Boeing за предложением более дешевых истребителей, компания Lockheed Martin снизила стоимость истребителя F -35.

Боевая мощь

Сегодня подводные лодки США преимущественно имеют атомные источники энергии. А это означает, что при проведении операций ограничения в боеспособности будут только в количестве пищи и воды на борту. Самый многочисленный класс субмарин «Лос-Анджелес». Это лодки третьего поколения с водоизмещением порядка 7 тонн, глубиной погружения до 300 метров и стоимостью порядка 1 миллиона долларов. Однако в настоящее время Америка заменяет их лодками четвертого поколения класса «Вирджиния», более оснащенными и стоящими 2,7 миллиона долларов. И цена эта оправдана их боевыми характеристиками.

Боевой состав

Сегодня лидирует и по количеству, и по оснащению морского вооружения. В военно-морские силы США входит 14 стратегических атомных подводных лодок и 58 многоцелевых подводных лодок.

Подводный флот американских военных оснащен двумя видами субмарин:

  • Океанские баллистические лодки. Глубоководные субмарины, цель которых доставка вооружения к пункту назначение и выпуск баллистических ракет. Другими словами их называют стратегическими. Оборонное оружие не представлено сильной огневой мощью.
  • «Лодки - охотники». Высокоскоростные лодки, цели и задачи которых разносторонни: доставка крылатых ракет и миротворческих сил в зоны конфликта, молниеносное нападение и уничтожение сил противника. Такие субмарины называют многофункциональными. их специфика - скорость, маневренность и скрытность.

Начало развития подводного мореплавания в Америке начинается с середины позапрошлого века. Объем статьи не предполагает такого массива информации. Сосредоточимся на атомном арсенале, который получил развитие после окончания Второй мировой войны. Краткий обзор подводного атомного арсенала Вооруженных сил Америки проведем, придерживаясь хронологического принципа.

Первые экспериментальные атомные

В на верфи в Гротоне в январе 1954 года была спущена на воду первая американская подводная лодка «Наутилус» (USS Nautilus) водоизмещением около 4 тысяч тонн и длиною в 100 метров. Она вышла в первое плавание через год. Именно «Наутилус» в 1958 году первый прошел под водой Северный полюс, что чуть не закончилось трагедией - поломкой перископа из-за сбоя систем навигации. Это была экспериментальная и единственная многоцелевая торпедная лодка с сонарной установкой в носовой части, а торпедами и в задней. Подводная лодка «Барракуда» (1949-1950) показала такое расположение наиболее удачным.

Атомные американские подводные лодки появлением обязаны военно-морскому инженеру, контр-адмиралу Хайману Джорджу Риковеру (1900-1986).

Следующим экспериментальным проектом стала USS Seawolf (SSN-575), выпущена тоже в единственном экземпляре в 1957 году. Она имела реактор с жидким металлом в качестве теплоносителя в первом контуре реактора.

Первые серийные атомные

Серия из четырех подводных лодок, построенных в 1956-1957 годах - «Скейт» (USS Skate). Они находились в составе вооруженных сил США и списаны были в конце 80-х годов прошлого столетия.

Серия из шести лодок - «Skipjack» (1959). До 1964 года это самая крупная серия. Лодки имели «альбакоровскую» форму корпуса и наивысшую скорость до серии «Лос-Анджелес».

В это же время (1959-1961) запускается специализированная серия атомных лодок в количестве пяти - «Джордж Вашингтон». Это лодки первого баллистического проекта. На каждой лодке находилось 16 ракетных шахт для ракет Polaris A-1. Точность стрельбы увеличивал гигроскопический успокоитель качки, в пять раз снижающий амплитуду на глубине до 50 метров.

Затем последовали проекты атомных подводных лодок по одному экспериментальному экземпляру серий Triton, Halibut, Tullibe. Американские конструкторы экспериментировали и совершенствовали системы навигации и энергетические системы.

Крупная серия многофункциональных лодок, пришедшая на смену Skipjack, состоит из 14 атомных субмарин Treaher.Последняя была списана в 1996 году.

Серия Benjamin Franklin - подводные лодки типа ракетоносцев «Лафайет». Сначала они были вооружены баллистическими ракетами. В 70-х годах перевооружены ракетами «Посейдон», а затем «Трайдент-1». Двенадцать лодок серии Benjamin Franklin в 1960 годах вошли в состав флота стратегических ракетоносцев, названного «41 на страже Свободы». Все корабли этого флота были названы именами деятелей американской истории.

Самая крупная серия - USS Sturgeon - многофункциональных атомных лодок включает 37 субмарин, созданных в период 1871 по 1987 годы. Отличительная особенность - пониженный уровень шума и датчики для подледного плавания.

Лодки, несущие службу в ВМФ США

С 1976 года по 1996 оснащение ВМФ производится многоцелевыми лодками типа Los Angeles. Всего выпущено 62 лодки данной серии, это самая многочисленная серия субмарин многоцелевого назначения. Вооружение торпедное и вертикальные пусковые установки ракет типа «Томагавк» с системами самонаведения. Девять лодок класса Los Angeles участвовали в Реакторы GE PWR S6G мощностью 26 МВт разработаны "Дженерал Электрик". Именно с этой серии начинается традиция называть лодки именами городов Америки. Сегодня в составе ВМФ США 40 лодок данного класса несут боевую службу.

Серия стратегических атомных подводных лодок, выпущенных с 1881 по 1997 год, состоит из 18 субмарин с баллистическими ракетами на борту - серия «Огайо». Подводная лодка этой серии вооружена 24 межконтинентальными баллистическими ракетами с индивидуальным наведением. Для защиты они вооружены 4 торпедными аппаратами. «Огайо» - подводная лодка, составляющая основу наступательных сил флота США, 60% времени он находятся в море.

Последний проект атомных подлодок многоцелевого назначения третьего поколения «Сивулф»(1998-1999). Это самый секретный проект ВМФ США. Его называли «усовершенствованный Лос-Анджелес» за особенную бесшумность. Он появлялся и исчезал не замеченный радарами. Причина - специальное звукоизолирующее покрытие, отказ от винта в пользу двигателя типа водомета и широкого внедрения датчиков шума. Тактическая скорость в 20 узлов делает его таким же шумным, как «Лос-Анджелес», стоящий на причале. Всего лодок этой серии три: «Сивулф», «Коннектикут» и «Джимми Картер». Последняя введена в эксплуатацию в 2005 году, и именно этой лодкой управляет терминатор во втором сезоне телесериала «Терминатор: Хроники Сары Коннор». Это лишний раз подтверждает фантастичность этих лодок как внешне, так и по содержанию. «Джимми Картер» называют еще «белым слоном» среди субмарин за его размеры (лодка длиннее собратьев на 30 метров). А по своим характеристикам эта субмарина может считаться уже подводным кораблем.

последнего поколения

Будущее в подводном кораблестроении началось с 2000 годов и связано с новым классом лодок класса USS Virginia. Первая лодка такого класса SSN-744 спущена на воду и введена в эксплуатацию в 2003 году.

Подводные лодки ВМС США данного типа называют складом оружия из-за оснащения мощным арсеналом, и «идеальным наблюдателем», из-за самых сложных и чувствительных сенсорных систем, когда-либо устанавливаемых на субмаринах.

Передвижение даже по относительному мелководью обеспечивает атомный двигатель с ядерным реактором, план которого засекречен. Известно, что реактор рассчитан на срок службы до 30 лет. Уровень шумности снижается за счет системы изолированных камер и современной конструкции энергетического блока с «глушащим» покрытием.

Общие тактико-технические характеристики лодок класса USS Virginia, которых на сегодня введено в эксплуатацию уже тринадцать:

  • скорость до 34 узлов (64 км/ч);
  • глубина погружения составляет до 448 метров;
  • от 100 до 120 членов экипажа;
  • надводное водоизмещение - 7,8 тонны;
  • длина до 200 метров, а ширина около 10 метров;
  • атомная силовая установка типа GE S9G.

Всего в серии предусмотрен выпуск 28 АПЛ "Вирджиния" с постепенной заменой арсенала ВМФ на лодки четвертого поколения.

Лодка Мишель Обамы

В августе прошлого года на военной верфи в Гротоне (штат Коннектикут) состоялся ввод в эксплуатацию 13 субмарины класса USS Virginia с бортовым номером SSN -786 и названием «Иллинойс» (Illinois). Названа она в честь родного штата тогдашней первой леди Мишель Обамы, которая принимала участие в ее спуске на воду в октябре 2015 года. Инициалы первой леди, по традиции, выбиты на одной из деталей субмарины.

Атомная подводная лодка «Иллинойс» длиной 115 метров и с 130 членами экипажа на борту оснащена необитаемым подводным аппаратом для обнаружения мин, шлюзом для водолазов и другим дополнительным оборудованием. Предназначение данной субмарины проведение прибрежных и глубоководных операций.

Вместо традиционного перископа на лодке действует телескопическая система с телекамерой, установлен лазерный датчик инфракрасного наблюдения.

Огневая мощь лодки: 2 установки револьверного типа по 6 ракет и12 вертикальных крылатых ракет класса «Томагавк», а также 4 торпедных аппарата и 26 торпед.

Общая стоимость субмарины - 2,7 миллиарда долларов.

Перспектива военного подводного потенциала

Высшие чины ВМФ США настаивают на постепенной замене дизельно-топливных подводных лодок на лодки, практически не имеющие ограничений в ведении боевых операций - с атомными двигательными установками. Четвертое поколение АПЛ "Вирджиния" предусматривает выпуск 28 субмарин данного класса. Постепенная замена арсенала военно-морских сил на лодки четвертого поколения повысит рейтинг и боеспособность американской армии.

Но конструкторские бюро продолжают работать и предлагать свои проекты армии.

Десантные американские подводные лодки

Скрытная высадка войск на территории противника - вот цель всех десантных операций. После Второй мировой войны такая технологическая возможность у Америки появилась. Бюро кораблестроения (Bureau of Ships) получило заказ на десантную субмарину. Проекты появились, но десантные войска не имели финансового обеспечения, а флот не заинтересовался идеей.

Из всерьез рассматриваемых проектов можно упомянуть проект фирмы Seaforth Group, появившийся в 1988 году. Спроектированная ими десантная субмарина S-60 предполагает спуск в воду на расстоянии 50 километров от берега, погружение на глубину 5 метров. Со скоростью в 5 узлов подводный катер достигает береговой линии и высаживает 60 десантников по выдвигающимся мостикам на расстоянии до 100 метров от берега. Пока проект никто не купил.

Надежность, проверенная временем

Самая старая подводная лодка в мире, которая до сегодняшнего дня находится на вооружении - это подводная лодка "Балао SS 791 Hai Shih" («Морской лев»), входящая в состав ВМС Тайваня. Американская субмарина времен Второй мировой войны, построенная на верфи Portsmouth Naval Shipyard, в 1945 году пополнила военный подводный флот США. На ее счету один боевой поход в августе 1945 в Тихом океане. После нескольких модернизаций, в 1973 году она была передана Тайваню и стала первой действующей лодкой Китая.

В январе 2017 года в прессе появилась информация о том, что в течение 18 месяцев планового ремонта на верфях судостроительной корпорации Taiwan International Shipbuilding Corporation «Морскому льву» проведут общий ремонт и замену навигационного оборудования. Эти работы продлят срок службы субмарины до 2026 года.

Ветеран субмарин американского производства, единственный в своем роде, планирует отметить восьмидесятилетний юбилей в боевом строю.

Исключительно трагические факты

Открытой и гласной статистике по потерям и аварийности в подводном флоте США нет. Впрочем, то же самое можно сказать и о России. Те факты, которые стали достоянием общественности, будут представлены в данной главе.

В 1963 году двухдневный тестовый поход закончился гибелью американской субмарины «Трешер». Официальная причина катастрофы - поступление воды под корпус лодки. Заглушенный реактор обездвижил субмарину, и она ушла на глубину, забрав жизнь 112 членов экипажа и 17 гражданских специалистов. Обломки субмарины находятся на глубине 2 560 метров. Это первая технологическая авария атомной подводной лодки.

В 1968 году в Атлантическом океане бесследно пропала многоцелевая атомная субмарина «Скорпион» (USS Scorpion). Официальная версия гибели - детонация боекомплекта. Однако и сегодня тайна гибели данного судна остается загадкой. В 2015 году ветераны ВМФ США в очередной раз обратились к правительству с требованием создать комиссию по расследованию данного инцидента, уточнения количества жертв и определения их статуса.

В 1969 году курьезно затонула подводная лодка USS Guitarro с бортовым номером 665. Произошло это у причальной стенки и на глубине в 10 метров. Несогласованность действий и халатность специалистов по калибровке инструментов привели к затоплению. Поднятие и восстановление лодки стоило американскому налогоплательщику порядка 20 миллиона долларов.

Лодка класса «Лос-Анджелес», которая принимала участие в съемках фильма «Охота за Красным Октябрем», 14 мая 1989 года в районе берегов Калифорнии зацепила трос, соединяющий буксир и баржу. Лодка осуществила погружение, затянув за собой буксир. Родственники одного члена экипажа буксира, погибшего в тот день, получили компенсацию от ВМФ в размере 1,4 миллиона долларов.

Во второй половине 80-х годов XX века начался интенсивный процесс снятия с эксплуатации и вывода из состава ВМФ России атомных подводных лодок (АПЛ). Это было связано как с истечением сроков службы, так и с выполнением Российской Федерацией международных обязательств по сокращению вооружений. Основные результаты работ по утилизации трех поколений АПЛ представлены в таблице.

В настоящее время период активной утилизации АПЛ, когда ежегодно утилизировалось с формированием одно - или трехотсечных блоков более 10 АПЛ в год, закончился. АПЛ 1-го поколения практически полностью утилизированы (за исключением аварийных АПЛ). Второе поколение также в основном выведено из эксплуатации и утилизировано по принятой схеме. В течение последующих нескольких лет будет происходить вывод из эксплуатации и утилизация 2 – 5 АПЛ 2-го и 3-го поколений в год.

В настоящее время для решения проблем хранения реакторных отсеков (РО), обращения с радиоактивными отходами (РАО), образующимися при утилизации, необходимо создание дополнительной инфраструктуры, включающей строительство пунктов долговременного хранения реакторных отсеков (ПДХ), региональных центров по кондиционированию и хранению РАО, причальных стенок, реконструкция железнодорожных коммуникаций и т.д. Все это требует привлечения значительных финансовых и трудовых ресурсов. Масштаб решаемых задач иллюстрирует рис.1, на котором показана одна из площадок долговременного хранения реакторных отсеков утилизированных АПЛ.

Общая сумма затрат на строительство наземного хранилища на 120 РО в Сайда-губе превышает 300 млн. евро.

Рисунок 1. Площадка долговременного хранения реакторных отсеков.

Предполагается, что РО в ПДХ должны храниться в течение 75-100 лет, после чего должен быть окончательно решен вопрос об их утилизации. Учитывая, что массы РО АПЛ относительно не велики (около 1000 тонн), а ПДХ расположены далеко от сталеплавильных предприятий, их окончательная утилизация (окончательная разделка и переплавка стали) экономически сомнительна.
При решении вопроса об окончательной утилизации следует также учитывать, что в РО загружаются твердые радиоактивные отходы, образующиеся при утилизации АПЛ.

Значительная часть ядерных энергетических установок (ЯЭУ) выводимых из эксплуатации АПЛ 2-го и 3-го поколений не выработали назначенные ресурсные показатели и в основном находятся в хорошем состоянии.
В настоящее время в России развертывается программа строительства плавучих атомных электростанций малой мощности. Энергоблоки плавучих АЭС планируется создавать на базе судовых реакторных установок типа КЛТ-40 (прототипом являлся реактор ОК-900), хорошо зарекомендовавших себя при эксплуатации на атомных судах. Так, например, ЯЭУ атомного ледокола «Арктика» (реактор ОК-900) успешно эксплуатировалась с 1975 по 3 октября 2008 годы; за 176384 часа эксплуатации при средней мощности 63,1 МВт энерговыработка составила 11132456 МВт*часов. Следует отметить, что реакторная установка ледокола имела проектный ресурс 90000 часов при работе на номинальной мощности 170 МВт, и, следовательно, энерговыработка реактора могла бы составить 15,5 млн. МВт*часов.

ЯЭУ АПЛ принципиально ничем не отличаются от ледокольных установок. По существу, технология лодочных реакторов с водой под давлением создала основу и для атомных станций с корпусными реакторами.
«Мы всегда стремились создать атомные энергетические установки двойного назначения, ибо создание военной и гражданской техники на основе единой технологии очень эффективно для совершенствования и той и другой» – так считает академик Н.С. Хлопкин. Именно в ЯЭУ АПЛ были использованы технические решения, которые сегодня стали обязательными для большой атомной энергетики: активные зоны обладали обратными отрицательными связями по температурам топлива и замедлителя, а сами ЯЭУ имели защитное ограждение в виде прочного корпуса РО.

Эксперты из РНЦ «Курчатовский институт» при разработке концепции строительства подземных АЭС еще в 1993 году отмечали, что «благодаря малым габаритам и массе можно использовать корабельные решения по энергетическим установкам и в подземных атомных электростанциях. Комплексная автоматизация, герметичное исполнение оборудования, сведение к минимуму жидких и газообразных отходов, отработанность технологии и высокое качество изготовления благодаря выполнению большей части монтажных работ на машиностроительных заводах - все эти свойства очень хорошо вписываются в концепцию подземной АЭС».

Корпуса реакторов относятся к оборудованию с длительным циклом производства и являются наиболее дорогостоящими частями ЯЭУ. Единственным предприятием, которое в настоящее время производит подобное оборудование, являются «Ижорские заводы». Технологический цикл изготовление корпуса реактора в зависимости от типа реактора составляет 2-3 года. Учитывая не беспредельные производственные возможности «Ижорского завода», по мнению авторов не целесообразно загружать его дополнительными заказами для плавучих АЭС.
Также следует учитывать, что стоимость изготовления реакторов для плавучей АЭС составляет по разным оценкам от 40 до 60 % общей стоимости станции. Таким образом, при строительстве плавучих АЭС представляется экономически целесообразным использовать готовые РО выводимых из эксплуатации АПЛ.

Для данных целей в полной мере подходят эксплуатируемые или находящиеся на этапах вывода из эксплуатации и временного хранения на плаву АПЛ 2-го - 3-го поколений (общее количество таких АПЛ составляет примерно 140 единиц ). Использование уже сформированных в процессе утилизации АПЛ 1-3 отсечных РО подлежит отдельному рассмотрению в каждом конкретном случае.
ЯЭУ гражданского и военного назначения имеют незначительные конструктивные различия. Предполагаемые к утилизации АПЛ 2-го поколения имеют по 2 реактора тепловой мощностью 90 МВт, АПЛ 3-го поколения − по 1-2 реактора тепловой мощностью 180 МВт.

В докладе будет рассмотрена одна из составляющих, оказывающая существенное влияние на безопасность использования ЯЭУ утилизируемых АПЛ – охрупчивание корпусной стали реактора под воздействием потока быстрых нейтронов. Материал корпусов реакторов гражданского и военного назначения одинаков – сталь типа 15Х2МФАА.

Работа ЯЭУ на парциальных нагрузках существенно уменьшает выработку ресурса корпуса реактора, который определяется сдвигом критической температуры хрупкости материала корпуса, обусловленной, главным образом, флюенсом быстрых нейтронов. Исследования основного металла и металла сварных швов корпусов реакторов атомного ледокола «Ленин», выполненные после снятия его с эксплуатации при выработке ресурса 106700 часов, подтвердили возможность продления проектного часового ресурса корпусов реакторов, работавших на мощностях меньше номинальной.

Для исследования возможности применения ЯЭУ утилизируемых АПЛ авторами была проведена оценка охрупчивания корпусов реакторов АПЛ с использованием стандартных методик и эксплуатационных параметров, достигнутых реакторами ледокола «Арктика».
Критическая температура хрупкости материала корпуса реактора (Тк) является фактором, ограничивающим срок его службы, и определяется суммой

ТК = ТК0 + ΔТТ + ΔТN + ΔТF, (1)

где ТК0 – критическая температура хрупкости материала в исходном состоянии,
ΔТТ – сдвиг критической температуры хрупкости вследствие температурного старения;
ΔТN – сдвиг критической температуры хрупкости вследствие циклической повреждаемости (для судовых ЯЭУ ΔТN не является определяющим фактором, и может быть принят равным нулю);
ΔТF – сдвиг критической температуры хрупкости вследствие нейтронного облучения.

Используя стандартные зависимости, рассчитаем величину флюенса быстрых нейтронов Fn на корпусе реактора ледокола «Арктика»:

Fn = F0*(ТF/AF)3 = 1018*(110/23)3 = 1,1 1020 см - 2 , (2)

где AF – коэффициент охрупчивания нижнего сварного шва;
F0 = 1018 см - 2 – пороговое значение флюенса;
ТF = 110 0С – сдвиг критической температуры вязко-хрупкого перехода в результате облучения.

В этом случае средняя плотность потока быстрых нейтронов на корпусе реактора за время эксплуатации τ составит

φб = Fn/τ = 1,1 1020/176384 3600 = 1,73 1011см – 2c – 1, (3)

и, следовательно, время работы реактора на средней за время эксплуатации мощности составляет

τ = Fn/φб 3600 = 1,1 1020/1,73 1011 3600 = 176622 часа. (4)

Полученный результат хорошо согласуется с зарегистрированным временем работы реактора ледокола «Арктика», что означает – сдвиг критической температуры вязко-хрупкого перехода был принят правильно. Опираясь на эти данные и учитывая, что плотности потоков быстрых нейтронов в реакторах ледоколов и АПЛ примерно одинаковы, можно предположить, что реакторы утилизируемых АПЛ способны достигать энерговыработки 11 – 12 миллионов МВт*часов и больше.

ЯЭУ утилизируемых АПЛ, по мнению специалистов, далеки от выработки ресурсных показателей. Специфика эксплуатации АПЛ заключается в том, что доля режимов работы ЯЭУ на нагрузках, близких к максимальным, невелика. Кроме этого, начиная с 90-х годов ХХ столетия, АПЛ не так часто выходили в море.
Учитывая, что номинальная мощность реакторов АПЛ 2-го поколения составляет 90 МВт, средняя мощность за время эксплуатации большинства из них не превышала 30%, т.е. 27 МВт, а время работы на мощности составляло около 40000 часов, получим энерговыработку порядка 1,08 млн. МВт*часов.

Считая плотности потоков нейтронов в реакторах ледоколов и АПЛ близкими по значению, и также полагая, что значения плотностей нейтронных потоков пропорциональны мощности реакторов, а, следовательно, флюенс быстрых нейтронов на корпус реактора пропорционален его энерговыработке, имеем значение флюенса при энерговыработке 1,08 млн. МВт*часов Fn = 1,07∙1019 см – 2. При этом сдвиг критической температуры вязко-хрупкого перехода для материала корпусов реакторов АПЛ составит

ТF = Aw*(Fn/F0)1/3 = 23*(1,07∙1019/1018)1/3 ≈ 49,5 0С. (5)

Следовательно, остаточный ресурс корпуса реактора АПЛ по флюенсу быстрых нейтронов на корпусе составляет 10 - 11 миллионов МВт*часов, а возможно, и более.

Расчет флюенса быстрых нейтронов на корпусе реактора сопряжен с определенными трудностями:
− в конце кампании активной зоны происходит увеличение плотности потока нейтронов;
− нет точной информации о плотности потока нейтронов в реакторе (особенно быстрых нейтронов);
− за время эксплуатации реактора в нем «сжигается» несколько активных зон, что приводит к накоплению ошибки в определении флюенса;
− в судовые реакторы не загружаются образцы-свидетели, позволяющие судить об изменении физико-механических свойств корпусной стали.

Точнее чем флюенс быстрых нейтронов, в результате эксплуатации определяется энерговыработка реактора. Поэтому значительный интерес представляет зависимость сдвига критической температуры в результате нейтронного облучения от энерговыработки реактора. Очевидно, что эта зависимость будет иметь такой же вид

ТF = Aw*(W/W0)1/3, (6)

где Aw – коэффициент охрупчивания, обусловленный энерговыработкой,
W – достигнутая энерговыработка,
W0 – пороговая энерговыработка.

Данная зависимость справедлива в диапазоне изменения энерговыработки от 1*106 МВт*час до 3*107 МВт*час. Так как ректоры всех судовых ЯЭУ изготавливаются по одинаковой технологии из стали 15Х2МФАА и имеют примерно одинаковую толщину железо-водной защиты корпуса, то при проведении расчета принималось, что Aw = 49,5.

Полученная зависимость позволяет прогнозировать сдвиг критической температуры хрупкости в результате нейтронного облучения материала корпусов судовых реакторов от энерговыработки (рис. 2). Анализ кривой показывает, что судовые реакторы способны достигать энерговыработки 15,5*106 МВт*часов, при этом сдвиг критической температуры хрупкости не превысит 125 0 С.

Рисунок 2. Прогноз сдвига критической температуры хрупкости от нейтронного облучения для судовых реакторов.

Таким образом, остаточный ресурс ЯЭУ 2-го поколения может достигать максимальной величины 14,4 106 МВт*часов (реально около 10*106 МВт*часов). Отсюда следует, что при использовании ЯЭУ утилизируемых АПЛ 2-го поколения в составе энергомодулей плавучих АЭС, работающих с КИУМ (коэффициент использования установленной мощности) = 0,7, они смогут работать около 25 лет до утилизации.

Если считать, что для АПЛ 3-го поколения средний уровень мощности составляет как на АПЛ 2-го поколения приблизительно 30 % или 54 МВт, а время работы на этой мощности около 30000 часов, то получим энерговыработку 1,62*106 МВт*часов. Тогда остаточный ресурс корпусов этих реакторов по энерговыработке составит около 13,9*106 МВт*часов. При работе на плавучих АЭС с КИУМ = 0,7 возможное время эксплуатации этих реакторов составит примерно 110 тысяч часов или примерно12,5 лет.

Таким образом, основной фактор, определяющий ресурс работы материала корпуса реактора – сдвиг критической температуры хрупкости в результате нейтронного облучения реакторов АПЛ, не является основанием для отказа от использования реакторных установок утилизированных АПЛ в качестве энергетических модулей для плавучих АЭС.
Примерная методология решения этого вопроса может быть представлена схемой на рисунке 3.

Рис. 3. Методологическая схема решения вопроса об использовании ЯЭУ АПЛ в качестве энергетического модуля на плавучей АЭС.

Кроме того, высокая надежность и живучесть ЯЭУ подтверждена как многолетним опытом эксплуатации, так и имевшей место гибелью подводных лодок. Реакторы всех затонувших АПЛ были надежно заглушены, при этом ни разу не было зарегистрировано радиационного загрязнения акватории. Последним примером тому служит катастрофа АПЛ «Курск» (август 2000г.).

По достижении предельной энерговыработки характеристики ударной вязкости металла корпусов реакторов могут быть восстановлены путем сухого низкотемпературного отжига, технология которого разработана и используется в нашей стране уже многие годы. C 1987 по 1992 годы был выполнен восстановительный отжиг 12 корпусов реакторов ВВЭР-440 в России, Германии, Болгарии и Чехословакии. При одном из первых отжигов на материале сварного шва, облученном до флюенса 1020 см-2 была исследована зависимость восстановления критической температуры (Тк) от температуры отжига при времени отжига 150 часов. В ходе экспериментов было установлено, что практически во всех случаях ударная вязкость восстанавливалась до значений, соответствующих необлученному материалу, и максимальное восстановление свойств облученной корпусной стали 15Х2МФАА при температуре отжига 460 – 4700С происходит за время, равное 170 часам.

Планируемый ресурс реакторов КЛТ-40С, которые планируется устанавливать на плавучих АЭС, составляет 40 лет, причем один раз в 10 лет станции должны буксироваться на судостроительные предприятия для ремонта. Если на плавучей АЭС будут применены РО утилизированных АПЛ, то во время планового ремонта может быть выполнен отжиг корпусов реакторов, в результате чего временной ресурс будет удвоен и практически совпадет с ресурсом вновь построенных корпусов реакторов КЛТ-40С.

Отдельный вопрос – это возможность использования паротурбинной установки (ПТУ) утилизируемой АПЛ. Тепловая схема ПТУ АПЛ отличается от проектируемых на плавучей АЭС отсутствием термического деаэратора питательной воды (установка которого не представляет затруднений) и большей частотой вращения главной турбины. Вопрос о варианте использования главной турбины может решаться двояко. Во-первых, уменьшение частоты вращения главной турбины до 3000 оборотов в минуту несколько снизит ее мощность, но позволит ей работать совместно с турбогенератором, вырабатывающим ток частотой 50 Герц. Избыток пара при этом можно использовать для передачи на берег тепловой энергии через промежуточный теплообменник.

Во-вторых, использование главной турбины во всем диапазоне частот вращения потребует применения статических преобразователей частоты для выдачи в сеть электроэнергии требуемого качества. В обоих вариантах использования главной турбины можно отказаться от использования вспомогательных турбогенераторов, заменив их трансформаторами собственных нужд плавучих АЭС. Вспомогательные турбогенераторы заменяются дизельгенераторами, мощность которых обеспечивает расхолаживание обеих установок и ввод в работу одной из ЯЭУ. Это позволит использовать излишки пара для выработки тепловой энергии. Кроме того, при использовании ЯЭУ АПЛ на плавучем энергоблоке не будет необходимости в применении паровых холодильных машин, в результате чего образуются излишки пара, который можно использовать как в деаэраторе, так и для выработки тепловой энергии с передачей ее на берег. Таким образом, оборудование ПТУ утилизируемых АПЛ также может быть использовано в составе энергетического модуля на плавучих АЭС.

Утилизируемые атомные подводные лодки 2-го и 3-го поколений имеют широкий диапазон мощностей реакторов от 70 до 190 МВт и главных турбин от 15 до 37 МВт. Это позволяет подобрать для использования на плавучих АЭС требуемые мощности главного энергетического оборудования.

Стоимость строительства плавучей АЭС «под ключ» оценивается более чем в $150 миллионов , при этом она, приблизительно на 80% определяется стоимостью ЯЭУ и ПТУ . Использование ЯЭУ утилизируемых АПЛ позволит заметно уменьшить эту стоимость.

Масса РО двух реакторной установки утилизируемых АПЛ 2-го поколения составляет около 1200 тонн, а 3-го – около 1600 тонн. Это позволяет использовать реакторные и турбинные отсеки в качестве единого энергетического модуля, монтируемого на плавучей АЭС. В этом случае мы получим ранее построенную и оплаченную ЯЭУ в защитной оболочке, функцию которой выполняет прочный корпус АПЛ. Один из возможных вариантов такой конструкции плавучей АЭС показан на рис. 4.

Рисунок 4. Вариант размещения энергетического модуля (реакторного отсека АПЛ) на плавучих АЭС.

Использование предлагаемой технологии неизбежно столкнется с рядом проблем, которые необходимо решать уже в ближайшее время. К таким проблемам можно отнести:
− отсутствие процедуры перевода ЯЭУ военного назначения в ЯЭУ мирного использования атомной энергии;
− отсутствие анализа соответствия ЯЭУ АПЛ 2-3 поколений требованиям нормативных документов Ростехнадзора и Минздравсоцразвития по плавучим АЭС;
− необходимость обоснования остаточного ресурса, а также возможность продления назначенных ресурсных показателей основного оборудования ЯЭУ по каждой выведенной из эксплуатации АПЛ;
− необходимость изменения конструкции строящихся или проектируемых плавучих АЭС.

Для решения указанных проблем необходимо проведение значительного комплекса НИОКР.
Также следует отметить, что использование РО утилизируемых АПЛ не исчерпывается их применением для плавучих АЭС. Возможными вариантами применения может быть их использование при строительстве подземных АЭС.

Выводы:
1. Предлагаемая инновационная технология использования ЯЭУ утилизируемых АПЛ позволит:
− значительно сократить затраты на строительство плавучих АЭС и сократить время их строительства и окупаемости;
− снизить затраты на утилизацию АПЛ;
− значительно уменьшить количество радиоактивных отходов и затраты на обращение с ними;
− в полной мере использовать потенциал ЯЭУ АПЛ:
− в процессе эксплуатации ЯЭУ утилизируемых АПЛ в составе плавучей АЭС осуществить финансирование будущей утилизации РО.
2. Для внедрения указанной технологии необходимо уже в ближайшее время развернуть комплекс НИОКР, позволяющий научно обосновать техническую возможность использования РО утилизируемых АПЛ для проектируемых плавучих АЭС.

Прошло более 15 лет, с тех пор как последняя из лодок проекта 705 была исключена из состава российского ВМФ, а в кругах военных моряков и кораблестроителей по сей день не утихают споры. Чем же на самом деле был проект 705 - прорывом в будущее, опередившим свое время, или дорогостоящей технической авантюрой?

Внешние обводы лодки отрабатывались в ЦАГИ, проверялись на многочисленных моделях в бассейнах ленинградского ЦНИИ им. Крылова. И, кроме технического совершенства и многочисленных новшеств, важных для боевого корабля, АПЛ получилась еще и необыкновенно красивой.


К 1990 году все (кроме одной) АПЛ 705-го проекта были выведены из состава флота, прослужив существенно меньше того срока, на который были рассчитаны. Последняя, К-123, закончила свою службу в 1997 году.


Гоночная лодка
Фото: АПЛ проекта 705 благодаря своим обводам и энерговооруженности были динамичными и необычайно маневренными. Лодка была способна разогнаться до полного хода за минуту, а циркуляцию с полным разворотом совершала на полной скорости за 42 секунды. Она могла часами «висеть на хвосте» у АПЛ условного противника (был реальный случай, когда лодка преследовала натовскую АПЛ в Северной Атлантике на протяжении 20 часов). Более того, лодка могла даже уйти от выпущенной в ее направлении торпеды!

В 1959 году, когда уже вышла в море построенная по проекту ленинградского СКБ-143 (ныне СПМБМ «Малахит») первая советская атомная подводная лодка (АПЛ) «Ленинский Комсомол», а в Северодвинске разворачивалось строительство целой серии подобных кораблей, ведущий специалист этого же СКБ А.Б.?Петров выступил с предложением о создании «Малой скоростной подводной лодки-истребителя». Идея была весьма актуальна: подобные лодки нужны были для охоты на субмарины - носители баллистических ракет с ядерными зарядами, которые тогда начинали активно строиться на стапелях потенциального противника. 23 июня 1960 года ЦК и Совмин одобрили проект, которому был присвоен номер 705 («Лира»). В странах НАТО эта лодка стала известна как «Альфа» (Alfa). Научными руководителями проекта стали академики А.П.?Александров, В.А.?Трапезников, А.Г.?Иосифьян, а главным конструктором корабля - Михаил Георгиевич Русанов. Это был талантливый человек с очень нелегкой судьбой: семь лет пребывания в ГУЛАГе, а после освобождения - запрет на въезд в Ленинград. Опытный инженер-кораблестроитель работал в артели по изготовлению пуговиц в Малой Вишере и лишь в 1956 году смог вернуться в Ленинград, в СКБ-143. Начинал он с заместителя главного конструктора АПЛ проекта 645 (этот опыт оказался для Русанова очень полезен).

Битва с титаном

Предназначение новой подводной лодки определяло основные требования - высокие скорость и маневренность, совершенная гидроакустика, мощное вооружение. Для обеспечения двух первых требований лодка должна была иметь предельно малые габариты и массу, самые высокие гидродинамические характеристики корпуса и мощную энергетическую установку, вписывающуюся в ограниченные габариты. Выполнить подобное было невозможно без нестандартных решений. В качестве основного материала для корпуса корабля, а также многих его механизмов, трубопроводов и арматуры был выбран титан - металл почти вдвое легче и одновременно прочнее стали, к тому же абсолютно коррозионностойкий и маломагнитный. Однако он довольно капризен: сваривается только в среде инертного газа - аргона, резать его сложно, он имеет высокий коэффициент трения. К тому же титан нельзя было использовать в прямом контакте с деталями из иных металлов (стали, алюминия, латуни, бронзы): в морской воде он образует с ними электрохимическую пару, что вызывает разрушающую коррозию деталей из других металлов. Пришлось разработать специальные марки высоколегированной стали и бронзы, и специалистам ЦНИИ металлургии и сварки («Прометей») и ЦНИИ технологии судостроения удалось преодолеть эти титановые каверзы. В итоге был создан малогабаритный корпус корабля подводным водоизмещением 3000 т (хотя заказчик - ВМФ - настаивал на ограничении в 2000 т).

Надо сказать, что советское судостроение уже имело опыт создания ПЛ из титана. В 1965 году в Северодвинске была построена (в единственном экземпляре) АПЛ проекта 661 с титановым корпусом. Эта лодка, известная как «Золотая рыбка» (намек на ее фантастическую стоимость), по сей день остается рекордсменом по скорости под водой - на ходовых испытаниях она показала 44,7 узла (около 83 км/ч).

Сплошные новшества

Еще одним радикальным новшеством стала численность экипажа. На других АПЛ (как советских, так и американских) службу несут по 80−100 человек, а в техническом задании на 705-й проект была названа цифра 16, причем только офицеров. Однако в ходе проектирования численность будущего экипажа подрастала и в итоге достигла 30 человек, включая пять техников-мичманов и одного матроса, на которого возлагалась немаловажная роль кока, а по совместительству дневального-уборщика (изначально предполагалось, что обязанности кока будет выполнять корабельный доктор). Чтобы совместить такую малочисленность экипажа с огромным количеством и механизмов, лодку пришлось очень серьезно автоматизировать. Позднее моряки даже прозвали лодки 705-го проекта «автоматами».

Впервые в стране (а вероятно, и в мире) глобальная автоматизация охватывала все: управление движением корабля, применение оружия, главную энергетическую установку, все общекорабельные системы (погружение, всплытие, дифферентовку, выдвижные устройства, вентиляцию и т.?д.). Одним из ключевых и очень спорных вопросов при разработке систем автоматики (этим занимался целый ряд НИИ и КБ, в том числе ЦНИИ «Аврора», «Гранит», «Агат») был выбор частоты тока для корабельной электросети. Рассматривались варианты 50 и 400 Гц, каждый имел свои достоинства и недостатки. Окончательное решение в пользу 400 Гц было принято на трехдневном совещании руководителей нескольких причастных к теме организаций при участии трех академиков. Переход на повышенную частоту вызвал немало производственных проблем, но зато позволил заметно сократить габариты электрооборудования и приборов.


Вооружение

На АПЛ проекта 705 были впервые установлены пневмогидравлические торпедные аппараты, обеспечивающие стрельбу во всем диапазоне глубины погружения. Шесть торпедных аппаратов и 18 торпед с учетом скорости и маневренности лодки делали ее серьезным противником для подлодок стран НАТО.

Атомное сердце

И все же основным новшеством, определившим судьбу всего проекта, стал выбор главной энергетической установки корабля. Ею стал компактный атомный реактор на быстрых нейтронах (БН) с жидкометаллическим теплоносителем (ЖМТ). Это позволило сэкономить около 300 т водоизмещения за счет большей температуры пара и, следовательно, лучшей эффективности турбины.

Первой в мире подлодкой с реактором такого типа стала американская АПЛ Seawolf (1957). Конструкция оказалась не слишком удачной, во время ходовых испытаний произошла разгерметизация первого контура с выбросом натрия. Поэтому в 1958 году реакторы были заменены на водо-водяные, а с реакторами на ЖМТ военные в США более связываться не стали. В СССР предпочли использовать в качестве теплоносителя расплав свинец-висмут, значительно менее химически агрессивный, чем натрий. Но построенной в 1963 году АПЛ К-27 тоже не повезло: в мае 1968 года во время похода произошел разрыв первого контура одного из двух реакторов. Экипаж получил огромные дозы облучения, девять человек погибли, и лодку окрестили «Нагасаки» (кличка «Хиросима» уже была занята К-19 в 1961 году). АПЛ была столь радиоактивна, что не подлежала ремонту, и в итоге в сентябре 1982 года она была затоплена у северо-восточных берегов Новой Земли. К ее «титулам» флотские остряки добавили «вечно подводная». Но и после трагедии К-27 в СССР решили не отказываться от заманчивой идеи использования реакторов с ЖМТ на АПЛ, над их совершенствованием продолжали работать инженеры и ученые под руководством академика Лейпунского.

За разработку главной энергетической установки для 705-го проекта взялись две организации. Подольское ОКБ «Гидропресс» создало блочную двухсекционную установку БМ-40/А с двумя циркуляционными насосами. Горьковское ОКБМ выдало установку ОК-550, тоже блочную, но с разветвленным первым контуром и тремя циркуляционными насосами. В дальнейшем обе установки нашли применение на АПЛ 705-го проекта: ОК-550 устанавливалась на лодки, строящиеся в Ленинграде (четыре корабля), а на три лодки, построенные в Северодвинске по варианту проекта 705К, установили БМ-40/А. Обе установки обеспечивали мощность на валу турбины до 40??000 л.с., что позволяло развивать предусмотренную техническим заданием скорость в 40 узлов.


Полный автомат
Чтобы управлять подводной лодкой силами весьма ограниченного по тем временам экипажа в 30 человек, были разработаны многочисленные системы автоматизации, позволяющие держать под контролем все механизмы корабля. Позднее моряки даже дали этим лодкам прозвище «автомат».

Самая длинная лодка

Всего АПЛ проекта 705 было построено семь штук, они стали первыми в мире серийными лодками, оснащенными реакторами с ЖМТ. Первая лодка, К-64, заложенная в июне 1968 года в том же старинном эллинге, где за 70 лет до этого строился знаменитый крейсер «Аврора», в декабре 1971 года была передана ВМФ. Основные проблемы опытной эксплуатации были связаны с реактором, который принципиально отличался от хорошо знакомых водо-водяных. Дело в том, что сплав свинец-висмут кристаллизуется при +145°С, и при эксплуатации реактора с таким ЖМТ ни в коем случае нельзя допускать снижения температуры в первом контуре до этого значения. Именно в результате несоблюдения этого условия в трубопроводах одной, а затем и второй петли первого контура стали возникать пробки из застывшего расплава, вернуть который в жидкое состояние было уже невозможно. Произошло «закозление» паропроизводительной установки, сопровождаемое разгерметизацией первого контура и радиоактивным загрязнением лодки, которая в это время стояла у причала на своей базе. Вскоре стало ясно, что реактор безвозвратно загублен, и лодка уже не могла выходить в море. В результате в августе 1974 года она была выведена из состава флота и после долгих дебатов разрезана на две части, каждую из которых было решено использовать для тренировок экипажей и отработки новых технологий. Носовую часть лодки отбуксировали в Ленинград, а кормовая с реакторным отсеком осталась в Северодвинске на судоремонтном заводе «Звездочка». Там же скорбным памятником остался стоять черный крест отрезанного кормового стабилизатора К-64 с горизонтальными и вертикальными рулями. В среде военных моряков и кораблестроителей еще долго ходила шутка-загадка о «самой длинной в мире лодке».

Реальная жизнь

Строительство серии, которое уже активно велось в Ленинграде и Северодвинске, было приостановлено, но через пару лет возобновлено, и с 1977 по 1981 год флоту было передано шесть АПЛ 705-го проекта. Эти корабли довольно интенсивно и успешно несли службу в составе Северного флота, вызывая серьезную озабоченность у стран НАТО. Учитывая печальный опыт К-64, на всех серийных АПЛ этого проекта был дополнительно установлен «электрокотел», задачей которого было поддерживать необходимую температуру в первом контуре реактора, когда тот при стоянке АПЛ на базе был выведен на минимальную мощность. Для работы котла требовалось подавать электроэнергию c берега. С этим случались перебои, а поскольку экипажи лодок отчаянно боялись погубить реактор, он поддерживался не на минимальном уровне мощности, что ускоряло выработку ядерного топлива. Кроме того, неудовольствие флотского базового начальства вызывала необходимость организации специальных лабораторий для периодических проверок, регулировок и ремонта автоматики, которой были нашпигованы лодки этого типа. Так что забот береговым службам ВМФ добавилось немало. Все чаще возникали разговоры на тему, что новые корабли, несмотря на уникальные боевые качества, опережают свое время и излишне сложны в обслуживании. Седьмую серийную лодку не стали достраивать, а разрезали прямо на стапеле. К 1990 году все (кроме одной) АПЛ 705-го проекта были выведены из состава флота, прослужив существенно меньше того срока, на который были рассчитаны.

Последняя «Альфа»

Ставшая исключением К-123 задержалась в строю до 1997 года вследствие непомерно затянувшегося ремонта после серьезной аварии в 1982 году. Когда лодка находилась в подводном положении в Баренцевом море, на пульте управления в центральном посту АПЛ неожиданно загорелся сигнал «Неисправность реактора». На разведку в необитаемый реакторный отсек отправился лейтенант Логинов, который через минуту доложил, что наблюдает серебристый металл, растекающийся по палубе: это был вырвавшийся из первого контура реактора высокоактивный ЖМТ. Одновременно включился сигнал «Загрязнение реакторного отсека. Покинуть отсек!», и, как вспоминал позже один из членов экипажа, переживший аварию, «о Логинове подумали уже в прошедшем времени». Но Логинов выжил. Выйдя в шлюз, через который реакторный отсек сообщается с остальными помещениями лодки, он оставил там всю одежду и прошел основательную помывку. Реактор был заглушен, АПЛ всплыла, продув свои балластные цистерны. Как установили позже, из первого контура успело вытечь порядка 2? т ЖМТ. Лодка была так загрязнена, что пришедший на помощь крейсер не решался приблизиться к ней, чтобы передать буксирный трос. В итоге трос все же завели при помощи палубного вертолета с того же крейсера. Ремонт К-123, в ходе которого был полностью заменен реакторный отсек, закончился в 1992 году, АПЛ вернулась в строй и благополучно прослужила до 1997 года. С ее списанием бесславно закончилась проекта 705.

Запасной парашют

Из шести отсеков АПЛ обитаемых было только два, над одним из которых размещалась созданная впервые в мире всплывающая спасательная рубка-камера, рассчитанная на спасение всего экипажа (30 человек) даже с предельной глубины погружения (400 м).

Опередившие время

Атомные подводные лодки проекта 705 могли похвастаться фантастическими скоростными и маневренными характеристиками и множеством новшеств: титановый корпус, реактор на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем и полностью автоматизированное управление всеми системами корабля.


Подводный металл
Корпус лодки был изготовлен из титана, поэтому специалистам ЦНИИ металлов и сварки («Прометей») и ЦНИИ технологии судостроения пришлось разработать специальные технологии сварки и соединения титановых деталей, а металлургам - новые коррозионностойкие сплавы.

Жидкий металл

Атомные корабли - по сути пароходы, поскольку их гребные винты приводятся в движение паровыми турбинами. Но пар образуется не в обычных котлах с топками, а в атомных реакторах. Тепло радиоактивного распада передается от ядерного топлива в первом контуре охлаждения теплоносителю, обычно воде под давлением (чтобы поднять температуру до 200 °C и более), которая одновременно служит и замедлителем нейтронов. А теплоноситель уже передает тепло воде второго контура, испаряя ее. Но вода под давлением имеет свои недостатки. Высокое давление означает, что стенки труб системы охлаждения первого контура реактора должны быть толстыми и прочными, а при разгерметизации первого контура радиоактивный пар проникает в самые труднодоступные места. Одной из альтернатив является использование реакторов на быстрых нейтронах с теплоносителем из легкоплавких металлов в их жидкой фазе - например, натрия или свинцово-висмутового сплава. Теплопроводность и теплоемкость их значительно выше, чем у воды, их можно нагревать до более высоких температур без высокого давления в первом контуре, что позволяет создавать очень компактные реакторы.