Kärnreaktor för en icke-nukleär ubåt (NNS). Motsättningen är inneboende i själva namnet, men denna fråga betraktades ganska allvarligt i Sovjetunionen. I synnerhet övervägdes tanken på att placera en liten kärnreaktor i förhållande till ubåtar i projekt 651. Dieselelektrisk ubåt (DEPL) från projekt 651 kryssningsmissilbärare blev den tidens största icke-kärnbåtar som byggdes i Sovjetunionen.
Dollezhals ägg
Redan från början, i ett försök att öka undervattensområdet för de dieselelektriska ubåtarna i Project 651, lade konstruktörerna ner silver-zinkbatterier istället för bly-syra. I praktiken visade det sig att silver-zinkbatterier har två kritiska nackdelar: höga kostnader och kort livslängd (upp till 100 laddningsurladdningscykler), som i förväg bestämde återgången till bly-syrabatterier.
Förutom batterier med ökad kapacitet övervägdes dock också mer radikala lösningar för dieselelektriska ubåtar från projekt 651. I princip var Navy (Navy) i Sovjetunionen, parallellt med byggandet av båtar från Project 651, förberedd för byggandet av atomubåtar (atomubåtar) i Project 675, med samma P-6-kryssningsmissiler som installerades på dieselelektriska ubåtar i projekt 651. Kärnkraftsubåtar från projekt 675 var dock betydligt dyrare dieselelektriska ubåtar i projekt 651. En lösning krävdes som skulle möjliggöra för ubåtar (ubåtar) i projekt 651 att få obegränsat kryssningsutbud av ubåtar medan bibehålla andra egenskaper på nivån för dieselelektriska ubåtar i det ursprungliga projektet.
Som en lösning övervägdes skapandet av en liten kärnreaktor, det så kallade "Dollezhals ägg", uppkallat efter dess skapare Nikolai Dollezhal, chefsdesigner för kärnreaktorer för Sovjetunionens flotta. I det första skedet innebar projektet att placera reaktorn i en separat kapsel och bogsera den på ett rep med en kabel för att överge tung biologisk avskärmning. Ett sådant koncept avvisades dock omedelbart, både på grund av den stora sannolikheten att förlora kapseln med reaktorn, och på grund av möjligheten att spåra ubåtar längs ett radioaktivt spår. I framtiden övervägdes placeringen av reaktorn utanför den fasta dieselelektriska ubåtskroppen, men inom ramen för en enda "stel" ubåtsdesign.
Uppenbarligen tillät inte den tidens teknik att skapa en tillräckligt kompakt och pålitlig underhållsfri reaktor med acceptabla egenskaper. I framtiden återkom tanken på att installera ett kärnkraftverk (NPP) på dieselelektriska ubåtar mer än en gång. I synnerhet, på grundval av dieselelektriska ubåtar från projekt 651, utvecklades projekt 683 för att skapa en massubåt utrustad med ett lågkraftskärnkraftverk. Denna ubåt skulle byggas i stora mängder vid fabriker som tidigare producerade dieselelektriska ubåtar. Projekt 683 drog ut och fick ingen utveckling, förmodligen för att vid denna tidpunkt hade Sovjetunionen redan tillräcklig produktionskapacitet för att producera fullvärdiga kärnkraftsdrivna fartyg i de kvantiteter som var nödvändiga för marinen.
Projekt 651 glömdes inte heller. År 1985 gjordes en av båtarna i detta projekt om enligt projekt 651E, som utvecklades redan 1977. Som en del av moderniseringen var ubåten utrustad med ett kompakt kärnkraftverk med låg effekt, utvecklat vid Scientific Research and Design Institute of Power Engineering (NIKIET) - för närvarande Order of Lenin Scientific Research and Design Institute of Power Engineering uppkallat efter N. A.. Dollezhal . Inom ramen för 651E-projektet placerades ett lågkraftskärnkraftverk i den nedre akterdelen av ubåten utanför det hållbara skrovet. En reaktor av kokande typ av en slinga användes. Men ubåten från Project 651E lämnade inte heller prototypstadiet.
Multifunktionella ryska atomubåtar
Med Sovjetunionens sammanbrott och förlusten av en betydande del av dess industriella potential mötte Ryssland återigen problemet med brist på atomubåtar. Projektet med den multipurpose atomubåten (MCSAPL) 885 / 885M "Ash", trots alla dess fördelar, visade sig vara extremt dyrt och svårt att bygga. Totalt är det planerat att bygga sju SSNS för projekt 885 / 885M, vilket är helt otillräckligt i samband med den snabba föråldringen av tredje generationens kärnbåtar till projekt 971, 945 / 945A som finns i den ryska marinen.
För närvarande pågår utformningen av den nya generationens multifunktionella kärnbåt "Husky". Husky -projektet är fortfarande fullt av rykten snarare än verklig information. Förmodligen kommer atomubåtarna i detta projekt att vara mindre och billigare än SSNS för projekt 885 / 885M, vilket gör det möjligt att dra en analogi med de extremt dyra amerikanska kärnbåtarna Seawolf och den mer mångsidiga och relativt billiga kärnkraften i Virginia-klass ubåtar som utvecklats av den för att ersätta.
Samtidigt finns det risker för att Husky -projektet, särskilt om en hög teknisk koefficient implementeras i det, kan möta oförutsedda förseningar och kostnadsökningar.
Icke-atomubåtar i Ryssland och i världen
Ett annat sätt att stärka marinens undervattenskomponent är konstruktionen av icke-kärnvapenubåtar. Och även i detta segment i den ryska flottan går inte allt smidigt. För närvarande är den globala trenden att utrusta icke-kärnkraftiga ubåtar med luftoberoende kraftverk (VNEU), gjorda på olika principer-bränsleceller, Stirling-motor. Närvaron av VNEU gör det möjligt att radikalt öka ubåtens utbud av ubåtar, vilket ger dess kapacitet närmare kärnkraftsubåtar, till en betydligt lägre kostnad av den förra.
Tyvärr stod de ryska VNEU -projekten för projektet 677 Lada ubåt inför problem, liksom hela projektet 677, vilket resulterar i att de första ubåtarna i detta projekt förmodligen kommer att genomföras utan installation av VNEU.
Batterier för icke-nukleära ubåtar
Ett annat alternativ - att utrusta ubåten med litiumbatterier med ökad kapacitet, valdes av de japanska marinstyrkorna (Navy), som också driver ubåten med en Stirling -motor. Det antas att användning av litiumbatterier med hög kapacitet kommer att möjliggöra långsiktigt NNS-autonomi jämförbart med det som tillåter användning av VNEU, men samtidigt ger litiumbatterier ett långt nedsänkt område vid höga hastigheter.
Kritiker av litiumbatterier säger att de är utsatta för brand och explosion. Det kan dock antas att den industriella och ännu mer militära användningen av sådana batterier kommer att innebära ökad uppmärksamhet på säkerhetsfrågor och minimera de potentiella riskerna för överhettning eller deformation av batterier. Det största hindret vid införandet av litiumbatterier i ubåtar som inte är ubåtar är deras höga kostnad.
Möjligheten att använda litiumbatterier i marinens intresse bekräftas av intensifieringen av deras utveckling av europeiska tillverkare.
Vid utställningen Euronaval 2018 i Paris 2018 tillkännagav den franska skeppsbyggnadsgruppen Naval Group och den tyska gruppen TKMS skapandet av egna litiumjonbatterier för ubåtar. De två företagen utvecklar oberoende litiumbåtbatterier i samarbete med den stora franska tillverkaren av industriella litiumbatterier och ackumulatorer, SAFT.
Naval Group-företaget planerar att använda litiumbatterier LIBRT i de lovande ubåtarna SMX-31, medan TKMS utvecklar en universell lösning som kan integreras i befintliga och under uppbyggnad av tyska ubåtar av projekt 212 och 214.
I Ryssland är situationen med produktion av moderna litiumbatterier ganska vag.
Liotech, ett dotterbolag till RUSNANO, tillverkar batterier tillverkade med litiumjärnfosfatteknik (LiFePO4). Dessa batterier har vissa fördelar, i synnerhet hög användningssäkerhet, möjligheten till säker snabb laddning och säker urladdning med höga strömmar. Samtidigt är kapaciteten hos LiFePO4 betydligt (ungefär två gånger) sämre än litiumbatterier tillverkade med litiumkobolt eller annan teknik. Flera gånger i media fanns information om företagets konkurs, men företagets webbplats fungerar för närvarande.
År 2015 meddelade "Research Center" Autonomous Power Sources "tillsammans med PJSC" Plant of Autonomous Power Sources "att produktionen av en hel cykel litiumjonbatterier öppnas. För närvarande finns det dock ingen information om produktionsskalan och lokaliseringsgraden.
Teknik för både LiFePO4-batterier och andra typer av litiumbatterier kommer att utvecklas, och deras genomförande i Ryssland, liksom möjligheten att använda dem som energikälla för icke-kärnkraftsubåtar, förtjänar noggrann undersökning av specialiserade organisationer.
Moderna ryska kärnkraftverk
Avsaknaden av en fungerande inhemsk VNEU och lösningar baserade på högeffektiva litiumbatterier, i kombination med de höga kostnaderna och förseningarna i byggandet av multifunktionella kärnbåtar, kan tvinga den ryska marinen att återgå till konceptet att utrusta dieselelektriska ubåtar med låga kraftkärnkraftverk. För närvarande i världen, under inflytande av det "gröna", är det ett steg bort från kärnkraft. Ryssland, å andra sidan, planerar inte att överge den "fredliga atomen" inom en snar framtid, utvecklas aktivt i denna riktning och är troligen den "första bland jämlikar" inom kärnkraft.
Ett av exemplen på framväxten av banbrytande teknik bland ryska kärnforskare är exempel på att skapa ett mindre kärnkraftverk för Poseidon obemannade undervattensfordon (UUV) och en kärnraketmotor för Burevestnik kryssningsmissiler med obegränsat flygområde.
Det finns inga tillförlitliga uppgifter om kärnkraftverket i BPA "Poseidon". Förmodligen kan det vara en reaktor med ett flytande metallkylmedel med en kapacitet på cirka 8-10 MW, baserat på den som utvecklats av A. P. Aleksandrova (NITI) från AMB-8-projektet, med tysta magnetohydrodynamiska kylpumpar i primärkretsen.
Med tanke på detaljerna i Poseidon BPA -applikationen kan dess kärnkraftverk ha en begränsad livslängd som varar flera tusen timmar, vilket inte tillåter att den direkt lånas för lovande ubåtar, utan lämnar den som en källa till tekniska lösningar.
Förekomsten av strålskydd vid kärnkraftverket i BPA Poseidon är tveksamt. Å ena sidan kräver frånvaron av en besättning inte fullvärdigt strålskydd, bara det s.k. "Skugga" skydd av fack med känsliga enheter. Å andra sidan kan avsaknaden av strålskydd komplicera driften av Poseidon UUV - installation / borttagning från bäraren, underhåll, även om dess reaktor är "avstängd" som standard.
Både i Sovjetunionen och i Ryssland utvecklades reaktorer med kylvätska av flytande metall mycket aktivt fram till seriell användning på projekt 705 Lira ubåtar, som har både enastående tekniska egenskaper och en lika omfattande uppsättning olösliga problem. Det är ganska troligt att "flytande metall" (förmodligen) NPU för kärnkraftverket i Poseidon endast är effektivt inom ramen för problemet som löses och inte kan anpassas för långsiktig problemfri drift.
Om det är omöjligt att implementera ett kärnkraftverk med kylvätska av flytande metall och med en lång cykel av autonom problemfri drift, så är möjligheten att skapa ett lågkraftkärnkraftverk baserat på reaktorer utvecklade i samma NIKIET, där Dollezhals ägg var tidigare designat, kan övervägas.
Från artikeln från biträdande generaldirektör för civila anläggningar i JSC "NIKIET" A. O. Pimenova:
För att möta energikraven för de arktiska fälten erbjuder NIKIET ett antal utvecklingar: från en transportabel liten station Vityaz med en vattenkyld reaktor med en elektrisk effekt på upp till 1 MW och en kraftenhet med en enhetlig reaktorinstallation Hylla, för lokal strömförsörjning för en enda konsument, levererad i form av en energikapsel från en fabriksproduktion med kompakt placerade reaktor- och turbingeneratoraggregat, upp till en rad köksapparater av fartygstyp för kraftverk med elkraft på 45 MW, 100 MW och 300 MW i enblocksdesign.
I synnerhet Vityaz, Shelf och ATGOR lågkraftkärnkraftverk (ASMM) bör ha minimala dimensioner och hög autonomi. De är konstruerade i en inkapslad design, vilket ökar säkerhetsnivån för kärnkraftverk. Modulärt transportabelt integrerat kraftverk "Vityaz", baserat på en tryckt vattenkyld vattenreaktor, med en elektrisk effekt på 1 MW och en termisk effekt på 6 MW, som väger högst 60 ton. Kärnkampanjen är 40 000 timmar, laddningsfrekvensen är sex år, luftkylning, med mekanisk luftcirkulation.
I effektområdet från 1 till 10 MW föreslås Shelf ASMM-projektet och det lovande projektet ATGOR baserat på en lågeffektsgaskyld reaktor med öppen cykel. Den mobila enheten "ATGOR" på en semitrailer för bilar kan producera 3,5 MW värmeeffekt och 0,4-1,2 MW elkraft. Livslängden är 60 år, kärnbränslet laddas om vart tionde år.
ASMM-hyllan är huvudutvecklingen av NIKIET, den kan levereras i form av en färdig att använda energikapsel och är avsedd för strömförsörjning av teknisk utrustning som fungerar i olje- och gasfält, inklusive den som är avlägsen på ett betydande avstånd från kusten och har en driftcykel året runt i 25-30 år. ASMM-hyllan innehåller en dubbelkretsad kärnreaktor med en vattenkyld integrerad reaktor med en termisk effekt på 28 MW, en turbingenerator som genererar 6 MW el och ett system för automatiserad och fjärrstyrning, övervakning och skydd av anläggningens tekniska medel.
Livslängden för Shelf atomubåt är 60 år, kärncykeln är 40 000 timmar och tankningsfrekvensen är sex år. Den transporterade modulens vikt är 375 ton. Reaktorn skyddas av ett säkerhetshölje, som vid olyckor med förlust av kylvätska ger 72 timmar för att fatta beslut om ytterligare åtgärder. Turbingeneratorn finns tillgänglig för reparation. Alla element i kärnkraftverket "Hylla" är täckta med ett skyddande skal från påverkan av yttre faktorer.
Således kan man anta att de ryska atomforskarnas utveckling gör det möjligt att skapa ett kompakt autonomt kärnkraftverk med en eleffekt på 1-6 MW med en livslängd på upp till tio (och möjligen mer) år mellan omlastningar. av reaktorkärnan. Om ett kompakt kärnkraftverk kan skapas på grundval av reaktorer med flytande metallkylmedel kan dess egenskaper bli ännu mer imponerande. Att placera reaktorn i en isolerad kapsel maximerar dess isolering från ubåtskroppen och förhindrar en signifikant ökning av buller jämfört med ubåten / dieselelektrisk ubåt.
Icke-ubåtar eller dieselelektriska ubåtar med hjälpkärnkraftverk?
Först och främst måste det sägas att påståendena”vi behöver inte kärnkraftsubåtar, vanliga dieselelektriska ubåtar är tillräckligt” står inte emot kritik och hänvisar till ett försök till självbelåtenhet -”eftersom vi misslyckas, då behöver vi det inte”. Tiden för klassiska dieselelektriska ubåtar går mot sitt slut, deras exportpotential kommer snabbt att minska inte på grund av "mode" för icke-ubåtar, utan för att behovet av frekvent ytbeläggning för att ladda batterier är dödligt för en ubåt. Med beaktande av den snabba ökningen av antalet obemannade luftfartyg (UAV), som också utvecklas för marinens intresse, som dök upp till periskopdjup och laddar dieselelektriska ubåtbatterier, med stor sannolikhet kommer det att upptäckas av en radar eller en värmekamera av en UAV och förstörd.
Behöver den ryska marinen dieselelektriska ubåtar med ett extra kärnkraftverk, eller är det bättre att fokusera på utvecklingen av VNEU och moderna batterier för icke-kärnkraftsubåtar? Att svara på denna fråga kräver att du får svar på flera andra frågor:
1. Hur framgångsrik och dyr (billig) kärnbåt för projektet "Husky" kommer att bli och hur mycket kommer en dieselelektrisk ubåt med ett extra kärnkraftverk att kosta?
2. Är Ryska federationens industri i stånd att skapa ett VNEU inom rimlig tid och till en acceptabel kostnad eller producera moderna batterier, vars användning på inhemska icke-kärnkraftiga ubåtar gör det möjligt för dem att konkurrera med de bästa analoga i världen?
Enligt punkt 1. Om Husky-projektets kärnbåtar av någon anledning visar sig vara vägar och deras konstruktion kommer att ta lång tid, och dieselelektriska ubåtar med hjälpkärnkraftverk blir betydligt billigare, om än på grund av fler blygsamma egenskaper och lättare att bygga, då kan ett sådant projekt mycket väl övervägas och genomföras för att förse marinen med ett tillräckligt antal ubåtar
Kostnaden för projektet 885 / 885M MCSAP är från 30 till 47 miljarder rubel. (från 1 till 1,5 miljarder dollar), kostnaden för SSBN -projektet 955 / 955A är cirka 23 miljarder rubel. (0,7 miljarder dollar). Exportvärdet för de dieselelektriska ubåtarna i projekt 636 är 300 miljoner dollar respektive, deras kostnad för den ryska flottan bör vara cirka 150-200 miljoner dollar. Även om deras kostnad, om den är utrustad med ett extra kärnkraftverk, fördubblas, kommer kostnaden för dieselelektriska ubåtar med kärnkraftverk att vara tre till fyra gånger lägre än kostnaden för SSN för projekt 885 / 885M. Detta betyder inte alls att det är nödvändigt att överge "riktiga" kärnkraftsdrivna fartyg till förmån för dieselelektriska ubåtar med kärnkraftverk, men det faktum att deras existens i flottan kan vara ganska kostnadseffektiv bekräftar.
På punkt 2. Problemet med VNEU och batterier med ökad kapacitet måste lösas på ett eller annat sätt, åtminstone för att ge varvsindustrin exportorder. Om tidpunkten för skapandet av VNEU och batterier med ökad kapacitet kommer att försenas, och deras erhållna egenskaper och kostnad inte kommer att uppfylla kraven från den ryska marinen, kan ett dieselelektrisk ubåtsprojekt med ett extra kärnkraftverk vara efterfrågat annars kan dess genomförbarhet ifrågasättas
Är det möjligt att infoga ett fack med ett kärnkraftverk i befintliga projekt 636 eller 677? Projekt 636 är för gammalt för att genomföra sådana radikala innovationer som ett extra kärnkraftverk på det. Möjligheten att sätta in ett extra kärnkraftverk i ubåten i projekt 677 kan endast bedömas av utvecklarna av denna ubåt, tillsammans med utvecklarna av kärnkraftverket. Ödet för 677 -projektet är redan i limbo, enligt vissa rapporter, just på grund av problem med kraftverket. I detta fall kan studien av installationen av ett extra kärnkraftverk både återuppliva och slutligen begrava 677 -projektet.
Ännu mindre information finns tillgänglig om projektet för den ryska atomubåten från femte generationen "Kalina". Den fragmentariska informationen innehåller information om utvecklingen av flera versioner, både med VNEU och med batterier med ökad kapacitet. Huruvida denna information är tillförlitlig eller en god önskan kan man bara gissa; därför finns det ingen anledning att spekulera i möjligheten att använda ett extra kärnkraftverk på ubåten till Kalina -projektet.
Således, Behovet av att utveckla en dieselelektrisk ubåt med ett extra kärnkraftverk för den ryska marinen kan kopplas till förhållandet mellan följande huvudfaktorer: kostnaden och byggtiden för lovande kärnbåtar från Husky-projektet och kostnad och tid skapandet av en kärnbåt med en kraftfull NPP eller batterier med ökad kapacitet.
Å andra sidan kan framsteg i skapandet av små kärnkraftverk leda till att de kommer att utvecklas oavsett framgång i skapandet av VNEU eller batterier med ökad kapacitet och kommer att implementeras och efterfrågas inom ramen för ett enda projekt av en lovande ubåt.
