Reactorul nuclear al unui submarin. Centrale nucleare de bord
Submarinele cu rachete strategice grele Proiectul 941 Akula pot fi clasificate cu încredere drept unul dintre cele mai mari submarine nucleare din lume. Clasificare NATO - SSBN „Typhoon”. În 1972, după ce a primit sarcina, TsKMBMT „Rubin” a început să dezvolte acest proiect.
Istoria creației
În decembrie 1972, a fost eliberată o misiune de proiectare tactică și tehnică către S.N. Kovalev a fost numit proiectant-șef al proiectului. Dezvoltarea și crearea unui nou tip de crucișător submarin a fost poziționată ca un răspuns la construcția SSBN-urilor din clasa Ohio în Statele Unite. A fost planificat să se utilizeze rachete balistice intercontinentale în trei trepte cu combustibil solid R-39 (RSM-52), dimensiunile acestor rachete au determinat dimensiunea noii nave. În comparație cu rachetele Trident-I, care sunt echipate cu SSBN-uri din clasa Ohio, racheta R-39 are semnificativ cele mai bune caracteristiciîn raza de zbor, aruncă greutate și are 10 blocuri, în timp ce Trident are astfel de blocuri 8. Dar, în același timp, R-39 este semnificativ mai mare ca dimensiune, este aproape de două ori mai lung și are o masă de trei ori mai mare decât a omologul său american. Dispunerea standard a SSBN nu era potrivită pentru a găzdui rachete de dimensiuni atât de mari. Decizia de a începe lucrările la construcția și proiectarea unei noi generații de port-rachete strategice a fost luată la 19 decembrie 1973.
În iunie 1976, prima ambarcațiune de acest tip, TK-208, a fost așezată la întreprinderea Sevmash, care a fost lansată la 23 septembrie 1980 (abrevierea TK înseamnă „crucișător greu”). Imaginea unui rechin a fost pictată pe prova, sub linia de plutire, înainte ca barca să fie lansată în apă; mai târziu, pe uniforma echipajului au apărut dungi cu un rechin. Pe 4 iulie 1981, crucișătorul principal a intrat în probele pe mare, cu o lună mai devreme decât americanul SSBN Ohio, al cărui proiect a fost lansat mai devreme. La 12 decembrie 1981, TK-208 a intrat în serviciu. Între 1981 și 1989 au fost puse în funcțiune și lansate 6 bărci de tip Akula. A șaptea navă din această serie nu a fost niciodată așternută.
Peste 1.000 de întreprinderi ale fostei Uniri au asigurat construcția de submarine de acest tip. 1219 de angajați Sevmash care au participat la crearea navei au primit premii guvernamentale.
Anunțul creării ambarcațiunilor din seria Akula a fost făcut la XXVI-lea Congres al PCUS de către Brejnev, care a declarat: Avem sistemul Typhoon, similar noului submarin american Ohio, înarmat cu rachete Trident-I. Noua barcă „Akula” a fost numită „Typhoon” în mod deliberat, la acea vreme război rece nu a fost încă finalizat, iar numele „Typhoon” a fost folosit pentru a induce în eroare inamicul.
În 1986, a fost construit un transportator de rachete diesel-electric, a cărui deplasare a fost de 16.000 de tone, numărul de rachete acceptate la bord a fost de 16 SLBM. Transportul a fost numit „Alexander Brykin” și a fost destinat să asigure reîncărcarea rachetelor și torpilelor.
O călătorie lungă la latitudini înalte în Arctic a fost efectuată în 1987 de barca TK-17 Simbirsk. În timpul acestei campanii, echipajele au fost schimbate de mai multe ori.
Pe TK-17 Arkhangelsk, în timpul unei lansări de antrenament, o rachetă de antrenament a explodat și a ars în siloz; lansările au fost efectuate în Marea Albă pe 27 septembrie 1991. Explozia a smuls capacul silozului de rachete și a aruncat focosul rachetei în mare. În urma acestui incident, barca a suferit reparații minore, echipajul nu a fost rănit în explozie.
Lansarea „simultană” a 20 de rachete R-39 a avut loc în testele efectuate de Flota Nordului în 1998.
Caracteristici de design
Centrala electrică de pe bărci de acest tip este realizată sub forma a două eșaloane independente, care sunt situate în carene durabile, aceste carene sunt diferite. Echipamentele cu impulsuri sunt utilizate pentru monitorizarea stării reactoarelor; în cazul pierderii alimentării cu energie, reactoarele sunt echipate cu un sistem automat de stingere.
Chiar și în faza de proiectare, termenii de referință au inclus o clauză privind necesitatea asigurării unei raze de siguranță; în legătură cu aceasta, au fost dezvoltate și efectuate o serie de experimente în compartimente experimentale privind metodele de calcul a rezistenței dinamice a celor mai complexe. Componentele carenei (module de fixare, camere pop-up și containere, conexiuni între carenă) .
Deoarece atelierele standard nu erau potrivite pentru construirea bărcilor de tip Akula, a trebuit să fie construit un nou atelier la numărul 55 la Sevmash, care este în prezent unul dintre cele mai mari cămine interioare pentru bărci din lume.
Submarinele din clasa Shark au o rezervă de flotabilitate destul de mare de 40%. Datorită faptului că jumătate din deplasarea pe ambarcațiunile de acest tip provine din apa de balast, au primit un nume neoficial în flotă - „purtător de apă”; un alt nume neoficial „victoria tehnologiei asupra bunului simț” a fost atribuit bărcii la concurenta Malachite Design Bureau. Un motiv semnificativ care a influențat această decizie a fost cerința de a asigura cel mai mic pescaj al navei. Această cerință a fost destul de justificată de posibilitatea de a utiliza bazele de reparații și pilonii existente.
Este rezerva mare de flotabilitate, împreună cu un ruc destul de puternic, care face posibilă spargerea gheții, a cărei grosime este de până la 2,5 metri, ceea ce permite serviciul de luptă în latitudinile nordice aproape până la Polul Nord.
Cadru
Una dintre caracteristicile de design ale ambarcațiunii este prezența a cinci carene locuibile și durabile în interiorul unei carene ușoare. Dintre acestea două, cele principale, cu diametrul lor cel mai mare este de 10 metri, sunt amplasate după principiul catamaranului - paralele între ele. Silozurile de rachete cu sisteme de rachete D-19 sunt situate în partea din față a navei, între corpurile principale de presiune.
În plus, barca este echipată cu trei compartimente sigilate: un compartiment pentru torpile, un compartiment pentru modulul de control cu un stâlp central și un compartiment mecanic la pupa. Această plasare a trei compartimente între carenele principale ale bărcii crește semnificativ siguranța la incendiu și capacitatea de supraviețuire a bărcii. Potrivit opiniei General Designer S.N. Kovaleva:
„Ceea ce s-a întâmplat pe Kursk (Proiectul 949A), pe submarinele Proiectului 941, nu a putut duce la astfel de consecințe catastrofale. Compartimentul torpilelor de pe Akula este realizat ca un modul separat. În cazul exploziei unei torpile, nu ar fi putut avea loc distrugerea mai multor compartimente principale și moartea întregului echipaj.”
Clădirile principale sunt legate între ele prin trei pasaje: în prova, în centru și în pupa. Tranzițiile trec prin compartimentele intermediare ale capsulei. Numărul de compartimente impermeabile de pe ambarcațiune este de 19. Camerele de salvare situate la baza timoneriei sub gardul dispozitivului retractabil pot găzdui întregul echipaj. Numărul camerelor de salvare -2.
Carcasele durabile erau realizate din aliaje de titan, carcasa ușoară era din oțel și avea un strat anti-locație și izolator fonic non-rezonant, a cărui greutate era de 800 de tone. Experții americani cred că corpurile durabile ale bărcii sunt, de asemenea, echipate cu un strat de izolare fonică.
Nava are o coadă de pupa cruciformă dezvoltată cu cârme orizontale, care este situată direct în spatele elicelor. Cârmele orizontale din față sunt retractabile.
Pentru a asigura posibilitatea de a fi de serviciu în latitudinile nordice, gardul timoneriei este realizat foarte puternic, având capacitatea de a sparge gheața, a cărei grosime este de la 2 la 2,5 metri (în perioada de iarna Grosimea gheții în Oceanul Arctic poate fi de la 1,2 la 2 metri, uneori ajungând la 2,5 metri). De jos, suprafața gheții este formată din creșteri sub formă de țurțuri sau stalactite, care sunt destul de mari ca dimensiuni. În timpul ascensiunii bărcii, cârmele de prova sunt retractate, iar barca însăși este presată de stratul de gheață cu o prova și timonerie special adaptate în acest scop, apoi rezervorul principal de balast este purjat brusc.
Power point
Proiectarea centralei nucleare principale a fost realizată conform principiului blocului. Instalația principală include două reactoare de neutroni termici răcite cu apă OK-650, cu o putere termică la arbore de 2x50.000 CP. și, de asemenea, în ambele carene durabile există două unități de turbină cu abur, acest lucru crește semnificativ capacitatea de supraviețuire a bărcii.
Bărcile proiectului Akula utilizează un sistem pneumatic de absorbție a șocurilor cu cablu din cauciuc în două trepte și un sistem bloc de mecanisme și echipamente, care pot îmbunătăți în mod semnificativ izolarea la vibrații a componentelor și ansamblurilor și, astfel, poate reduce zgomotul bărcii.
Două elice cu pas fix cu șapte pale, cu viteză redusă, cu zgomot redus, sunt folosite drept propulsoare. Pentru a reduce nivelul de zgomot, elicele sunt amplasate în carenări inelare (fenestroni).
Sistemul de propulsie de rezervă include două motoare electrice DC de 190 kW. Când manevrează în condiții înghesuite, barca folosește un propulsor, care constă din două coloane pliabile cu motoare electrice de 750 kW și elice rotative. Aceste dispozitive sunt situate la prova și pupa navei.
Cazare echipaj
Echipajul este cazat în condiții de confort sporit. Submarinele proiectului Shark au un lounge pentru echipaj, o piscină de 4x2 metri și o adâncime de 2 metri, piscina este umplută cu apă de mare proaspătă sau sărată cu posibilitate de încălzire, sală de sport, solar, saună, precum precum și o „zonă de locuit”. Personalul înrolat este cazat în carlinge mici; personalul de comandă este cazat în cabine cu două sau patru paturi dotate cu chiuvete, televizoare și aer condiționat. Există două saloane: una pentru ofițeri și a doua pentru marinari și aspiranți. Datorită condițiilor de confort create pe barcă, printre marinari a fost numit „Hilton plutitor”.
Armament
Armamentul principal al TK este 20 de rachete balistice cu combustibil solid în trei trepte R-39 „Variant”. Greutatea de lansare a acestor rachete, împreună cu containerul de lansare, este de 90 de tone, iar lungimea lor este de 17,1 m, aceasta este cea mai mare greutate de lansare dintre toate SLBM puse în funcțiune.
Rachetele au un focos multiplu de 10 focoase cu ghidare individuală, fiecare conținând 100 de kilotone de TNT, iar raza de zbor a rachetelor este de 8.300 km. Datorită faptului că R-39-urile sunt destul de mari ca dimensiuni, singurele lor transportoare sunt ambarcațiunile Project 941 Akula.
Testele sistemului de rachete D-19 au fost efectuate pe un submarin diesel special convertit K-153 (Proiectul 619), pe acesta a fost amplasat un singur siloz pentru R-39, numărul de lansări de modele false a fost limitat la șapte.
lansarea unei rachete R-39 dintr-un submarin Project 941 Akula
De la ambarcațiunile proiectului Akula, întreaga încărcătură de muniție poate fi lansată într-o singură salvă; intervalul dintre lansările de rachete este minim. Rachetele pot fi lansate dintr-o poziție de suprafață sau subacvatică; în cazul lansării dintr-o poziție subacvatică, adâncimea de scufundare este de până la 55 de metri; nu există restricții privind condițiile meteorologice pentru lansarea rachetelor.
Utilizarea sistemului de lansare a rachetei cu absorbție a șocurilor ARSS face posibilă lansarea unei rachete folosind un acumulator de presiune cu pulbere dintr-un arbore uscat; acest lucru reduce semnificativ nivelul de zgomot înainte de lansare, precum și scurtează intervalul dintre lansările de rachete. Una dintre caracteristicile complexului este suspendarea rachetelor la gâtul silozului folosind ARSS. În faza de proiectare, s-a avut în vedere dislocarea unei încărcături de muniție de 24 de rachete, dar prin decizia comandantului șef al Marinei URSS, amiralul S.G. Gorshkov, numărul de rachete a fost redus la 20.
Dezvoltarea unei noi versiuni îmbunătățite a rachetei R-39UTT „Bark” a început după adoptarea unui decret guvernamental în 1986. La noua modificare a rachetei, s-a planificat implementarea unui sistem de trecere prin gheață, precum și creșterea razei de acțiune la 10.000 km. Conform planului, a fost necesar să se rearme purtătorul de rachete înainte de 2003, până la expirarea duratei de viață de garanție a rachetelor R-39. Cu toate acestea, testele noilor rachete nu au avut succes, după ce a treia lansare s-a încheiat cu eșec, în 1998, Ministerul Apărării a decis să oprească lucrările la complex; în momentul în care a fost luată o astfel de decizie, gradul de pregătire al complexului era de 73 de ani. %. Dezvoltarea unui alt SLBM cu combustibil solid, Bulava, a fost încredințată Institutului de Inginerie Termică din Moscova, care a dezvoltat ICBM-ul terestre Topol-M.
Pe lângă armele strategice, ambarcațiunile Project 941 Akula sunt echipate cu 6 tuburi torpile de calibrul 533 mm, care pot fi folosite pentru a așeza câmpuri de mine pentru tragerea de rachete-torpile și torpile convenționale.
Sistemul de apărare aeriană este asigurat de opt sisteme MANPADS Igla-1.
Bărcile proiectului Akula sunt echipate cu următoarele tipuri de arme electronice:
- „Omnibus” - sistem de informare și control de luptă;
- complexul hidroacustic analog „Skat-KS” („Skat-3” digital este instalat pe TK-208);
- stația sonar de detectare a minelor MG-519 „Harp”;
- ecometru MG-518 „Sever”;
- complex radar MRKP-58 „Buran”;
- complex de navigație „Symphony”;
- complexul de comunicații radio „Molniya-L1” cu sistemul de comunicații prin satelit „Tsunami”;
- complex de televiziune MTK-100;
- două antene de tip geamandă vă permit să primiți mesaje radio, desemnări de ținte și semnale de navigație prin satelit atunci când sunteți la o adâncime de până la 150 m și sub gheață.
| Fapte interesante |
|
Primele submarine nucleare americane și sovietice (NPS), după cum se știe, au fost echipate cu centrale de producere a aburului cu reactoare cu apă sub presiune. Cu toate acestea, deja pe cel de-al doilea submarin nuclear, Sea Wolf, designerii americani au folosit un reactor cu lichid de răcire din metal (LMC). Au fost luate în considerare și alte scheme, inclusiv așa-numitul reactor „fierbe”, un reactor cu un lichid de răcire cu gaz, dar avantajele unui reactor cu metal lichid lichid s-au dovedit a fi cele mai atractive. În primul rând, lichidul de răcire din metal vă permite să aveți suficient temperatura ridicata la presiune relativ scăzută. Datorită acestui fapt, a fost posibilă creșterea temperaturii în circuitul de producere a aburului, ceea ce a contribuit la obținerea unui randament ridicat. instalatii in general. În al doilea rând, s-a presupus că presiunea din acest circuit este semnificativ mai mare decât în primul, astfel încât scurgerile din primul circuit nu au condus la o contaminare radioactivă rapidă a aburului. În al treilea rând, capacitatea mare de căldură a metalului a contribuit fundamental la reducerea dimensiunii și greutății reactorului.
În Uniunea Sovietică, dezvoltarea unui reactor de navă cu material metalic lichid a fost stabilită printr-o rezoluție a Comitetului Central al PCUS și a Consiliului de Miniștri din 22 octombrie 1955. Rezoluția prevedea crearea unui submarin nuclear experimental Proiectul 645 cu o unitate generatoare de abur cu două reactoare. Corpul ambarcațiunii, la fel ca toate sistemele principale (cu excepția reactoarelor), urma să fie „împrumutat” de la barca de producție a Proiectului 627.
Lucrările la proiectarea tehnică a submarinului nuclear au fost finalizate în toamna anului 1956, un an mai târziu au fost pregătite desenele de lucru, iar la 15 iunie 1958, un submarin experimental cu propulsie nucleară a fost înființat la întreprinderea SMP din Severodvinsk. Cinci ani mai târziu, submarinul nuclear Project 645, căruia i s-a atribuit numărul tactic K-27, sa alăturat Marinei. La fel ca navele din proiectul 627, noua barcă a fost destinată în principal să lupte cu navele de suprafață inamice atunci când operau la o distanță mare de bază.
Spre deosebire de submarinul nuclear Project 645, reactoarele erau amplasate în al patrulea compartiment (în predecesor, în al cincilea). Mutarea reactoarelor grele mai aproape de prova navei a făcut posibilă îmbunătățirea trimului, dar ca urmare a deciziei luate, stâlpul central a devenit adiacent stației de reactor, ceea ce a făcut mai dificilă asigurarea siguranței radiațiilor. Reactoarele nucleare VT-1 care făceau parte din centrala principală, create de Podolsk Design Bureau Gidropress sub conducerea științifică a Institutului de Fizică și Inginerie Energetică (Obninsk), aveau o putere totală de 146 MW. Instalația turbinei cu abur a bărcii era cu doi arbori, fiecare dintre cele două turbine cu abur având o putere nominală de 17.500 CP.
Pe barca lor, americanii au folosit un aliaj de sodiu-potasiu ca material metalic lichid, care activ, cu o eliberare mare de căldură, a reacționat la contactul cu apa. Proiectanții autohtoni au optat pentru un aliaj plumb-bismut cu un punct de topire de 398 K. Temperatura lichidului de răcire la ieșirea din reactor a fost de 713 K, iar temperatura aburului supraîncălzit din al doilea circuit a fost de 628 K. Reactoarele aveau anumite avantaje peste reactoarele tradiționale apă-apă. În special, răcirea acestora în cazul unei pene de curent s-a realizat prin circulație naturală, fără utilizarea pompelor.
Barca a fost asigurată cu energie electrică de două turbogeneratoare autonome cu o putere de 1600 kW fiecare. În special, au alimentat așa-numitele „motoare furtive” PG-116, ceea ce a făcut posibilă abordarea sub acoperire a țintei atacului (unitățile principale, foarte zgomotoase, turbo-angrenaje au fost oprite). Spre deosebire de submarinul nuclear Project 627, K-27 nu avea o unitate diesel-electrică de rezervă.
După intrarea în serviciu, ambarcațiunea a efectuat două călătorii pe distanțe lungi, care au scos la iveală atât aspectele pozitive, cât și cele negative ale utilizării reactoarelor de nave cu materiale metalice lichide. Dificultățile au fost în principal operaționale. Astfel, s-a dovedit că aliajul de plumb-bismut a fost treptat de zgură, ceea ce a necesitat înlocuirea lui periodică. Ținând cont de faptul că aliajul uzat a fost contaminat cu poloniu-210 extrem de activ, a fost necesar să se creeze dispozitive speciale telecomandate pentru primirea lichidului de răcire. Chiar și la parcare la bază, precum și la andocare, a fost necesară menținerea constantă a temperaturii în circuitul primar peste temperatura de solidificare a solidelor lichide, ceea ce a creat anumite inconveniente pentru echipaj.
În mai 1968, K-27 a plecat din nou pe mare. Deja la întoarcerea cu barca, a avut loc un accident sever de radiații, în urma căruia nouă membri ai echipajului navei cu propulsie nucleară au murit. După accident, nu au restaurat K-27, iar după 13 ani de punere în rezervă, barca a fost scufundată în Marea Kara.
Cu toate acestea, experiența exploatării reactoarelor de nave cu deșeuri metalice lichide în țara noastră nu a fost considerată fără echivoc negativă (spre deosebire de Statele Unite). În 1959 A.B. Petrov, unul dintre specialiștii de frunte ai Biroului de Proiectare din Leningrad, care a proiectat submarinul nuclear, a propus ideea unei bărci de mare viteză de dimensiuni mici, remarcată printr-un grad excepțional de ridicat de automatizare pentru acele vremuri. Conform planului său, trebuia să devină un fel de „luptător interceptor subacvatic” al submarinelor inamice. Ideea a fost susținută la cel mai înalt nivel. În special, susținătorii săi au fost ministrul construcțiilor navale B.E. Butoma și comandantul șef al Marinei S.G. Gorşkov. La 23 iunie 1960, a fost emis un decret comun al Comitetului Central al PCUS și al Consiliului de Miniștri privind construcția submarinului nuclear Proiectul 705. Atenția excepțională „de sus” acordată navei originale a fost evidențiată de al doilea decret din mai. 25, 1961, care permitea proiectanților, dacă existau temeiuri suficiente, să se abată de la normele și regulile, adoptate în construcțiile navale militare.
Conducerea generală a programului a fost realizată de academicianul A.P. Alexandrov, M.G. a fost numit proiectant șef. Rusanov. Pentru a atinge o viteză de 40 de noduri, era necesară o centrală electrică extrem de puternică, dar mică și ușoară. Calculele efectuate au arătat în mod convingător că utilizarea unui reactor cu material metalic lichid a făcut posibilă economisirea a 300 de tone de deplasare în comparație cu un reactor tradițional cu apă sub presiune. Crearea unei centrale electrice pentru submarinul nuclear Proiectul 705 a fost întreprinsă de două echipe: Podolsk OKB Gidropress și Gorky OKBM.
Proiectul inițial prevedea automatizarea cuprinzătoare a majorității sistemelor submarine nucleare și, datorită acestui fapt, un echipaj excepțional de mic de 16 persoane. O astfel de propunere „extremistă” nu a găsit un răspuns din partea conducerii Marinei, care a insistat să mărească echipajul la 29 de specialiști - doar ofițeri și intermediari. Barca avea un singur compartiment locuibil, iar chiar deasupra lui - pentru prima dată în lume - o cameră pop-up de urgență, care asigura salvarea întregului echipaj de la adâncimi până la extrem, cu rostogolire și trim semnificative.
O barcă experimentală a Proiectului 705 (număr tactic K-64) a fost instalată la Asociația Amiralității Leningrad în iunie 1968, iar trei ani și jumătate mai târziu nava a ajuns la Flota de Nord, aderându-i la 31 decembrie 1971. Această barcă avea o centrală electrică dezvoltată de Gorki OKBM. Încă de la începutul funcționării, K-64 a fost afectat de defecțiuni și accidente, dintre care cel mai mare a dus la solidificarea lichidului de răcire și la defectarea completă a reactorului. În august 1974, ambarcațiunea a fost retrasă din flotă și chiar înainte de aceasta, întregul program de construcție al seriei a fost suspendat (în acest moment mai erau cinci nave similare pe stocurile din Leningrad și Severodvinsk).
„Debriefingul” care a avut loc la cel mai înalt nivel a dus la abandonarea versiunii Gorky în favoarea centralei BM-40A cu o capacitate de 150 MW, dezvoltată la Podolsk. S-a dovedit a fi mult mai fiabil; în orice caz, pe cele șase submarine nucleare ale Proiectului 705K îmbunătățit care au fost construite ulterior, nici un marinar nu a murit din cauza accidentelor cu radiații.
Ambarcațiunile din proiectul 705K au fost acceptate de flotă în 1977-1981. Evaluările lor de către diferiți experți au variat de la foarte pozitive („peștele de aur”, „pasăre de foc pierdută”) la puternic negative. Denumite „Alphas” în Occident, aceste submarine nucleare puteau să atârne ore întregi de coada submarinelor NATO, nepermițându-le să se desprindă sau să contraatace, deoarece manevrabilitatea și viteza lor erau mult mai mari decât ale adversarilor lor. Datorită particularităților centralei electrice, „șapte sute a cincea” avea caracteristici de accelerație și manevrabilitate excepțional de ridicate. Pentru a vira 180° la viteza maximă, barca a avut nevoie de doar 42 de secunde. Primului comandant al primului submarin nuclear al Proiectului 705K, căpitanul gradul 2 A.Ch. Abbasov a primit titlul de Erou al Uniunii Sovietice în 1984 pentru dezvoltarea cu succes a unei nave de un tip fundamental nou.
În același timp, originalitatea designului a implicat în mod inevitabil prezența unei muște echitabile în unguent. Experții occidentali au criticat în mod invariabil Alphas pentru nivelul lor ridicat de zgomot, care este aproape inevitabil atunci când un submarin nuclear se mișcă cu viteză mare subacvatică. Tom Clancy nu a omis să menționeze acest lucru în cartea sa extrem de tendențioasă „The Hunt for Red October.” Dar problemele operaționale s-au dovedit din nou a fi mai semnificative: necesitatea menținerii constant a reactorului într-o stare „caldă”, regenerare periodică și înlocuire. de materiale metalice lichide. Flota nu a putut să depaneze în practică, un sistem în exterior foarte atractiv de operare a unei ambarcațiuni de către două echipaje - „mare” și „țărm.” Ca urmare, cariera submarinelor nucleare Proiectul 705 a fost scurtă - toate dintre ei, cu excepția uneia, au fost retrase din flotă până în 1990. Ultimul „Alpha” din Barca de producție lider K-123, dezafectată în 1997, a rămas în Marina Rusă.
Și totuși, potrivit specialiștilor de la Institutul de Fizică și Inginerie Energetică, experiența în exploatarea reactoarelor de nave cu metal lichid lichid ne permite să recomandăm astfel de sisteme pentru utilizare pe submarinele nucleare promițătoare.
|
Numărul de submarine nucleare construite în URSS și SUA |
||
| Perioadă | ||
În anii 50, a început o nouă eră în construcția de nave subacvatice - utilizarea energiei nucleare pentru propulsarea submarinelor. După proprietățile lor, sursele de energie nucleară sunt cele mai potrivite pentru submarine, deoarece, fără a fi nevoie de aer atmosferic sau de rezerve de oxigen, permit obținerea energiei pentru un timp aproape nelimitat și în cantitatea necesară.
Pe lângă rezolvarea problemei deplasării pe termen lung sub apă la viteză mare, utilizarea unei surse nucleare a eliminat restricțiile privind furnizarea de energie unor consumatori de capacitate relativ mare precum dispozitivele și sistemele de susținere a vieții (aparate de aer condiționat, electrolizatoare etc. ), navigație, hidroacustică și arme de control. S-a deschis perspectiva utilizării submarinelor în regiunile arctice sub gheață. Cu implementare energie nucleară Durata navigației continue a bărcilor aflate în poziție scufundată a început să fie limitată, așa cum au demonstrat mulți ani de experiență, în principal prin capacitățile psihofizice ale echipajelor.
În același timp, încă de la începutul introducerii centralelor nucleare (CNE), au devenit clare noi probleme complexe care apar: necesitatea de a asigura o protecție fiabilă împotriva radiațiilor a personalului, cerințe sporite pentru formarea profesională a personalului care deservește centralele nucleare, necesitatea unei infrastructuri mai dezvoltate decât pentru submarine diesel-electrice (bazare, reparare, livrare și reîncărcare a combustibilului nuclear, îndepărtarea combustibilului nuclear uzat etc.). Ulterior, pe măsură ce s-a acumulat experiența, au apărut și alte aspecte negative: zgomotul crescut al submarinelor nucleare (NPS), gravitatea consecințelor accidentelor centralelor nucleare și ambarcațiunilor cu astfel de instalații, dificultatea dezafectării și aruncării submarinelor nucleare uzate.
Primele propuneri ale oamenilor de știință nucleari și ale marinarilor militari de a folosi energia nucleară pentru a propulsa bărci atât în SUA, cât și în URSS au început să sosească la sfârșitul anilor 1940. Implementare munca practica a început cu realizarea proiectelor de submarine cu centrale nucleare și construcția de standuri la sol și prototipuri ale acestor instalații.
Primul submarin nuclear din lume a fost construit în SUA - Nautilus - și a intrat în funcțiune în septembrie 1954. În ianuarie 1959, după finalizarea testelor, primul submarin nuclear intern al Proiectului 627 a fost pus în funcțiune de Marina URSS Principalele caracteristici ale aceste submarine nucleare sunt date în tabel. 1.
Odată cu punerea în funcțiune a primelor submarine nucleare, aproape fără întrerupere, a început o creștere treptată a ritmului construcției lor. În paralel, a avut loc o dezvoltare practică a utilizării energiei atomice în timpul exploatării submarinelor nucleare și o căutare pentru proiectarea optimă a centralelor nucleare și a submarinelor în sine.
tabelul 1
*Egal cu suma deplasării la suprafață și a masei de apă din rezervoarele principale de balast complet umplute.
**Pentru submarinele nucleare americane (denumite în continuare) adâncimea de încercare, care este apropiată ca semnificație de maxim.
Orez. 6. Primul submarin nuclear în serie intern (proiectul 627 A)
circuitul unui reactor nuclear. Alături de apa, care are un grad ridicat de purificare, care era folosită în reactoarele primelor submarine nucleare, s-a încercat să se utilizeze în acest scop un metal sau un aliaj de metale cu punct de topire relativ scăzut (sodiu etc.) .). Proiectanții au văzut avantajul unui astfel de lichid de răcire, în primul rând, în capacitatea de a reduce presiunea în circuitul primar, de a crește temperatura lichidului de răcire și, în general, de a câștiga un câștig în dimensiunile reactorului, care este extrem de important în condiţiile utilizării sale pe submarine.
Orez. 7. Primul submarin nuclear american „Nautilus”
Această idee a fost implementată pe al doilea submarin nuclear american după Nautilus, Seawolf, construit în 1957. A folosit un reactor S2G cu un lichid de răcire din metal (sodiu). Cu toate acestea, în practică, avantajele lichidului de răcire din metal s-au dovedit a nu fi atât de semnificative pe cât era de așteptat, ci în ceea ce privește fiabilitatea și
Orez. 8. Primul submarin nuclear intern „Leninsky Komsomol” (proiectul 627)
Datorită complexității funcționării, acest tip de reactor a fost semnificativ inferior unui reactor răcit cu apă (cu apă sub presiune în circuitul primar).
Deja în 1960, din cauza o serie de probleme apărute în timpul funcționării, reactorul de răcire cu metal lichid de pe submarinul nuclear Seawolf a fost înlocuit cu reactorul cu apă sub presiune S2WA, care a fost o modificare îmbunătățită a reactorului submarin nuclear NautiIus.
În 1963, URSS a introdus în flotă submarinul nuclear Project 645, echipat de asemenea cu un reactor cu un lichid de răcire din metal, care folosea un aliaj de plumb și bismut. În primii ani după construcție, acest submarin nuclear a fost operat cu succes. Cu toate acestea, nu a arătat niciun avantaj decisiv față de submarinele nucleare cu reactoare cu apă sub presiune construite în paralel. Cu toate acestea, funcționarea unui reactor răcit cu metal lichid, în special întreținerea sa de bază, a cauzat anumite dificultăți. Construcția în serie a acestui tip de submarin nuclear nu a fost efectuată; a rămas un singur exemplar și a făcut parte din flota până în 1968.
Odată cu introducerea centralelor nucleare și a echipamentelor direct legate de acestea pe submarine, s-au schimbat și celelalte elemente ale acestora. Primul submarin nuclear american, deși mai mare ca dimensiune decât submarinul diesel, diferă puțin de ele aspect: avea un arc de tulpină și o suprastructură dezvoltată cu o punte plată extinsă. Forma carenei primului submarin nuclear intern avea deja un număr de diferențe caracteristice de la DPL. În special, extremitatea sa nazală a primit contururi bine raționalizate în poziție subacvatică, având un contur semi-eliptic în plan și secțiuni transversale apropiate de circulare. Îngrădirea dispozitivelor retractabile (periscoape, dispozitive RDP, antene etc.), precum și arborele de trapă și de punte, au fost realizate sub forma unui corp aerodinamic ca o limuzină, de unde și denumirea de formă de „limuzină”, care mai târziu a devenit tradițional pentru împrejmuirea multor tipuri de submarine nucleare interne.
Pentru a valorifica la maximum toate oportunitățile de îmbunătățire a caracteristicilor tactice și tehnice determinate de utilizarea centralelor nucleare, au fost lansate cercetări pentru optimizarea formei, arhitecturii și designului carenei, controlabilitatea la deplasarea sub apă la viteze mari, automatizarea controlului în acestea. moduri, suport de navigație și locuință în condiții de scufundări prelungite fără ieșire la suprafață.
O serie de probleme au fost rezolvate folosind submarine experimentale și experimentale nenucleare și nucleare special construite. În special, în rezolvarea problemelor de control și propulsie a submarinelor nucleare, un rol important l-a jucat submarinul experimental „Albacore”, construit în SUA în 1953, care avea o formă a carenei aproape de optimă în ceea ce privește minimizarea rezistenței la apă atunci când deplasându-se într-o poziție scufundată (raportul dintre lungime și lățime a fost de aproximativ 7,4). Mai jos sunt caracteristicile submarinului diesel Albacore:
Dimensiuni, m:
lungime................................................. .................................................62.2
lăţime................................................. ........................................8.4
Deplasare, t:
suprafaţă................................................. ....... .................................1500
sub apă................................................. ....... .................................1850
Centrală electrică:
puterea generatoarelor diesel, l. s........................................1700
puterea motorului electric*, l. s........................aproximativ 15000
numărul de arbori de elice.................................................. ..... .......................1
Viteză completă scufundată, noduri ................................................ ...... ..33
Adâncimea de imersie de testare, m.................................................. ......185
Echipaj, oameni.............................................................. .... .................................................52
*Cu baterie argintie zinc.
Acest submarin a fost remontat de mai multe ori și a fost folosit pentru o lungă perioadă de timp pentru a testa elice (inclusiv cele coaxiale contrarotative), comenzi la deplasarea la viteze mari, noi tipuri de elice și rezolvarea altor probleme.
Introducerea centralelor nucleare pe submarine a coincis cu dezvoltarea unui număr de tipuri fundamental noi de arme: rachete de croazieră (CR) pentru tragerea de-a lungul coastei și pentru lovirea țintelor marine, mai târziu - rachete balistice (BR), radar cu rază lungă. detectarea țintelor aeriene.
Progresele în crearea rachetelor balistice terestre și maritime au condus la o revizuire a rolului și a locului sistemelor de arme atât terestre, cât și maritime, ceea ce se reflectă în dezvoltarea tipului de submarine nucleare. În special, lansatoarele de rachete destinate să tragă de-a lungul țărmului și-au pierdut treptat importanța. Drept urmare, Statele Unite s-au limitat la construirea unui singur submarin nuclear, Halibut, și a două submarine diesel, Grayback și Growler, cu racheta de croazieră Regulus, și submarinele nucleare cu racheta de croazieră construită în URSS pentru a atinge ținte de coastă. au fost ulterior transformate în submarine nucleare cu doar lansatoare de torpile.arme.
O singură copie a submarinului nuclear de patrulă radar Triton construit în Statele Unite în acești ani, conceput pentru detectarea la distanță lungă a țintelor aeriene folosind stații radar deosebit de puternice, rămâne într-o singură copie. Acest submarin se remarcă și prin faptul că, dintre toate submarinele nucleare americane, era singurul care avea două reactoare (toate celelalte submarine nucleare americane sunt cu un singur reactor).
Prima lansare din lume a unei rachete balistice dintr-un submarin a fost efectuată în URSS în septembrie 1955. Racheta R-11 FM a fost lansată dintr-un submarin convertit din poziția de suprafață. Din același submarin, cinci ani mai târziu, a fost efectuată prima lansare a unei rachete balistice în URSS dintr-o poziție subacvatică.
De la sfârșitul anilor 50 a început procesul de introducere a rachetelor balistice pe submarine. În primul rând, a fost creat un submarin nuclear cu rachete mici (dimensiunile primelor rachete balistice navale interne alimentate cu combustibil lichid nu au permis crearea simultană a unui submarin nuclear cu mai multe rachete). Primul submarin nuclear intern cu trei rachete balistice lansate de la suprafață a fost pus în funcțiune în 1960 (în acest moment au fost construite mai multe submarine interne cu rachete balistice).
În Statele Unite, pe baza succeselor obținute în domeniul rachetelor balistice navale, au mers imediat să creeze un submarin nuclear multirachetă cu suport pentru lansarea rachetelor din poziție subacvatică. Acest lucru a fost facilitat de sistemul de rachete balistice cu combustibil solid Polaris, care a fost implementat cu succes în acei ani. Mai mult, pentru a scurta perioada de construcție a primului transportator de rachete, a fost folosit coca unui submarin nuclear în serie, care era în construcție la acel moment.
Orez. 9. Submarin de rachete cu propulsie nucleară de clasă George Washington
cu armament torpilă de tip „Skipjack”. Acest purtător de rachete, numit „George Washington”, a intrat în serviciu în decembrie 1959. Primul submarin nuclear cu rachete multiple interne (Proiectul 667A) cu 16 rachete balistice lansate dintr-o poziție scufundată a intrat în funcțiune în 1967. În Marea Britanie, primul submarin nuclear Purtător de rachete motorizat, creat într-o gamă largă folosind experiența americană, a fost pus în funcțiune în 1968, în Franța - în 1974. Caracteristicile primelor submarine nucleare cu rachete balistice sunt date în Tabel. 2
În anii care au urmat creării primelor submarine, a existat o îmbunătățire continuă a acestui nou tip de arme navale: o creștere a razei de zbor a rachetelor balistice navale către intercontinentale, o creștere a ratei de tir a rachetelor până la salva, adoptarea de rachete balistice cu focoase multiple (MIRV) care conțin mai multe focoase, fiecare dintre acestea putând fi îndreptată către propria țintă, crescând încărcătura de muniție a rachetelor pe unele tipuri de purtători de rachete la 20-24.
masa 2
Fuziunea energiei nucleare și a rachetelor balistice cu rază intercontinentală a oferit submarinelor, pe lângă avantajul lor inițial (stealth), o calitate fundamental nouă - capacitatea de a lovi ținte adânci pe teritoriul inamic. Acest lucru a transformat submarinele nucleare în cea mai importantă componentă a armelor strategice, ocupând probabil locul principal în triada strategică datorită mobilității și supraviețuirii mari.
La sfârșitul anilor 60, URSS a creat submarine nucleare de un tip fundamental nou - submarine cu mai multe rachete - purtătoare de lansatoare de rachete cu lansare subacvatică. Apariția și dezvoltarea ulterioară a acestor submarine nucleare, care nu aveau analogi în marinele străine, a fost o adevărată contragreutate pentru cei mai puternici combatanți de suprafață - portavioane de atac, inclusiv cele cu centrale nucleare.
Orez. 10. Purtătorul de rachete submarine nucleare (proiectul 667A)
La începutul anilor '60, pe lângă rachetare, a apărut o altă direcție importantă în dezvoltarea submarinelor nucleare - creșterea secretului acestora față de detectarea, în primul rând de către alte submarine, și îmbunătățirea mijloacelor de iluminare a mediului subacvatic pentru a depăși inamicul în detecție.
Datorită caracteristicilor mediului în care operează submarinele, factorii determinanți în problema stealth-ului și a detectării sunt reducerea zgomotului submarinelor și gama echipamentelor hidroacustice instalate pe acestea. Îmbunătățirea acestor calități a fost cea care a influențat cel mai puternic formarea aspectului tehnic pe care l-au dobândit submarinele nucleare moderne.
În interesul soluționării problemelor apărute în aceste domenii, multe țări au lansat programe de cercetare și dezvoltare de o anvergură fără precedent, inclusiv dezvoltarea de noi mecanisme și propulsoare cu zgomot redus, testarea submarinelor nucleare în serie în cadrul programelor speciale, reechiparea nucleară construită. submarine cu introducerea de noi soluții tehnice asupra acestora și în final, crearea de submarine nucleare cu centrale electrice de tip fundamental nou. Acesta din urmă include, în special, submarinul nuclear american Tillibee, dat în exploatare în 1960. Acest submarin nuclear s-a remarcat printr-un set de măsuri menite să reducă zgomotul și să crească eficiența armelor sonar. În locul turbinei principale cu abur cu cutie de viteze, folosită ca motor pe submarinele nucleare, fiind construită în serie la acea vreme, Tullibee a fost implementat cu o schemă de propulsie completă electrică - au fost instalate un motor electric special cu elice și turbogeneratoare de putere adecvată. În plus, pentru prima dată a fost utilizat un complex hidroacustic cu o antenă sferică de arc de dimensiuni crescute pentru un submarin nuclear, iar în legătură cu aceasta noua schema plasarea tuburilor torpilă: mai aproape de mijlocul lungimii submarinului și la un unghi de 10-12° față de planul central al acestuia.
La proiectarea Tillibee, s-a planificat ca acesta să devină lider într-o serie de noi tipuri de submarine nucleare, concepute special pentru operațiuni anti-submarine. Cu toate acestea, aceste intenții nu au fost realizate, deși mulți dintre cei au aplicat și au lucrat la el mijloace tehnice iar soluțiile (complex hidroacustic, dispunerea tuburilor torpile etc.) au fost imediat extinse la submarinele nucleare în serie din clasa Thresher, care erau construite în anii 60.
În urma lui Tillibee, au fost construite încă două submarine nucleare experimentale pentru a testa noi soluții tehnice pentru creșterea stealth-ului acustic: în 1967, submarinul nuclear Jack cu o instalație de turbină fără angrenaj (acțiune directă) și elice coaxiale în sensul opus de rotație (cum ar fi acelea). folosit pe torpile) iar în 1969, submarinul „Narwhal”, echipat reactor nuclear un nou tip cu un nivel crescut de circulație naturală a lichidului de răcire primar. Acest reactor era de așteptat să aibă un nivel redus de emisii de zgomot datorită unei reduceri a puterii pompelor de circulație a circuitului primar. Prima dintre aceste soluții nu a fost dezvoltată, dar în ceea ce privește noul tip de reactor, rezultatele obținute au fost utilizate în dezvoltarea de reactoare pentru submarinele nucleare în serie în anii următori de construcție.
În anii 70, specialiștii americani au revenit din nou la ideea de a folosi propulsia complet electrică pe submarinele nucleare. În 1974 a fost finalizată construcția submarinului nuclear Glenard P. Lipscomb cu o centrală turboelectrică formată din turbogeneratoare și motoare electrice. Cu toate acestea, acest submarin nuclear nu a fost acceptat pentru producția de masă. Caracteristicile submarinelor nucleare „Tillibee” și „Glenard P. Lipscomb” sunt date în tabel. 3.
Refuzul de a „replica” submarinele nucleare cu propulsie completă electrică sugerează că câștigul în reducerea zgomotului, chiar dacă a avut loc pe submarinele nucleare de acest tip, nu a compensat deteriorarea altor caracteristici asociate cu introducerea propulsiei electrice, în primul rând din cauza la imposibilitatea creării de motoare electrice de puterea necesară și dimensiuni acceptabile și, în consecință, o scădere a vitezei de deplasare subacvatică completă în comparație cu submarinele nucleare cu unități de propulsie turbo care au fost construite la o dată similară.
Tabelul 3
În orice caz, testarea submarinului nuclear Glenard P. Lipscomb era încă în curs de desfășurare, iar asamblarea submarinului nuclear Los Angeles cu o unitate convențională cu turbină cu abur începuse deja pe rampă - submarinul nuclear principal dintr-una dintre cele mai mari serii de bărci în istoria construcțiilor navale americane. Designul acestui submarin nuclear a fost creat ca o alternativă la Glenard Lipscomb și s-a dovedit a fi mai de succes, drept urmare a fost acceptat pentru construcția în serie.
Practica mondială a construcției de nave submarine de până acum cunoaște o singură excepție, când schema completă de propulsie electrică a fost implementată nu pe un prototip, ci pe mai multe submarine nucleare în serie. Este vorba de șase submarine nucleare franceze de tip Rubis și Amethyste, puse în funcțiune în 1983-1993.
Problema secretului acustic al submarinelor nucleare nu a devenit simultan dominantă în toate țările. Pentru alții direcție importantă Scopul îmbunătățirii submarinelor nucleare în anii 60 a fost acela de a atinge cea mai mare viteză posibilă subacvatică. Întrucât posibilitățile de reducere a rezistenței la apă la mișcare prin optimizarea formei carenei au fost în mare măsură epuizate până în acest moment, iar alte soluții fundamental noi la această problemă nu au dat rezultate practice reale, pentru a crește viteza subacvatică a submarinelor nucleare a existat doar un singur sens stânga - creșterea alimentării lor (măsurată prin raportul de putere utilizat pentru a muta instalația la deplasare). La început, această problemă a fost rezolvată direct, adică. prin crearea şi utilizarea centralelor nucleare de putere semnificativ crescută. Mai târziu, deja în anii 70, proiectanții au luat calea creșterii simultane, dar nu atât de semnificative, a puterii centralelor nucleare și a reducerii deplasării submarinelor nucleare, în special prin creșterea bruscă a nivelului de automatizare a controlului și reducerea dimensiunii echipajului în această privință.
Implementarea practică a acestor direcții a dus la crearea în URSS a mai multor submarine nucleare cu o viteză de peste 40 de noduri, adică semnificativ mai mare decât cea a majorității submarinelor nucleare fiind construite simultan atât în URSS, cât și în Occident. Recordul de viteză completă la scufundare - aproape 45 de noduri - a fost atins în 1969 în timpul testării submarinului nuclear intern cu racheta de croazieră Project 661.
O altă trăsătură caracteristică a dezvoltării submarinelor nucleare este o creștere mai mult sau mai puțin monotonă a adâncimii de scufundare în timp. De-a lungul anilor de la punerea în funcțiune a primelor submarine nucleare, adâncimea de scufundare, după cum se poate vedea din datele de mai jos, pentru submarinele nucleare în serie anii recenti clădirile sa dublat. Dintre submarinele nucleare de luptă, submarinul nuclear experimental intern Komsomolets, construit la mijlocul anilor 80, a avut cea mai mare adâncime de scufundare (aproximativ 1000 m). După cum știți, submarinul nuclear a fost distrus de incendiu în aprilie 1989, dar experiența dobândită în timpul proiectării, construcției și exploatării sale este neprețuită.
Până la mijlocul anilor '70, subclasele de submarine nucleare au apărut treptat și s-au stabilizat de ceva timp, diferă în scopul și compoziția principalelor arme de lovitură:
- submarine multifuncționale cu arme torpilă, rachete antisubmarine, iar ulterior rachete de croazieră trase din tuburi torpiloare și lansatoare speciale, concepute pentru operațiuni antisubmarine, distrugerea țintelor de suprafață, precum și pentru rezolvarea altor sarcini tradiționale submarine (punerea de mine). , recunoaștere etc.);
- submarine cu rachete strategice înarmate cu rachete balistice pentru a distruge ținte pe teritoriul inamic;
- submarine care transportă rachete de croazieră, destinate în principal distrugerii navelor și transporturilor de suprafață.
Denumire prescurtată pentru submarinele din aceste subclase: submarine nucleare, SSBN, SSGN (respectiv abrevieri în limba engleză: SSN, SSBN, SSGN).
Clasificarea de mai sus, ca oricare alta, este condiționată. De exemplu, odată cu instalarea de silozuri pentru lansarea rachetelor de croazieră pe submarinele nucleare multifuncționale, diferențele dintre submarinele nucleare și SSGN-urile specializate sunt în mare măsură șterse, iar utilizarea rachetelor de croazieră cu submarine nucleare, destinate tragerii în ținte de coastă și transportului nuclear. focoase, transferă astfel de submarine în categoria celor strategice. În Marina și Marina tari diferite De regulă, se utilizează propria lor clasificare a navelor, inclusiv submarinele nucleare.
Construcția submarinelor de luptă se realizează, de regulă, în serii de mai multe (uneori, câteva zeci) de submarine fiecare pe baza unui proiect de bază, la care, pe măsură ce se acumulează experiența în construcția și operarea submarinelor, se fac modificări relativ nesemnificative. De exemplu în tabel. 4 prezintă date privind construcția în serie a submarinelor nucleare în SUA.Serii, așa cum este de obicei obișnuit, sunt denumite în mod corespunzător în funcție de cap.
Tabelul 4
*Construit în trei sub-seri. O serie mai mare de submarine nucleare de 77 de unități a fost implementată numai în timpul construcției de port-rachete interne, care, deși diferite în TTX, se bazează pe același proiect 667A.
** Construcția seriei nu este finalizată. Submarine, intervalele de timp sunt indicate de momentul așezării submarinului principal și punerii în funcțiune a ultimului din seria de submarine.
Nivelul de dezvoltare a LAL atins la mijlocul anilor 90 este caracterizat de cele date în tabel. 5 date pentru trei submarine nucleare americane în ultimii ani de construcție.
Tabelul 5
* Modificare îmbunătățită, submarinul nuclear principal din a treia subserie.
** Conform altor surse - 2x30000 CP.
În ceea ce privește submarinele nucleare (uneori și submarinele nucleare), este folosit conceptul destul de convențional, dar larg răspândit de „generație”. Semnele prin care submarinele nucleare sunt clasificate ca aparținând unei anumite generații sunt: proximitatea în timpul creării, comunitatea soluțiilor tehnice încorporate în proiecte, același tip de centrale electrice și alte echipamente de uz general al navei, același material de carenă, etc. O generație poate fi clasificată ca submarine nucleare pentru diverse scopuri și chiar mai multe serii succesive. Trecerea de la o serie de submarine la alta, și cu atât mai mult trecerea de la generație la generație, este precedată de cercetări cuprinzătoare pentru a justifica alegerea combinațiilor optime ale principalelor caracteristici tactice și tehnice ale noilor submarine nucleare.
Orez. 11. Cel mai nou submarin nuclear rusesc multifuncțional de tip Bars (proiectul 971)
Relevanța acestui gen de cercetare a crescut în special odată cu apariția posibilității (mulțumită dezvoltării tehnologiei) de a crea submarine nucleare care diferă semnificativ în ceea ce privește viteza, adâncimea de scufundare, indicatorii de stealth, deplasarea, compoziția armamentului etc. aceste studii continuă uneori de câțiva ani și includ dezvoltarea și evaluarea militar-economică pentru o gamă largă de opțiuni alternative de submarin nuclear - de la o modificare îmbunătățită a unui submarin nuclear construit în serie la o variantă care este o sinteză a soluțiilor tehnice fundamental noi în domeniul arhitecturii, energiei, armelor, materialelor carenei etc.
De regulă, aceste studii nu se limitează doar la proiectarea variantelor de submarin nuclear, ci includ și programe întregi de cercetare și dezvoltare în hidrodinamică, rezistență, hidroacustică și alte domenii, iar în unele cazuri, discutate mai sus, și crearea de submarine nucleare experimentale speciale.
În țările care construiesc submarine nucleare cel mai intens, au fost create trei sau patru generații din aceste nave. De exemplu, în Statele Unite, printre submarinele nucleare multifuncționale, generația 1 include de obicei submarine nucleare de tipurile „Skate” și „Skipjack”, generația 2 - „Thresher” și „Sturgeon”, generația 3 - „LosAngeles”. Submarinul nuclear Seawolf este considerat un reprezentant al unei noi, a patra generație de submarine nucleare ale Marinei SUA. Printre transportatoarele de rachete, prima generație include bărcile „George Washington” și „Ethan Allen”, a doua - „Lafayette” și „Benjamin Franklin”, a treia - „Ohio”.
Orez. 12. Transportator de rachete submarin nuclear rusesc modern tip „Akula” (proiectul 941)
În total, până la sfârșitul anilor 90, în lume au fost construite aproximativ 500 de submarine nucleare (inclusiv cele cu handicap din cauza învechirii și pierdute). Numărul de submarine nucleare pe an în marinele și marinele diferitelor țări este dat în tabel. 6.
Tabelul 6
Notă. Deasupra liniei este un submarin nuclear, sub linie este un SSBN.
Conform prognozei, numărul total Submarinele nucleare care vor fi în serviciu în 2000 vor fi (fără submarinele nucleare ale Marinei Ruse) aproximativ 130, dintre care aproximativ 30 sunt SSBN.
Sigilitatea submarinelor nucleare și independența aproape completă față de condițiile meteorologice le fac un mijloc eficient pentru desfășurarea diferitelor tipuri de operațiuni speciale de recunoaștere și sabotaj. În mod obișnuit, submarinele sunt utilizate în aceste scopuri după finalizarea serviciului pentru scopul lor. De exemplu, submarinul nuclear Halibut al Marinei SUA, menționat anterior, care a fost construit ca transportator de rachete de croazieră Regulus, a fost transformat la mijlocul anilor ’60 pentru a căuta (folosind dispozitive speciale pe care le transporta) obiecte aflate pe sol, inclusiv submarine scufundate. Mai târziu, pentru a-l înlocui pentru operațiuni similare, submarinul nuclear torpilă al Marinei SUA „Parche” (tip Sturion) a fost transformat în carea căreia a fost tăiată o secțiune de aproximativ 30 m lungime și a fost primit pe punte un vehicul subacvatic special. . Submarinul nuclear a devenit notoriu pentru participarea la o operațiune de spionaj în Marea Okhotsk în anii 80. Prin instalarea unui dispozitiv special pe un cablu subacvatic, ea, conform datelor publicate în Statele Unite, s-a asigurat că comunicațiile dintre baza navală sovietică din Kamchatka și continent au fost interceptate.
Orez. 13. Cel mai nou submarin nuclear american „Seawolf”
Câteva portavioane de rachete din clasa Lafayete ale Marinei SUA, după ce au fost retrase din forțele strategice, au fost transformate în submarine amfibii pentru livrarea sub acoperire a câtorva zeci de pușcași marini. În acest scop, pe punte sunt instalate containere durabile cu echipamentele necesare. Acest lucru asigură o prelungire a duratei de viață a submarinelor nucleare, care, din diverse motive, nu mai sunt folosite în scopul lor inițial.
De-a lungul celor patruzeci de ani de existență ai submarinului, în urma unor accidente (incendii, explozii, depresurizarea liniilor de apă de mare etc.), s-au scufundat două submarine nucleare ale Marinei SUA și patru submarine nucleare ale Marinei URSS, dintre care unul sa scufundat de două ori în locuri cu relativ adâncimi mici iar ambele ori a fost ridicat de serviciile de salvare. Submarinele nucleare scufundate rămase au avarii grave sau sunt aproape complet distruse și se află la adâncimi de un kilometru și jumătate sau mai mult.
A existat un caz de utilizare în luptă a unui submarin nuclear împotriva unei nave de suprafață: submarinul nuclear „Conqueror” al marinei britanice în timpul conflictului asupra Insulelor Falkland din mai 1982 a atacat și scufundat crucișătorul deținut de argentinian „G.Belgrano” cu torpile. Din 1991, submarinele nucleare americane din clasa Los Angeles au lansat de mai multe ori atacuri cu rachete de croazieră Tomahawk asupra țintelor din Irak. În 1999, atacurile cu aceste rachete pe teritoriul Iugoslaviei au fost efectuate de submarinul nuclear englez Splendid.
(4) Anterior, submarinele nucleare foloseau un set de sisteme sonar în diverse scopuri.
Redirecţiona
Cuprins
Înapoi
Submarinele nucleare moderne au unități generatoare de abur formate din unul sau două reactoare nucleare cu apă sub presiune în circuitul primar. Aburul din circuitul secundar, care este furnizat direct turbinei principale și turbogeneratoarelor, este generat în mai multe generatoare de abur datorită schimbului de căldură cu apa din circuitul primar. Parametrii lichidului de răcire primar la intrarea în generatorul de abur sunt de obicei în intervalul: 320-330°C, 150-180 kg/cm²; Parametrii abur circuitului secundar la intrarea turbinei: 280-290°C, 30-32 kg/cm2. Producția de abur a reactoarelor submarine nucleare moderne la putere maximă ajunge la 200 sau mai mult de tone de abur pe oră. Încărcătura de combustibil nuclear, care este de obicei uraniu îmbogățit-235, este de câteva kilograme. Se știe, de exemplu, că submarinul nuclear Nautilus, înainte de prima reîncărcare, consuma 3,6 kg de uraniu, după ce a parcurs aproximativ 60 de mii de mile.
Debitul de apă în circuitul primar se realizează atunci când instalația funcționează la putere redusă datorita circulatiei naturale a lichidului de racire, datorita diferentei de temperatura la intrarea si iesirea din reactor, si amplasarea generatoarelor de abur deasupra miezului, la puteri medii si mari - prin pompe de circulatie a circuitului primar. În interesul reducerii zgomotului și al simplificării controlului reactorului, există tendința de a crește limita superioară de putere atunci când funcționează în modul de circulație naturală. Submarinul nuclear american Narwhal avea un reactor cu un nivel de circulație naturală semnificativ mai mare decât alte submarine nucleare – poate până la 100% din putere. Cu toate acestea, din mai multe motive, în primul rând datorită înălțimii crescute în comparație cu reactoarele convenționale, acest reactor nu a fost pus în producție. Campania (durata estimată de funcționare a reactorului la putere maximă) ajunge la 10-15 mii de ore pentru submarinele nucleare moderne, ceea ce face posibilă (datorită reactorului care funcționează de cele mai multe ori la o putere semnificativ mai mică decât puterea maximă) să se limiteze durata de viață a unui submarin nuclear la una sau două reîncărcări de miez. Puterea unităților cu turbine cu abur atunci când un submarin nuclear se mișcă la viteză maximă ajunge la 30-60 de mii de litri. Cu. (20-45 mii kW).
Din punct de vedere structural, unitățile de turbine cu abur sunt realizate sub forma unei singure unități, constând de obicei din două turbine care funcționează în paralel pe o cutie de viteze cu una sau două trepte, ceea ce reduce turația turbinei la viteza optimă pentru elice. Pentru a reduce vibrațiile transmise carcasei, unitatea de turbină cu abur este atașată de aceasta folosind amortizoare. În același scop, așa-numitele conexiuni fără susținere ale blocului cu carcasa și alte echipamente (linie de arbore, conducte de abur, apă, ulei) au inserții relativ elastice care împiedică și răspândirea vibrațiilor din bloc.
Aburul este evacuat din turbină într-un condensator răcit de apa de mare care curge prin tuburi proiectate pentru presiunea mării deplină. Pomparea apei de mare se realizează prin auto-flux sau cu o pompă de circulație. Condensul format după răcirea aburului este pompat în generatorul de abur prin pompe speciale. Instalațiile generatoare de abur și turbinele cu abur sunt monitorizate și controlate cu ajutorul unui sistem automat special (cu intervenția operatorului dacă este necesar). Managementul se realizează dintr-un post special. Transmiterea puterii de la cutia de viteze la elice se realizează folosind o linie de arbore echipată cu un lagăr de sprijin și axială principal (GUP), care transmite tracțiunea dezvoltată de elice către carcasă. De obicei, GUP-ul este combinat structural cu unul dintre pereții etanși transversali, iar pe unele ALL-uri este echipat cu un sistem special de reducere a nivelului de vibrații transmis de la linia arborelui către carcasă. Este prevăzut un cuplaj special pentru a deconecta arborele elicei de la cutia de viteze a turbinei. La majoritatea submarinelor nucleare, un motor electric cu elice (PEM) este instalat în spatele unității principale coaxial cu linia arborelui, asigurând rotația arborelui atunci când turbinele sunt oprite și, dacă este necesar, oprite. Puterea motorului de propulsie este de obicei de câteva sute de kilowați și este suficientă pentru a propulsa un submarin nuclear cu o viteză de 4-6 noduri. Energia pentru funcționarea motorului de propulsie este furnizată de la turbogeneratoare sau, în caz de accident, de la o baterie, iar la deplasarea la suprafață - de la un generator diesel.
Caracteristicile specifice de greutate și dimensiune ale centralelor electrice variază semnificativ pentru tipurile individuale de submarine nucleare. Valorile medii ale acestora (totalul instalațiilor generatoare de abur și turbine cu abur) pentru submarinele nucleare moderne: 0,03-0,04 t/kW, 0,005-0,006 m³/kW.
Considerata centrala electrica, formata dintr-un turbo-reductor si o elice de putere mica montata pe arbore, a fost folosita pe marea majoritate a submarinelor nucleare, dar nu este singura care a gasit uz practic. Începând de la mijlocul anilor ’60, s-au încercat utilizarea altor instalații pe submarinele nucleare, în primul rând turboelectrice, care furnizează propulsie complet electrică, ceea ce a fost deja notat în secțiunea dedicată analizării etapelor dezvoltării submarinelor.
Introducerea pe scară largă a propulsiei complet electrice pe submarinele nucleare este împiedicată, așa cum se indică de obicei, de masele și dimensiunile semnificativ mai mari ale instalațiilor electrice în comparație cu turbinele de putere similară. Lucrările de îmbunătățire a instalațiilor turboelectrice continuă, iar succesul acestora este asociat cu utilizarea efectului de supraconductivitate, în special la așa-numitele temperaturi „de cameră” (până la -130°C), care se așteaptă să reducă dramatic caracteristicile de greutate și dimensiune ale motoare și generatoare electrice.
Sistemul de energie electrică (EPS) al submarinelor nucleare moderne include mai multe (de obicei două) turbogeneratoare de curent alternativ (ATG) autonome care utilizează abur din reactor și o baterie de stocare (AB) ca sursă de energie de rezervă atunci când ATG-urile nu funcționează, după cum precum și convertoare de curent electric static sau motor (pentru încărcarea bateriei de la ATG și alimentarea echipamentelor care funcționează cu curent alternativ din baterie), dispozitive de monitorizare, reglare și protecție, precum și un sistem de comutare - tablouri de distribuție și trasee de cabluri. Un generator diesel este folosit ca sursă de energie de urgență atunci când se deplasează la suprafață.
Puterea ATG pe submarinele nucleare moderne atinge câteva mii de kilowați. Consumatorii de energie electrică sunt, în primul rând, mecanismele auxiliare ale centralei nucleare în sine, armele hidroacustice, navigația, comunicațiile, radarul, sistemele de deservire a armelor, sistemele de susținere a vieții, propulsia electrică la utilizarea modului de propulsie electrică etc. instalația folosește curent alternativ de frecvență industrială 50-60 Hz, tensiune 220-380 V, iar pentru alimentarea unor consumatori - curent alternativ de înaltă frecvență și curent continuu.
Saturația energetică ridicată a submarinelor nucleare moderne, oferind posibilitatea utilizării unor tipuri de arme și arme consumatoare de energie, precum și nivel inalt confortul personalului, are, după cum sa indicat deja, consecințe negative - un nivel de zgomot relativ ridicat datorită numărului mare de mașini și mecanisme care funcționează simultan, chiar și atunci când submarinul nuclear se deplasează cu o viteză relativ scăzută.
În a doua jumătate a anilor 80 ai secolului XX, a început un proces intens de dezafectare și retragere a submarinelor nucleare (NPS) din Marina Rusă. Acest lucru s-a datorat atât expirării duratei de viață, cât și implementării Federația Rusă angajamente internaționale de reducere a armelor. Principalele rezultate ale lucrărilor de dezmembrare a trei generații de submarine nucleare sunt prezentate în tabel.
În prezent, s-a încheiat perioada de dezmembrare activă a submarinelor nucleare, când mai mult de 10 submarine nucleare pe an erau demontate anual pentru a forma blocuri cu unul sau trei compartimente. Submarinele nucleare de prima generație sunt aproape complet demontate (cu excepția submarinelor nucleare avariate). A doua generație a fost, de asemenea, scoasă în mare parte din funcțiune și eliminată conform schemei acceptate. În următorii câțiva ani, 2-5 submarine nucleare din a 2-a și a 3-a generație vor fi dezafectate și demontate pe an.
În prezent, pentru a rezolva problemele de depozitare a compartimentelor de reactoare (RC), de manipulare a deșeurilor radioactive (RAW) generate în timpul eliminării, este necesară crearea unei infrastructuri suplimentare, inclusiv construirea de spații de depozitare pe termen lung pentru compartimentele de reactoare (LSR), centre regionale privind condiționarea și depozitarea deșeurilor radioactive, pereții de chei, reconstrucția comunicațiilor feroviare etc. Toate acestea necesită implicarea unor importante financiare și resurselor de muncă. Amploarea sarcinilor în curs de rezolvare este ilustrată în Fig. 1, care prezintă unul dintre locurile de depozitare pe termen lung pentru compartimentele reactoare ale submarinelor nucleare dezmembrate.
Costul total al construirii unei depozite supraterane pentru 120 RO în Sayda Guba depășește 300 de milioane de euro.
Figura 1. Loc de depozitare pe termen lung pentru compartimentele reactoare.
Se presupune că substanțele radioactive din depozitele ar trebui să fie depozitate timp de 75-100 de ani, după care problema eliminării lor trebuie rezolvată definitiv. Având în vedere că masele reactoarelor submarine nucleare sunt relativ mici (aproximativ 1000 de tone), iar rezervoarele de stocare sunt situate departe de fabricile de oțel, eliminarea lor finală (tăierea finală și retopirea oțelului) este îndoielnică din punct de vedere economic.
Atunci când se decide cu privire la dezmembrarea finală, ar trebui să se țină seama și de faptul că deșeurile radioactive solide generate în timpul dezmembrării submarinelor nucleare sunt încărcate în instalația reactorului.
O parte semnificativă a centralelor nucleare (NPP) ale submarinelor nucleare dezafectate din a 2-a și a 3-a generație nu și-au atins indicatorii de viață de serviciu preconizat și sunt în general în stare bună.
În prezent, Rusia dezvoltă un program pentru construirea de centrale nucleare plutitoare de mică putere. Unitățile de putere ale centralelor nucleare plutitoare sunt planificate să fie create pe baza centralelor de reactoare de navă de tip KLT-40 (prototipul a fost reactorul OK-900), care s-au dovedit a fi în funcțiune pe nave nucleare. De exemplu, centralele nucleare spărgător de gheață nuclear„Arktika” (reactor OK-900) a fost operat cu succes din 1975 până la 3 octombrie 2008; pentru 176.384 ore de funcționare cu o putere medie de 63,1 MW, producția de energie a fost de 11.132.456 MW*oră. Trebuie remarcat faptul că instalația reactorului spărgător de gheață a avut o durată de viață proiectată de 90.000 de ore atunci când funcționa la o putere nominală de 170 MW și, prin urmare, producția de energie a reactorului ar putea fi de 15,5 milioane MW*oră.
Centralele nucleare ale submarinelor nucleare nu sunt în mod fundamental diferite de instalațiile de spargere a gheții. În esență, tehnologia reactoarelor cu barca cu apă sub presiune a creat baza pentru centralele nucleare cu reactoare cu vase sub presiune.
„Ne-am străduit întotdeauna să creăm nucleare centrale electrice cu dublă utilizare, deoarece crearea de echipamente militare și civile bazate pe o singură tehnologie este foarte eficientă pentru îmbunătățirea ambelor”, spune academicianul N.S. Khlopkin. În centralele nucleare au fost folosite submarinele nucleare solutii tehnice, care astăzi au devenit obligatorii pentru energia nucleară la scară largă: nucleele au avut feedback negativ asupra temperaturilor combustibilului și moderatorului, iar centralele nucleare în sine aveau un gard de protecție sub forma unei carcase RO durabile.
Experții de la Centrul de Cercetare din Rusia „Institutul Kurchatov”, când au dezvoltat conceptul de construire a centralelor nucleare subterane în 1993, au remarcat că „mulțumită dimensiunilor și greutății lor mici, este posibil să se utilizeze soluții pe bază de nave pentru centralele electrice și în Subteran centrale nucleare. Automatizare cuprinzătoare, echipamente închise ermetic, minimizarea deșeurilor lichide și gazoase, tehnologie matură și calitate superioară fabricaţie datorită execuţiei celor mai multe munca de instalare pe fabrici de constructii de masini„Toate aceste proprietăți se încadrează foarte bine în conceptul de centrală nucleară subterană.”
Vasele reactoare sunt echipamente cu un ciclu lung de producție și sunt cele mai scumpe părți ale centralelor nucleare. Singura întreprindere care produce în prezent astfel de echipamente este Uzinele Izhora. Ciclul tehnologic de fabricare a unui vas de reactor, in functie de tipul de reactor, este de 2-3 ani. Având în vedere capacitățile limitate de producție ale Uzinei Izhora, conform autorilor, nu este recomandabil să o încărcați cu comenzi suplimentare pentru centrale nucleare plutitoare.
De asemenea, trebuie avut în vedere faptul că costul de fabricație a reactoarelor pentru o centrală nucleară plutitoare este, după diverse estimări, de la 40 la 60% din costul total al stației. Astfel, în timpul construcției centralelor nucleare plutitoare, pare fezabilă din punct de vedere economic utilizarea materialelor radioactive gata făcute ale submarinelor nucleare dezafectate.
Submarinele nucleare din generațiile a 2-a - a 3-a care sunt în funcțiune sau se află în stadiile de dezafectare și depozitare temporară pe linia de plutire sunt pe deplin potrivite pentru aceste scopuri (numărul total de astfel de submarine nucleare este de aproximativ 140 de unități). Utilizarea RO cut-off deja formate în timpul dezmembrării submarinelor nucleare 1-3 face obiectul unei analize separate în fiecare caz specific.
Centralele nucleare pentru scopuri civile și militare au diferențe minore de proiectare. Submarinele nucleare de generația a 2-a care se preconizează a fi demontate au 2 reactoare cu o putere termică de 90 MW, submarinele nucleare de generația a 3-a au 1-2 reactoare cu o putere termică de 180 MW.
Raportul va examina una dintre componentele care are un impact semnificativ asupra siguranței utilizării unităților nucleare ale submarinelor nucleare dezafectate - fragilizarea oțelului carcasei reactorului sub influența unui flux de neutroni rapizi. Materialul vaselor reactorului pentru scopuri civile și militare este același - tip de oțel 15Х2МФАА.
Operarea unei centrale nucleare la sarcini parțiale reduce semnificativ durata de viață a vasului reactorului, care este determinată de o schimbare a temperaturii critice de fragilitate a materialului vasului, care este cauzată în principal de influența neutronilor rapizi. Studiile metalului de bază și ale cordonurilor sudate ale vaselor reactorului spărgător de gheață nuclear „Lenin”, efectuate după dezafectarea acestuia, când resursa ajunsese la 106.700 de ore, au confirmat posibilitatea prelungirii duratei de viață oră de proiectare a navelor reactoare care funcționează la mai mică decât puterea nominală.
Pentru a studia posibilitatea utilizării centralelor nucleare pentru submarinele nucleare demontate, autorii au evaluat fragilizarea navelor reactoarelor submarine nucleare folosind metode standard și parametrii operaționali atinși de reactoarele spărgătoarei de gheață „Arktika”.
Temperatura critică de fragilitate a materialului vasului reactorului (Tk) este un factor care limitează durata de viață a acestuia și este determinată de suma
ТК = ТК0 + ΔТТ + ΔТN + ΔТF, (1)
unde TK0 este temperatura critică de fragilitate a materialului în starea inițială,
ΔТТ – deplasarea temperaturii critice de fragilitate din cauza îmbătrânirii temperaturii;
ΔТN – deplasarea temperaturii critice de fragilitate din cauza deteriorării ciclice (pentru centralele nucleare de la bordul navei ΔТN nu este un factor determinant și poate fi luat egal cu zero);
ΔТF – schimbarea temperaturii critice de fragilitate din cauza iradierii cu neutroni.
Folosind dependențe standard, calculăm valoarea fluenței neutronilor rapidi Fn pe vasul reactorului spărgătoarei de gheață „Arktika”:
Fn = F0*(ТF/AF)3 = 1018*(110/23)3 = 1,1 1020 cm - 2 , (2)
unde AF este coeficientul de fragilizare al sudurii inferioare;
F0 = 1018 cm - 2 – valoarea pragului de fluenta;
ТF = 110 0С – deplasarea temperaturii critice a tranziției ductil-casabil ca urmare a iradierii.
În acest caz, densitatea medie a fluxului de neutroni rapidi pe vasul reactorului în timpul funcționării τ va fi
φb = Fn/τ = 1,1 1020/176384 3600 = 1,73 1011cm – 2c – 1, (3)
și, prin urmare, timpul de funcționare al reactorului la puterea medie în timpul funcționării este
τ = Fn/φb 3600 = 1,1 1020/1,73 1011 3600 = 176622 ore. (4)
Rezultatul obținut este în bună concordanță cu timpul de funcționare înregistrat al reactorului spărgătorul de gheață „Arktika”, ceea ce înseamnă că schimbarea temperaturii critice a tranziției ductil-casabil a fost acceptată corect. Pe baza acestor date și ținând cont de faptul că densitățile de flux de neutroni rapid în reactoarele spărgătoarelor de gheață și submarinelor nucleare sunt aproximativ aceleași, se poate presupune că reactoarele submarinelor nucleare dezmembrate sunt capabile să atingă o producție de energie de 11 - 12 milioane MW. *ore sau mai mult.
Centralele nucleare ale submarinelor nucleare demontate, potrivit experților, sunt departe de a dezvolta indicatori de viață de serviciu. Specificul funcționării submarinelor nucleare este că ponderea modurilor de funcționare a centralei nucleare la sarcini apropiate de maxim este mică. În plus, începând cu anii 90 ai secolului XX, submarinele nucleare nu au mers atât de des pe mare.
Avand in vedere ca puterea nominala a reactoarelor submarine nucleare de generatia a 2-a este de 90 MW, puterea medie in timpul functionarii majoritatii nu a depasit 30%, i.e. 27 MW, iar timpul de funcționare la putere a fost de aproximativ 40.000 de ore, obținem o producție de energie de aproximativ 1,08 milioane MW*oră.
Considerând că densitățile de flux de neutroni din reactoarele spărgătoarelor de gheață și submarinelor nucleare sunt apropiate ca valoare și, de asemenea, presupunând că valorile densităților de flux de neutroni sunt proporționale cu puterea reactoarelor și, prin urmare, cu influența neutronilor rapizi pe vasul reactorului este proporțională cu producția sa de energie, avem o valoare de fluență pentru producția de energie de 1,08 milioane MW*ore Fn = 1,07∙1019 cm – 2. În acest caz, deplasarea temperaturii critice a ductil-casibil tranziția pentru materialul vaselor reactorului submarin nuclear va fi
ТF = Aw*(Fn/F0)1/3 = 23*(1,07∙1019/1018)1/3 ≈ 49,5 0С. (5)
În consecință, durata de viață reziduală a vasului reactorului nuclear submarin bazată pe influența neutronilor rapizi pe vas este de 10 - 11 milioane MW*oră și, posibil, mai mult.
Calcularea fluenței neutronilor rapizi pe vasul reactorului este plină de anumite dificultăți:
− la sfârşitul campaniei de bază, densitatea fluxului de neutroni creşte;
− nu există informații exacte despre densitatea fluxului de neutroni în reactor (în special neutroni rapizi);
− în timpul funcționării reactorului, în acesta sunt „arse” mai multe zone active, ceea ce duce la acumularea de erori în determinarea fluenței;
− eșantioanele martor nu sunt încărcate în reactoarele navei, permițând să se judece schimbările în proprietățile fizice și mecanice ale oțelului carenei.
Mai precis decât influența neutronilor rapizi, producția de energie a reactorului este determinată ca rezultat al funcționării. Prin urmare, dependența deplasării temperaturii critice ca rezultat al iradierii cu neutroni de puterea de ieșire a reactorului este de interes semnificativ. Evident, această dependență va avea aceeași formă
ТF = Aw*(W/W0)1/3, (6)
unde Aw este coeficientul de fragilizare datorat producerii de energie,
W – producția de energie realizată,
W0 – pragul de producție de energie.
Această dependență este valabilă în intervalul de modificări ale producției de energie de la 1*106 MW*oră la 3*107 MW*oră. Deoarece reactoarele tuturor centralelor nucleare de bord sunt fabricate folosind aceeași tehnologie din oțel 15Kh2MFAA și au aproximativ aceeași grosime a protecției fier-apă a corpului, în timpul calculului s-a presupus că Aw = 49,5.
Dependența obținută ne permite să anticipăm schimbarea temperaturii critice de fragilitate ca urmare a iradierii cu neutroni a materialului vaselor reactoarelor navelor din producția de energie (Fig. 2). Analiza curbei arată că reactoarele de nave sunt capabile să atingă o producție de energie de 15,5*106 MW*oră, în timp ce schimbarea temperaturii critice de fragilitate nu va depăși 125 0 C.
Figura 2. Predicția schimbării temperaturii critice de fragilitate de la iradierea cu neutroni pentru reactoarele de nave.
Astfel, resursa reziduală a unei centrale nucleare de generația a 2-a poate atinge o valoare maximă de 14,4 106 MW*oră (de fapt aproximativ 10*106 MW*oră). Rezultă că atunci când se utilizează centrale nucleare din submarine nucleare dezmembrate de generația a 2-a ca parte a modulelor de putere ale centralelor nucleare plutitoare care funcționează cu factor de utilizare a capacității (factor de utilizare a puterii instalate) = 0,7, acestea vor putea funcționa aproximativ 25 cu ani înainte de dezmembrare.
Dacă presupunem că pentru un submarin nuclear de generația a 3-a nivelul mediu de putere este de aproximativ 30% sau 54 MW pentru un submarin nuclear de generația a 2-a, iar timpul de funcționare la această putere este de aproximativ 30.000 de ore, atunci obținem o producție de energie de 1,62*106 MW*ore. Apoi, resursa reziduală a acestor vase de reactoare în ceea ce privește producția de energie va fi de aproximativ 13,9 * 106 MW * ore. Când funcționează pe centrale nucleare plutitoare cu factor de capacitate = 0,7, timpul posibil de funcționare a acestor reactoare va fi de aproximativ 110 mii de ore sau aproximativ 12,5 ani.
Astfel, principalul factor care determină durata de viață a materialului vasului reactorului - schimbarea temperaturii critice de fragilitate ca urmare a iradierii cu neutroni a reactoarelor submarine nucleare - nu este o bază pentru refuzul de a utiliza ca putere instalațiile de reactoare ale submarinelor nucleare dezmembrate. module pentru centrale nucleare plutitoare.
O metodologie aproximativă pentru rezolvarea acestei probleme poate fi reprezentată prin diagrama din Figura 3.
Orez. 3. Schema metodologică de rezolvare a problemei utilizării unităților nucleare ale submarinelor nucleare ca modul de putere la o centrală nucleară plutitoare.
În plus, fiabilitatea ridicată și capacitatea de supraviețuire a centralelor nucleare a fost confirmată atât de mulți ani de experiență în exploatare, cât și de pierderea submarinelor care au avut loc. Reactoarele tuturor submarinelor nucleare scufundate au fost închise în mod fiabil, iar contaminarea cu radiații a zonei de apă nu a fost niciodată înregistrată. Cel mai recent exemplu în acest sens este dezastrul submarinului nuclear Kursk (august 2000).
La atingerea puterii maxime de energie, caracteristicile de rezistență la impact ale metalului vasului reactorului pot fi restabilite prin recoacere uscată la temperatură joasă, a cărei tehnologie a fost dezvoltată și utilizată în țara noastră de mulți ani. Din 1987 până în 1992, recoacere de recuperare a fost efectuată pe 12 vase de reactor VVER-440 în Rusia, Germania, Bulgaria și Cehoslovacia. În timpul uneia dintre primele recoaceri pe materialul de sudură iradiat la o fluență de 1020 cm-2, a fost studiată dependența recuperării temperaturii critice (Tc) de temperatura de recoacere la un timp de recoacere de 150 de ore. În timpul experimentelor, s-a constatat că în aproape toate cazurile rezistența la impact a fost restabilită la valori corespunzătoare materialului neiradiat și are loc restabilirea maximă a proprietăților oțelului de carcasă 15Kh2MFAA iradiat la o temperatură de recoacere de 460 - 4700C. într-un timp de 170 de ore.
Resursa planificată a reactoarelor KLT-40S, care sunt planificate a fi instalate pe centrale nucleare plutitoare, este de 40 de ani, iar o dată la 10 ani, centralele trebuie remorcate către întreprinderile de construcții navale pentru reparații. Dacă RO de submarine nucleare dezmembrate este utilizată la o centrală nucleară plutitoare, atunci în timpul reparațiilor programate vasele reactorului pot fi recoapte, în urma cărora resursa de timp va fi dublată și va coincide practic cu durata de viață a KLT-ului nou construit. Vase reactoare 40S.
O problemă separată este posibilitatea de a utiliza o unitate de turbină cu abur (STU) a unui submarin nuclear dezmembrat. Proiectarea termică a turbinei cu abur submarine nucleare diferă de cele proiectate pentru o centrală nucleară plutitoare în absența unui dezaerator termic de alimentare cu apă (a cărui instalare nu este dificilă) și a unei viteze de rotație mai mare a turbinei principale. Întrebarea cu privire la modul de utilizare a turbinei principale poate fi rezolvată în două moduri. În primul rând, reducerea vitezei de rotație a turbinei principale la 3000 rpm va reduce ușor puterea acesteia, dar îi va permite să funcționeze împreună cu un turbogenerator care produce un curent cu o frecvență de 50 Herți. În acest caz, excesul de abur poate fi folosit pentru a transfera energie termică către țărm printr-un schimbător de căldură intermediar.
În al doilea rând, utilizarea turbinei principale pe întreaga gamă de viteze de rotație va necesita utilizarea unor convertoare statice de frecvență pentru a furniza rețelei cu energie electrică de calitatea necesară. În ambele opțiuni de utilizare a turbinei principale, este posibilă renunțarea la utilizarea turbogeneratoarelor auxiliare, înlocuindu-le cu transformatoare pentru nevoile proprii ale centralelor nucleare plutitoare. Turbogeneratoarele auxiliare sunt înlocuite cu generatoare diesel, a căror putere asigură răcirea ambelor instalații și punerea în funcțiune a uneia dintre centralele nucleare. Acest lucru va permite utilizarea excesului de abur pentru a genera energie termică. În plus, atunci când se utilizează o centrală nucleară a unui submarin nuclear pe o unitate de putere plutitoare, nu va fi nevoie să se utilizeze mașini de refrigerare cu abur, în urma cărora se generează abur în exces, care poate fi utilizat atât în dezaerator, cât și pentru generează energie termică și o transferă pe țărm. Astfel, echipamentele STU ale submarinelor nucleare demontate pot fi utilizate și ca parte a modulului energetic la centralele nucleare plutitoare.
Submarinele nucleare reciclate din a 2-a și a 3-a generație au o gamă largă de puteri ale reactorului de la 70 la 190 MW și turbine principale de la 15 la 37 MW. Acest lucru face posibilă selectarea capacităților necesare ale echipamentelor principale de putere pentru utilizare la centralele nucleare plutitoare.
Costul construcției unei centrale nucleare plutitoare la cheie este estimat la peste 150 de milioane de dolari, în timp ce aproximativ 80% din acesta este determinat de costul centralei nucleare și al unității de turbine cu abur. Utilizarea centralelor nucleare din submarinele nucleare dezmembrate va reduce semnificativ acest cost.
Masa deșeurilor de reactoare de la cele două instalații de reactoare ale submarinelor nucleare dezmembrate din a 2-a generație este de aproximativ 1200 de tone, iar cea din a 3-a generație este de aproximativ 1600 de tone. Acest lucru permite ca compartimentele reactorului și turbinei să fie utilizate ca un singur modul de energie montat pe o centrală nucleară plutitoare. În acest caz, vom primi o centrală nucleară construită și plătită anterior într-o carcasă de protecție, a cărei funcție este îndeplinită de corpul durabil al submarinului nuclear. Una dintre opțiunile posibile pentru o astfel de proiectare a unei centrale nucleare plutitoare este prezentată în Fig. 4.
Figura 4. Opțiunea de amplasare a modulului de putere (compartimentul reactorului nuclear submarin) pe centralele nucleare plutitoare.
Utilizarea tehnologiei propuse va întâmpina inevitabil o serie de probleme care trebuie rezolvate în viitorul apropiat. Astfel de probleme includ:
− lipsa unei proceduri de transfer al centralelor nucleare în scopuri militare către centrale nucleare pentru utilizarea pașnică a energiei atomice;
− lipsa analizei conformității centralelor nucleare ale submarinelor nucleare de 2-3 generații cu cerințele documente de reglementare Rostechnadzor și Ministerul Sănătății și Dezvoltării Sociale privind centralele nucleare plutitoare;
− necesitatea justificării resursă reziduală, precum și posibilitatea extinderii indicatorilor de viață alocați ai echipamentelor principale ale centralelor nucleare pentru fiecare submarin nuclear dezafectat;
− necesitatea modificării designului centralelor nucleare plutitoare aflate în construcție sau proiectare.
Pentru a rezolva aceste probleme, este necesar să se realizeze un complex semnificativ de cercetare și dezvoltare.
De asemenea, trebuie menționat faptul că utilizarea deșeurilor radioactive de la submarinele nucleare dezafectate nu se limitează la utilizarea lor pentru centralele nucleare plutitoare. Aplicații posibile ar putea fi utilizarea lor în construcția de centrale nucleare subterane.
Concluzii:
1. Propus tehnologie inovatoare Utilizarea centralelor nucleare din submarinele nucleare dezmembrate va permite:
− reducerea semnificativă a costurilor de construcție a centralelor nucleare plutitoare și reducerea timpului de construcție și amortizare a acestora;
− reducerea costurilor de dezmembrare a submarinelor nucleare;
− reducerea semnificativă a cantității de deșeuri radioactive și a costurilor de manipulare a acestora;
− valorificarea pe deplin a potențialului centralei nucleare a submarinelor nucleare:
− în timpul exploatării centralelor nucleare ale submarinelor nucleare dezmembrate ca parte a unei centrale nucleare plutitoare, pentru finanțarea eliminării viitoare a deșeurilor radioactive.
2. Pentru implementarea acestei tehnologii este necesară desfășurarea în viitorul apropiat a unui complex de cercetare și dezvoltare care să permită fundamentarea științifică a fezabilității tehnice a utilizării RO din submarinele nucleare dezmembrate pentru centralele nucleare plutitoare proiectate.
