Сколько строится атомная подводная лодка. Как работает атомная подводная лодка

Атомные подлодки и прочие суда с ядерными энергоустановками используют радиоактивное топливо - главным образом уран - для превращения воды в пар. Полученный пар вращает турбогенераторы, а те производят электроэнергию для движения судна и питания различного бортового оборудования.

Радиоактивные материалы, подобные урану, выделяют тепловую энергию в процессе ядерного распада, когда неустойчивое ядро атома расщепляется на две части. При этом выделяется огромное количество энергии. На атомной подлодке такой процесс осуществляется в толстостенном реакторе, который непрерывно охлаждается проточной водой, чтобы избежать перегрева, а то и расплавления стенок. Ядерное топливо пользуется особой популярностью у военных на подлодках и авианосцах благодаря своей необычайной эффективности. На одном куске урана размером с мяч для гольфа подлодка может семь раз обогнуть земной шар. Однако ядерная энергия таит в себе опасность не только для экипажа, который может пострадать, если на борту произойдет радиоактивный выброс. В этой энергии заложена потенциальная угроза всей жизни в море, которая может быть отравлена радиоактивными отходами.

Принципиальная схема машинного отсека с ядерным реактором

В типичном двигателе с ядерным реактором (слева) охлажденная вода под давлением попадает внутрь корпуса реактора, содержащего ядерное топливо. Нагретая вода выходит из реактора и используется для превращения другой воды в пар, а затем, остывая, вновь возвращается в реактор. Пар вращает лопасти турбинного двигателя. Редуктор переводит быстрое вращение вала турбины в более медленное вращение вала электродвигателя. Вал электродвигателя при помощи механизма сцепления соединяется с гребным валом. Кроме того, что электродвигатель передает вращение гребному валу, он вырабатывает электроэнергию, которая запасасется в бортовых аккумуляторах.

Ядерная реакция

В полости реактора атомное ядро, состоящее из протонов и нейтронов, подвергается удару свободного нейтрона (рисунок ниже). От удара ядро расщепляется, и при этом, в частности, освобождаются нейтроны, которые бомбардируют другие атомы. Так возникает цепная реакция деления ядер. При этом освобождается огромное количество тепловой энергии, то есть тепла.

Атомная подлодка курсирует вдоль побережья в надводном положении. Таким кораблям надо пополнять топливо лишь один раз в два-три года.

Группа управления в боевой рубке наблюдает за прилегающей акваторией в перископ. Радиолокатор, гидролокатор, средства радиосвязи и фотокамеры со сканирующей системой также помогают вождению этого судна.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Крейсерская атомная подводная лодка К-27 (проект 645)

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

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

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

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

Атомная подводная лодка проекта 705

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

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

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

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

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

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

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

Человек издревле мечтал покорить воздух и море. По волнам поверхности вод люди плавали с глубокой древности: викинги, флот Гомера, финикийцы, полинезийцы, аборигены острова Пасха. По мнению современных ученых, последние осуществляли экспедиции, не превзойдённые по длине и продолжительности через почти тысячу лет.

Море покорялось человеку, а подводный океан ждал. Но для появления подводных лодок нужен был определенный уровень развития человечества.

Подводные лодки от античности до наших дней

Античные авторы говорят о подводных работах, как о чем-то само собой разумеющемся. Об этом свидетельствует знаменитое сообщение Аристотеля о… слоне! Слон, оказывается, представлял для древнего европейского естествоиспытателя куда большую диковину, чем подводник!

Риторика требовала «описывать непонятное через знакомое», и Аристотель дает объяснения хоботу неведомого слона через терминологию подводников: «слон переходит реку под водой благодаря задранному над поверхностью хоботу, через который, как к водолазу, поступает воздух».

Это означает, что подводные работы являлись для древних чем-то обыденным. Они были менее удивительными, чем слон. Вероятно, многие документы утеряны, иначе исследователям пришлось меньше ломать голову, например, над тем, что за «спецназ» смог во время войны Афин с Сиракузами (еще до Архимеда) перепилить «противокорабельное» подводное ограждение из толстых бревен.

Пилить под поверхностью моря ─ не раковины с жемчугом поднимать, труд тяжелый, без подачи воздуха не обойтись.

Сохранились данные о гигантской перевернутой коробке из стекла, в которой Александр Македонский исследовал дно. Этот «проект» можно считать прообразом батискафа или подлодки античности.

В записях об этом факте есть упоминания, что колокол Македонского освещался изнутри. Электричества не знали, освещать могли только факелами, масляными лампами или свечами. Значит, Великий Александр сам себе злобно сократил время пребывания на дне ради «понтов», не учтя того, что реакция горения уменьшит запасы кислорода.

Когда появились первые подлодки

Существует туманное свидетельство о недошедшем до нас эпосе 1190 года «Салман и Моролф», в котором главный герой перемещался под водой в подлодке из драккара с плотно закрытой водонепроницаемой кожей палубой. Но первые достоверные сведения о продолжении штурма человеком подводного мира относятся к началу XVI века.

Гениальность и покровительство Римских Пап (особенно Борджиа) позволили Леонардо да Винчи изобретать новое и усовершенствовать старое.

Механизмы, схемы которых он находил в папских архивах, возможно, не были воплощены, но давали полет творческой мысли гению. Первый достоверный чертеж подлодки на мускульной тяге принадлежит именно великому Леонардо.

После него, история развития штурма глубин человеком ускоряется:

• 1538 год ─ морская супердержава Испания проводит испытания подводного колокола при императоре Карле V;
• 1620 (ориентировочно) год ─ механик Корнелиус Дреббель с королём Иаковым I проводят первый запуск весельной подлодки с экипажем из 15 человек;
• 1716 год ─ исследователь космоса Галлей изобретает подачу кислорода в водолазный колокол.

Его изобретение позже было усовершенствованно системой насосов. Появление относительно автономной боевой подводной лодки, казалось, вот-вот состоится.

Первая боевая подлодка

Но прошло полтора столетия, полных неудач (несостоявшийся проект Никонова в 1720) и трагедий (утонувшая с изобретателем субмарина англичанина Дэя в 1770), прежде чем очередная война вновь подтолкнула человеческую мысль к созданию подводных лодок.

1776 год: американец Дэвид Бушнелл изобрел свою знаменитую подлодку «Черепаха», а его компаньон Эзра Ли предпринял первую в мире попытку подводной минной атаки на вражеский (английский) флот в гавани Нью-Йорка. С боевой задачей субмарине справиться не удалось, но именно в «Черепахе» оказались заложены основные технологические заделы, которые развивались в конструкциях будущего:

• боевая рубка;
• цистерна с балластом;
• винтовой двигатель на корме;
• манометр для определения глубины погружения субмарины.

Кроме изобретения субмарины, Бушнелл сделал и другое открытие: доказал, что порох способен взрываться даже под водой. Из-за слабости порохового заряда ─ для настоящих мин требовалась взрывчатка мощнее, ─ первая «минная война» закончилась поражением подлодок.

После потери первой субмарины, подводные атаки людей упрямца Бушнелла (сам конструктор не рисковал) продолжались до 1778 года. Мины с первой подлодки ничего не могли сделать с медной обшивкой деревянных судов, плохо было и с точностью. В итоге «Черепахе» удалось случайно (вместо фрегата) потопить баржу.

Сразу после Бушнелла во Франции проектируется подводная лодка с резервуарами для воздуха с двумя движущими винтами (для движения по горизонтали и вертикали).

Впервые предусматривалось наличие на борту запаса воздуха. Современниками конструкция была оценена как «слишком сложная» (хотя винты вращались мускульной силой экипажа) и проект не состоялся.

• 1800 ─ Фултон создает цельнометаллический (с медным корпусом) «Наутилус»;
• 1810 ─ субмарина на мышечной тяге от братьев Кёссан;
• 1834 ─ конструкция подлодки генерала Шильдера, вооружённая мортирой (сведений не сохранилось);
• 1860-ые ─ проекты Александрова, Спиридонова, тип движения ─ «реактивный», за счет выбрасывания сжатого воздуха из размещенных на борту газгольдеров;
• 1861 ─ американский француз Вильруа строит подводное «судно-сигару» «Аллигатор» в Филадельфии. Проект послужил прототипом для субмарины конфедерата ХорусаХанли, добавившего к конструкции балластные цистерны как в проекте Бушнелла;
• 1864 ─ первое успешное боевое применение подлодки: лейтенант конфедератов Диксон, используя мину, прикрепленную на шесте к носу субмарины конструкции «Ханли-Вильруа» топит флагман блокирующей Чарльстон эскадры янки. Подлодка гибнет вместе с экипажем;
• 1879 ─ первый в мире проект подводного судна на электрическом ходу проекта С. Джавецкого с аккумуляторными батареями.

Хронологически, первая боевая подлодка ─ «Черепаха», а по реальному результату ─ «Аллигатор» лейтенанта конфедератов Диксона конструкции Х. Ханли.

С началом первой Мировой субмарины становятся грозным оружием воюющих сторон. Особо бурное развитие подводный флот получил во время II Мировой и в разгар Холодной.

При появлении атомных реакторов автономность подводных лодок возрастает многократно. В одной из песен В. Высоцкого есть слова: «мы можем по году плевать на погоду». В том смысле, что субмарина может год не всплывать на поверхность. Возрастает и мощность вооружения, превращая подлодки в могучий инструмент ядерного апокалипсиса.

Основные конструктивные особенности современной подводной лодки

Со времен Фултона корпуса подлодок строят цельнометаллическими. Сегодня субмарины проектируются обычно с двойным корпусом. Интересный факт: самые современные американские однокорпусные подлодки «X-Craft» эксплуатируют конструкторские идеи еще С. Джевецкого. Но большинство субмарин имеет два корпуса:

• «прочный» корпус, способный выдерживать огромное забортное давление;
• «легкий» водопроницаемый корпус, формирующий оптимальные «аэродинамические» качества подводного судна (у подводников принят термин «обтекаемость»).

На изготовление прочного корпуса во всех странах идёт легированная сталь. В Советском Союзе эти корпуса делались из титана. Этот металл, помимо повышенной (по сравнению со сталью) прочностью, обладал большей магнитной проницаемостью. Титановые субмарины сложней обнаружить одним из основных видов поиска: магнитометрическим. Титановые АПЛ ставили рекорды по глубине погружения.

К сожалению, выяснилось, что титан теряет прочность при горячей сварке. На время проект титановых корпусов для АПЛ был отложен.

При Ельцине петербургский ВНИИЭСО (под минимальным руководством киевского Института Сварки Паттона) закончил работу своими силами в лаборатории С. Картавого и Д. Кулагина, исключительно на голом энтузиазме (в 1992-1997 годах ВНИИЭСО выживал без финансирования) создал прибор для холодной сварки титановых плит.

К несчастью, по моде времени, изобретение было выкуплено торговой фирмой-спонсором, не дававшей учёным умереть от голода. Судьба прибора сегодня авторам статьи неизвестна, хотя лаборатория С. Картавого продолжает работы.

На однокорпусной субмарине прочным корпусом укрыто всё, кроме надстройки и ограждения рубки, даже балластные цистерны.

В двухкорпусных АПЛ часть цистерн с балластом ранее размещалась между прочным и лёгким корпусами, но из-за ряда катастроф ЦГБ (цистерны главного балласта) теперь полностью защищены твердым корпусом.

Существуют многокорпусные типы ПЛ: голландский «Дольфейн» имеет три, а советско-российский «проект 941» ─ два прочных корпуса.

Кроме титана и легированной стали, перспективными материалами корпусов ─ особенно для малых подлодок ─ являются композитные материалы:

• стеклопластик;
• углепластик.

Сверхмалые подводные суда с современными двигателями, корпусами из композитов являются stealth-субмаринами, так как обнаружение их акустическим или магнитометрическим способом сильно затруднено.

Двигатели подлодок

При словах «современная подлодка» чаще представляется могучая АПЛ с ядерным реактором. На практике, наибольшее число субмарин относится к дизельным.

Ядерный реактор и дизель для подлодки имеют свои недостатки.

Им требуется довольно много места, что для субмарины критично. Дизельная подводная лодка должна ежесуточно всплывать, обычно это происходит ночью, для скрытности. К дизелю присоединен генератор, который пополняет электроэнергией разряженные за дневной переход аккумуляторы.

Ядерный реактор нагревает воду, вода превращается в пар, который поступает на парогенератор. Он уже вращает водометный движитель или винт, а так же электрогенератор для обеспечения энергией лодки. Но тепловой след при этом огромный. Поэтому субмарину современным тепловизорам легко обнаружить, особенно на небольших глубинах.

Поэтому будущее за развитием ПЛ с новейшими «альтернативными» типами двигателей. Они не такие шумные, как дизельные, занимают меньше места на субмарине. Двигателем Стирлинга, например, оснащены новейшие подлодки Швеции с Японией (тип «Готланд», тип «Сорю»), а водородным двигателем ─ почти все АПЛ Германии (тип U-212). Именно подводными судами этого типа сейчас вооружаются Израиль, Корея, Италия.

Интересны американские разработки твердооксидных двигателей для ПЛ, начавшиеся в 2006 году.

Японцы тоже экспериментируют с новыми типами энергии для двигателей подводных судов.

Подводный воздух

Вторым по значимости после энергетической установки на подлодке является сжатый воздух. Им продуваются цистерны с балластной водой, выстреливаются торпеды. Именно запасы воздуха на субмарине ограничивают время движения в подводном положении.

На субмаринах воздух содержится в трех системах:

• основной, высокого давления (ВВД) ─ под давлением от 193 до 400 атмосфер;
• среднего давления (в районе от 30 до 6 атмосфер);
• низкого давления (менее 6 атмосфер).

Пока подводные суда не способны существовать без запасов воздуха, сжатого под высоким давлением. На современных субмаринах существуют системы получения воздуха из морской воды, но они не настолько совершенны, чтобы полностью заменить запасы ВВД. Запасы можно пополнять при всплытии, но тогда нарушается режим скрытности подлодки.

Поэтому ведётся жесткий контроль запасов ВВД на борту субмарины, рационирования и циркуляции воздуха. Баланс кислорода внутри лодки восстанавливается специальными устройствами. Подсчитано, что в конце похода современной АПЛ, подводники дышат воздухом, восстановленным более 150 раз. Системе регенерации воздуха на субмаринах уделяется особое внимание, технологии там почти космические.

Погружение и всплытие современных подлодок

Начиная с «Черепахи» (при неизбежных отклонениях конструкторской мысли в ту или иную сторону), погружение и всплытие подлодок производится при помощи цистерн с балластом. ЦГБ размещаются на корме, носу и посередине подлодки. Дополнительные цистерны размещают в лёгком корпусе и используются, как правило, для устранения дифферента и крена судна.

При погружении подлодки балластом (забортной водой) заполняются сначала концевые цистерны, затем, после проверки на герметичность, цистерны средней группы.

При всплытии расположенные посередине корпуса ЦГБ продуваются сжатым воздухом из систем ВВД первыми. Плавучесть повышается и лодка всплывает.

Помимо систем ЦГБ подлодке помогают сохранять устойчивость:

• цистерны вспомогательного балласта (для устранения дифферента);
• торпедные цистерны (куда сливают воду из пусковой установки после выстрела, чтоб избежать «танца» субмарины);
• цистерны кольцевого зазора.

Несмотря на эту сложную систему дифферентных систем, даже современная АПЛ может повести себя после залпа непредсказуемо.

Система наблюдения и обнаружения противника на подлодке

Способность субмарины выполнить боевой приказ скрытно от сил противолодочной обороны врага является её главным оружием. Несмотря на новые типы корпусов, новые двигатели главными способами обнаружения противника остаются:

• гидроакустический;
• магнитометрический.

На большинстве современных боевых ПЛ работают как акустический, так и магнитометрические посты.

В боевых условиях магнитометры устанавливаются на самолётах или противолодочных вертолётах.

Главным достоинством магнитометрического метода являются его простота и незаметность: как и пассивное гидроакустическое наблюдение, такой пост практически невозможно обнаружить.

Для современных подлодок основными боевыми задачами являются:

• уклонение от районов наземного (воздушного) противолодочного наблюдения;
• уклонение при обнаружении вражеской ПЛ (расписанные в романах бои между подводными флотами не считаются приоритетной задачей подлодок).

Но скрытность, малозаметность для всех систем обнаружения ─ остаются важнейшим оружием субмарин.

Современное вооружение

Древнейшим и изначальным оружием субмарин были мины и торпеды. Затем к ним добавились ракеты. Типы вооружения новейших подлодок разделяются на:

• ракетное баллистическое;
• ракетное (крылатые ракеты);
• многоцелевое (ракеты, мины и торпеды в случае малых ПЛ, торпеды, ракеты крылатые и баллистические ─ в случае субмарин «тяжелых» классов);
• торпедное;
• ракетно-торпедное.

Военные доктрины ряда стран делали упор на развитие флота многоцелевых подлодок (ПЛАТ), но сегодняшняя военная мысль считает, что необходимо «разделение труда» между различными типами субмарин.

Классификация подлодок

Выше по тексту приведена классификация подводных боевых субмарин по типам вооружения, по количеству корпусов и типу движителя, остается привести современную классификацию подлодок по тоннажу и военному предназначению.

По тоннажу субмарины делятся на:

• крейсерские;
• большие;
• средние;
• малые;
• сверхмалые.

Отдельным, «высшим классом» подлодки следует считать тип «подводный крейсер», идея которого появилась еще в Германии во время I мировой (U-139). Сущность идеи заключалась в длительном автономном военном походе субмарины.

Первые подводные крейсеры 1917-1918 г.г., вроде почтового подводного судна «Дойчланд» или боевого проекта U-139 (1918) имели дальность хода в 12 с половиной тысяч миль, помимо торпед вооружались артиллерией.

Правда, свой долгий путь субмарина проделывала большей частью в надводном положении.

Современный подводный крейсер

По классификации российских подводников, ракетные АПЛ (подводные крейсеры) делятся на:

• крейсеры (с крылатыми ракетами);
• тяжелые крейсеры (с баллистическими ракетами на которые можно установить ядерную боеголовку).


• выброска диверсионных групп (малые и сверхмалые субмарины);
• связь и ретрансляция приказов командования в любой точке мира (большие и средние дизельные подлодки);
• разведка (как непосредственная, так и в системе общей командной электронной сети);
• уничтожение надводных (приоритет), подлодок врага;
• постановка минных полей, заграждений (обычно ─ в составе «завесы» эскадры дизельных субмарин);
• уничтожения наземных объектов враждебной стороны (это уже дело АПЛ-крейсеров).

Помимо перечисленного, на подлодках будет лежать ответственность за удар ядерный возмездия.

Подлодки в мирной жизни

В 1914 году была построена первая в мире «мирная» подводная лодка ─ германская «Лолиго». Сегодня субмарины на гражданской службе преимущественно используются в целях науки наряду с батискафами. Также они используются в мирных целях в качестве:

• транспортов ─ в 90-ые хотели переоборудовать ВСЕ российские субмарины класса ТРПКСН да не хватило средств;
• подводных судов связи;
• туристических субмарин для подводных круизов (французская подлодка «Огюст Пикар» на Женевском озере, финская «круизная» субмарина «Золотой Таймень» для подводного сафари в теплых морях, а также русский экскурсионный проект «Садко»).

В странах, где олигархам нечего стесняться, растёт флот частных подводных судов, а сверхмалые субмарины из композитных материалов частенько используются преступными синдикатами.

Видео

На заре подводного судостроения, когда шел поиск оптимальных двигателей для субмарин, конструкторы экспериментировали, в том числе, с паросиловыми установками.

После того как в 1930-х годах дизель-электрические подлодки уже перешагнули 20-узловой рубеж, казалось, эра «паровых» субмарин завершилась навсегда. Но прошло всего полтора десятилетия, и о них вновь вспомнили. Разница состояла лишь в том, что пар для турбины должен вырабатывать не привычный котел, сжигающий органическое топливо, а котел атомный.

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ

В основе работы ядерной энергетической установки лежит управляемая цепная ядерная реакция. Эта реакция представляет собой самоподдерживающийся процесс деления ядер изотопов урана (или делящихся изотопов других элементов) под действием элементарных частиц — нейтронов, которые благодаря отсутствию электрического заряда легко проникают в атомные ядра. При делении ядер образуются новые, более легкие ядра — осколки деления, испускаются нейтроны и освобождается большое количество энергии. Так, деление каждого ядра урана-235 сопровождается освобождением приблизительно 200 мегаэлектроновольт энергии. Из них примерно 83 % приходится на долю кинетической энергии осколков деления, которая в результате торможения осколков преобразуется в основном в тепловую энергию. Остальные 17 % ядерной энергии освобождаются в виде энергии свободных нейтронов и различных видов радиоактивного излучения. Вновь образованные нейтроны в свою очередь участвуют в делении других ядер.

ПЕРВЫЕ ШАГИ

Проработка вопросов создания ядерных силовых установок для подводных лодок началась в США в 1944 году, а уже через четыре года первая из них была спроектирована. Там же в июне 1952 года состоялась закладка первой атомной подводной лодки, получившей имя «Наутилус». На первый взгляд она была само воплощение человеческой мечты об истинной подводной лодке. Действительно, где, как только не в мечтах, можно было себе представить подводный корабль длиной почти 100 м способный более месяца, не всплывая, ходить скоростью более 20 узлов. Но, как это часто бывает, ощутимый качественный скачок в одной области технического прогресса повлек за собой целый букет сопутствующих проблем в смежных. Применительно к атомным силовым установкам — это прежде всего вопросы, связанные с ядерной безопасностью их эксплуатации и последующей утилизацией. Но в начале 1950-х годов об этом просто никто не задумывался.

ОБЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ

Основной элемент ядерных энергетических установок — ядерный реактор — специальное устройство, в котором происходит управляемая цепная ядерная реакция. В его состав входят активная зона, отражатель нейтронов, стержни управления и защиты, биологическая защита реактора. Активная зона реактора содержит в себе ядерное горючее и замедлитель нейтронов. В ней протекает управляемая реакция цепного деления ядерного горючего. Ядерное топливо размещается внутри так называемых тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), которые имеют форму цилиндров, стержней, пластин или трубчатых конструкций. Эти элементы образуют решетку, свободное пространство которой заполняется замедлителем. Основными материалами для оболочек тепловыделяющих элементов служат алюминий и цирконий. Нержавеющая сталь применяется в ограниченных количествах и только в реакторах на обогащенном уране, так как сильно поглощает тепловые нейтроны. Для отвода тепла через активную зону прокачивается жидкий теплоноситель.

В энергетических реакторах водо-водяного типа как замедлителем, так и теплоносителем систем является бидистиллят (дважды дистиллированная вода).

Чтобы сделать цепную реакцию возможной, размеры активной зоны реактора должны быть не меньше так называемых критических размеров, при которых эффективный коэффициент размножения равен единице. Критические размеры активной зоны зависят от изотопного состава делящегося вещества (уменьшаются с увеличением обогащения ядерного топлива ураном-235), от количества материалов, поглощающих нейтроны, вида и количества замедлителя, формы активной зоны и т. д. На практике размеры активной зоны назначаются больше критических, чтобы реактор располагал необходимым для нормальной работы запасом реактивности, который постоянно уменьшается и к концу кампании реактора становится равным нулю. Отражатель нейтронов, окружающий активную зону, должен сокращать утечку нейтронов. Он уменьшает критические размеры активной зоны, повышает равномерность нейтронного потока, увеличивает удельную мощность реактора, следовательно, уменьшает размеры реактора и обеспечивает экономию делящихся материалов. Обычно отражатель выполняется из графита, тяжелой воды или бериллия. Стержни управления и защиты содержат в себе материалы, интенсивно поглощающие нейтроны (например, бор, кадмий, гафний). К стержням управления и защиты относятся компенсирующие, регулирующие и аварийные стержни.

ОСНОВНЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ

«Наутилус» имел силовую установку с водо-водяным реактором под давлением. Такие реакторы применены и на подавляющем большинстве других атомных субмарин.

В современных атомных установках ядерная энергия превращается в механическую только посредством тепловых циклов. Во всех механических установках атомных подводных лодок рабочим телом цикла является пар. Паровой цикл с промежуточным теплоносителем, передающим теплоту из активной зоны рабочему телу в парогенераторах, приводит к двухконтурной тепловой схеме энергетической установки. Такая тепловая схема с водо-водяным реактором получила самое широкое распространение на атомных подводных лодках. Первому контуру необходима защита, так как при прокачке теплоносителя через активную зону реактора содержащийся в воде кислород становится радиоактивным. Весь второй контур нерадиоактивен.

Для того чтобы получить во втором контуре пар заданных параметров, вода первого контура должна иметь достаточно высокую температуру, превышающую таковую производимого пара. Для исключения вскипания воды в первом контуре в нем необходимо поддерживать соответствующее избыточное давление, обеспечивающее так называемый «недогрев до кипения». Так, в первом контуре зарубежных корабельных ядерных силовых установок поддерживается давление 140-180 атмосфер, которое позволяет нагревать воду контура до 250-280° С. При этом во втором контуре генерируется насыщенный пар давлением 15-20 атмосфер при температуре 200-250° С. На советских подводных лодках первого поколения температура воды в первом контуре составляла 200° С, а параметры пара — 36 атмосфер и 335° С.

С ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ

В 1957 году в состав ВМС США вошла вторая атомная подводная лодка «Сивулф». Ее принципиальное отличие от «Наутилуса» заключалось в ядерной силовой установке, где применялся реактор с натрием в качестве теплоносителя. Теоретически это должно было снизить удельную массу установки за счет снижения веса биологической защиты, а главное — повышения параметров пара. Температура плавления натрия, составляющая всего 98° С, и высокая температура кипения — более 800° С, а также отличная теплопроводность, в которой натрий уступает только серебру, меди, золоту и алюминию, делает его очень привлекательным для использования в качестве теплоносителя. Нагревая жидкий натрий в реакторе до высокой температуры, при относительно небольшом давлении в первом контуре — порядка 6 атмосфер, во втором контуре получали пар давлением 40-48 атмосфер с температурой перегрева 410-420°С.

Практика показала, что, несмотря на все преимущества, ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем обладает рядом существенных недостатков. Чтобы сохранить натрий в расплавленном состоянии, в том числе и в период бездействия установки, на корабле необходимо иметь специальную постоянно действующую систему подогрева жидкометаллического теплоносителя и обеспечения его циркуляции. В противном случае натрий и сплав промежуточного контура «замерзнут» и энергетическая установка будет выведена из строя. В ходе эксплуатации «Сивулфа» обнаружилось, что жидкий натрий химически чрезмерно агрессивен, в результате чего трубопроводы первого контура и парогенератор быстро коррозировали, вплоть до появления свищей. А это очень опасно, так как натрий или его сплав с калием бурно реагируют с водой вплоть до теплового взрыва. Утечка радиоактивного натрия из контура вынудила сначала отключить пароперегревательные секции парогенератора, что привело к снижению мощности установки до 80 %, а потом, через год с небольшим после вступления в строй, и вообще вывести корабль из состава флота. Опыт «Сивулфа» заставил американских военных моряков окончательно сделать выбор в пользу водо-водяных реакторов. А вот в СССР эксперименты с жидкометаллическим теплоносителем продолжались гораздо дольше. Вместо натрия применялся сплав свинца с висмутом — гораздо менее пожаро- и взрывоопасный. В 1963 году вступает в строй подлодка проекта 645 с таким реактором (по сути — модификация первых советских атомных субмарин проекта 627, на которых применялись водо-водяные реакторы).

А в 1970-е годы состав флота пополнили семь подлодок проекта 705 с ядерной силовой установкой на жидкометаллическим носителе и титановым корпусом. Эти субмарины обладали уникальными характеристиками — они могли развивать скорость до 41 узла и погружаться на глубину 700 м. Но эксплуатация их была чрезвычайно дорогой, из-за чего лодки этого проекта прозвали «золотыми рыбками». В дальнейшем ни в СССР, ни в других странах реакторы с жидкометаллическим теплоносителем не применялись, а повсеместно принятыми стали водо-водяные реакторы.

В 1944 году руководитель «Манхэттенского проекта» (американской атомной программы) генерал Лесли Гроувз создал небольшую рабочую группу для исследования возможностей «неразрушительного применения» ядерной энергии.

Тем самым была начата работа по созданию атомных силовых установок для кораблей. В силу независимости атомной силовой установки от атмосферного воздуха приоритетной областью ее применения стал подводный флот. Использование таких установок на субмаринах позволяло радикально повысить автономность и скрытность — ведь теперь подлодке не надо было всплывать для подзарядки аккумуляторов.

Теоретические исследования показали практическую осуществимость постройки ядерной корабельной силовой установки. Их результаты представили конгрессу в специальном докладе в 1951 году, после чего законодатели выделили необходимые средства. Это позволило флоту подписать контракты с фирмами «Электрик Боут», «Вестингауз Электрик» и «Комбастинг Инжиниринг» на разработку проекта субмарины и атомного реактора к ней. Для последнего выбрали схему с охлаждением водой под давлением (PWR) — как показал дальнейший опыт, наиболее безопасную и простую в эксплуатации. Наземный прототип реактора получил обозначение S1W, а образец, предназначенный для установки на субмарину, — S2W. Буква «S» означала, что реактор предназначен для подводной лодки (реакторы для авианосцев обозначаются буквой «А», а для крейсеров — «С»), a «W» указывала на фирму-разработчика «Вестингауз».

Проектирование и постройка подлодки велись очень быстро. Уже 14 июня 1952 года на верфи «Электрик Боут» в Гротоне (штат Коннектикут) в присутствии президента США Гарри Трумэна состоялась закладка первой атомной субмарины, а 21 января 1954 года лодку спустили на воду. Крестной матерью корабля стала Мэми Эйзенхауэр — жена президента США Дуайта Эйзенхауэра. Лодка, получившая название «Наутилус» и бортовой номер SSN-571, была официально принята в состав флота 30 января 1954 года. Но еще три месяца она оставалась у причала верфи, поскольку ряд важных работ не был завершен. 30 декабря состоялся пуск реактора. 17 января 1955 года «Наутилус» наконец отошел от причала. Командир субмарины коммандер Юджин П. Уилкинсон передал исторический сигнал: «Иду под ядерным двигателем».

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ

Для своего времени «Наутилус» имел значительные размеры: по проекту его подводное водоизмещение достигало 3,5 тыс. т, а длина составляла 98,7 м. Он превосходил новейшие американские дизель-электрические подлодки типа «Тэнг» по водоизмещению на 50 %, а по длине на 15,2 м. Очертания корпуса «Наутилуса» базировались на немецком проекте XXI (времен Второй мировой войны). Большой диаметр корпуса (8,5 м) позволил организовать на большей части длины корпуса три палубы и создать достаточно комфортные условия для экипажа, состоявшего из 12 офицеров и 90 старшин и матросов. Офицеры размещались в каютах (правда, только командир — в одноместной). Каждый из рядового состава имел персональную койку (на дизель-электрических подлодках, как правило, число коек было меньшим, чем численность экипажа, — с учетом того, что часть личного состава постоянно находилась на вахте). Офицерская кают-компания могла одновременно поместить всех офицеров. В кают-компании рядового состава могли одновременно принимать пищу 36 человек, а в качестве кинозала она вмещала до 50 человек. Вооружение «Наутилуса» состояло из шести носовых торпедных аппаратов с боекомплектом 26 торпед. Первоначальным проектом было предусмотрено вооружить лодку крылатыми ракетами «Регулус» (со стартом из надводного положения), но ввиду значительного увеличения массы биологической защиты реактора от этого пришлось отказаться. Основными средствами освещения обстановки были две гидроакустические станции — пассивная AN/BQR-4A (с большой цилиндрической антенной в носовой части лодки) и активная AN/SQS-4.

СИЛОВАЯ УСТАНОВКА

На «Наутилусе» применили однореакторную двухвальную главную энергетическую установку. Корпус реактора S2W весил около 35 т, имел форму цилиндра со сферической крышкой и полусферическим днищем. Высота его составляла 3 м, диаметр 2,7 м. Корпус реактора крепили в вертикальном положении на основание цистерны водяной защиты, которая в свою очередь крепилась на фундаменте в трюме реакторного отсека. Вместе с водяной и композитной защитой высота реактора составляла около 6 м, а диаметр 4,6 м. Активная зона реактора цилиндрической формы диаметром около 1 м. Общий вес загрузки реактора — около 100 кг. Пар, вырабатываемый в результате охлаждения реактора, питал две паровые турбины. Для аварийных случаев и прибережного маневрирования на субмарине имелись два дизель-генератора.

ИСТОРИЯ СЛУЖБЫ

Первые же испытания атомной субмарины «Наутилус» дали ошеломляющие результаты: лодка в подводном положении преодолела дистанцию между базами подводного флота Нью-Лондон и Сан-Хуан за 90 часов.

За это время «Наутилус» прошел 1381 морскую милю (2559 км) со средней скоростью 15,3 узла. Дизель-электрические субмарины в то время были способны преодолеть под водой от силы 200 миль со скоростью 4-5 узлов.

В последующих рейсах «Наутилус» демонстрировал среднюю путевую скорость, близкую к максимальной — показатель, о котором ранее подводники могли только мечтать. Субмарина оказалась способной обогнать противолодочные торпеды, состоящие в то время на вооружении ВМС США! Отличной оказалась и маневренность подлодки.

Однако испытания показали и существенные недостатки лодки, прежде всего — высокий уровень шумов. Главной его причиной стала отнюдь не силовая установка, а вибрация конструкции корабля, вызванная возмущениями обтекания воды за ограждением рубки. В случае превышения частоты этих колебаний 180 в минуту возникала реальная угроза серьезных повреждений конструкции лодки. Высокая шумность существенно снижала боевую ценность «Наутилуса»: при скорости свыше 4 узлов эффективность сонаров становилась нулевой — лодка попросту «глушила» их собственным шумом. Если же скорость превышала 15 узлов, находящейся в центральном посту смене приходилось кричать, чтобы услышать друг друга. Позже субмарину подвергли модификациям, несколько снявшим остроту проблемы шумности. Но в течение всей своей 35-летней службы «Наутилус» оставался по сути опытовым кораблем, а не боевой единицей,

К СЕВЕРНОМУ ПОЛЮСУ

Исключительные возможности ядерной силовой установки позволили реализовать амбициозную задачу — достичь Северного полюса в подводном положении. Однако первая попытка, предпринятая в августе 1957 года, оказалась неудачной. Зайдя под паковые льды, «Наутилус» попытался всплыть в точке, где эхоледомер показал полынью, но напоролся на дрейфующую льдину, серьезно повредив единственный перископ. Лодке пришлось возвратиться. Год спустя была предпринята вторая попытка, оказавшаяся успешной — 3 августа 1958 года «Наутилус» проплыл под Северным полюсом. Событие это произошло во время трансарктического рейса субмарины из Перл-Харбора (Гавайи) в Лондон, подтвердившего возможность маневра атомных подводных лодок между Тихим и Атлантическим океанами через Арктику. Поскольку обычные средства навигации в приполярных акваториях малопригодны, «Наутилус» оборудовали инерциальной навигационной системой «Норт Американ» N6A-1 — корабельным вариантом системы, применявшейся на межконтинентальных крылатых ракетах «Навахо». Весь рейс подо льдом занял четверо суток (96 часов), в течение которых лодка преодолела 1590 миль, всплыв на поверхность северо-восточнее Гренландии.

«Наутилус» стал первой субмариной, достигшей Северного полюса в подводном положении. Первой же лодкой, всплывшей на Северном полюсе, стала другая американская АПЛ — «Скейт». После возвращения из рейса «Наутилус» посетил Нью-Йорк. И если на Северном полюсе после него побывали многие подлодки, то вот в Нью-Йоркский порт больше ни одна атомная субмарина не заходила.

ДАЛЬНЕЙШАЯ СЛУЖБА

Большую часть активной службы «Наутилус» провел в составе 10-й эскадры подлодок, базировавшейся в Нью-Лондоне. Подлодка участвовала в обеспечении боевой подготовки Атлантического флота США и военно-морских сил союзников по НАТО. Участие в маневрах в условиях, приближенных к боевым, порой приводило к весьма опасным инцидентам. Наиболее опасный из них имел место 10 ноября 1966 года, когда «Наутилус», маневрируя на перископной глубине, столкнулся с противолодочным авианосцем «Эссекс» (CVS-9). Авианосец получил пробоину, но остался на плаву. Субмарина же серьезно повредила рубку, но хода не лишилась и смогла добраться до базы. За время службы на «Наутилусе» трижды перезаряжали активную зону реактора: в 1957-м, 1959-ми 1967 годах. В общей сложности лодка прошла более 490 тыс. миль. Интенсивность ее эксплуатации в начальный период службы была гораздо выше. Если за первые два года субмарина преодолела 62,5 тыс. миль (из них более 36 тыс. — в подводном положении), а за последующие два — более 91 тыс., то с 1959 до 1967 года (восемь лет) она про шла 174,5 тыс. миль, а за 12 лет с 1967 до 1979-го — 162,3 тысячи. 3 марта 1980 года «Наутилус» был выведен из боевого состава. Предполагалось его утилизировать, но вскоре решили сохранить первую американскую атомную субмарину в качестве музея. После соответствующей подготовки и вырезки из корпуса реакторного отсека «Наутилус» 11 апреля 1986 года открыли для посетителей. Лодка, имеющая статус национального памятника техники, находится в Гротоне.

Возможно вам будет интересно:

• 
  
•