Reaktor jądrowy do atomowych okrętów podwodnych. Czy Posejdon złoży jajo Dollezhala?
Reaktor jądrowy dla niejądrowej łodzi podwodnej (NAPL). Sprzeczność tkwi w samej nazwie, jednak ta kwestia była dość poważnie rozważana już w ZSRR. W szczególności pomysł umieszczenia małego reaktora jądrowego był rozważany w odniesieniu do okrętów podwodnych Projektu 651. Okręt podwodny projektu 651 z napędem spalinowo-elektrycznym (DEPL) z pociskami manewrującymi stał się największym niejądrowym okrętem podwodnym tego czasu zbudowanym w ZSRR.
Od samego początku, w celu zwiększenia zasięgu podwodnego okrętów podwodnych z silnikiem Diesla Projektu 651, konstruktorzy zastosowali akumulatory srebrno-cynkowe zamiast ołowiowo-kwasowych. W praktyce okazało się, że akumulatory srebrno-cynkowe mają dwie krytyczne wady: wysoki koszt i krótki okres eksploatacji (do 100 cykli ładowania-rozładowania), co przesądziło o powrocie do akumulatorów kwasowo-ołowiowych.
Jednak oprócz akumulatorów o zwiększonej pojemności rozważano również bardziej radykalne rozwiązania dla okrętów podwodnych z napędem dieslowo-elektrycznym Projektu 651. Zasadniczo Marynarka Wojenna ZSRR, równolegle z budową łodzi Projektu 651, przygotowywała się do budowy atomowych okrętów podwodnych (NPS) Projektu 675, z tymi samymi pociskami manewrującymi P-6, które zostały zainstalowane w Projekcie 651 diesel-elektryczne okręty podwodne. Jednak atomowe okręty podwodne projektu 675 były znacznie droższe niż diesel-elektryczne okręty podwodne projektu 651. Potrzebne było rozwiązanie, które pozwoliłoby okrętom podwodnym (okrętom podwodnym) projektu 651 uzyskać nieograniczony zasięg podwodnych okrętów podwodnych przy zachowaniu innych charakterystyka na poziomie okrętów podwodnych z napędem spalinowo-elektrycznym oryginalnego projektu.
Jako rozwiązanie rozważano stworzenie małego reaktora jądrowego, tak zwanego „jajka Dollezhala”, nazwanego na cześć jego twórcy Nikołaja Dollezhala, głównego projektanta reaktorów jądrowych dla marynarki wojennej ZSRR. Na początkowym etapie projekt polegał na umieszczeniu reaktora w osobnej kapsule i holowaniu go na kablu z kablem w celu porzucenia ciężkiej ochrony biologicznej. Jednak taka koncepcja została natychmiast odrzucona, zarówno z powodu dużego prawdopodobieństwa utraty kapsuły z reaktorem, jak i potencjalnej możliwości śledzenia okrętów podwodnych po radioaktywnym śladzie. W przyszłości rozważano umieszczenie reaktora poza solidnym kadłubem okrętu podwodnego z silnikiem Diesla, ale w ramach jednej „sztywnej” konstrukcji okrętu podwodnego.
Oczywiście ówczesne technologie nie pozwoliły na stworzenie wystarczająco kompaktowego i niezawodnego reaktora bezobsługowego o akceptowalnych właściwościach. W przyszłości niejednokrotnie powracał pomysł zainstalowania elektrowni jądrowej (NPP) na okrętach podwodnych z napędem spalinowo-elektrycznym. W szczególności, na podstawie okrętu podwodnego z silnikiem Diesla projektu 651, opracowano projekt 683 w celu stworzenia masowo produkowanego okrętu podwodnego wyposażonego w elektrownię jądrową małej mocy. Ta łódź podwodna miała być budowana w dużych ilościach w fabrykach, które wcześniej produkowały okręty podwodne z silnikiem Diesla. Projekt 683 przeciągał się i nie był rozwijany, prawdopodobnie dlatego, że do tego czasu ZSRR miał już wystarczającą zdolność produkcyjną do produkcji pełnoprawnych statków o napędzie jądrowym w ilościach wymaganych przez marynarkę wojenną.
Nie zapomniano również o projekcie 651. W 1985 roku jedna z łodzi tego projektu została przeprojektowana zgodnie z projektem 651E, opracowanym jeszcze w 1977 roku. W ramach modernizacji okręt podwodny został wyposażony w kompaktową elektrownię jądrową małej mocy opracowaną w Instytucie Naukowo-Badawczym Energetyki (NIKIET) - obecnie Orderu Instytutu Badawczo-Konstrukcyjnego Energetyki im. Lenina im. Dolezhal". W ramach projektu 651E elektrownia atomowa małej mocy została umieszczona w dolnej części rufowej łodzi podwodnej poza kadłubem ciśnieniowym. Zastosowano reaktor jednopętlowy typu wrzącego. Jednak okręt podwodny Project 651E również nie opuścił etapu prototypu.
Wraz z rozpadem ZSRR i utratą znacznej części potencjału przemysłowego Rosja ponownie stanęła przed problemem niedoboru atomowych okrętów podwodnych. Projekt wielozadaniowej atomowej łodzi podwodnej (MCAPL) 885/885M „Ash”, pomimo wszystkich swoich zalet, okazał się niezwykle kosztowny i trudny do zbudowania. W sumie planuje się budowę siedmiu ICAPL projektu 885/885M, co jest całkowicie niewystarczające w warunkach szybkiego starzenia się atomowych okrętów podwodnych trzeciej generacji projektów 971, 945/945A w rosyjskiej marynarce wojennej.
W tej chwili trwa projekt wielozadaniowej atomowej łodzi podwodnej nowej generacji „Husky”. Projekt Husky jest wciąż bardziej pełen plotek niż prawdziwych informacji. Przypuszczalnie atomowe okręty podwodne tego projektu będą mniejsze i tańsze niż ICAPL projektu 885 / 885M, co pozwala na porównanie z super drogimi amerykańskimi atomowymi okrętami podwodnymi Seawolf i opracowanymi przez niego w celu zastąpienia bardziej wszechstronnych i stosunkowo niedrogie atomowe okręty podwodne typu Virginia.
Jednocześnie istnieje ryzyko, że projekt Husky, zwłaszcza jeśli wdraża wysoki wskaźnik nowości technicznych, może napotkać nieprzewidziane opóźnienia i wzrost kosztów.
Innym sposobem na wzmocnienie komponentu okrętów podwodnych Marynarki Wojennej jest budowa okrętów podwodnych niejądrowych. A w tym segmencie rosyjskiej marynarki wojennej też nie wszystko idzie gładko. Obecnie światowym trendem jest wyposażanie niejądrowych okrętów podwodnych w niezależne od powietrza elektrownie (VNEU), wykonane na różnych zasadach – ogniwa paliwowe, silnik Stirlinga. Obecność VNEU umożliwia drastyczne zwiększenie zasięgu podwodnego kursu okrętów podwodnych niejądrowych, zbliżając ich możliwości do atomowych okrętów podwodnych, przy znacznie niższym koszcie tych pierwszych.
Niestety rosyjskie projekty VNEU dotyczące atomowych okrętów podwodnych Projektu 677 Łada napotkały problemy, podobnie jak cały Projekt 677, w wyniku czego pierwsze okręty podwodne tego projektu prawdopodobnie zostaną wdrożone bez instalacji VNEU.
Inną opcję - wyposażenie NNS w baterie litowe o zwiększonej pojemności wybrała japońska marynarka wojenna, która również obsługuje NNS z silnikiem Stirlinga. Zakłada się, że zastosowanie baterii litowych o dużej pojemności pozwoli na zasięg autonomii NNS porównywalny z tym, który pozwala na zastosowanie VNEU, ale jednocześnie baterie litowe zapewnią większy zasięg podwodnych podróży przy dużych prędkościach.
Krytycy baterii litowych mówią o ich skłonności do zapalania się i eksplodowania. Można jednak przypuszczać, że przemysłowe, a tym bardziej wojskowe zastosowanie takich baterii będzie wiązało się z większą dbałością o kwestie bezpieczeństwa i minimalizowaniem potencjalnych zagrożeń przegrzania lub deformacji baterii. Największą przeszkodą we wprowadzaniu baterii litowych do NNS jest ich wysoki koszt.
Perspektywa wykorzystania baterii litowych w interesie Marynarki Wojennej potwierdza intensyfikacja ich rozwoju przez europejskich producentów.
Na wystawie Euronaval 2018 w Paryżu w 2018 r. francuskie stowarzyszenie stoczniowe Naval Group i niemieckie stowarzyszenie TKMS ogłosiły stworzenie własnych akumulatorów litowo-jonowych do okrętów podwodnych. Obie firmy niezależnie opracowują baterie litowe do okrętów podwodnych z SAFT, głównym francuskim producentem przemysłowych baterii i akumulatorów litowych.
Naval Group planuje wykorzystać baterie litowe LIBRT w zaawansowanych SMX-31 NNS, a TKMS opracowuje uniwersalne rozwiązanie, które można zintegrować z istniejącym i budowanym niemieckim NNS projektów 212 i 214.
W Rosji sytuacja z produkcją nowoczesnych baterii litowych jest raczej niepewna.
Liotech, spółka zależna RUSNANO, produkuje akumulatory wykonane w technologii litowo-żelazowo-fosforanowej (LiFePO4). Akumulatory te mają pewne zalety, w szczególności wysokie bezpieczeństwo użytkowania, możliwość bezpiecznego szybkiego ładowania i bezpiecznego rozładowania dużymi prądami. Jednocześnie pojemność LiFePO4 jest znacznie (około dwa razy) gorsza od akumulatorów litowych wykonanych w technologii litowo-kobaltowej lub w innych technologiach. Informacja o bankructwie firmy kilkakrotnie pojawiała się w mediach, jednak obecnie funkcjonuje strona internetowa firmy.
W 2015 roku Centrum Badań Autonomicznych Źródeł Energii wraz z Zakładem Autonomicznych Źródeł Energii PJSC ogłosiły otwarcie produkcji pełnego cyklu akumulatorów litowo-jonowych. Jednak na chwilę obecną brak jest informacji na temat skali produkcji i stopnia lokalizacji.
Technologie zarówno baterii LiFePO4, jak i innych typów baterii litowych będą się rozwijać, a ich wdrożenie w Rosji, a także możliwość wykorzystania ich jako źródła zasilania dla NNS, zasługują na dokładne zbadanie przez wyspecjalizowane organizacje.
Brak sprawnego krajowego VNEU i rozwiązania oparte na wysokowydajnych bateriach litowych, w połączeniu z wysokimi kosztami i opóźnieniami w budowie wielozadaniowych atomowych okrętów podwodnych, mogą zmusić Rosyjską Marynarkę Wojenną do powrotu do koncepcji wyposażania okrętów podwodnych o napędzie spalinowo-elektrycznym w elektrownie jądrowe. W tej chwili na świecie pod wpływem „zielonych” następuje odejście od energetyki jądrowej. Rosja na krótką metę nie planuje porzucić „pokojowego atomu”, aktywnie rozwija się w tym kierunku i najprawdopodobniej jest „pierwszą wśród równych sobie” w dziedzinie energetyki jądrowej.
Jednym z przykładów pojawienia się przełomowych technologii wśród rosyjskich naukowców nuklearnych jest stworzenie małej elektrowni jądrowej dla bezzałogowego pojazdu podwodnego Poseidon (UUV) oraz silnika rakietowego jądrowego dla pocisku manewrującego Burevestnik o nieograniczonym zasięgu lotu.
Brak wiarygodnych danych na temat elektrowni jądrowej Poseidon BPA. Przypuszczalnie może to być reaktor z chłodziwem w postaci ciekłego metalu o mocy około 8-10 MW, w oparciu o ten opracowany przez A.P. Aleksandrov (NITI) projektu AMB-8, z cichymi pompami magnetohydrodynamicznymi do chłodzenia obiegu pierwotnego.
Biorąc pod uwagę specyfikę użytkowania UAV Poseidon, jego elektrownia jądrowa może mieć ograniczoną żywotność, wynoszącą kilka tysięcy godzin, co nie pozwoli na bezpośrednie wypożyczenie jej na obiecujące okręty podwodne, ale pozostawia ją jako źródło rozwiązań technologicznych.
Wątpliwości budzi obecność ochrony radiologicznej w elektrowni jądrowej w bezzałogowym statku powietrznym Poseidon. Z jednej strony nieobecność załogi nie wymaga pełnej ochrony radiologicznej, jedynie tzw. Ochrona „zacieniona” przedziałów z wrażliwymi urządzeniami. Z drugiej strony brak ochrony radiologicznej może skomplikować pracę UAV Poseidon – montaż/demontaż z nośnika, konserwacja, nawet jeśli jego reaktor jest domyślnie „wyłączony”.
Zarówno w ZSRR, jak i Rosji bardzo aktywnie rozwijano reaktory z chłodziwem płynnym metalem, aż do seryjnego użycia na okrętach podwodnych projektu 705 Lira, które mają zarówno wybitne właściwości techniczne, jak i szeroki zestaw nierozwiązywalnych problemów. Jest prawdopodobne, że elektrownia jądrowa "ciekły metal" (przypuszczalnie) Poseidon BPA jest skuteczna tylko w ramach rozwiązywanego zadania i nie może być przystosowana do długotrwałej bezawaryjnej pracy.
Jeśli niemożliwe jest wdrożenie elektrowni jądrowej z chłodziwem ciekłym metalem i długim cyklem autonomicznej bezawaryjnej pracy, to opcja stworzenia elektrowni jądrowej małej mocy opartej na reaktorach opracowanych w tym samym NIKIECIE, w którym jajko Dollezhal został wcześniej zaprojektowany.
Z artykułu Zastępcy Dyrektora - Generalnego Projektanta Obiektów Cywilnych SA "NIKIET" A.O. Pimienow:
W szczególności elektrownie jądrowe małej mocy Vityaz, Shelf i ATGOR (ASMM) powinny mieć minimalne wymiary i wysoką autonomię. Zostały zaprojektowane w obudowie zamkniętej, co zwiększa poziom bezpieczeństwa ASMM. Modułowa, przewoźna zintegrowana elektrownia „Witiaź”, oparta na reaktorze ciśnieniowym chłodzonym wodą, o mocy elektrycznej 1 MW i mocy cieplnej 6 MW, ważąca nie więcej niż 60 ton. Podstawowa kampania to 40 000 godzin, okres tankowania XNUMX lat, chłodzenie powietrzem, mechaniczna cyrkulacja powietrza.
W zakresie mocy od 1 do 10 MW zaproponowano projekt ASMM Shelf i obiecujący projekt ATGOR, oparty na niskoenergetycznym reaktorze otwartym cyklu chłodzonego gazem. Mobilna instalacja "ATGOR" na naczepie jest w stanie dostarczyć 3,5 MW mocy cieplnej i 0,4-1,2 MW mocy elektrycznej. Żywotność wynosi 60 lat, paliwo jądrowe uzupełniane jest raz na dziesięć lat.
ASMM „Półka” jest głównym rozwinięciem „NIKIETU”, może być dostarczana w postaci gotowej do użytku kapsuły energetycznej i jest przeznaczona do zasilania urządzeń technicznych pracujących na polach naftowych i gazowych, w tym położonych w znacznej odległość od wybrzeża i mająca całoroczny cykl pracy przez 25-30 lat. ASMM „Shelf” obejmuje dwuobwodową elektrownię reaktora jądrowego z integralnym reaktorem chłodzonym wodą o mocy cieplnej 28 MW, elektrownię turbogeneratora, która zapewnia wytwarzanie energii elektrycznej o mocy 6 MW oraz system automatycznego i zdalnego sterowania, monitorowania i ochrona środków technicznych zakładu.
Żywotność ASMM „Shelf” wynosi 60 lat, podstawowa kampania to 40 000 godzin, częstotliwość tankowania to sześć lat. Masa transportowanego modułu to 375 t. Reaktor jest chroniony skrzynką bezpieczeństwa, która w razie awarii z utratą chłodziwa zapewnia 72 godziny na podjęcie decyzji o dalszych działaniach. Turbogenerator jest dostępny do naprawy. Przed wpływem czynników zewnętrznych wszystkie elementy SSMM „Półka” są pokryte powłoką ochronną.
Można zatem założyć, że rozwój rosyjskich naukowców jądrowych umożliwia stworzenie kompaktowej autonomicznej elektrowni jądrowej o mocy elektrycznej 1-6 MW o żywotności do dziesięciu (i być może więcej) lat między rdzeniem reaktora. tankowanie. Jeśli na bazie reaktorów z chłodziwem z ciekłego metalu można stworzyć kompaktową elektrownię jądrową, to jej charakterystyka może być jeszcze bardziej imponująca. Umieszczenie reaktora w izolowanej kapsule pozwoli na jak największe odizolowanie go od kadłuba okrętu podwodnego i zapobiegnie znacznemu wzrostowi hałasu w porównaniu z okrętami podwodnymi typu NSNS / diesel-electric.
Przede wszystkim trzeba powiedzieć, że stwierdzenia „nie potrzebujemy atomowych okrętów podwodnych, konwencjonalne okręty podwodne z silnikiem Diesla wystarczą” nie wytrzymują krytyki i odnoszą się do próby samozadowolenia – „jeśli nie możemy zrób to, wtedy nie potrzebujemy tego.” Czasy klasycznych okrętów podwodnych z napędem spalinowo-elektrycznym dobiegają końca, ich potencjał eksportowy gwałtownie spadnie nie z powodu „mody” na atomowe okręty podwodne, ale dlatego, że konieczność częstego wynurzania w celu ładowania akumulatorów jest katastrofalna dla okrętu podwodnego. Biorąc pod uwagę szybki wzrost liczby opracowywanych m.in. w interesie Marynarki Wojennej bezzałogowych statków powietrznych (UAV), okręt podwodny o napędzie spalinowo-elektrycznym, który wynurzył się na głębokości peryskopowej i ładuje akumulatory, najprawdopodobniej zostanie wykryty przez radar lub kamera termowizyjna UAV i zniszczone.
Czy rosyjska marynarka wojenna potrzebuje okrętów podwodnych z napędem spalinowo-elektrycznym z pomocniczą elektrownią atomową, czy może lepiej skupić się na rozwoju VNEU i nowoczesnych baterii do atomowych okrętów podwodnych? Odpowiedź na to pytanie wymaga odpowiedzi na kilka innych pytań:
1. Jak skuteczna i droga (niedroga) okaże się atomowa łódź podwodna projektu Husky i ile będzie kosztować łódź podwodna z napędem spalinowo-elektrycznym z pomocniczą elektrownią jądrową?
2. Czy przemysł Federacji Rosyjskiej jest w stanie stworzyć VNEU w rozsądnym czasie i po akceptowalnych kosztach lub wyprodukować nowoczesne baterie, których zastosowanie na krajowych atomowych okrętach podwodnych pozwoli im konkurować z najlepszymi światowymi odpowiednikami?
Zgodnie z ust. 1. Jeśli z jakiegoś powodu atomowe okręty podwodne projektu Husky okażą się drogie, a ich budowa potrwa długo, a okręty podwodne z napędem spalinowo-elektrycznym z pomocniczą elektrownią atomową okażą się znacznie tańsze, aczkolwiek ze względu na do bardziej skromnych cech i łatwiejszych w budowie, taki projekt może być rozważony i wdrożony, aby zapewnić marynarce wojennej wystarczającą liczbę okrętów podwodnych.
Koszt projektu ICAPL 885/885M wynosi od 30 do 47 miliardów rubli. (od 1 do 1,5 miliarda dolarów), koszt projektu SSBN 955/955A to około 23 miliardy rubli. (0,7 mld dolarów). Wartość eksportu okrętów podwodnych z silnikiem Diesla Projektu 636 wynosi odpowiednio 300 milionów dolarów, a ich koszt dla rosyjskiej marynarki wojennej powinien wynosić około 150-200 milionów dolarów. Nawet jeśli ich koszt, w przypadku wyposażenia pomocniczej elektrowni jądrowej, podwoi się, to w tym przypadku koszt okrętów podwodnych o napędzie spalinowo-elektrycznym z elektrowniami jądrowymi będzie trzy do czterech razy niższy niż koszt ICAPL projektu 885 /885 mln. Nie oznacza to wcale, że konieczne jest porzucenie „prawdziwych” statków o napędzie jądrowym na rzecz okrętów podwodnych z napędem spalinowo-elektrycznym z elektrowniami jądrowymi, ale fakt, że ich istnienie w flota może być całkiem opłacalne, potwierdza.
W punkcie 2. Problem VNEU i akumulatorów o zwiększonej pojemności będzie musiał zostać rozwiązany w taki czy inny sposób, przynajmniej po to, aby zapewnić przemysłowi stoczniowemu zamówienia eksportowe. Jeśli czas utworzenia VNEU i akumulatorów o zwiększonej pojemności zostanie opóźniony, a ich charakterystyka i koszt nie spełnią wymagań rosyjskiej marynarki wojennej, wówczas może być popyt na projekt okrętu podwodnego z napędem spalinowo-elektrycznym z pomocniczą elektrownią jądrową, w przeciwnym razie jego wykonalność może być kwestionowana.
Czy możliwe jest wstawienie przedziału z elektrownią jądrową do istniejących projektów 636 lub 677? Projekt 636 jest zbyt stary, aby wprowadzić tak radykalne innowacje, jak pomocnicza elektrownia jądrowa. Możliwość wstawienia pomocniczej elektrowni jądrowej do okrętu podwodnego Projektu 677 mogą ocenić jedynie twórcy tego okrętu podwodnego wraz z konstruktorami elektrowni jądrowej. Według niektórych źródeł los projektu 677 jest już w zawieszeniu, tylko z powodu problemów z elektrownią. W tym przypadku badanie instalacji pomocniczej elektrowni jądrowej może zarówno ożywić, jak i ostatecznie pogrzebać projekt 677.
Jeszcze mniej informacji jest dostępnych na temat projektu rosyjskiego atomowego okrętu podwodnego piątej generacji Kalina. Informacje fragmentaryczne zawierają informacje o rozwoju kilku wersji, zarówno z bateriami VNEU, jak iz bateriami o zwiększonej pojemności. Czy ta informacja jest wiarygodna, czy jest dobrym życzeniem, można się tylko domyślać, a zatem nie ma sensu spekulować o możliwości wykorzystania pomocniczej elektrowni jądrowej na okręcie podwodnym projektu Kalina.
Tak więc, konieczność opracowania okrętów podwodnych o napędzie dieslowo-elektrycznym z pomocniczą elektrownią jądrową dla rosyjskiej marynarki wojennej można powiązać z następującymi głównymi czynnikami: kosztem i czasem budowy obiecujących atomowych okrętów podwodnych projektu Husky oraz kosztem i czasem trwania tworzenie niejądrowych okrętów podwodnych z bateriami VNEU lub o zwiększonej pojemności.
Z drugiej strony postęp w tworzeniu małych elektrowni jądrowych może doprowadzić do tego, że będą się one rozwijać niezależnie od sukcesu w tworzeniu VNEU lub baterii o zwiększonej pojemności i będą realizowane i poszukiwane w ramach jednego projektu obiecującej łodzi podwodnej.
Jajko Dollezhala
Od samego początku, w celu zwiększenia zasięgu podwodnego okrętów podwodnych z silnikiem Diesla Projektu 651, konstruktorzy zastosowali akumulatory srebrno-cynkowe zamiast ołowiowo-kwasowych. W praktyce okazało się, że akumulatory srebrno-cynkowe mają dwie krytyczne wady: wysoki koszt i krótki okres eksploatacji (do 100 cykli ładowania-rozładowania), co przesądziło o powrocie do akumulatorów kwasowo-ołowiowych.
Jednak oprócz akumulatorów o zwiększonej pojemności rozważano również bardziej radykalne rozwiązania dla okrętów podwodnych z napędem dieslowo-elektrycznym Projektu 651. Zasadniczo Marynarka Wojenna ZSRR, równolegle z budową łodzi Projektu 651, przygotowywała się do budowy atomowych okrętów podwodnych (NPS) Projektu 675, z tymi samymi pociskami manewrującymi P-6, które zostały zainstalowane w Projekcie 651 diesel-elektryczne okręty podwodne. Jednak atomowe okręty podwodne projektu 675 były znacznie droższe niż diesel-elektryczne okręty podwodne projektu 651. Potrzebne było rozwiązanie, które pozwoliłoby okrętom podwodnym (okrętom podwodnym) projektu 651 uzyskać nieograniczony zasięg podwodnych okrętów podwodnych przy zachowaniu innych charakterystyka na poziomie okrętów podwodnych z napędem spalinowo-elektrycznym oryginalnego projektu.
Okręt podwodny spalinowo-elektryczny projektu 651
Jako rozwiązanie rozważano stworzenie małego reaktora jądrowego, tak zwanego „jajka Dollezhala”, nazwanego na cześć jego twórcy Nikołaja Dollezhala, głównego projektanta reaktorów jądrowych dla marynarki wojennej ZSRR. Na początkowym etapie projekt polegał na umieszczeniu reaktora w osobnej kapsule i holowaniu go na kablu z kablem w celu porzucenia ciężkiej ochrony biologicznej. Jednak taka koncepcja została natychmiast odrzucona, zarówno z powodu dużego prawdopodobieństwa utraty kapsuły z reaktorem, jak i potencjalnej możliwości śledzenia okrętów podwodnych po radioaktywnym śladzie. W przyszłości rozważano umieszczenie reaktora poza solidnym kadłubem okrętu podwodnego z silnikiem Diesla, ale w ramach jednej „sztywnej” konstrukcji okrętu podwodnego.
Oczywiście ówczesne technologie nie pozwoliły na stworzenie wystarczająco kompaktowego i niezawodnego reaktora bezobsługowego o akceptowalnych właściwościach. W przyszłości niejednokrotnie powracał pomysł zainstalowania elektrowni jądrowej (NPP) na okrętach podwodnych z napędem spalinowo-elektrycznym. W szczególności, na podstawie okrętu podwodnego z silnikiem Diesla projektu 651, opracowano projekt 683 w celu stworzenia masowo produkowanego okrętu podwodnego wyposażonego w elektrownię jądrową małej mocy. Ta łódź podwodna miała być budowana w dużych ilościach w fabrykach, które wcześniej produkowały okręty podwodne z silnikiem Diesla. Projekt 683 przeciągał się i nie był rozwijany, prawdopodobnie dlatego, że do tego czasu ZSRR miał już wystarczającą zdolność produkcyjną do produkcji pełnoprawnych statków o napędzie jądrowym w ilościach wymaganych przez marynarkę wojenną.
Szacunkowa charakterystyka wydajności projektu 683
Nie zapomniano również o projekcie 651. W 1985 roku jedna z łodzi tego projektu została przeprojektowana zgodnie z projektem 651E, opracowanym jeszcze w 1977 roku. W ramach modernizacji okręt podwodny został wyposażony w kompaktową elektrownię jądrową małej mocy opracowaną w Instytucie Naukowo-Badawczym Energetyki (NIKIET) - obecnie Orderu Instytutu Badawczo-Konstrukcyjnego Energetyki im. Lenina im. Dolezhal". W ramach projektu 651E elektrownia atomowa małej mocy została umieszczona w dolnej części rufowej łodzi podwodnej poza kadłubem ciśnieniowym. Zastosowano reaktor jednopętlowy typu wrzącego. Jednak okręt podwodny Project 651E również nie opuścił etapu prototypu.
Wielozadaniowe rosyjskie atomowe okręty podwodne
Wraz z rozpadem ZSRR i utratą znacznej części potencjału przemysłowego Rosja ponownie stanęła przed problemem niedoboru atomowych okrętów podwodnych. Projekt wielozadaniowej atomowej łodzi podwodnej (MCAPL) 885/885M „Ash”, pomimo wszystkich swoich zalet, okazał się niezwykle kosztowny i trudny do zbudowania. W sumie planuje się budowę siedmiu ICAPL projektu 885/885M, co jest całkowicie niewystarczające w warunkach szybkiego starzenia się atomowych okrętów podwodnych trzeciej generacji projektów 971, 945/945A w rosyjskiej marynarce wojennej.
Projekt ICAPL 885/885M
W tej chwili trwa projekt wielozadaniowej atomowej łodzi podwodnej nowej generacji „Husky”. Projekt Husky jest wciąż bardziej pełen plotek niż prawdziwych informacji. Przypuszczalnie atomowe okręty podwodne tego projektu będą mniejsze i tańsze niż ICAPL projektu 885 / 885M, co pozwala na porównanie z super drogimi amerykańskimi atomowymi okrętami podwodnymi Seawolf i opracowanymi przez niego w celu zastąpienia bardziej wszechstronnych i stosunkowo niedrogie atomowe okręty podwodne typu Virginia.
Amerykańskie wielozadaniowe atomowe okręty podwodne „Seawolf” (po lewej) i „Virginia” (po prawej)
Jednocześnie istnieje ryzyko, że projekt Husky, zwłaszcza jeśli wdraża wysoki wskaźnik nowości technicznych, może napotkać nieprzewidziane opóźnienia i wzrost kosztów.
NPL w Rosji i na świecie
Innym sposobem na wzmocnienie komponentu okrętów podwodnych Marynarki Wojennej jest budowa okrętów podwodnych niejądrowych. A w tym segmencie rosyjskiej marynarki wojennej też nie wszystko idzie gładko. Obecnie światowym trendem jest wyposażanie niejądrowych okrętów podwodnych w niezależne od powietrza elektrownie (VNEU), wykonane na różnych zasadach – ogniwa paliwowe, silnik Stirlinga. Obecność VNEU umożliwia drastyczne zwiększenie zasięgu podwodnego kursu okrętów podwodnych niejądrowych, zbliżając ich możliwości do atomowych okrętów podwodnych, przy znacznie niższym koszcie tych pierwszych.
Szwedzki okręt podwodny typu „Gotland” wyposażony w silnik Stirlinga oraz niemiecki okręt podwodny projektu 214 z VNEU opartym na wodorowych ogniwach paliwowych
Niestety rosyjskie projekty VNEU dotyczące atomowych okrętów podwodnych Projektu 677 Łada napotkały problemy, podobnie jak cały Projekt 677, w wyniku czego pierwsze okręty podwodne tego projektu prawdopodobnie zostaną wdrożone bez instalacji VNEU.
Projekt okrętu podwodnego 677 „Łada”
Baterie do NNS
Inną opcję - wyposażenie NNS w baterie litowe o zwiększonej pojemności wybrała japońska marynarka wojenna, która również obsługuje NNS z silnikiem Stirlinga. Zakłada się, że zastosowanie baterii litowych o dużej pojemności pozwoli na zasięg autonomii NNS porównywalny z tym, który pozwala na zastosowanie VNEU, ale jednocześnie baterie litowe zapewnią większy zasięg podwodnych podróży przy dużych prędkościach.
Krytycy baterii litowych mówią o ich skłonności do zapalania się i eksplodowania. Można jednak przypuszczać, że przemysłowe, a tym bardziej wojskowe zastosowanie takich baterii będzie wiązało się z większą dbałością o kwestie bezpieczeństwa i minimalizowaniem potencjalnych zagrożeń przegrzania lub deformacji baterii. Największą przeszkodą we wprowadzaniu baterii litowych do NNS jest ich wysoki koszt.
W marcu 2020 roku japońska marynarka wojenna ma przyjąć atomowe okręty podwodne klasy Soryu z bateriami litowymi.
Perspektywa wykorzystania baterii litowych w interesie Marynarki Wojennej potwierdza intensyfikacja ich rozwoju przez europejskich producentów.
Na wystawie Euronaval 2018 w Paryżu w 2018 r. francuskie stowarzyszenie stoczniowe Naval Group i niemieckie stowarzyszenie TKMS ogłosiły stworzenie własnych akumulatorów litowo-jonowych do okrętów podwodnych. Obie firmy niezależnie opracowują baterie litowe do okrętów podwodnych z SAFT, głównym francuskim producentem przemysłowych baterii i akumulatorów litowych.
Naval Group planuje wykorzystać baterie litowe LIBRT w zaawansowanych SMX-31 NNS, a TKMS opracowuje uniwersalne rozwiązanie, które można zintegrować z istniejącym i budowanym niemieckim NNS projektów 212 i 214.
Typowe ogniwo litowo-jonowe do okrętów podwodnych prezentowane przez niemieckie stowarzyszenie TKMS na Euronaval 2018
W Rosji sytuacja z produkcją nowoczesnych baterii litowych jest raczej niepewna.
Liotech, spółka zależna RUSNANO, produkuje akumulatory wykonane w technologii litowo-żelazowo-fosforanowej (LiFePO4). Akumulatory te mają pewne zalety, w szczególności wysokie bezpieczeństwo użytkowania, możliwość bezpiecznego szybkiego ładowania i bezpiecznego rozładowania dużymi prądami. Jednocześnie pojemność LiFePO4 jest znacznie (około dwa razy) gorsza od akumulatorów litowych wykonanych w technologii litowo-kobaltowej lub w innych technologiach. Informacja o bankructwie firmy kilkakrotnie pojawiała się w mediach, jednak obecnie funkcjonuje strona internetowa firmy.
Ogniwo akumulatorowe LiFePO4 firmy Liotech
W 2015 roku Centrum Badań Autonomicznych Źródeł Energii wraz z Zakładem Autonomicznych Źródeł Energii PJSC ogłosiły otwarcie produkcji pełnego cyklu akumulatorów litowo-jonowych. Jednak na chwilę obecną brak jest informacji na temat skali produkcji i stopnia lokalizacji.
Technologie zarówno baterii LiFePO4, jak i innych typów baterii litowych będą się rozwijać, a ich wdrożenie w Rosji, a także możliwość wykorzystania ich jako źródła zasilania dla NNS, zasługują na dokładne zbadanie przez wyspecjalizowane organizacje.
Nowoczesne rosyjskie elektrownie jądrowe
Brak sprawnego krajowego VNEU i rozwiązania oparte na wysokowydajnych bateriach litowych, w połączeniu z wysokimi kosztami i opóźnieniami w budowie wielozadaniowych atomowych okrętów podwodnych, mogą zmusić Rosyjską Marynarkę Wojenną do powrotu do koncepcji wyposażania okrętów podwodnych o napędzie spalinowo-elektrycznym w elektrownie jądrowe. W tej chwili na świecie pod wpływem „zielonych” następuje odejście od energetyki jądrowej. Rosja na krótką metę nie planuje porzucić „pokojowego atomu”, aktywnie rozwija się w tym kierunku i najprawdopodobniej jest „pierwszą wśród równych sobie” w dziedzinie energetyki jądrowej.
Jednym z przykładów pojawienia się przełomowych technologii wśród rosyjskich naukowców nuklearnych jest stworzenie małej elektrowni jądrowej dla bezzałogowego pojazdu podwodnego Poseidon (UUV) oraz silnika rakietowego jądrowego dla pocisku manewrującego Burevestnik o nieograniczonym zasięgu lotu.
Bezzałogowy pojazd podwodny „Poseidon”
Brak wiarygodnych danych na temat elektrowni jądrowej Poseidon BPA. Przypuszczalnie może to być reaktor z chłodziwem w postaci ciekłego metalu o mocy około 8-10 MW, w oparciu o ten opracowany przez A.P. Aleksandrov (NITI) projektu AMB-8, z cichymi pompami magnetohydrodynamicznymi do chłodzenia obiegu pierwotnego.
Biorąc pod uwagę specyfikę użytkowania UAV Poseidon, jego elektrownia jądrowa może mieć ograniczoną żywotność, wynoszącą kilka tysięcy godzin, co nie pozwoli na bezpośrednie wypożyczenie jej na obiecujące okręty podwodne, ale pozostawia ją jako źródło rozwiązań technologicznych.
Wątpliwości budzi obecność ochrony radiologicznej w elektrowni jądrowej w bezzałogowym statku powietrznym Poseidon. Z jednej strony nieobecność załogi nie wymaga pełnej ochrony radiologicznej, jedynie tzw. Ochrona „zacieniona” przedziałów z wrażliwymi urządzeniami. Z drugiej strony brak ochrony radiologicznej może skomplikować pracę UAV Poseidon – montaż/demontaż z nośnika, konserwacja, nawet jeśli jego reaktor jest domyślnie „wyłączony”.
Zarówno w ZSRR, jak i Rosji bardzo aktywnie rozwijano reaktory z chłodziwem płynnym metalem, aż do seryjnego użycia na okrętach podwodnych projektu 705 Lira, które mają zarówno wybitne właściwości techniczne, jak i szeroki zestaw nierozwiązywalnych problemów. Jest prawdopodobne, że elektrownia jądrowa "ciekły metal" (przypuszczalnie) Poseidon BPA jest skuteczna tylko w ramach rozwiązywanego zadania i nie może być przystosowana do długotrwałej bezawaryjnej pracy.
Okręt podwodny projektu 705/705K „Lira” z reaktorem z chłodziwem płynnym metalowym
Jeśli niemożliwe jest wdrożenie elektrowni jądrowej z chłodziwem ciekłym metalem i długim cyklem autonomicznej bezawaryjnej pracy, to opcja stworzenia elektrowni jądrowej małej mocy opartej na reaktorach opracowanych w tym samym NIKIECIE, w którym jajko Dollezhal został wcześniej zaprojektowany.
Z artykułu Zastępcy Dyrektora - Generalnego Projektanta Obiektów Cywilnych SA "NIKIET" A.O. Pimienow:
Aby zaspokoić potrzeby energetyczne pól arktycznych, NIKIET oferuje szereg rozwiązań: od przenośnej małej stacji Vityaz z reaktorem chłodzonym wodą o mocy elektrycznej do 1 MW i bloku energetycznego ze zunifikowaną instalacją reaktorów Shelf, dla lokalne zasilanie pojedynczego odbiorcy, dostarczane w postaci kapsuły energetycznej produkcji fabrycznej z kompaktowo umieszczonymi zespołami reaktora i turbogeneratora, do linii kotłowych aparatów kotłowych dla stacji o mocy elektrycznej 45 MW, 100 MW i 300 MW w konstrukcji jednoblokowej.
W szczególności elektrownie jądrowe małej mocy Vityaz, Shelf i ATGOR (ASMM) powinny mieć minimalne wymiary i wysoką autonomię. Zostały zaprojektowane w obudowie zamkniętej, co zwiększa poziom bezpieczeństwa ASMM. Modułowa, przewoźna zintegrowana elektrownia „Witiaź”, oparta na reaktorze ciśnieniowym chłodzonym wodą, o mocy elektrycznej 1 MW i mocy cieplnej 6 MW, ważąca nie więcej niż 60 ton. Podstawowa kampania to 40 000 godzin, okres tankowania XNUMX lat, chłodzenie powietrzem, mechaniczna cyrkulacja powietrza.
Projekty ASMM oferowane przez JSC "NIKIET"
W zakresie mocy od 1 do 10 MW zaproponowano projekt ASMM Shelf i obiecujący projekt ATGOR, oparty na niskoenergetycznym reaktorze otwartym cyklu chłodzonego gazem. Mobilna instalacja "ATGOR" na naczepie jest w stanie dostarczyć 3,5 MW mocy cieplnej i 0,4-1,2 MW mocy elektrycznej. Żywotność wynosi 60 lat, paliwo jądrowe uzupełniane jest raz na dziesięć lat.
Projekt ASMM „ATGOR” na podwoziu samochodowym
ASMM „Półka” jest głównym rozwinięciem „NIKIETU”, może być dostarczana w postaci gotowej do użytku kapsuły energetycznej i jest przeznaczona do zasilania urządzeń technicznych pracujących na polach naftowych i gazowych, w tym położonych w znacznej odległość od wybrzeża i mająca całoroczny cykl pracy przez 25-30 lat. ASMM „Shelf” obejmuje dwuobwodową elektrownię reaktora jądrowego z integralnym reaktorem chłodzonym wodą o mocy cieplnej 28 MW, elektrownię turbogeneratora, która zapewnia wytwarzanie energii elektrycznej o mocy 6 MW oraz system automatycznego i zdalnego sterowania, monitorowania i ochrona środków technicznych zakładu.
Żywotność ASMM „Shelf” wynosi 60 lat, podstawowa kampania to 40 000 godzin, częstotliwość tankowania to sześć lat. Masa transportowanego modułu to 375 t. Reaktor jest chroniony skrzynką bezpieczeństwa, która w razie awarii z utratą chłodziwa zapewnia 72 godziny na podjęcie decyzji o dalszych działaniach. Turbogenerator jest dostępny do naprawy. Przed wpływem czynników zewnętrznych wszystkie elementy SSMM „Półka” są pokryte powłoką ochronną.
ASMM „Półka”
Można zatem założyć, że rozwój rosyjskich naukowców jądrowych umożliwia stworzenie kompaktowej autonomicznej elektrowni jądrowej o mocy elektrycznej 1-6 MW o żywotności do dziesięciu (i być może więcej) lat między rdzeniem reaktora. tankowanie. Jeśli na bazie reaktorów z chłodziwem z ciekłego metalu można stworzyć kompaktową elektrownię jądrową, to jej charakterystyka może być jeszcze bardziej imponująca. Umieszczenie reaktora w izolowanej kapsule pozwoli na jak największe odizolowanie go od kadłuba okrętu podwodnego i zapobiegnie znacznemu wzrostowi hałasu w porównaniu z okrętami podwodnymi typu NSNS / diesel-electric.
NAPL czy łódź podwodna z napędem spalinowo-elektrycznym z pomocniczą elektrownią jądrową?
Przede wszystkim trzeba powiedzieć, że stwierdzenia „nie potrzebujemy atomowych okrętów podwodnych, konwencjonalne okręty podwodne z silnikiem Diesla wystarczą” nie wytrzymują krytyki i odnoszą się do próby samozadowolenia – „jeśli nie możemy zrób to, wtedy nie potrzebujemy tego.” Czasy klasycznych okrętów podwodnych z napędem spalinowo-elektrycznym dobiegają końca, ich potencjał eksportowy gwałtownie spadnie nie z powodu „mody” na atomowe okręty podwodne, ale dlatego, że konieczność częstego wynurzania w celu ładowania akumulatorów jest katastrofalna dla okrętu podwodnego. Biorąc pod uwagę szybki wzrost liczby opracowywanych m.in. w interesie Marynarki Wojennej bezzałogowych statków powietrznych (UAV), okręt podwodny o napędzie spalinowo-elektrycznym, który wynurzył się na głębokości peryskopowej i ładuje akumulatory, najprawdopodobniej zostanie wykryty przez radar lub kamera termowizyjna UAV i zniszczone.
Czy rosyjska marynarka wojenna potrzebuje okrętów podwodnych z napędem spalinowo-elektrycznym z pomocniczą elektrownią atomową, czy może lepiej skupić się na rozwoju VNEU i nowoczesnych baterii do atomowych okrętów podwodnych? Odpowiedź na to pytanie wymaga odpowiedzi na kilka innych pytań:
1. Jak skuteczna i droga (niedroga) okaże się atomowa łódź podwodna projektu Husky i ile będzie kosztować łódź podwodna z napędem spalinowo-elektrycznym z pomocniczą elektrownią jądrową?
2. Czy przemysł Federacji Rosyjskiej jest w stanie stworzyć VNEU w rozsądnym czasie i po akceptowalnych kosztach lub wyprodukować nowoczesne baterie, których zastosowanie na krajowych atomowych okrętach podwodnych pozwoli im konkurować z najlepszymi światowymi odpowiednikami?
Zgodnie z ust. 1. Jeśli z jakiegoś powodu atomowe okręty podwodne projektu Husky okażą się drogie, a ich budowa potrwa długo, a okręty podwodne z napędem spalinowo-elektrycznym z pomocniczą elektrownią atomową okażą się znacznie tańsze, aczkolwiek ze względu na do bardziej skromnych cech i łatwiejszych w budowie, taki projekt może być rozważony i wdrożony, aby zapewnić marynarce wojennej wystarczającą liczbę okrętów podwodnych.
Koszt projektu ICAPL 885/885M wynosi od 30 do 47 miliardów rubli. (od 1 do 1,5 miliarda dolarów), koszt projektu SSBN 955/955A to około 23 miliardy rubli. (0,7 mld dolarów). Wartość eksportu okrętów podwodnych z silnikiem Diesla Projektu 636 wynosi odpowiednio 300 milionów dolarów, a ich koszt dla rosyjskiej marynarki wojennej powinien wynosić około 150-200 milionów dolarów. Nawet jeśli ich koszt, w przypadku wyposażenia pomocniczej elektrowni jądrowej, podwoi się, to w tym przypadku koszt okrętów podwodnych o napędzie spalinowo-elektrycznym z elektrowniami jądrowymi będzie trzy do czterech razy niższy niż koszt ICAPL projektu 885 /885 mln. Nie oznacza to wcale, że konieczne jest porzucenie „prawdziwych” statków o napędzie jądrowym na rzecz okrętów podwodnych z napędem spalinowo-elektrycznym z elektrowniami jądrowymi, ale fakt, że ich istnienie w flota może być całkiem opłacalne, potwierdza.
W punkcie 2. Problem VNEU i akumulatorów o zwiększonej pojemności będzie musiał zostać rozwiązany w taki czy inny sposób, przynajmniej po to, aby zapewnić przemysłowi stoczniowemu zamówienia eksportowe. Jeśli czas utworzenia VNEU i akumulatorów o zwiększonej pojemności zostanie opóźniony, a ich charakterystyka i koszt nie spełnią wymagań rosyjskiej marynarki wojennej, wówczas może być popyt na projekt okrętu podwodnego z napędem spalinowo-elektrycznym z pomocniczą elektrownią jądrową, w przeciwnym razie jego wykonalność może być kwestionowana.
Czy możliwe jest wstawienie przedziału z elektrownią jądrową do istniejących projektów 636 lub 677? Projekt 636 jest zbyt stary, aby wprowadzić tak radykalne innowacje, jak pomocnicza elektrownia jądrowa. Możliwość wstawienia pomocniczej elektrowni jądrowej do okrętu podwodnego Projektu 677 mogą ocenić jedynie twórcy tego okrętu podwodnego wraz z konstruktorami elektrowni jądrowej. Według niektórych źródeł los projektu 677 jest już w zawieszeniu, tylko z powodu problemów z elektrownią. W tym przypadku badanie instalacji pomocniczej elektrowni jądrowej może zarówno ożywić, jak i ostatecznie pogrzebać projekt 677.
Jeszcze mniej informacji jest dostępnych na temat projektu rosyjskiego atomowego okrętu podwodnego piątej generacji Kalina. Informacje fragmentaryczne zawierają informacje o rozwoju kilku wersji, zarówno z bateriami VNEU, jak iz bateriami o zwiększonej pojemności. Czy ta informacja jest wiarygodna, czy jest dobrym życzeniem, można się tylko domyślać, a zatem nie ma sensu spekulować o możliwości wykorzystania pomocniczej elektrowni jądrowej na okręcie podwodnym projektu Kalina.
Tak więc, konieczność opracowania okrętów podwodnych o napędzie dieslowo-elektrycznym z pomocniczą elektrownią jądrową dla rosyjskiej marynarki wojennej można powiązać z następującymi głównymi czynnikami: kosztem i czasem budowy obiecujących atomowych okrętów podwodnych projektu Husky oraz kosztem i czasem trwania tworzenie niejądrowych okrętów podwodnych z bateriami VNEU lub o zwiększonej pojemności.
Z drugiej strony postęp w tworzeniu małych elektrowni jądrowych może doprowadzić do tego, że będą się one rozwijać niezależnie od sukcesu w tworzeniu VNEU lub baterii o zwiększonej pojemności i będą realizowane i poszukiwane w ramach jednego projektu obiecującej łodzi podwodnej.
informacja