Kernreaktor til en ikke-nuklear ubåd (NNS). Modsætningen er iboende i selve navnet, ikke desto mindre blev dette spørgsmål betragtet som ganske seriøst tilbage i Sovjetunionen. Især tanken om at placere en lille atomreaktor blev overvejet i forhold til ubåde fra projekt 651. Dieselelektrisk ubåd (DEPL) fra projekt 651 krydsermissilbærer blev datidens største ikke-nukleare ubåde bygget i Sovjetunionen.
Dollezhals æg
Helt fra begyndelsen, i et forsøg på at øge rækkevidden af de dieselelektriske ubåde i Project 651, satte designerne ned sølv-zinkbatterier i stedet for blysyre. I praksis viste det sig, at sølv-zinkbatterier har to kritiske ulemper: høje omkostninger og kort levetid (op til 100 opladnings-afladningscyklusser), som forudbestemte tilbagevenden til blysyrebatterier.
Ud over batterier med øget kapacitet blev der imidlertid også overvejet mere radikale løsninger til dieselelektriske ubåde fra projekt 651. I princippet forberedte Navy (Navy) i USSR, parallelt med konstruktionen af både fra Project 651, forberedelsen til opførelsen af atomubåde (atomubåde) af Project 675 med de samme P-6 krydstogtsraketter, der blev installeret på dieselelektriske ubåde fra projekt 651. Atombåde fra projekt 675 var imidlertid betydeligt dyrere dieselelektriske ubåde fra projekt 651. Der var behov for en løsning, der ville gøre det muligt for ubåde (ubåde) fra projekt 651 at opnå ubegrænset ubådssejlads med ubåde, mens fastholde andre egenskaber på niveau med dieselelektriske ubåde i det oprindelige projekt.
Som en løsning blev oprettelsen af en lille atomreaktor, det såkaldte "Dollezhal's æg", opkaldt efter dets skaber Nikolai Dollezhal, chefdesigner for atomreaktorer for USSR Navy, overvejet. I den indledende fase involverede projektet at placere reaktoren i en separat kapsel og trække den på et reb med et kabel for at opgive tung biologisk afskærmning. Et sådant koncept blev imidlertid straks afvist, både på grund af den store sandsynlighed for at miste kapslen med reaktoren, og på grund af potentialet for at spore ubåde langs et radioaktivt spor. I fremtiden blev placeringen af reaktoren uden for det solide dieselelektriske ubådskrop overvejet, men inden for rammerne af et enkelt "stift" ubådsdesign.
Selvfølgelig tillod datidens teknologier ikke at skabe en tilstrækkelig kompakt og pålidelig vedligeholdelsesfri reaktor med acceptable egenskaber. I fremtiden vendte ideen om at installere et atomkraftværk (NPP) på dieselelektriske ubåde mere end én gang tilbage. Især på grundlag af dieselelektriske ubåde fra projekt 651 blev projekt 683 udviklet til at skabe en masseubåd udstyret med et lavkraft atomkraftværk. Denne ubåd skulle bygges i store mængder på fabrikker, der tidligere producerede dieselelektriske ubåde. Projekt 683 trak ud og modtog ikke udvikling, formodentlig fordi Sovjetunionen på dette tidspunkt allerede havde tilstrækkelig produktionskapacitet til at producere fuldgyldige atomdrevne skibe i de mængder, der var nødvendige for flåden.
Projekt 651 blev heller ikke glemt. I 1985 blev en af bådene i dette projekt redesignet i henhold til Project 651E, udviklet tilbage i 1977. Som en del af moderniseringen var ubåden udstyret med et kompakt atomkraftværk med lav effekt, udviklet ved Scientific Research and Design Institute of Power Engineering (NIKIET) - i øjeblikket Order of Lenin Scientific Research and Design Institute of Power Engineering opkaldt efter N. A.. Dollezhal . Inden for rammerne af 651E-projektet blev et atomkraftværk med lav effekt placeret i den nedre agterste del af ubåden uden for det holdbare skrog. Der blev anvendt en reaktor med en enkelt sløjfe af kogende type. Ubåden fra Project 651E forlod imidlertid heller ikke prototypestadiet.
Multipurpose russiske atomubåde
Med Sovjetunionens sammenbrud og tabet af en betydelig del af dets industrielle potentiale stod Rusland igen over for problemet med mangel på atomubåde. Projektet med den multifunktionelle atomubåd (MCSAPL) 885 / 885M "Ash" viste sig på trods af alle dens fordele at være ekstremt dyrt og svært at bygge. I alt er det planlagt at bygge syv SSNS af projekt 885 / 885M, hvilket er helt utilstrækkeligt i forbindelse med den hurtige forældelse af tredje generations atomubåde af projekter 971, 945 / 945A, der er tilgængelig i den russiske flåde.
I øjeblikket er designet af den nye generations multifunktionelle atomubåd "Husky" i gang. Husky -projektet er stadig fuld af rygter frem for reel information. Formentlig vil atomubåde i dette projekt være mindre og billigere end SSNS for projekt 885 / 885M, hvilket gør det muligt at tegne en analogi med de ultra-dyre amerikanske atomubåde Seawolf og det mere alsidige og relativt billige atomkraftværk i Virginia-klassen ubåde udviklet af den til at erstatte.
Samtidig er der risici for, at Husky -projektet, især hvis en høj teknisk nyhedskoefficient implementeres i det, kan komme over for uforudsete forsinkelser og omkostningsstigninger.
Ikke-nukleare ubåde i Rusland og i verden
En anden måde at styrke undervandskomponenten i flåden på er konstruktion af ikke-nukleare ubåde. Og også i dette segment i den russiske flåde går det ikke alt gnidningsløst. I øjeblikket er den globale trend at udstyre ikke-nukleare ubåde med luftuafhængige kraftværker (VNEU), fremstillet på forskellige principper-brændselsceller, Stirling-motor. Tilstedeværelsen af VNEU gør det muligt radikalt at øge ubådsudvalget af ubåde og bringe dets kapacitet tættere på atomubåde til en betydeligt lavere pris af førstnævnte.
Desværre stod de russiske VNEU -projekter for projektet 677 Lada ubåd over for problemer, ligesom hele projektet 677, hvilket resulterede i, at de første ubåde i dette projekt formentlig vil blive implementeret uden installation af VNEU.
Batterier til ikke-nukleare ubåde
En anden mulighed - at udstyre ubåden med litiumbatterier med øget kapacitet, blev valgt af de japanske flådestyrker (Navy), som også driver ubåden med en Stirling -motor. Det antages, at brugen af litiumbatterier med høj kapacitet vil tillade NNS-autonomi med lang rækkevidde, der kan sammenlignes med den, der tillader brug af VNEU, men samtidig giver lithiumbatterier et langt nedsænket område ved høje hastigheder.
Kritikere af litiumbatterier siger, at de er tilbøjelige til brand og eksplosion. Det kan dog antages, at den industrielle og endnu mere militære brug af sådanne batterier vil betyde øget opmærksomhed på sikkerhedsspørgsmål og minimere de potentielle risici ved overophedning eller deformation af batterier. Den største hindring for introduktionen af litiumbatterier i ubåde, der ikke er ubåd, er deres høje omkostninger.
Udsigten til at bruge litiumbatterier i flådens interesse bekræftes af intensiveringen af deres udvikling af europæiske producenter.
På Euronaval 2018-udstillingen i Paris annoncerede den franske skibsbygningsgruppe Naval Group og den tyske gruppe TKMS oprettelsen af deres egne lithium-ion-batterier til ubåde. De to virksomheder udvikler uafhængigt af hinanden litiumbådbatterier i partnerskab med den store franske producent af industrielle lithiumbatterier og akkumulatorer, SAFT.
Naval Group-selskabet planlægger at bruge litiumbatterier LIBRT i de lovende SMX-31 ubåde, mens TKMS udvikler en universel løsning, der kan integreres i de eksisterende og under opbygning tyske ubåde af projekter 212 og 214.
I Rusland er situationen med produktion af moderne lithiumbatterier temmelig vag.
Liotech, et datterselskab af RUSNANO, producerer batterier fremstillet ved hjælp af lithiumjernphosphatteknologi (LiFePO4). Disse batterier har visse fordele, især høj brugssikkerhed, mulighed for hurtig hurtig opladning og sikker afladning med høje strømme. Samtidig er LiFePO4's kapacitet betydeligt (cirka to gange) ringere end litiumbatterier fremstillet ved hjælp af lithiumkobolt eller andre teknologier. Flere gange i medierne var der oplysninger om virksomhedens konkurs, men virksomhedens websted fungerer i øjeblikket.
I 2015 annoncerede "Research Center" Autonomous Power Sources "sammen med PJSC" Plant of Autonomous Power Sources "åbningen af produktionen af en fuld cyklus af lithium-ion-batterier. I øjeblikket er der imidlertid ingen oplysninger om produktionsstørrelsen og lokaliseringsgraden.
Teknologier for både LiFePO4-batterier og andre typer lithiumbatterier vil udvikle sig, og deres implementering i Rusland samt muligheden for at bruge dem som energikilde til ikke-nukleare ubåde fortjener tæt undersøgelse af specialiserede organisationer.
Moderne russiske atomkraftværker
Manglen på en fungerende indenlandsk VNEU og løsninger baseret på yderst effektive litiumbatterier kombineret med de høje omkostninger og forsinkelser i konstruktionen af flerbruds atomubåde kan tvinge den russiske flåde til at vende tilbage til konceptet om at udstyre dieselelektriske ubåde med lav- kraft atomkraftværker. I øjeblikket i verden er der under påvirkning af de "grønne" et skridt væk fra atomkraft. Rusland, på den anden side, planlægger ikke at opgive det "fredelige atom" i den nærmeste fremtid, udvikler sig aktivt i denne retning og er sandsynligvis den "første blandt ligemænd" inden for atomkraft.
Et af eksemplerne på fremkomsten af gennembrudsteknologier blandt russiske atomforskere er eksempler på at oprette et lille atomkraftværk til Poseidon ubemandede undervandsbiler (UUV) og en atomraketmotor til Burevestnik krydstogtsraket med et ubegrænset flyvemåde.
Der er ingen pålidelige data om atomkraftværket i BPA "Poseidon". Formentlig kan det være en reaktor med et flydende metal-kølevæske med en kapacitet på ca. 8-10 MW, baseret på den, der er udviklet af A. P. Aleksandrova (NITI) fra AMB-8-projektet, med lydløse magnetohydrodynamiske kølepumper i det primære kredsløb.
I betragtning af detaljerne i Poseidon BPA -applikationen kan dets atomkraftværk have en begrænset levetid, der varer flere tusinde timer, hvilket ikke tillader det at blive lånt direkte til lovende ubåde, men efterlader det som en kilde til teknologiske løsninger.
Tilstedeværelsen af strålingsbeskyttelse på atomkraftværket i BPA Poseidon er i tvivl. På den ene side kræver fraværet af en besætning ikke fuldgyldig strålingsbeskyttelse, kun den såkaldte. "Skygge" beskyttelse af rum med følsomme enheder. På den anden side kan manglen på strålingsbeskyttelse komplicere driften af Poseidon UUV - installation / fjernelse fra transportøren, vedligeholdelse, selvom dens reaktor er "lukket" som standard.
Både i Sovjetunionen og i Rusland blev reaktorer med et flydende metal -kølevæske udviklet meget aktivt op til seriel brug på Project 705 Lira ubåde, som både har fremragende tekniske egenskaber og et lige så omfattende sæt uløselige problemer. Det er ganske sandsynligt, at "flydende metal" (formodentlig) NPU'en i atomkraftværket i Poseidon kun er effektiv inden for rammerne af problemet, der er løst og ikke kan tilpasses til langsigtet problemfri drift.
Hvis det er umuligt at implementere et atomkraftværk med et flydende metal-kølevæske og med en lang cyklus med autonom problemfri drift, så er muligheden for at oprette et lavkraftkraftværk baseret på reaktorer udviklet i samme NIKIET, hvor Dollezhals æg blev tidligere designet, kan overvejes.
Fra artiklen fra vicedirektøren - General Designer for Civil Facilities i JSC "NIKIET" A. O. Pimenova:
For at imødekomme energikravene i de arktiske felter tilbyder NIKIET en række udviklinger: fra en transportabel lille station Vityaz med en vandkølet reaktor med en elektrisk effekt på op til 1 MW og en kraftenhed med en samlet reaktorinstallation Hylde, til lokal strømforsyning af en enkelt forbruger, leveret i form af en energikapsel fra en fabriksproduktion med kompakt placerede reaktor- og turbinegeneratorenheder, op til en række kogeapparater af fartøjstype til kraftværker med elektrisk effekt på 45 MW, 100 MW og 300 MW i et enkeltblok-design.
Især Vityaz, Shelf og ATGOR atomkraftværker med lav effekt (ASMM) bør have minimale dimensioner og høj autonomi. De er designet i et indkapslet design, som øger sikkerhedsniveauet for atomkraftværker. Modulært transportabelt integreret kraftværk "Vityaz", baseret på en vandkølet vandreaktor under tryk, med en elektrisk effekt på 1 MW og en termisk effekt på 6 MW, der ikke vejer mere end 60 tons. Kernekampagnen er 40.000 timer, genindlæsningshyppigheden er seks år, luftkøling, med mekanisk luftcirkulation.
I effektområdet fra 1 til 10 MW foreslås Shelf ASMM-projektet og ATGOR-lovende projekt baseret på en laveffektgaskølet åben cyklusreaktor. Mobilenheden "ATGOR" på en semitrailer til biler er i stand til at producere 3,5 MW termisk effekt og 0,4-1,2 MW elektrisk effekt. Levetiden er 60 år, atombrændstoffet genindlæses hvert tiende år.
ASMM Shelf er hovedudviklingen af NIKIET, den kan leveres i form af en klar til brug energikapsel og er beregnet til strømforsyning af teknisk udstyr, der opererer i olie- og gasfelter, herunder fjerntliggende i en betydelig afstand fra kyst og har en driftscyklus året rundt i 25-30 år. ASMM-hylden indeholder en dobbeltkredsløbsreaktor med en vandkølet integreret reaktor med en termisk effekt på 28 MW, en turbinegeneratorenhed, der genererer 6 MW elektricitet og et system til automatiseret og fjernbetjening, overvågning og beskyttelse af anlæggets tekniske midler.
Levetiden for Shelf atomubåden er 60 år, kernecyklussen er 40.000 timer, og tankningsfrekvensen er seks år. Vægten af det transporterede modul er 375 tons. Reaktoren er beskyttet af et sikkerhedshus, der i tilfælde af uheld med tab af kølevæske giver 72 timer til at træffe en beslutning om yderligere handlinger. Turbinegeneratoren kan repareres. Alle elementer i atomkraftværket "Hylde" er dækket af en beskyttende skal mod påvirkning af eksterne faktorer.
Således kan det antages, at udviklingen af de russiske atomforskere gør det muligt at oprette et kompakt autonomt atomkraftværk med en elektrisk effekt på 1-6 MW med en levetid på op til ti (og muligvis flere) år mellem omladninger af reaktorkernen. Hvis der kan oprettes et kompakt atomkraftværk på basis af reaktorer med et flydende metal -kølevæske, kan dets egenskaber være endnu mere imponerende. Placering af reaktoren i en isoleret kapsel vil maksimere dens isolation fra ubådskroppen og forhindre en betydelig stigning i støj sammenlignet med ubåden / dieselelektrisk ubåd.
Ikke-ubåde eller dieselelektriske ubåde med et hjælpekernekraftværk?
Først og fremmest må det siges, at udsagnene "vi ikke har brug for atomubåde, almindelige dieselelektriske ubåde er helt nok" ikke står imod kritik og henviser til et forsøg på selvtilfredshed - "da vi fejler, så har vi ikke brug for det”. Tiden for klassiske dieselelektriske ubåde er ved at være slut, deres eksportpotentiale vil hurtigt falde ikke på grund af "mode" for ikke-ubåde, men fordi behovet for hyppig overfladebehandling for at genoplade batterier er fatalt for en ubåd. Under hensyntagen til den hurtige stigning i antallet af ubemandede luftfartøjer (UAV'er), som også udvikles i søværnets interesse, der dukkede op til periskopdybde og oplader dieselelektriske ubådsbatterier, med stor sandsynlighed vil det blive opdaget af en radar eller en termisk billedbehandler af en UAV og ødelagt.
Har den russiske flåde brug for dieselelektriske ubåde med et ekstra atomkraftværk, eller er det bedre at fokusere på udviklingen af VNEU og moderne batterier til ikke-nukleare ubåde? At besvare dette spørgsmål kræver svar på flere andre spørgsmål:
1. Hvor succesfuld og dyr (billig) atomubåd til projektet "Husky" vil vise sig, og hvor meget vil en dieselelektrisk ubåd med et hjælpekernekraftværk koste?
2. Er industrien i Den Russiske Føderation i stand til at oprette et VNEU inden for en rimelig tid og til en acceptabel pris eller producere moderne batterier, hvis anvendelse på indenlandske ikke-nukleare ubåde vil give dem mulighed for at konkurrere med de bedste analoger i verden?
I henhold til afsnit 1. Hvis Husky-projektets atomubåde af en eller anden grund viser sig at være veje, og deres konstruktion vil tage lang tid, og dieselelektriske ubåde med et ekstra atomkraftværk vil være betydeligt billigere, omend på grund af flere beskedne egenskaber og lettere at bygge, så kan et sådant projekt godt overvejes og implementeres for at give marinen et tilstrækkeligt antal ubåde
Omkostningerne ved projektet 885 / 885M MCSAP er fra 30 til 47 milliarder rubler. (fra 1 til 1,5 milliarder dollars), omkostningerne ved SSBN -projektet 955 / 955A er omkring 23 milliarder rubler. (0,7 milliarder dollars). Eksportværdien af de dieselelektriske ubåde i Project 636 er henholdsvis $ 300 millioner, deres omkostninger for den russiske flåde bør være omkring $ 150-200 millioner. Selvom deres omkostninger, hvis de er udstyret med et ekstra atomkraftværk, fordobles, så vil omkostningerne til dieselelektriske ubåde med atomkraftværker i dette tilfælde være tre til fire gange mindre end omkostningerne ved SSN'er i projekt 885 / 885M. Det betyder slet ikke, at det er nødvendigt at opgive "rigtige" atomdrevne skibe til fordel for dieselelektriske ubåde med atomkraftværker, men det faktum, at deres eksistens i flåden kan være ganske omkostningseffektiv, bekræfter.
På punkt 2. Problemet med VNEU og batterier med øget kapacitet skal løses på en eller anden måde, i det mindste for at give skibsbygningsindustrien eksportordrer. Hvis tidspunktet for oprettelsen af VNEU og batterier med øget kapacitet vil blive forsinket, og deres opnåede egenskaber og omkostninger ikke vil opfylde kravene fra den russiske flåde, kan et dieselelektrisk ubådsprojekt med et ekstra atomkraftværk være efterspurgt, ellers kan dets gennemførlighed stilles spørgsmålstegn ved
Er det muligt at indsætte et rum med et atomkraftværk i eksisterende projekter 636 eller 677? Projekt 636 er for gammelt til at gennemføre så radikale innovationer som et hjælpekernekraftværk på det. Muligheden for at indsætte et ekstra atomkraftværk i ubåden i projekt 677 kan kun vurderes af udviklerne af denne ubåd sammen med udviklerne af atomkraftværket. Skæbnen for 677 -projektet er allerede i limbo, ifølge nogle rapporter, netop på grund af problemer med kraftværket. I dette tilfælde kan undersøgelsen af installationen af et hjælpekernekraftværk både genoplive og endelig begrave 677 -projektet.
Endnu mindre information er tilgængelig om projektet med den russiske atomubåd fra femte generation "Kalina". Den fragmentariske information indeholder oplysninger om udviklingen af flere versioner, både med VNEU og med batterier med øget kapacitet. Om disse oplysninger er pålidelige eller er et godt ønske, kan man kun gætte på; derfor er der ingen mening i at spekulere i muligheden for at bruge et hjælpekernekraftværk på ubåden til Kalina -projektet.
Dermed, Behovet for at udvikle en dieselelektrisk ubåd med et hjælpekernekraftværk til den russiske flåde kan knyttes til forholdet mellem følgende hovedfaktorer: omkostninger og tid til opførelse af lovende atomubåde fra Husky-projektet og omkostninger og tid om oprettelse af en atomubåd med en kraftig NPP eller batterier med øget kapacitet.
På den anden side kan fremskridt med oprettelsen af små atomkraftværker føre til, at de vil udvikle sig uanset succesen med oprettelsen af VNEU eller batterier med større kapacitet og vil blive implementeret og efterspurgt inden for rammerne af et enkelt projekt af en lovende ubåd.
