Nuklearni reaktor za nuklearnu podmornicu (NNS). Kontradikcija je svojstvena samom imenu, međutim, ovo pitanje se u SSSR -u ozbiljno razmatralo. Konkretno, ideja o postavljanju nuklearnog reaktora male veličine razmatrana je u odnosu na podmornice projekta 651. Dizelsko-električna podmornica (DEPL) nosača krstarećih raketa projekta 651 postala je najveća ne-nuklearna podmornica tog vremena izgrađena SSSR -a.
Dollezhalovo jaje
Od samog početka, u nastojanju da povećaju podvodni domet dizel-električnih podmornica projekta 651, dizajneri su umjesto olovnih bacili baterije od srebra i cinka. U praksi se pokazalo da srebrno-cinkove baterije imaju dva kritična nedostatka: visoku cijenu i kratak vijek trajanja (do 100 ciklusa punjenja-pražnjenja), što je unaprijed odredilo povratak na olovne baterije.
Međutim, osim baterija povećanog kapaciteta, radikalnija rješenja razmatrana su i za dizel-električne podmornice projekta 651. U principu, mornarica (mornarica) SSSR-a, paralelno s izgradnjom čamaca projekta 651, pripremala se za izgradnju nuklearnih podmornica (nuklearnih podmornica) projekta 675, s istim krstarećim raketama P-6 na dizel-električne podmornice projekta 651. Međutim, nuklearne podmornice projekta 675 bile su znatno skuplje dizel-električne podmornice projekta 651. Bilo je potrebno rješenje koje bi omogućilo podmornicama (podmornicama) projekta 651 da dobiju neograničen domet podmornica u krstarenju zadržavajući druge karakteristike na nivou dizel-električnih podmornica originalnog projekta.
Kao rješenje, razmatrano je stvaranje nuklearnog reaktora male veličine, takozvanog "Dollezhalovog jaja", nazvanog po svom tvorcu Nikolaju Dollezhalu, glavnom dizajneru nuklearnih reaktora za mornaricu SSSR-a. U početnoj fazi, projekt je uključivao postavljanje reaktora u zasebnu kapsulu i njegovo vučenje na užetu s kabelom kako bi se odustalo od jake biološke zaštite. Međutim, takav je koncept odmah odbačen, kako zbog velike vjerojatnosti gubitka kapsule s reaktorom, tako i zbog mogućnosti praćenja podmornica uz radioaktivni trag. U budućnosti se razmišljalo o postavljanju reaktora izvan čvrstog tijela dizel-električne podmornice, ali u okviru jedinstvenog "krutog" dizajna podmornice.
Očigledno, tadašnje tehnologije nisu dozvoljavale stvaranje dovoljno kompaktnog i pouzdanog reaktora bez održavanja s prihvatljivim karakteristikama. U budućnosti se više puta vraćala ideja o instaliranju nuklearne elektrane (NPP) na dizel-električne podmornice. Konkretno, na temelju dizel-električnih podmornica projekta 651, projekt 683 razvijen je za stvaranje masovne podmornice opremljene nuklearnom elektranom male snage. Ova podmornica trebala se graditi u velikim količinama u tvornicama koje su prije proizvodile dizel-električne podmornice. Projekt 683 se odužio i nije dobio razvoj, vjerojatno zato što je do tada SSSR već imao dovoljne proizvodne kapacitete za proizvodnju punopravnih brodova na nuklearni pogon u količinama potrebnim za mornaricu.
Nije zaboravljen ni projekat 651. 1985. godine jedan od brodova ovog projekta preuređen je prema projektu 651E, razvijenom davne 1977. godine. U sklopu modernizacije, podmornica je opremljena kompaktnom nuklearnom elektranom male snage, razvijenom u Naučnoistraživačkom institutu za energetiku (NIKIET) - trenutno Ordenom Lenjinovog naučnoistraživačkog i projektantskog instituta za energetiku N. A. Dollezhal . U okviru projekta 651E, nuklearna elektrana male snage postavljena je u donji krmeni dio podmornice izvan izdržljivog trupa. Korišten je reaktor s vrenje s jednom petljom. Međutim, podmornica projekta 651E također nije napustila fazu prototipa.
Višenamjenske ruske nuklearne podmornice
Raspadom SSSR -a i gubitkom značajnog dijela industrijskog potencijala, Rusija se ponovo suočila s problemom nedostatka nuklearnih podmornica. Projekt višenamjenske nuklearne podmornice (MCSAPL) 885 / 885M "Ash", unatoč svim prednostima, pokazao se kao izuzetno skup i težak za izgradnju. Ukupno se planira izgradnja sedam SSNS -a projekta 885 / 885M, što je potpuno nedovoljno u kontekstu brzog zastarjevanja nuklearnih podmornica treće generacije projekata 971, 945 / 945A dostupnih u ruskoj mornarici.
Trenutno je u tijeku dizajn višenamjenske nuklearne podmornice nove generacije "Husky". Projekt Husky i dalje je pun glasina, a ne stvarnih informacija. Vjerojatno će nuklearne podmornice ovog projekta biti manje i jeftinije od SSNS-a projekta 885 / 885M, što omogućava da se napravi analogija sa ultra skupim američkim nuklearnim podmornicama Seawolf i svestranijom i relativno jeftinom nuklearnom klasom Virginia podmornice koje je razvila za zamjenu.
U isto vrijeme, postoje rizici da bi se projekt Husky, posebno ako se u njega implementira visoki koeficijent tehničke novine, mogao suočiti s nepredviđenim kašnjenjima i povećanjem troškova.
Nekanuklearne podmornice u Rusiji i svijetu
Drugi način za jačanje podvodne komponente mornarice je izgradnja nenuklearnih podmornica. I u ovom segmentu u ruskoj mornarici ne ide sve glatko. Trenutno je svjetski trend da se nuklearne podmornice opreme nuklearnim elektranama (VNEU), izrađenim na različitim principima-gorivim ćelijama, Stirlingovim motorom. Prisutnost VNEU -a omogućuje radikalno povećanje podmorničkog dometa podmornica, približavajući njegove sposobnosti nuklearnim podmornicama, uz znatno nižu cijenu prve.
Nažalost, ruski projekti VNEU za podmornicu projekta 677 Lada naišli su na probleme, kao i cijeli projekt 677, zbog čega će prve podmornice ovog projekta vjerojatno biti izvedene bez instaliranja VNEU -a.
Baterije za ne-nuklearne podmornice
Još jednu mogućnost - opremiti podmornicu litijumskim baterijama povećanog kapaciteta, odabrale su japanske pomorske snage (mornarica), koje također upravljaju podmornicom sa Stirlingovim motorom. Pretpostavlja se da će upotreba litijumskih baterija velikog kapaciteta omogućiti autonomiju NNS-a velikog dometa usporedivu s onom koja dopušta upotrebu VNEU-a, ali u isto vrijeme litijske baterije omogućuju dug potopljeni doseg pri velikim brzinama.
Kritičari litijumskih baterija kažu da su skloni požaru i eksploziji. Međutim, može se pretpostaviti da će industrijska, a još više vojna upotreba takvih baterija podrazumijevati povećanu pozornost na sigurnosna pitanja i minimiziranje potencijalnih rizika od pregrijavanja ili deformacije baterija. Najveća prepreka u uvođenju litijevih baterija u podmornice bez podmornica je njihova visoka cijena.
Mogućnost upotrebe litijumskih baterija u interesu mornarice potvrđena je intenziviranjem njihovog razvoja od strane evropskih proizvođača.
Na izložbi Euronaval 2018 u Parizu, francuska brodograđevna grupa Naval Group i njemačka grupa TKMS najavile su stvaranje vlastitih litij-ionskih baterija za podmornice. Dve kompanije nezavisno razvijaju litijumske podmorničke baterije u partnerstvu sa velikim francuskim proizvođačem industrijskih litijumskih baterija i akumulatora, SAFT.
Kompanija Naval Group planira koristiti litijeve baterije LIBRT u obećavajućim podmornicama SMX-31, dok TKMS razvija univerzalno rješenje koje se može integrirati u postojeće i u izgradnji njemačke podmornice projekata 212 i 214.
U Rusiji je situacija sa proizvodnjom modernih litijumskih baterija prilično maglovita.
Liotech, podružnica kompanije RUSNANO, proizvodi baterije napravljene tehnologijom litijum -gvožđe fosfata (LiFePO4). Ove baterije imaju određene prednosti, posebno visoku sigurnost korištenja, mogućnost sigurnog brzog punjenja i sigurno pražnjenje s visokim strujama. U isto vrijeme, kapacitet LiFePO4 značajno je (približno dva puta) inferioran u odnosu na litijeve baterije izrađene pomoću litij -kobalta ili drugih tehnologija. Nekoliko puta u medijima se pojavila informacija o bankrotu kompanije, ali web stranica kompanije trenutno radi.
U 2015. godini "Istraživački centar" Autonomni izvori energije "zajedno sa PJSC" Fabrika autonomnih izvora energije "najavio je otvaranje proizvodnje punog ciklusa litijum-jonskih baterija. Međutim, trenutno nema podataka o opsegu proizvodnje i stupnju lokalizacije.
Tehnologije i LiFePO4 baterija i drugih vrsta litijevih baterija će se razvijati, a njihova primjena u Rusiji, kao i mogućnost korištenja kao izvora energije za ne-nuklearne podmornice, zaslužuju pomno proučavanje specijaliziranih organizacija.
Savremene ruske nuklearne elektrane
Nedostatak funkcionalnog domaćeg VNEU-a i rješenja zasnovanih na visoko efikasnim litijumskim baterijama, u kombinaciji s visokim troškovima i kašnjenjima u izgradnji višenamjenskih nuklearnih podmornica, mogli bi natjerati rusku mornaricu da se vrati konceptu opremanja dizel-električnih podmornica niskim nuklearne elektrane. Trenutno se u svijetu, pod utjecajem "zelenih", odmiče od nuklearne energije. Rusija, s druge strane, ne planira napuštanje "mirnog atoma" u bliskoj budućnosti, aktivno se razvija u tom smjeru i najvjerojatnije je "prva među jednakima" u oblasti nuklearne energije.
Jedan od primjera pojave revolucionarnih tehnologija među ruskim nuklearnim naučnicima su primjeri stvaranja nuklearne elektrane male veličine za bespilotno podvodno vozilo Poseidon (UUV) i nuklearnog raketnog motora za krstareću raketu Burevestnik s neograničenim dometom leta.
Nema pouzdanih podataka o nuklearnoj elektrani BPA "Poseidon". Vjerojatno to može biti reaktor s rashladnom tekućinom u tekućem metalu snage oko 8-10 MW, na temelju one koju je razvila A. P. Aleksandrova (NITI) projekta AMB-8, sa tihim magnetohidrodinamičkim pumpama za hlađenje primarnog kruga.
S obzirom na specifičnosti primjene Poseidon BPA, njezina nuklearna elektrana može imati ograničen radni vijek, u trajanju od nekoliko tisuća sati, što neće dopustiti da se izravno posuđuje za obećavajuće podmornice, već je ostavlja kao izvor tehnoloških rješenja.
Prisutnost zaštite od zračenja u nuklearnoj elektrani u BPA Poseidon je sumnjiva. S jedne strane, odsustvo posade ne zahtijeva potpunu zaštitu od zračenja, već samo tzv. Zaštita od sjena u odjeljcima sa osjetljivim uređajima. S druge strane, nedostatak zaštite od zračenja može zakomplicirati rad Poseidon UUV -a - postavljanje / uklanjanje s nosača, održavanje, iako je njegov reaktor prema zadanim postavkama „ugašen“.
I u SSSR -u i u Rusiji reaktori s rashladnom tekućinom na tekući metal razvijali su se vrlo aktivno, do serijske upotrebe na podmornicama projekta 705 Lira, koje imaju izvanredne tehničke karakteristike i jednako opsežan niz nerješivih problema. Vrlo je vjerojatno da je "tekući metal" (vjerojatno) NPU nuklearne elektrane Poseidon efikasan samo u okviru problema koji se rješava i ne može se prilagoditi za dugotrajan rad bez problema.
Ako je nemoguće implementirati nuklearnu elektranu s rashladnom tekućinom u tekućim metalima i s dugim ciklusom autonomnog rada bez problema, tada postoji mogućnost stvaranja nuklearne elektrane male snage na temelju reaktora razvijenih u istom NIKIET-u, gdje Dollezhalovo jaje je prethodno dizajnirano, može se uzeti u obzir.
Iz članka zamjenika direktora - generalnog projektanta za civilne objekte AD "NIKIET" A. O. Pimenova:
Kako bi zadovoljio energetske zahtjeve arktičkih polja, NIKIET nudi niz razvoja: od prijenosne male stanice Vityaz s reaktorom hlađenim vodom s električnom snagom do 1 MW i agregata s jedinstvenom policom za reaktorsku instalaciju, za lokalno napajanje jednog potrošača, isporučeno u obliku energetske kapsule tvorničke proizvodnje sa kompaktno smještenim reaktorskim i turbinskim generatorskim jedinicama, do linije uređaja za vrenje tipa posuda za elektrane električne energije 45 MW, 100 MW i 300 MW u pojedinačnom bloku.
Konkretno, nuklearne elektrane male snage Vityaz, Shelf i ATGOR (ASMM) trebale bi imati minimalne dimenzije i visoku autonomiju. Dizajnirani su u kapsuliranom dizajnu, što povećava razinu sigurnosti nuklearnih elektrana. Modularna prijenosna integralna elektrana "Vityaz", bazirana na vodenom reaktoru hlađenom vodom pod tlakom, električne snage 1 MW i toplinske snage 6 MW, težine ne više od 60 tona. Osnovna kampanja je 40.000 sati, učestalost ponovnog punjenja šest godina, zračno hlađenje, s mehaničkom cirkulacijom zraka.
U rasponu snage od 1 do 10 MW, predloženi su Shell ASMM projekt i obećavajući projekt ATGOR zasnovan na reaktoru otvorenog ciklusa male snage hlađenim plinom. Mobilna jedinica "ATGOR" na poluprikolici automobila može proizvesti 3,5 MW toplinske snage i 0,4-1,2 MW električne energije. Vijek trajanja je 60 godina, nuklearno gorivo se puni jednom u deset godina.
ASMM polica je glavni razvoj NIKIET-a, može se isporučiti u obliku energetske kapsule spremne za upotrebu i namijenjena je za napajanje tehničke opreme koja radi na naftnim i plinskim poljima, uključujući i ona udaljena na znatnoj udaljenosti od obale i sa cjelogodišnjim ciklusom rada 25-30 godina. Polica ASMM-a uključuje nuklearni reaktor s dva kruga s integriranim reaktorom hlađenim vodom s toplinskom snagom od 28 MW, agregat turbinskog generatora koji proizvodi 6 MW električne energije i sustav za automatizirano i daljinsko upravljanje, nadzor i zaštitu tehnička sredstva.
Vijek trajanja nuklearne podmornice Shelf je 60 godina, jezgri ciklus je 40.000 sati, a učestalost punjenja gorivom šest godina. Težina transportiranog modula je 375 tona, a reaktor je zaštićen sigurnosnim kućištem, koje u slučaju nesreća sa gubitkom rashladne tekućine daje 72 sata za donošenje odluke o daljnjim radnjama. Turbinski generator dostupan je za popravak. Svi elementi nuklearne elektrane "Shelf" prekriveni su zaštitnom školjkom od utjecaja vanjskih faktora.
Stoga se može pretpostaviti da je razvoj ruskih atomskih znanstvenika omogućio stvaranje kompaktne autonomne nuklearne elektrane s električnom snagom od 1-6 MW s vijekom trajanja do deset (a možda i više) godina između ponovnog punjenja jezgra reaktora. Ako se kompaktna nuklearna elektrana može stvoriti na bazi reaktora s rashladnom tekućinom u tekućim metalima, tada njene karakteristike mogu biti još impresivnije. Postavljanje reaktora u izoliranu kapsulu povećat će njegovu izolaciju od tijela podmornice i spriječiti značajno povećanje buke u usporedbi s podmornicom / dizel-električnom podmornicom.
Nepodmorničke ili dizel-električne podmornice s pomoćnom nuklearnom elektranom?
Prije svega, valja reći da izjave „ne trebaju nam nuklearne podmornice, obične dizel -električne podmornice su sasvim dovoljne“ne podnose kritike i odnose se na pokušaj samozadovoljstva - „budući da ne uspijevamo, onda nam to ne treba”. Vrijeme klasičnih dizel-električnih podmornica se bliži kraju, njihov izvozni potencijal brzo će opadati ne zbog "mode" za podmornice, već zato što je potreba za čestim izranjanjem na površinu za punjenje baterija pogubna za podmornicu. Uzimajući u obzir nagli porast broja bespilotnih letjelica (bespilotnih letjelica), koje se također razvijaju u interesu mornarice, koje su se pojavile do dubine periskopa i napunile baterije dizel-električnih podmornica, s velikom vjerojatnošću će to biti otkriveno radarom ili termovizijom bespilotne letelice i uništen.
Trebaju li ruskoj mornarici dizel-električne podmornice s pomoćnom nuklearnom elektranom ili je bolje usredotočiti se na razvoj VNEU-a i modernih baterija za ne-nuklearne podmornice? Odgovor na ovo pitanje zahtijeva odgovore na nekoliko drugih pitanja:
1. Koliko će uspješna i skupa (jeftina) nuklearna podmornica projekta "Husky" ispasti i koliko će koštati dizel-električna podmornica s pomoćnom nuklearnom elektranom?
2. Je li industrija Ruske Federacije sposobna stvoriti VNEU u razumnom roku i po prihvatljivoj cijeni ili proizvesti moderne baterije čija će ih upotreba na domaćim ne-nuklearnim podmornicama omogućiti da se natječu s najboljim svjetskim analogima?
Prema stavku 1. Ako se iz bilo kojeg razloga nuklearne podmornice projekta Husky pokažu kao ceste i njihova će izgradnja dugo trajati, a dizel-električne podmornice s pomoćnom nuklearnom elektranom bit će znatno jeftinije, iako zbog skromnih karakteristika i lakše izgradnje, tada se takav projekt može razmotriti i provesti kako bi mornarici osigurao dovoljan broj podmornica
Cijena projekta 885 / 885M MCSAP iznosi od 30 do 47 milijardi rubalja. (od 1 do 1,5 milijardi dolara), troškovi SSBN projekta 955 / 955A su oko 23 milijarde rubalja. (0,7 milijardi dolara). Izvozna vrijednost dizel-električnih podmornica projekta 636 iznosi 300 miliona dolara, odnosno njihova cijena za rusku mornaricu trebala bi biti oko 150-200 miliona dolara. Čak i ako se njihov trošak, ako je opremljen pomoćnom nuklearnom elektranom, udvostruči, tada će u ovom slučaju trošak dizel-električnih podmornica s nuklearnim elektranama biti tri do četiri puta manji od troškova SSN-a projekta 885 / 885M. To uopće ne znači da je potrebno napustiti "prave" brodove na nuklearni pogon u korist dizel-električnih podmornica s nuklearnim elektranama, ali potvrđuje činjenica da njihovo postojanje u floti može biti prilično isplativo.
U točki 2. Problem VNEU -a i akumulatora povećanog kapaciteta morat će se riješiti na ovaj ili onaj način, barem kako bi brodograđevnoj industriji dostavili izvozne narudžbe. Ako će se vrijeme stvaranja VNEU-a i baterija povećanog kapaciteta odgoditi, a njihove dobivene karakteristike i cijena neće zadovoljiti zahtjeve ruske mornarice, tada bi mogao biti tražen projekt dizel-električne podmornice s pomoćnom nuklearnom elektranom, u protivnom može se dovesti u pitanje njegova izvodljivost
Je li moguće u postojeće projekte 636 ili 677 ugraditi odjeljak s nuklearnom elektranom? Projekt 636 je prestar za implementaciju tako radikalnih inovacija kao što je pomoćna nuklearna elektrana na njemu. Mogućnost umetanja pomoćne nuklearne elektrane u podmornicu projekta 677 mogu procijeniti samo programeri ove podmornice, zajedno s projektantima nuklearne elektrane. Sudbina projekta 677 već je u sumnji, prema nekim izvještajima, upravo zbog problema s elektranom. U ovom slučaju, proučavanje ugradnje pomoćne nuklearne elektrane može oživjeti i konačno pokopati projekt 677.
O projektu ruske nuklearne podmornice pete generacije "Kalina" dostupno je još manje podataka. Fragmentarni podaci sadrže informacije o razvoju nekoliko verzija, kako sa VNEU -om, tako i sa baterijama povećanog kapaciteta. Jesu li ove informacije pouzdane ili su dobre želje, može se samo nagađati; prema tome, nema smisla nagađati o mogućnosti korištenja pomoćne nuklearne elektrane na podmornici projekta Kalina.
Dakle, Potreba za razvojem dizel-električne podmornice s pomoćnom nuklearnom elektranom za mornaricu Rusije može se povezati s omjerom sljedećih glavnih faktora: cijene i vremena izgradnje obećavajućih nuklearnih podmornica projekta Husky te cijene i vremena stvaranja nuklearne podmornice sa NE velike snage ili baterijama povećanog kapaciteta.
S druge strane, napredak u stvaranju malih nuklearnih elektrana može dovesti do činjenice da će se one razvijati bez obzira na uspjeh u stvaranju VNEU-a ili baterija povećanog kapaciteta te će biti implementirane i tražene u okviru jedan projekat obećavajuće podmornice.
