Nuklearni reaktor za nuklearnu podmornicu (NNS). Proturječnost je svojstvena samom nazivu, međutim, ovo se pitanje još 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 tadašnja nuklearna podmornica 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 načelu, 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 koje su instalirane na dizel-električnim podmornicama projekta 651. Međutim, nuklearne podmornice projekta 675 bile su znatno skuplje dizelsko-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 razini dizel-električnih podmornica izvornog projekta.
Kao rješenje, razmatrano je stvaranje nuklearnog reaktora male veličine, takozvanog "Dollezhalovog jaja", nazvanog po 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 krutog tijela dizel-električne podmornice, ali u okviru jedinstvenog "krutog" dizajna podmornice.
Očito, tadašnje tehnologije nisu dopuštale 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 projekt 651. 1985. 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 Znanstvenoistraživačkom institutu za energetiku (NIKIET) - trenutno Ordenom Lenjinovog znanstvenoistraživačkog 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 ponovno 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 nedostatno u kontekstu brzog zastarjevanja nuklearnih podmornica treće generacije projekata 971, 945 / 945A dostupnih u ruskoj mornarici.
Trenutno je u tijeku projektiranje 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 omogućuje usporedbu s ultra skupim američkim nuklearnim podmornicama Seawolf i svestranijom i relativno jeftinom nuklearnom klasom Virginia podmornice koje je razvila za zamjenu.
Istodobno, postoje rizici da bi se projekt Husky, osobito ako se u njega implementira visoki koeficijent tehničke novosti, mogao suočiti s nepredviđenim kašnjenjima i povećanjem troškova.
Nenuklearne podmornice u Rusiji i svijetu
Drugi način jačanja podvodne komponente mornarice je izgradnja nenuklearnih podmornica. I u ovom segmentu u ruskoj mornarici ne ide sve glatko. Trenutno je globalni trend opremanje ne-nuklearnih podmornica opremom elektranama neovisnim o zraku (VNEU), izrađenim na različitim principima-gorivim ćelijama, Stirlingovim motorom. Prisutnost VNEU -a omogućuje radikalno povećanje raspona podmornica podmornica, približavajući njegove sposobnosti nuklearnim podmornicama, uz znatno nižu cijenu prvih.
Nažalost, ruski projekti VNEU za podmornicu projekta 677 Lada naišli su na probleme, kao i cijeli projekt 677, zbog čega će se prve podmornice ovog projekta vjerojatno provesti bez instaliranja VNEU -a.
Baterije za ne-nuklearne podmornice
Druga mogućnost - opremiti podmornicu litijevim baterijama povećanog kapaciteta, odabrale su japanske pomorske snage (Navy), koje također upravljaju podmornicom sa Stirlingovim motorom. Pretpostavlja se da će uporaba litijevih baterija velikog kapaciteta omogućiti autonomiju NNS-a velikog dometa usporedivu s onom koja dopušta uporabu VNEU-a, ali u isto vrijeme litijeve baterije omogućuju dug potopljeni doseg pri velikim brzinama.
Kritičari litijevih baterija kažu da su skloni požaru i eksploziji. Međutim, može se pretpostaviti da će industrijska, a još više vojna uporaba takvih baterija podrazumijevati povećanu pozornost na sigurnosna pitanja i minimiziranje potencijalnih rizika od pregrijavanja ili deformacije baterija. Najveća prepreka pri uvođenju litijevih baterija u podmornice bez podmornica je njihova visoka cijena.
Mogućnost korištenja litijevih baterija u interesu mornarice potvrđena je intenziviranjem njihova razvoja od strane europskih proizvođača.
Na izložbi Euronaval 2018. u Parizu 2018. francuska brodograđevna grupa Naval Group i njemačka grupa TKMS najavile su stvaranje vlastitih litij-ionskih baterija za podmornice. Dvije tvrtke neovisno razvijaju litijeve podmorničke baterije u partnerstvu s velikim francuskim proizvođačem industrijskih litijevih baterija i akumulatora, SAFT.
Tvrtka 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 s proizvodnjom modernih litijevih baterija prilično maglovita.
Liotech, podružnica tvrtke RUSNANO, proizvodi baterije izrađene tehnologijom litij -željezo -fosfata (LiFePO4). Ove baterije imaju određene prednosti, posebice visoku sigurnost uporabe, mogućnost sigurnog brzog punjenja i sigurno pražnjenje s visokim strujama. Istodobno, kapacitet LiFePO4 znatno je (približno dva puta) lošiji od litijevih baterija izrađenih pomoću litij -kobalta ili drugih tehnologija. Nekoliko puta u medijima se pojavila informacija o bankrotu tvrtke, ali web stranica tvrtke trenutno funkcionira.
Godine 2015. "Istraživački centar" Autonomni izvori energije "zajedno s PJSC" Postrojenje autonomnih izvora energije "najavio je otvaranje proizvodnje punog ciklusa litij-ionskih 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 njihove uporabe kao izvora energije za nuklearne podmornice, zaslužuju pomno proučavanje specijaliziranih organizacija.
Moderne ruske nuklearne elektrane
Nedostatak ispravnog domaćeg VNEU-a i rješenja temeljenih na visoko učinkovitim litijevim 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. U ovom trenutku u svijetu, pod utjecajem "zelenih", dolazi do udaljavanja od nuklearne energije. Rusija, s druge strane, ne planira napustiti "miroljubivi atom" u bliskoj budućnosti, aktivno se razvija u tom smjeru i najvjerojatnije je "prva među jednakima" na području nuklearne energije.
Jedan od primjera pojave revolucionarnih tehnologija među ruskim nuklearnim znanstvenicima 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 razvio A. P. Aleksandrova (NITI) projekta AMB-8, s 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 posudi za obećavajuće podmornice, već je ostavlja kao izvor tehnoloških rješenja.
Prisutnost zaštite od zračenja u nuklearnoj elektrani u BPA Poseidon je upitna. S jedne strane, odsutnost posade ne zahtijeva punopravnu zaštitu od zračenja, samo tzv. Zaštita "sjena" odjeljaka s osjetljivim uređajima. S druge strane, nedostatak zaštite od zračenja može zakomplicirati rad UUV -a Poseidon - postavljanje / uklanjanje s nosača, održavanje, iako je njegov reaktor prema zadanim postavkama "ugašen".
I u SSSR -u i u Rusiji reaktori s rashladnom tekućinom u tekućem metalu razvijali su se vrlo aktivno, sve do serijske uporabe 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 učinkovit samo u okviru problema koji se rješava i ne može se prilagoditi za dugotrajni rad bez problema.
Ako je nemoguće implementirati nuklearnu elektranu s rashladnom tekućinom na tekući metal 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 ravnatelja - glavnog projektanta za civilne objekte dd "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, opskrbljeno u obliku energetske kapsule tvorničke proizvodnje s 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 izvedbi s jednim blokom.
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", temeljena 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 je šest godina, zračno hlađenje, s mehaničkom cirkulacijom zraka.
U rasponu snage od 1 do 10 MW, predlažu se Shelf ASMM projekt i obećavajući projekt ATGOR temeljen na reaktoru otvorenog ciklusa hlađenog plinom male snage. 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 uporabu i namijenjena je za napajanje tehničke opreme koja radi na naftnim i plinskim poljima, uključujući i one udaljene 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 toplinske snage 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, jezgreni ciklus je 40.000 sati, a učestalost punjenja gorivom šest godina. Težina transportiranog modula je 375 tona. 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 čimbenika.
Stoga se može pretpostaviti da razvoj ruskih atomskih znanstvenika omogućuje stvaranje kompaktne autonomne nuklearne elektrane s električnom snagom od 1-6 MW s radnim vijekom do deset (a možda i više) godina između ponovnog punjenja jezgre reaktora. Ako se kompaktna nuklearna elektrana može stvoriti na temelju reaktora s rashladnom tekućinom u tekućem metalu, tada njezine karakteristike mogu biti još impresivnije. Postavljanje reaktora u izoliranu kapsulu maksimizirat će njegovu izolaciju od tijela podmornice i spriječiti značajno povećanje buke u usporedbi s podmornicom / dizel-električnom podmornicom.
Podmornice ili dizel-električne podmornice s pomoćnom nuklearnom elektranom?
Prije svega, valja reći da izjave "ne trebaju nam nuklearne podmornice, obične dizelsko -električne podmornice sasvim su dovoljne" ne podnose kritike i odnose se na pokušaj samozadovoljstva - "budući da ne uspijevamo, onda nam to ne treba”. Vrijeme klasičnih dizel-električnih podmornica bliži se 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 izronile na dubinu periskopa i napunile baterije dizel-električnih podmornica, s velikom vjerojatnošću će biti otkriven radarom ili termovizijom bespilotne letjelice i uništen.
Trebaju li ruskoj ratnoj mornarici dizel-električne podmornice s pomoćnom nuklearnom elektranom ili je bolje usredotočiti se na razvoj VNEU-a i modernih baterija za nuklearne podmornice? Odgovor na ovo pitanje zahtijeva odgovore na nekoliko drugih pitanja:
1. Koliko će ispasti uspješna i skupa (jeftina) nuklearna podmornica projekta "Husky" 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 im uporaba na domaćim ne-nuklearnim podmornicama omogućiti natjecanje 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, onda se takav projekt može dobro 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 milijuna dolara, odnosno njihova cijena za rusku mornaricu trebala bi biti oko 150-200 milijuna 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 baterija povećanog kapaciteta morat će se riješiti na ovaj ili onaj način, barem kako bi brodograditeljskoj industriji dostavili izvozne narudžbe. Ako će se vrijeme stvaranja VNEU-a i baterija povećanog kapaciteta odgoditi, a njihove dobivene karakteristike i troškovi neće zadovoljiti zahtjeve ruske mornarice, tada bi mogao biti tražen projekt dizel-električne podmornice s pomoćnom nuklearnom elektranom, u protivnom se može dovesti u pitanje njegova izvedivost
Je li moguće u postojeće projekte 636 ili 677 umetnuti odjeljak s nuklearnom elektranom? Projekt 636 prestar je za provedbu tako radikalnih inovacija kao što je pomoćna nuklearna elektrana na njemu. Mogućnost umetanja pomoćne nuklearne elektrane u podmornicu projekta 677 mogu ocijeniti samo programeri ove podmornice, zajedno s projektantima nuklearne elektrane. Sudbina projekta 677 već je u sumnji, prema nekim izvješćima, 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, s VNEU -om i s baterijama povećanog kapaciteta. Jesu li te 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.
Tako, Potreba za razvojem dizel-električne podmornice s pomoćnom nuklearnom elektranom za mornaricu Rusije može se povezati s omjerom sljedećih glavnih čimbenika: cijene i vremena izgradnje obećavajućih nuklearnih podmornica projekta Husky te cijene i vremena stvaranja nuklearne podmornice s NPP 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 se implementirati i tražiti u okviru jedan projekt obećavajuće podmornice.
