Reactor nuclear per a un submarí no nuclear (NNS). La contradicció és inherent al nom mateix, tot i així, aquesta qüestió es va considerar bastant seriosament a l'URSS. En particular, es va plantejar la idea de col·locar un reactor nuclear de petita mida en relació amb els submarins del projecte 651. El submarí dièsel-elèctric (DEPL) del projecte 651 porta-míssils de creuer es va convertir en els submarins no nuclears més grans construïts en aquella època. l’URSS.
L’ou de Dollezhal
Des del principi, en un esforç per augmentar la gamma submarina dels submarins dièsel-elèctrics del Projecte 651, els dissenyadors van establir bateries de plata-zinc en lloc de bateries de plom-àcid. A la pràctica, va resultar que les bateries plata-zinc tenen dos inconvenients crítics: un alt cost i una vida útil curta (fins a 100 cicles de càrrega-descàrrega), que predeterminaven el retorn a les bateries de plom-àcid.
No obstant això, a més de les bateries de major capacitat, també es van considerar solucions més radicals per als submarins dièsel-elèctrics del projecte 651. En principi, la Marina (Marina) de l'URSS, en paral·lel a la construcció d'embarcacions del Projecte 651, es preparava per a la construcció de submarins nuclears (submarins nuclears) del Projecte 675, amb els mateixos míssils de creuer P-6 que es van instal·lar en els submarins dièsel-elèctrics del projecte 651. No obstant això, els submarins nuclears del projecte 675 eren significativament més cars els submarins dièsel-elèctrics del projecte 651. Es necessitava una solució que permetés als submarins (submarins) del projecte 651 obtenir un abast de creuers il·limitat de submarins mentre mantenint altres característiques a nivell de submarins dièsel-elèctrics del projecte original.
Com a solució, es va plantejar la creació d’un reactor nuclear de petites dimensions, l’anomenat “ou de Dollezhal”, que porta el nom del seu creador Nikolai Dollezhal, el principal dissenyador de reactors nuclears de la Marina de l’URSS. A la fase inicial, el projecte consistia a col·locar el reactor en una càpsula independent i remolcar-lo sobre una corda amb un cable per tal d'abandonar el fort blindatge biològic. Tanmateix, aquest concepte va ser rebutjat immediatament, tant per l’elevada probabilitat de perdre la càpsula amb el reactor, com pel potencial de rastrejar submarins al llarg d’una pista radioactiva. En el futur, es va plantejar la col·locació del reactor fora del sòlid cos dièsel-elèctric submarí, però en el marc d’un únic disseny de submarins “rígids”.
Viouslybviament, les tecnologies d’aquella època no permetien crear un reactor prou compacte i fiable i sense manteniment amb característiques acceptables. En el futur, va tornar a aparèixer la idea d’instal·lar una central nuclear (NPP) en submarins dièsel-elèctrics. En particular, sobre la base dels submarins dièsel-elèctrics del projecte 651, es va desenvolupar el projecte 683 per crear un submarí massiu equipat amb una central nuclear de baixa potència. Se suposava que aquest submarí es construiria en grans quantitats a fàbriques que anteriorment produïen submarins dièsel-elèctrics. El projecte 683 es va prolongar i no va rebre desenvolupament, presumiblement perquè en aquella època l’URSS ja tenia la capacitat de producció suficient per produir vaixells de ple dret amb energia nuclear en les quantitats necessàries per a la Marina.
Tampoc es va oblidar el Projecte 651. El 1985, un dels vaixells d’aquest projecte es va redissenyar segons el Projecte 651E, desenvolupat el 1977. Com a part de la modernització, el submarí estava equipat amb una central nuclear compacta de baixa potència, desenvolupada a l'Institut d'Enginyeria Elèctrica de Recerca i Disseny Científic (NIKIET), actualment l'Institut d'Enginyeria Elèctrica de Recerca i Disseny Científic i Disseny de l'Ordre de Lenin. N. A. Dollezhal . En el marc del projecte 651E, es va col·locar una central nuclear de baixa potència a la part inferior de popa del submarí fora del casc resistent. Es va utilitzar un reactor de tipus d'ebullició d'un sol bucle. Tanmateix, el submarí del Projecte 651E tampoc no va sortir de l'etapa de prototip.
Submarins nuclears russos polivalents
Amb el col·lapse de l'URSS i la pèrdua d'una part important del seu potencial industrial, Rússia es va enfrontar novament al problema de l'escassetat de submarins nuclears. El projecte del submarí nuclear polivalent (MCSAPL) 885 / 885M "Ash", malgrat tots els seus avantatges, va resultar ser extremadament car i difícil de construir. En total, està previst construir set SSNS del projecte 885 / 885M, que és completament insuficient en el context de la ràpida obsolescència dels submarins nuclears de tercera generació dels projectes 971, 945 / 945A disponibles a la Marina russa.
De moment, el disseny del submarí nuclear polivalent de nova generació "Husky" està en marxa. El projecte Husky continua ple de rumors més que d’informació real. Presumiblement, els submarins nuclears d’aquest projecte seran més petits i més econòmics que els SSNS del projecte 885 / 885M, cosa que permet fer una analogia amb els ultra cars submarins nuclears nord-americans Seawolf i els nuclis més versàtils i relativament econòmics de la classe Virginia. submarins desenvolupats per aquest per substituir-los.
Al mateix temps, hi ha riscos que el projecte Husky, especialment si s’implementa un alt coeficient de novetat tècnica, pugui afrontar retards imprevistos i augments de costos.
Submarins no nuclears a Rússia i al món
Una altra manera de reforçar el component submarí de la Marina és la construcció de submarins no nuclears. I en aquest segment de la Marina russa, també, no tot va bé. Actualment, la tendència mundial és equipar submarins no nuclears amb centrals elèctriques independents de l’aire (VNEU), fabricades segons diversos principis: piles de combustible, motor Stirling. La presència de VNEU permet augmentar radicalment el rang submarí de submarins, acostant les seves capacitats als submarins nuclears, a un cost significativament inferior als primers.
Malauradament, els projectes russos de VNEU per al submarí del projecte 677 Lada es van enfrontar a problemes, igual que tot el projecte 677, per la qual cosa els primers submarins d’aquest projecte presumptament s’implementaran sense la instal·lació de VNEU.
Bateries per a submarins no nuclears
Una altra opció: equipar el submarí amb bateries de liti de major capacitat, va ser escollida per les forces navals japoneses (Marina), que també operen el submarí amb un motor Stirling. Se suposa que l'ús de bateries de liti d'alta capacitat permetrà una autonomia NNS de llarg abast comparable a la que permet l'ús de VNEU, però al mateix temps les bateries de liti proporcionen un llarg abast submergit a velocitats elevades.
Els crítics de les bateries de liti diuen que són propensos al foc i a l'explosió. No obstant això, es pot suposar que l'ús industrial, i més encara l'ús militar d'aquestes bateries, implicarà una major atenció als problemes de seguretat i minimitzarà els riscos potencials de sobreescalfament o deformació de les bateries. L’obstacle més gran en la introducció de bateries de liti en submarins no submarins és el seu elevat cost.
La possibilitat d’utilitzar bateries de liti en interès de la Marina es confirma amb la intensificació del seu desenvolupament per part dels fabricants europeus.
A l’exposició Euronaval 2018 a París, el grup naval francès Naval Group i el grup alemany TKMS van anunciar la creació de les seves pròpies bateries de ions de liti per a submarins. Les dues empreses desenvolupen de forma independent bateries submarines de liti en col·laboració amb el principal fabricant francès de bateries i acumuladors de liti industrials, SAFT.
L’empresa Naval Group té previst utilitzar bateries de liti LIBRT en els prometedors submarins SMX-31, mentre que TKMS desenvolupa una solució universal que es pot integrar als submarins alemanys existents i en construcció dels projectes 212 i 214.
A Rússia, la situació de la producció de bateries de liti modernes és bastant vaga.
Liotech, filial de RUSNANO, produeix bateries fabricades amb tecnologia de fosfat de liti-ferro (LiFePO4). Aquestes bateries tenen certs avantatges, en particular l’alta seguretat d’ús, la possibilitat de carregar ràpidament i descarregar amb seguretat amb corrents elevats. Al mateix temps, la capacitat de LiFePO4 és significativament inferior (aproximadament dues vegades) a les bateries de liti fabricades amb liti cobalt o altres tecnologies. Diverses vegades als mitjans de comunicació hi va haver informació sobre la fallida de la companyia, però el lloc web de la companyia està funcionant actualment.
El 2015, el "Centre de Recerca" Fonts d'Alimentació Autònomes "conjuntament amb" Planta de Fonts d'Alimentació Autònomes "de PJSC van anunciar l'obertura de la producció d'un cicle complet de bateries de ions de liti. No obstant això, de moment no hi ha informació sobre l’escala de producció i el grau de localització.
Es desenvoluparan tecnologies tant de bateries LiFePO4 com d'altres tipus de bateries de liti, i la seva implementació a Rússia, així com la possibilitat d'utilitzar-les com a font d'energia per a submarins no nuclears, mereixen un estudi proper per part d'organitzacions especialitzades.
Modernes centrals nuclears russes
La manca d’un VNEU domèstic i solucions basades en bateries de liti d’alta eficiència, combinades amb l’elevat cost i retards en la construcció de submarins nuclears polivalents, pot obligar a la Marina russa a tornar al concepte d’equipar submarins dièsel-elèctrics amb centrals nuclears d'energia. De moment, al món, sota la influència del "verd", hi ha un allunyament de l'energia nuclear. Rússia, en canvi, no pensa abandonar l '"àtom pacífic" en un futur pròxim, s'està desenvolupant activament en aquesta direcció i és molt probable que sigui el "primer entre iguals" en el camp de l'energia nuclear.
Un dels exemples de l’aparició de tecnologies innovadores entre els científics nuclears russos són exemples de la creació d’una central nuclear de petites dimensions per al vehicle submarí no tripulat (UUV) Poseidon i un motor de coet nuclear per al míssil de creuer Burevestnik amb un abast de vol il·limitat.
No hi ha dades fiables sobre la central nuclear del BPA "Posidó". Presumiblement pot ser un reactor amb un refrigerant de metall líquid amb una capacitat d’uns 8-10 MW, basat en el desenvolupat per A. P. Aleksandrova (NITI) del projecte AMB-8, amb bombes de refrigeració magnetohidrodinàmiques silencioses del circuit primari.
Tenint en compte els detalls específics de l’aplicació Bose de Poseidon, la seva central nuclear pot tenir una vida útil limitada, que dura uns quants milers d’hores, cosa que no permetrà que es prengui directament per a submarins prometedors, però la deixa com a font de solucions tecnològiques.
La presència de protecció contra les radiacions a la central nuclear del BPA Posidó està en dubte. D’una banda, l’absència d’una tripulació no requereix protecció radiològica completa, només l’anomenada. Protecció "Shadow" de compartiments amb dispositius sensibles. D’altra banda, la manca de protecció contra les radiacions pot complicar el funcionament del Poseidon UUV: instal·lació / retirada del portador, manteniment, tot i que el seu reactor està “apagat” per defecte.
Tant a l’URSS com a Rússia es van desenvolupar molt activament reactors amb refrigerant metàl·lic líquid fins a l’ús en sèrie dels submarins del Projecte 705 Lira, que presenten característiques tècniques destacades i un conjunt igualment extens de problemes irresolubles. És molt probable que la NPU de "metall líquid" (presumiblement) de la central nuclear de Posidó només sigui efectiva en el marc del problema que es resol i no es pugui adaptar per a un funcionament sense problemes a llarg termini.
Si és impossible implementar una central nuclear amb un refrigerant de metall líquid i amb un llarg cicle de funcionament autònom sense problemes, llavors l'opció de crear una central nuclear de baixa potència basada en reactors es va desenvolupar al mateix NIKIET, on L'ou de Dollezhal va ser dissenyat prèviament, es pot considerar.
A partir de l'article del subdirector general per a instal·lacions civils de JSC "NIKIET" A. O. Pimenova:
Per satisfer les necessitats energètiques dels camps àrtics, NIKIET ofereix una sèrie de desenvolupaments: des d’una petita estació transportable Vityaz amb un reactor refredat per aigua amb una potència elèctrica de fins a 1 MW i una unitat de potència amb una plataforma d’instal·lació de reactors unificada, per a subministrament d’energia local d’un sol consumidor, subministrat en forma de càpsula d’energia de producció de fàbrica amb unitats compactes de generadors de reactors i turbines, fins a una línia d’aparells de ebullició tipus vaixell per a centrals elèctriques amb una potència elèctrica de 45 MW, 100 MW i 300 MW en un disseny d’un sol bloc.
En particular, les centrals nuclears de baixa potència (ASMM) Vityaz, Shelf i ATGOR haurien de tenir unes dimensions mínimes i una alta autonomia. Estan dissenyats amb un disseny encapsulat, que augmenta el nivell de seguretat de les centrals nuclears. Central elèctrica integral transportable modular "Vityaz", basada en un reactor d'aigua a pressió refrigerat per aigua, amb una potència elèctrica d'1 MW i una potència tèrmica de 6 MW, que no pesa més de 60 tones. La campanya principal és de 40.000 hores, la freqüència de recàrrega és de sis anys, refrigeració per aire, amb circulació mecànica d’aire.
En el rang de potència d’1 a 10 MW, es proposen el projecte Shelf ASMM i el prometedor projecte ATGOR basat en un reactor de cicle obert refrigerat per gas de baixa potència. La unitat mòbil "ATGOR" d'un semiremolc de vehicles és capaç de produir 3,5 MW de potència tèrmica i 0,4-1,2 MW d'energia elèctrica. La vida útil és de 60 anys, el combustible nuclear es recarrega un cop cada deu anys.
ASMM Shelf és el principal desenvolupament de NIKIET, es pot subministrar en forma de càpsula d’energia preparada per a l’ús i està destinat al subministrament d’energia d’equips tècnics que operen en camps de petroli i gas, inclosos els remots a una distància considerable del a la costa i amb un cicle de funcionament durant tot l'any durant 25-30 anys. El prestatge ASMM inclou un reactor nuclear de doble circuit amb un reactor integrat refredat per aigua amb una potència tèrmica de 28 MW, una unitat generadora de turbina que genera 6 MW d’electricitat i un sistema per al control, control i control automàtics, de control remot i de protecció de la instal·lació. mitjans tècnics.
La vida útil del submarí nuclear Shelf és de 60 anys, el cicle central és de 40.000 hores i la freqüència de proveïment és de sis anys. El pes del mòdul transportat és de 375 tones. El reactor està protegit per una carcassa de seguretat que, en cas d'accidents amb pèrdua de refrigerant, proporciona 72 hores per prendre decisions sobre altres accions. El generador de turbina està disponible per a la seva reparació. Tots els elements de la central nuclear "Shelf" estan coberts amb una capa protectora de l'impacte de factors externs.
Així, es pot suposar que els desenvolupaments dels científics atòmics russos permeten crear una central nuclear autònoma compacta amb una potència elèctrica d’1-6 MW amb una vida útil de deu (i possiblement més) anys entre recàrregues. del nucli del reactor. Si es pot crear una central nuclear compacta a partir de reactors amb un refrigerant metàl·lic líquid, les seves característiques poden ser encara més impressionants. La col·locació del reactor en una càpsula aïllada maximitzarà el seu aïllament del cos submarí i evitarà un augment significatiu del soroll en comparació amb el submarí / dièsel-elèctric.
Submarins no submarins o dièsel-elèctrics amb una central nuclear auxiliar?
En primer lloc, cal dir que les afirmacions "no necessitem submarins nuclears, els submarins dièsel elèctrics ordinaris són suficients" no s'oposen a les crítiques i fan referència a un intent de complaença - "ja que estem fallant, aleshores no el necessitem”. L’època dels clàssics submarins dièsel-elèctrics s’acaba, el seu potencial d’exportació disminuirà ràpidament no per la “moda” dels no submarins, sinó perquè la necessitat de fer superfícies freqüents per recarregar les bateries és fatal per a un submarí. Tenint en compte el ràpid augment del nombre de vehicles aeris no tripulats (UAV), que també s'estan desenvolupant en interès de la Marina, que van aflorar fins a la profunditat del periscopi i carregaven bateries de submarins dièsel-elèctrics, amb una alta probabilitat que es detecti per un radar o una imatge tèrmica d’un UAV i destruït.
La marina russa necessita submarins dièsel-elèctrics amb una central nuclear auxiliar o és millor centrar-se en el desenvolupament de VNEU i bateries modernes per a submarins no nuclears? Per respondre a aquesta pregunta cal obtenir respostes a diverses altres preguntes:
1. Quin èxit i car (baix cost) tindrà el submarí nuclear del projecte "Husky" i quant costarà un submarí dièsel-elèctric amb una central nuclear auxiliar?
2. La indústria de la Federació de Rússia és capaç de crear un VNEU en un termini raonable i a un cost acceptable o produir bateries modernes, l'ús de les quals en submarins domèstics no nuclears els permetrà competir amb els millors anàlegs mundials?
Segons el paràgraf 1. Si, per qualsevol motiu, els submarins nuclears del projecte Husky resulten ser carreteres i la seva construcció trigarà molt, i els submarins dièsel-elèctrics amb una central nuclear auxiliar seran significativament més econòmics, encara que a causa de més unes característiques modestes i més fàcils de construir, doncs, aquest projecte es pot considerar i implementar per proporcionar a la Marina un nombre suficient de submarins
El cost del projecte 885 / 885M MCSAP és de 30 a 47 mil milions de rubles. (d’1 a 1.500 milions de dòlars), el cost del projecte SSBN 955 / 955A és d’uns 23.000 milions de rubles. (0,7 milions de dòlars). El valor d’exportació dels submarins dièsel-elèctrics del Projecte 636 és de 300 milions de dòlars, respectivament, el seu cost per a la Marina russa hauria de ser d’uns 150-200 milions de dòlars. Fins i tot si el seu cost, si està equipat amb una central nuclear auxiliar, es duplica, en aquest cas, el cost dels submarins dièsel-elèctrics amb centrals nuclears serà de tres a quatre vegades inferior al cost dels SSN del projecte 885 / 885M. Això no vol dir en absolut que sigui necessari abandonar els "reals" vaixells amb motor nuclear en favor dels submarins dièsel-elèctrics amb centrals nuclears, però el fet que la seva existència a la flota pugui ser força rendible es confirma.
En el punt 2. El problema del VNEU i de les bateries de major capacitat s’haurà de resoldre d’una manera o altra, almenys per proporcionar a la indústria de la construcció naval comandes d’exportació. Si el moment de la creació de VNEU i bateries de major capacitat es retardarà i les seves característiques i cost obtinguts no compliran els requisits de la Marina russa, és possible que sigui necessari un projecte de submarí dièsel-elèctric amb una central nuclear auxiliar., en cas contrari, es pot posar en dubte la seva viabilitat
És possible inserir un compartiment amb una central nuclear en els projectes 636 o 677 existents? El projecte 636 és massa antic per implementar innovacions tan radicals com una central nuclear auxiliar. La possibilitat d’inserir una central nuclear auxiliar al submarí del projecte 677 només la poden avaluar els desenvolupadors d’aquest submarí, juntament amb els desenvolupadors de la central nuclear. Segons alguns informes, el destí del projecte 677 ja està al llimbe, precisament per problemes amb la central. En aquest cas, l’estudi de la instal·lació d’una central nuclear auxiliar pot reviure i enterrar finalment el projecte 677.
Hi ha encara menys informació disponible sobre el projecte del submarí nuclear rus de la cinquena generació "Kalina". La informació fragmentària conté informació sobre el desenvolupament de diverses versions, tant amb VNEU com amb bateries de major capacitat. Si aquesta informació és fiable o és un bon desig, només es pot endevinar; per tant, no té sentit especular sobre la possibilitat d’utilitzar una central nuclear auxiliar al submarí del projecte Kalina.
Així, La necessitat de desenvolupar un submarí dièsel-elèctric amb una central nuclear auxiliar per a la Marina russa es pot relacionar amb la proporció dels següents factors principals: el cost i el temps de construcció dels submarins nuclears prometedors del projecte Husky i el cost i el temps de creació d’un submarí nuclear amb una central nuclear de gran potència o bateries de major capacitat.
D’altra banda, el progrés en la creació de centrals nuclears de petita mida pot conduir al fet que es desenvolupin independentment de l’èxit en la creació de bateries VNEU o de major capacitat i s’implementaran i seran demandades en el marc de un sol projecte d’un submarí prometedor.
