Jaderný reaktor pro nejadernou ponorku (NNS). Rozpor je obsažen v samotném názvu, nicméně tento problém byl v SSSR považován za velmi vážný. Zejména myšlenka umístění malého jaderného reaktoru byla zvažována ve vztahu k ponorkám projektu 651. Naftová-elektrická ponorka (DEPL) nosiče raketových střel projektu 651 se stala největšími nejadernými ponorkami té doby postavenými v r. SSSR.
Dollezhalovo vejce
Ve snaze zvýšit podvodní dolet dieselelektrických ponorek projektu 651 konstruktéři od samého začátku pokládali místo olověných kyselin stříbro-zinkové baterie. V praxi se ukázalo, že stříbrno-zinkové baterie mají dvě zásadní nevýhody: vysoké náklady a krátkou životnost (až 100 cyklů nabíjení-vybití), které předurčily návrat k olověným bateriím.
Kromě baterií se zvýšenou kapacitou však byla u dieselelektrických ponorek projektu 651 zvažována také radikálnější řešení. Námořnictvo (námořnictvo) SSSR se v zásadě souběžně s výstavbou lodí projektu 651 připravovalo na stavbu jaderných ponorek (jaderných ponorek) projektu 675 se stejnými řízenými střelami P-6, které byly nainstalovány na dieselelektrických ponorkách projektu 651. Jaderné ponorky projektu 675 však byly podstatně dražší dieselelektrické ponorky projektu 651. Bylo požadováno řešení, které by umožnilo ponorkám (ponorkám) projektu 651 získat neomezený cestovní rozsah ponorek, zatímco zachování dalších charakteristik na úrovni dieselelektrických ponorek původního projektu.
Jako řešení se uvažovalo o vytvoření malého jaderného reaktoru, takzvaného „Dollezhalova vejce“, pojmenovaného podle jeho tvůrce Nikolaje Dollezhala, hlavního konstruktéra jaderných reaktorů pro námořnictvo SSSR. V počáteční fázi zahrnoval projekt umístění reaktoru do samostatné kapsle a jeho tažení na laně pomocí kabelu, aby se opustilo těžké biologické stínění. Takový koncept byl však okamžitě zamítnut, a to jak z důvodu vysoké pravděpodobnosti ztráty kapsle s reaktorem, tak z důvodu možnosti sledování ponorek po radioaktivní stopě. Do budoucna se uvažovalo o umístění reaktoru mimo pevné těleso dieselelektrické ponorky, ale v rámci jediné „tuhé“ponorkové konstrukce.
Tehdejší technologie evidentně neumožňovaly vytvořit dostatečně kompaktní a spolehlivý bezúdržbový reaktor s přijatelnými charakteristikami. V budoucnu se myšlenka instalovat jadernou elektrárnu (JE) na dieselelektrické ponorky více než jednou vrátila. Zejména na základě dieselelektrických ponorek projektu 651 byl projekt 683 vyvinut k vytvoření masové ponorky vybavené jadernou elektrárnou s nízkým výkonem. Tato ponorka měla být ve velkém postavena v továrnách, které dříve vyráběly dieselelektrické ponorky. Projekt 683 se protáhl a nedostal vývoj, pravděpodobně proto, že do této doby měl SSSR již dostatečnou výrobní kapacitu na výrobu plnohodnotných jaderných lodí v množství nezbytném pro námořnictvo.
Nezapomnělo se ani na projekt 651. V roce 1985 byla jedna z lodí tohoto projektu přepracována podle projektu 651E, vyvinutého již v roce 1977. V rámci modernizace byla ponorka vybavena kompaktní jadernou elektrárnou s nízkým výkonem, vyvinutou na Institutu pro vědecký výzkum a konstrukci energetiky (NIKIET) - v současné době je pojmenován po Leninově vědeckovýzkumném a projektovém ústavu energetiky N. A. Dollezhal “. V rámci projektu 651E byla nízkoenergetická jaderná elektrárna umístěna v dolní zadní části ponorky mimo odolný trup. Byl použit jednosmyčkový varný reaktor. Ponorka projektu 651E však také neopustila prototypovou fázi.
Víceúčelové ruské jaderné ponorky
S rozpadem SSSR a ztrátou významné části jeho průmyslového potenciálu se Rusko opět potýkalo s problémem nedostatku jaderných ponorek. Projekt víceúčelové jaderné ponorky (MCSAPL) 885 / 885M „Ash“se přes všechny své výhody ukázal jako extrémně drahý a obtížně stavitelný. Celkem se plánuje vybudování sedmi SSNS projektu 885 / 885M, což je v kontextu rychlého zastarávání jaderných ponorek třetí generace projektů 971, 945 / 945A dostupných v ruském námořnictvu zcela nedostačující.
V tuto chvíli probíhá návrh víceúčelové jaderné ponorky „Husky“nové generace. Projekt Husky je stále plný pověstí, spíše než skutečných informací. Jaderné ponorky tohoto projektu budou pravděpodobně menší a levnější než SSNS projektu 885 / 885M, což umožňuje nakreslit analogii s ultra-drahými americkými jadernými ponorkami Seawolf a univerzálnější a relativně levnou jadernou jadernou jím vyvinuté ponorky nahradit.
Současně existují rizika, že projekt Husky, zvláště pokud je v něm implementován vysoký koeficient technické novinky, může čelit nepředvídaným zpožděním a zvyšování nákladů.
Nejaderné ponorky v Rusku a ve světě
Dalším způsobem, jak posílit podvodní složku námořnictva, je stavba nejaderných ponorek. A ani v tomto segmentu ruského námořnictva nejde všechno hladce. V současné době je celosvětovým trendem vybavit nejaderné ponorky elektrárnami nezávislými na vzduchu (VNEU), vyrobenými na různých principech-palivové články, Stirlingův motor. Přítomnost VNEU umožňuje radikálně zvýšit rozsah ponorek ponorek, čímž se jeho schopnosti blíží jaderným ponorkám, a to za výrazně nižší cenu.
Ruské projekty VNEU pro projekt 677 Lada submarine bohužel čelily problémům, stejně jako celý projekt 677, v důsledku čehož budou první ponorky tohoto projektu pravděpodobně realizovány bez instalace VNEU.
Baterie pro nejaderné ponorky
Další možnost - vybavit ponorku lithiovými bateriemi se zvýšenou kapacitou, zvolily japonské námořní síly (námořnictvo), které také ponorku provozují se Stirlingovým motorem. Předpokládá se, že použití vysokokapacitních lithiových baterií umožní autonomii NNS dlouhého dosahu srovnatelnou s tou, která umožňuje použití VNEU, ale zároveň lithiové baterie poskytují dlouhý ponorný dosah při vysokých rychlostech.
Kritici lithiových baterií tvrdí, že jsou náchylní k požáru a výbuchu. Lze však předpokládat, že průmyslové, a ještě více vojenské použití těchto baterií, bude znamenat zvýšenou pozornost bezpečnostním problémům a minimalizaci potenciálních rizik přehřátí nebo deformace baterií. Největší překážkou při zavádění lithiových baterií do neponorkových ponorek jsou jejich vysoké náklady.
Vyhlídka na použití lithiových baterií v zájmu námořnictva je potvrzena zintenzivněním jejich vývoje evropskými výrobci.
Na výstavě Euronaval 2018 v Paříži oznámila francouzská loďařská skupina Naval Group a německá skupina TKMS vytvoření vlastních lithium-iontových baterií pro ponorky. Obě společnosti nezávisle vyvíjejí lithiové ponorkové baterie ve spolupráci s významným francouzským výrobcem průmyslových lithiových baterií a akumulátorů SAFT.
Společnost Naval Group plánuje použít lithiové baterie LIBRT ve slibných ponorkách SMX-31, zatímco TKMS vyvíjí univerzální řešení, které lze integrovat do stávajících a ve výstavbě německých ponorek projektů 212 a 214.
V Rusku je situace s výrobou moderních lithiových baterií poměrně vágní.
Liotech, dceřiná společnost společnosti RUSNANO, vyrábí baterie vyrobené pomocí technologie lithium -železo -fosfátového lithia (LiFePO4). Tyto baterie mají určité výhody, zejména vysokou bezpečnost používání, možnost bezpečného rychlého nabíjení a bezpečné vybíjení vysokými proudy. Kapacita LiFePO4 je přitom výrazně (přibližně dvakrát) nižší než lithiové baterie vyrobené pomocí lithium -kobaltu nebo jiných technologií. Několikrát se v médiích objevily informace o úpadku společnosti, ale web společnosti v současné době funguje.
V roce 2015 oznámilo „Centrum výzkumu“autonomních zdrojů energie společně s „závodem autonomních zdrojů energie“společnosti PJSC zahájení výroby celého cyklu lithium-iontových baterií. V tuto chvíli však nejsou k dispozici žádné informace o rozsahu výroby a stupni lokalizace.
Budou se vyvíjet technologie baterií LiFePO4 i jiných typů lithiových baterií a jejich implementace v Rusku, stejně jako možnost jejich využití jako zdroje energie pro nejaderné ponorky, si zaslouží důkladné studium specializovaných organizací.
Moderní ruské jaderné elektrárny
Absence fungujícího domácího VNEU a řešení založených na vysoce účinných lithiových bateriích v kombinaci s vysokými náklady a zpožděním při stavbě víceúčelových jaderných ponorek může přinutit ruské námořnictvo vrátit se ke konceptu vybavení dieselelektrických ponorek nízko- energetické jaderné elektrárny. V tuto chvíli na světě pod vlivem „zeleného“dochází k odklonu od jaderné energie. Rusko naopak neplánuje v blízké budoucnosti opustit „mírumilovný atom“, aktivně se tímto směrem rozvíjí a v oblasti jaderné energie je s největší pravděpodobností „první mezi rovnými“.
Jedním z příkladů vzniku průlomových technologií mezi ruskými jadernými vědci jsou příklady vytvoření malé jaderné elektrárny pro bezpilotní podvodní vozidlo Poseidon (UUV) a jaderného raketového motoru pro řízenou střelu Burevestnik s neomezeným doletem.
O jaderné elektrárně BPA „Poseidon“neexistují žádné spolehlivé údaje. Pravděpodobně to může být reaktor s kapalným kovovým chladivem o výkonu asi 8 až 10 MW, podle reaktoru vyvinutého A. P. Aleksandrova (NITI) projektu AMB-8, s tichými magnetohydrodynamickými chladícími čerpadly primárního okruhu.
S ohledem na specifika aplikace Poseidon BPA může mít její jaderná elektrárna omezenou životnost, která trvá několik tisíc hodin, což jí neumožní přímo si půjčit na perspektivní ponorky, ale ponechává ji jako zdroj technologických řešení.
Přítomnost radiační ochrany v jaderné elektrárně v BPA Poseidon je pochybná. Absence posádky na jedné straně nevyžaduje plnohodnotnou radiační ochranu, pouze tzv. "Stínová" ochrana oddílů s citlivými zařízeními. Na druhou stranu nedostatek radiační ochrany může komplikovat provoz Poseidonu UUV - instalace / vyjmutí z nosiče, údržba, přestože je jeho reaktor standardně „odstaven“.
Jak v SSSR, tak v Rusku byly reaktory s kapalným kovovým chladivem vyvíjeny velmi aktivně, až do sériového použití na ponorkách Project 705 Lira, které mají jak vynikající technické vlastnosti, tak stejně rozsáhlý soubor neřešitelných problémů. Je dost pravděpodobné, že „tekutý kov“(pravděpodobně) NPU jaderné elektrárny Poseidon je účinný pouze v rámci řešeného problému a nelze jej přizpůsobit pro dlouhodobý bezproblémový provoz.
Pokud není možné realizovat jadernou elektrárnu s kapalným kovovým chladivem as dlouhým cyklem autonomního bezproblémového provozu, pak možnost vytvoření nízkoenergetické jaderné elektrárny na základě reaktorů vyvinutých ve stejné NIKIET, kde Dollezhalovo vejce bylo navrženo dříve, lze uvažovat.
Z článku zástupce ředitele - generálního projektanta pro občanská zařízení JSC „NIKIET“A. O. Pimenova:
Ke splnění energetických požadavků arktických polí nabízí společnost NIKIET řadu novinek: od přenosné malé stanice Vityaz s vodou chlazeným reaktorem s elektrickým výkonem až 1 MW a pohonnou jednotkou s jednotnou instalační poličkou, lokální napájení jednoho spotřebitele, dodávané ve formě energetické kapsle tovární výroby s kompaktně umístěnými reaktorovými a turbinovými generátorovými jednotkami, až po řadu varných zařízení nádobového typu pro elektrárny s elektrickým výkonem 45 MW, 100 MW a 300 MW v jednoblokovém provedení.
Zejména jaderné elektrárny Vityaz, Shelf a ATGOR (ASMM) by měly mít minimální rozměry a vysokou autonomii. Jsou navrženy v zapouzdřeném designu, což zvyšuje úroveň bezpečnosti jaderných elektráren. Modulární přenosná integrovaná elektrárna „Vityaz“, založená na tlakově vodou chlazeném vodním reaktoru, s elektrickým výkonem 1 MW a tepelným výkonem 6 MW, o hmotnosti nejvýše 60 tun. Hlavní kampaň je 40 000 hodin, frekvence nabíjení je šest let, vzduchové chlazení s mechanickou cirkulací vzduchu.
V rozsahu výkonu od 1 do 10 MW jsou navrženy projekty Shelf ASMM a ATGOR slibný projekt založený na nízkoenergetickém plynovém chlazeném reaktoru s otevřeným cyklem. Mobilní jednotka „ATGOR“na automobilovém návěsu je schopna produkovat 3,5 MW tepelného výkonu a 0,4-1,2 MW elektrického výkonu. Životnost je 60 let, jaderné palivo se překládá jednou za deset let.
Police ASMM je hlavním vývojem společnosti NIKIET, může být dodávána ve formě energetické kapsle připravené k použití a je určena k napájení technických zařízení provozovaných v ropných a plynových polích, včetně těch vzdálených ve značné vzdálenosti od pobřeží a má celoroční cyklus provozu po dobu 25-30 let. Regál ASMM obsahuje dvouokruhový jaderný reaktor s vodou chlazeným integrovaným reaktorem s tepelným výkonem 28 MW, turbínový generátor generující 6 MW elektřiny a systém pro automatické a dálkové ovládání, monitorování a ochranu zařízení. technické prostředky.
Životnost jaderné ponorky Shelf je 60 let, cyklus jádra je 40 000 hodin a frekvence tankování je šest let. Hmotnost přepravovaného modulu je 375 tun. Reaktor je chráněn bezpečnostním pouzdrem, které v případě nehod se ztrátou chladicí kapaliny poskytuje 72 hodin na rozhodnutí o dalších akcích. Turbínový generátor je k dispozici k opravě. Všechny prvky jaderné elektrárny „Shelf“jsou pokryty ochranným pláštěm před dopadem vnějších faktorů.
Lze tedy předpokládat, že vývoj ruských atomových vědců umožňuje vytvořit kompaktní autonomní jadernou elektrárnu s elektrickým výkonem 1–6 MW se životností až deset (a možná i více) let mezi dobitím jádra reaktoru. Pokud lze kompaktní jadernou elektrárnu vytvořit na základě reaktorů s kapalným kovovým chladivem, pak mohou být její vlastnosti ještě působivější. Umístění reaktoru do izolované kapsle maximalizuje jeho izolaci od těla ponorky a zabrání významnému zvýšení hluku ve srovnání s ponorkou / dieselelektrickou ponorkou.
Neponorkové nebo dieselelektrické ponorky s pomocnou jadernou elektrárnou?
Nejprve je třeba říci, že prohlášení „nepotřebujeme jaderné ponorky, obyčejné dieselelektrické ponorky jsou dost“, neobstojí proti kritice a odkazují na pokus o sebeuspokojení - „protože selháváme, pak to nepotřebujeme “. Doba klasických dieselelektrických ponorek se chýlí ke konci, jejich exportní potenciál bude rapidně klesat nikoli kvůli „módě“pro neponorky, ale proto, že potřeba častého vynořování povrchů k dobíjení baterií je pro ponorku fatální. S přihlédnutím k rychlému nárůstu počtu bezpilotních letounů (UAV), které se také vyvíjejí v zájmu námořnictva a které se vynořily do hloubky periskopu a nabíjely baterie dieselelektrických ponorek, bude s vysokou pravděpodobností detekováno radarem nebo termokamerou UAV a zničeny.
Potřebuje ruské námořnictvo dieselelektrické ponorky s pomocnou jadernou elektrárnou, nebo je lepší se zaměřit na vývoj VNEU a moderních baterií pro nejaderné ponorky? Odpověď na tuto otázku vyžaduje získání odpovědí na několik dalších otázek:
1. Jak úspěšná a drahá (levná) jaderná ponorka projektu „Husky“dopadne a kolik bude stát dieselelektrická ponorka s pomocnou jadernou elektrárnou?
2. Je průmysl Ruské federace schopen v přiměřené době a za přijatelnou cenu vytvořit VNEU nebo vyrábět moderní baterie, jejichž použití na domácích nejaderných ponorkách jim umožní konkurovat nejlepším světovým analogům?
Podle odstavce 1. Pokud se z jakéhokoli důvodu ukážou jaderné ponorky projektu Husky jako silnice a jejich stavba bude trvat dlouho, a dieselelektrické ponorky s pomocnou jadernou elektrárnou budou výrazně levnější, i když kvůli více skromných charakteristik a snáze se staví, pak lze takový projekt dobře zvážit a realizovat tak, aby námořnictvu poskytl dostatečný počet ponorek
Náklady na projekt 885 / 885M MCSAP jsou od 30 do 47 miliard rublů. (od 1 do 1,5 miliardy dolarů), náklady na projekt SSBN 955 / 955A jsou asi 23 miliard rublů. (0,7 miliardy dolarů). Exportní hodnota dieselelektrických ponorek projektu 636 je 300 milionů dolarů, respektive jejich náklady pro ruské námořnictvo by měly být asi 150-200 milionů dolarů. I když se jejich náklady, pokud jsou vybaveny pomocnou jadernou elektrárnou, zdvojnásobí, v tomto případě budou náklady na dieselelektrické ponorky s jadernými elektrárnami třikrát až čtyřikrát nižší než náklady na SSN projektu 885 / 885M. To vůbec neznamená, že je nutné upustit od „skutečných“jaderně poháněných lodí ve prospěch dieselelektrických ponorek s jadernými elektrárnami, ale skutečnost, že jejich existence ve flotile může být docela nákladově efektivní, to potvrzuje.
K bodu 2. Problém VNEU a baterií se zvýšenou kapacitou bude nutné vyřešit tak či onak, přinejmenším proto, aby měl lodní průmysl exportní zakázky. Pokud dojde ke zpoždění načasování vytvoření VNEU a baterií se zvýšenou kapacitou a jejich získané charakteristiky a náklady nebudou splňovat požadavky ruského námořnictva, pak může být poptávka po projektu dieselelektrické ponorky s pomocnou jadernou elektrárnou, jinak může být jeho proveditelnost zpochybněna
Je možné do stávajících projektů 636 nebo 677 vložit oddíl s jadernou elektrárnou? Projekt 636 je příliš starý na to, aby mohl implementovat tak radikální inovace, jako je pomocná jaderná elektrárna. Možnost vložení pomocné jaderné elektrárny do ponorky projektu 677 mohou posoudit pouze vývojáři této ponorky společně s vývojáři jaderné elektrárny. Osud projektu 677 je podle některých zpráv již v limbu, právě kvůli problémům s elektrárnou. V tomto případě může studie instalace pomocné jaderné elektrárny oživit a nakonec pohřbít projekt 677.
Ještě méně informací je k dispozici o projektu ruské jaderné ponorky páté generace „Kalina“. Fragmentární informace obsahují informace o vývoji několika verzí, a to jak s VNEU, tak s bateriemi se zvýšenou kapacitou. Zda jsou tyto informace spolehlivé, nebo jsou dobrým přáním, lze jen hádat; podle toho nemá smysl spekulovat o možnosti využití pomocné jaderné elektrárny na ponorce projektu Kalina.
Tím pádem, Potřeba vyvinout dieselelektrickou ponorku s pomocnou jadernou elektrárnou pro ruské námořnictvo může být spojena s poměrem následujících hlavních faktorů: náklady a doba výstavby slibných jaderných ponorek projektu Husky a náklady a čas vytvoření jaderné ponorky s vysoce výkonnou JE nebo bateriemi se zvýšenou kapacitou.
Na druhé straně pokrok ve vytváření malých jaderných elektráren může vést k tomu, že se budou rozvíjet bez ohledu na úspěch při vytváření VNEU nebo baterií se zvýšenou kapacitou a budou realizovány a poptávány v rámci jediný projekt nadějné ponorky.
