МОСКВА, 7 авг — РИА Новости. В России впервые создана и испытана активная зона — "сердце" ядерных реакторов атомных подводных лодок с ресурсом на весь жизненный цикл АПЛ, то есть не требующая перезарядки ядерного топлива, говорится в публичном годовом отчете предприятия госкорпорации "Росатом" АО "ОКБМ Африкантов" (Нижний Новгород) за 2017 год, размещенном на сайте предприятия.

Активная зона — содержащая ядерное топливо центральная область реактора, в которой происходит управляемая цепная реакция. "ОКБМ Африкантов" — головной разработчик активных зон для кораблей ВМФ.

"Завершена разработка, изготовление и были проведены межведомственные испытания двух транспортных активных зон — оптимизированной активной зоны для АПЛ 4 поколения проекта с кампанией до среднего ремонта корабля и уникальной в отечественной истории активной зоны с ресурсом на весь жизненный цикл корабля", — говорится в отчете.

Успешная эксплуатация активных зон ядерных реакторов АПЛ четвертого поколения подтверждает правильность проектных решений, на которых базируются новые проекты корабельных активных зон, отмечается в отчете.

К российским атомным подводным лодкам четвертого поколения относятся субмарины проектов "Борей" и "Ясень".

Боеготовность ВМФ

Новая разработка специалистов российской атомной отрасли в области реакторных установок для атомных подводных лодок, позволяющая обходиться без перезарядки ядерного топлива на все время эксплуатации субмарин, значительно повысит боеготовность отечественного Военно-морского флота, считают опрошенные РИА Новости военные эксперты.

"Это принципиальный вопрос, который имеет колоссальное значение для боеготовности подводных сил ВМФ, потому что "операция номер один", как мы ее называем на флоте, занимает более месяца, во время которого атомная боевая единица выводится из состава флота", — сказал агентству бывший командующий Северным флотом адмирал Вячеслав Попов.

Он пояснил, что в зависимости от проекта лодки и режима ее эксплуатации перезарядка реактора происходит раз в 5-10 лет. Время перезагрузки ядерного топлива составляет примерно месяц.

"На это время боевой состав флота сокращается на единицу. С таким же реактором коэффициент использования подводной лодки повышается в разы", — сказал адмирал.

Экономическая выгода

Разработка Росатома обеспечивает и большую экономическую выгоду, в свою очередь отметил бывший командующий Балтийским флотом адмирал Владимир Валуев.

"Этот реактор — мечта подводников", — подчеркнул он.

"Срок службы подлодки не менее 30 лет. Создание реактора, который может работать без перезарядки ядерным топливом на протяжении всего жизненного цикла подлодки, выгодно экономически. Замена реактора — дорогостоящий процесс. Его нужно выгрузить, поместить в защитную свинцовую емкость, отвезти к месту утилизации. Но с "вечным" реактором подлодка будет при той же боеспособности стоить дешевле", — сказал Валуев РИА Новости.

"ОКБМ Африкантов" — одно из ведущих предприятий российской атомной отрасли, входит в машиностроительный дивизион Росатома холдинг "Атомэнергомаш". "ОКБМ Африкантов" занимает ведущие позиции в создании реакторных установок различного типа и назначения, тепловыделяющих сборок и активных зон ядерных реакторов.

Современные АПЛ имеют паропроизводящие установки в составе одного-двух ядерных реакторов с водой под давлением в первом конту­ре. Пар второго контура, который непосредственно подается на глав­ную турбину и турбогенераторы, образуется в нескольких парогенера­торах вследствие теплообмена с водой первого контура. Параметры теп­лоносителя первого контура на входе в парогенератор обычно лежат в пределах: 320-330°С, 150-180 кг/см²; параметры пара второго контура на входе в турбину: 280-290°С, 30-32 кг/см2. Паропроизводительность реакторов современных АПЛ на полной мощности достигает 200 и бо­лее тонн пара в час. Загрузка ядерного топлива, в качестве которого обыч­но используют обогащенный уран-235, составляет несколько килограм­мов. Известно, например, что АПЛ «Nautilus» до первой перезарядки из­расходовала 3,6 кг урана, пройдя около 60 тыс. миль.

Ток воды в первом контуре осуществляется при работе установки на малой мощности за счет естественной циркуляции теплоносителя, вслед­ствие перепада температуры на входе и выходе из реактора, и размеще­ния парогенераторов выше активной зоны, на средних и больших мощ­ностях - циркуляционными насосами первого контура. В интересах сни­жения шумности и упрощения управления реактором наблюдается тенденция повышения верхней границы мощности при работе в режиме естественной циркуляции. Американская АПЛ «Narwhal» имела реактор со значительно более высоким, чем у других АПЛ, уровнем естественной циркуляции - возможно, до 100% мощности. Однако в силу ряда причин, в первую очередь в связи с увеличенной в сравнении с обычными реакто­рами высотой, этот реактор не был запущен в серию. Кампания (расчет­ная продолжительность работы реактора на полной мощности) достигает для современных АПЛ 10-15 тыс. ч, что позволяет (вследствие работы реактора большую часть времени на мощности, значительно меньшей полной) ограничиться за срок службы АПЛ одной-двумя перезарядками активной зоны. Мощность паротурбинных установок при движении АПЛ на полном ходу достигает 30-60 тыс. л. с. (20-45 тыс. кВт).

Конструктивно паротурбинные установки выполняются в виде еди­ного блока, состоящего, как правило, из двух турбин, параллельно рабо­тающих на одно- или двухступенчатый редуктор, понижающий оборо­ты турбин до оптимальных для гребного винта. Для снижения передава­емых на корпус вибраций паротурбинный блок крепится к нему с помощью амортизаторов. С этой же целью так называемые неопорные связи блока с корпусом и другим оборудованием (линия вала, паровые, водяные, масляные трубопроводы) имеют относительно эластичные вставки, также препятствующие распространению вибрации от блока.

Сброс пара от турбины осуществляется на конденсатор, охлаждае­мый забортной водой, протекающей по трубкам, рассчитанным на пол­ное забортное давление. Прокачка забортной воды осуществляется са­мопротоком или циркуляционным насосом. Образовавшийся после ох­лаждения пара конденсат специальными насосами закачивается в парогенератор. Паропроизводящая и паротурбинная установки конт­ролируются и управляются с помощью специальной автоматической си­стемы (при необходимости с вмешательством операторов). Управление осуществляется из специального поста. Передача мощности от редукто­ра на гребной винт осуществляется с помощью линии вала, снабженно­го опорными и главным упорным подшипником (ГУП), передающим развиваемый винтом упор на корпус. Обычно ГУП конструктивно со­вмещается с одной из поперечных переборок и на некоторых АЛЛ снаб­жен специальной системой для снижения уровня вибраций, передавае­мых от линии вала на корпус. Для отсоединения гребного вала от редук­тора турбинной установки предусмотрена специальная муфта. На большинстве АПЛ в корму от ГУП соосно с линией вала устанавли­вается гребной электродвигатель (ГЭД), обеспечивающий вращение вала при отключенных и при необходимости остановленных турбинах. Мощ­ность ГЭД составляет обычно несколько сотен киловатт и достаточна для движения АПЛ со скоростью 4-6 уз. Энергия для работы ГЭД пода­ется от турбогенераторов или, при аварии, от аккумуляторной батареи, а при движении в надводном положении - от дизель-генератора.

Удельные массогабаритные характеристики энергоустановок суще­ственно разнятся для отдельных типов АПЛ. Средние их значения (сум­марно паропроизводящей и паротурбинной установки) для современ­ных АПЛ: 0,03-0,04 т/кВт, 0,005-0,006 м³/кВт.

Рассмотренная энергетическая установка в составе турбозубчатого агрегата и установленного на валу маломощного ГЭД применена на по­давляющем большинстве АПЛ, однако она является не единственной нашедшей практическое применение. Начиная с середины 60-х годов предпринимались попытки использования на АПЛ других установок, в первую очередь турбоэлектрической, обеспечивающей полное элект­родвижение, на что уже обращалось внимание в разделе, посвященном рассмотрению этапов развития ПЛ.

Широкому внедрению полного электродвижения на АПЛ препят­ствуют, как обычно указывается, существенно большие массы и габари­ты электроустановок по сравнению с турбинными близкой мощности. Работы по совершенствованию турбоэлектрических установок продол­жаются, а их успех связывается с использованием эффекта сверхпрово­димости, особенно при так называемых «комнатных» температурах (до -130°С), что, как ожидается, позволит резко сократить массогаба­ритные характеристики электродвигателей и генераторов.

Электроэнергетическая система (ЭЭС) современных АПЛ имеет в своем составе несколько (как правило, два) автономных турбогенера­торов (АТГ) переменного тока, использующих пар от реактора, и акку­муляторную батарею (АБ) в качестве резервного источника энергии при неработающих АТГ, а также машинные или статические преобразовате­ли электрического тока (для зарядки АБ от АТГ и питания оборудова­ния на переменном токе от АБ), приборы контроля, регулирования и защиты, а также систему коммутации - распределительные щиты и ка­бельные трассы. В качестве аварийного источника энергии при движе­нии в надводном положении используется дизель-генератор.

Мощность АТГ на современных АПЛ достигает нескольких тысяч киловатт. Потребителями электроэнергии являются в первую очередь вспомогательные механизмы самой АЭУ, гидроакустическое вооруже­ние, средства навигации, связи, радиолокации, системы, обслуживаю­щие оружие, система жизнеобеспечения, ГЭД при использовании ре­жима электродвижения и др. В ЭЭС используется переменный ток про­мышленной частоты 50-60 Гц, напряжением 220-380 В, а для питания некоторых потребителей - переменный ток повышенной частоты и по­стоянный.

Высокая энергонасыщенность современных АПЛ, обеспечивающая возможность использования энергоемких образцов оружия и вооруже­ния, а также высокий уровень комфортности личного состава, имеет, как уже указывалось, и негативные последствия - относительно высо­кий уровень шума вследствие большого числа одновременно работаю­щих машин и механизмов, даже при движении АПЛ с относительно низ­кой скоростью.

Для любой страны - это мощный геополитический механизм сдерживания. А подводный флот самим своим наличием влияет на международные отношения и эскалацию конфликтов. Если в XIX веке границу Британии определяли борта ее военных фрегатов, то в XX веке лидером Мирового океана становится военно-морской флот Соединенных Штатов Америки. И американские сыграли в этом не последнюю роль.

Первостепенное значение

Подводный флот приобретает для Америки все большее значение. Исторически территория страны была ограничена водными границами, затрудняющими скрытное нападение противника. С появлением в мире современных подводных субмарин и ракет "подводная лодка - воздух" эти границы становятся для Америки все более призрачными.

Обострившееся противостояние международных взаимоотношений с мусульманскими странами делает угрозу для жизни граждан Америки реальной. Иранские исламисты не оставляют попыток обзавестись ракетами «подводная лодка - воздух», и это угроза для всех прибрежных центров Америки. И в таком случае разрушения будут колоссальны. Противостоять нападению уже из-под воды может только такой же соперник.

Нынешний президент США Дональд Трамп в своих первых интервью заметил, что намерен и далее увеличивать подводный флот США. Но при одном условии - снижении его стоимости. Над этим стоит задуматься корпорациям, которые строят атомные американские подводные лодки. Прецедент уже есть. После того как Дональд Трамп сказал, что обратится в компанию Boeing за предложением более дешевых истребителей, компания Lockheed Martin снизила стоимость истребителя F -35.

Боевая мощь

Сегодня подводные лодки США преимущественно имеют атомные источники энергии. А это означает, что при проведении операций ограничения в боеспособности будут только в количестве пищи и воды на борту. Самый многочисленный класс субмарин «Лос-Анджелес». Это лодки третьего поколения с водоизмещением порядка 7 тонн, глубиной погружения до 300 метров и стоимостью порядка 1 миллиона долларов. Однако в настоящее время Америка заменяет их лодками четвертого поколения класса «Вирджиния», более оснащенными и стоящими 2,7 миллиона долларов. И цена эта оправдана их боевыми характеристиками.

Боевой состав

Сегодня лидирует и по количеству, и по оснащению морского вооружения. В военно-морские силы США входит 14 стратегических атомных подводных лодок и 58 многоцелевых подводных лодок.

Подводный флот американских военных оснащен двумя видами субмарин:

• Океанские баллистические лодки. Глубоководные субмарины, цель которых доставка вооружения к пункту назначение и выпуск баллистических ракет. Другими словами их называют стратегическими. Оборонное оружие не представлено сильной огневой мощью.
• «Лодки - охотники». Высокоскоростные лодки, цели и задачи которых разносторонни: доставка крылатых ракет и миротворческих сил в зоны конфликта, молниеносное нападение и уничтожение сил противника. Такие субмарины называют многофункциональными. их специфика - скорость, маневренность и скрытность.

Начало развития подводного мореплавания в Америке начинается с середины позапрошлого века. Объем статьи не предполагает такого массива информации. Сосредоточимся на атомном арсенале, который получил развитие после окончания Второй мировой войны. Краткий обзор подводного атомного арсенала Вооруженных сил Америки проведем, придерживаясь хронологического принципа.

Первые экспериментальные атомные

В на верфи в Гротоне в январе 1954 года была спущена на воду первая американская подводная лодка «Наутилус» (USS Nautilus) водоизмещением около 4 тысяч тонн и длиною в 100 метров. Она вышла в первое плавание через год. Именно «Наутилус» в 1958 году первый прошел под водой Северный полюс, что чуть не закончилось трагедией - поломкой перископа из-за сбоя систем навигации. Это была экспериментальная и единственная многоцелевая торпедная лодка с сонарной установкой в носовой части, а торпедами и в задней. Подводная лодка «Барракуда» (1949-1950) показала такое расположение наиболее удачным.

Атомные американские подводные лодки появлением обязаны военно-морскому инженеру, контр-адмиралу Хайману Джорджу Риковеру (1900-1986).

Следующим экспериментальным проектом стала USS Seawolf (SSN-575), выпущена тоже в единственном экземпляре в 1957 году. Она имела реактор с жидким металлом в качестве теплоносителя в первом контуре реактора.

Первые серийные атомные

Серия из четырех подводных лодок, построенных в 1956-1957 годах - «Скейт» (USS Skate). Они находились в составе вооруженных сил США и списаны были в конце 80-х годов прошлого столетия.

Серия из шести лодок - «Skipjack» (1959). До 1964 года это самая крупная серия. Лодки имели «альбакоровскую» форму корпуса и наивысшую скорость до серии «Лос-Анджелес».

В это же время (1959-1961) запускается специализированная серия атомных лодок в количестве пяти - «Джордж Вашингтон». Это лодки первого баллистического проекта. На каждой лодке находилось 16 ракетных шахт для ракет Polaris A-1. Точность стрельбы увеличивал гигроскопический успокоитель качки, в пять раз снижающий амплитуду на глубине до 50 метров.

Затем последовали проекты атомных подводных лодок по одному экспериментальному экземпляру серий Triton, Halibut, Tullibe. Американские конструкторы экспериментировали и совершенствовали системы навигации и энергетические системы.

Крупная серия многофункциональных лодок, пришедшая на смену Skipjack, состоит из 14 атомных субмарин Treaher.Последняя была списана в 1996 году.

Серия Benjamin Franklin - подводные лодки типа ракетоносцев «Лафайет». Сначала они были вооружены баллистическими ракетами. В 70-х годах перевооружены ракетами «Посейдон», а затем «Трайдент-1». Двенадцать лодок серии Benjamin Franklin в 1960 годах вошли в состав флота стратегических ракетоносцев, названного «41 на страже Свободы». Все корабли этого флота были названы именами деятелей американской истории.

Самая крупная серия - USS Sturgeon - многофункциональных атомных лодок включает 37 субмарин, созданных в период 1871 по 1987 годы. Отличительная особенность - пониженный уровень шума и датчики для подледного плавания.

Лодки, несущие службу в ВМФ США

С 1976 года по 1996 оснащение ВМФ производится многоцелевыми лодками типа Los Angeles. Всего выпущено 62 лодки данной серии, это самая многочисленная серия субмарин многоцелевого назначения. Вооружение торпедное и вертикальные пусковые установки ракет типа «Томагавк» с системами самонаведения. Девять лодок класса Los Angeles участвовали в Реакторы GE PWR S6G мощностью 26 МВт разработаны "Дженерал Электрик". Именно с этой серии начинается традиция называть лодки именами городов Америки. Сегодня в составе ВМФ США 40 лодок данного класса несут боевую службу.

Серия стратегических атомных подводных лодок, выпущенных с 1881 по 1997 год, состоит из 18 субмарин с баллистическими ракетами на борту - серия «Огайо». Подводная лодка этой серии вооружена 24 межконтинентальными баллистическими ракетами с индивидуальным наведением. Для защиты они вооружены 4 торпедными аппаратами. «Огайо» - подводная лодка, составляющая основу наступательных сил флота США, 60% времени он находятся в море.

Последний проект атомных подлодок многоцелевого назначения третьего поколения «Сивулф»(1998-1999). Это самый секретный проект ВМФ США. Его называли «усовершенствованный Лос-Анджелес» за особенную бесшумность. Он появлялся и исчезал не замеченный радарами. Причина - специальное звукоизолирующее покрытие, отказ от винта в пользу двигателя типа водомета и широкого внедрения датчиков шума. Тактическая скорость в 20 узлов делает его таким же шумным, как «Лос-Анджелес», стоящий на причале. Всего лодок этой серии три: «Сивулф», «Коннектикут» и «Джимми Картер». Последняя введена в эксплуатацию в 2005 году, и именно этой лодкой управляет терминатор во втором сезоне телесериала «Терминатор: Хроники Сары Коннор». Это лишний раз подтверждает фантастичность этих лодок как внешне, так и по содержанию. «Джимми Картер» называют еще «белым слоном» среди субмарин за его размеры (лодка длиннее собратьев на 30 метров). А по своим характеристикам эта субмарина может считаться уже подводным кораблем.

последнего поколения

Будущее в подводном кораблестроении началось с 2000 годов и связано с новым классом лодок класса USS Virginia. Первая лодка такого класса SSN-744 спущена на воду и введена в эксплуатацию в 2003 году.

Подводные лодки ВМС США данного типа называют складом оружия из-за оснащения мощным арсеналом, и «идеальным наблюдателем», из-за самых сложных и чувствительных сенсорных систем, когда-либо устанавливаемых на субмаринах.

Передвижение даже по относительному мелководью обеспечивает атомный двигатель с ядерным реактором, план которого засекречен. Известно, что реактор рассчитан на срок службы до 30 лет. Уровень шумности снижается за счет системы изолированных камер и современной конструкции энергетического блока с «глушащим» покрытием.

Общие тактико-технические характеристики лодок класса USS Virginia, которых на сегодня введено в эксплуатацию уже тринадцать:

• скорость до 34 узлов (64 км/ч);
• глубина погружения составляет до 448 метров;
• от 100 до 120 членов экипажа;
• надводное водоизмещение - 7,8 тонны;
• длина до 200 метров, а ширина около 10 метров;
• атомная силовая установка типа GE S9G.

Всего в серии предусмотрен выпуск 28 АПЛ "Вирджиния" с постепенной заменой арсенала ВМФ на лодки четвертого поколения.

Лодка Мишель Обамы

В августе прошлого года на военной верфи в Гротоне (штат Коннектикут) состоялся ввод в эксплуатацию 13 субмарины класса USS Virginia с бортовым номером SSN -786 и названием «Иллинойс» (Illinois). Названа она в честь родного штата тогдашней первой леди Мишель Обамы, которая принимала участие в ее спуске на воду в октябре 2015 года. Инициалы первой леди, по традиции, выбиты на одной из деталей субмарины.

Атомная подводная лодка «Иллинойс» длиной 115 метров и с 130 членами экипажа на борту оснащена необитаемым подводным аппаратом для обнаружения мин, шлюзом для водолазов и другим дополнительным оборудованием. Предназначение данной субмарины проведение прибрежных и глубоководных операций.

Вместо традиционного перископа на лодке действует телескопическая система с телекамерой, установлен лазерный датчик инфракрасного наблюдения.

Огневая мощь лодки: 2 установки револьверного типа по 6 ракет и12 вертикальных крылатых ракет класса «Томагавк», а также 4 торпедных аппарата и 26 торпед.

Общая стоимость субмарины - 2,7 миллиарда долларов.

Перспектива военного подводного потенциала

Высшие чины ВМФ США настаивают на постепенной замене дизельно-топливных подводных лодок на лодки, практически не имеющие ограничений в ведении боевых операций - с атомными двигательными установками. Четвертое поколение АПЛ "Вирджиния" предусматривает выпуск 28 субмарин данного класса. Постепенная замена арсенала военно-морских сил на лодки четвертого поколения повысит рейтинг и боеспособность американской армии.

Но конструкторские бюро продолжают работать и предлагать свои проекты армии.

Десантные американские подводные лодки

Скрытная высадка войск на территории противника - вот цель всех десантных операций. После Второй мировой войны такая технологическая возможность у Америки появилась. Бюро кораблестроения (Bureau of Ships) получило заказ на десантную субмарину. Проекты появились, но десантные войска не имели финансового обеспечения, а флот не заинтересовался идеей.

Из всерьез рассматриваемых проектов можно упомянуть проект фирмы Seaforth Group, появившийся в 1988 году. Спроектированная ими десантная субмарина S-60 предполагает спуск в воду на расстоянии 50 километров от берега, погружение на глубину 5 метров. Со скоростью в 5 узлов подводный катер достигает береговой линии и высаживает 60 десантников по выдвигающимся мостикам на расстоянии до 100 метров от берега. Пока проект никто не купил.

Надежность, проверенная временем

Самая старая подводная лодка в мире, которая до сегодняшнего дня находится на вооружении - это подводная лодка "Балао SS 791 Hai Shih" («Морской лев»), входящая в состав ВМС Тайваня. Американская субмарина времен Второй мировой войны, построенная на верфи Portsmouth Naval Shipyard, в 1945 году пополнила военный подводный флот США. На ее счету один боевой поход в августе 1945 в Тихом океане. После нескольких модернизаций, в 1973 году она была передана Тайваню и стала первой действующей лодкой Китая.

В январе 2017 года в прессе появилась информация о том, что в течение 18 месяцев планового ремонта на верфях судостроительной корпорации Taiwan International Shipbuilding Corporation «Морскому льву» проведут общий ремонт и замену навигационного оборудования. Эти работы продлят срок службы субмарины до 2026 года.

Ветеран субмарин американского производства, единственный в своем роде, планирует отметить восьмидесятилетний юбилей в боевом строю.

Исключительно трагические факты

Открытой и гласной статистике по потерям и аварийности в подводном флоте США нет. Впрочем, то же самое можно сказать и о России. Те факты, которые стали достоянием общественности, будут представлены в данной главе.

В 1963 году двухдневный тестовый поход закончился гибелью американской субмарины «Трешер». Официальная причина катастрофы - поступление воды под корпус лодки. Заглушенный реактор обездвижил субмарину, и она ушла на глубину, забрав жизнь 112 членов экипажа и 17 гражданских специалистов. Обломки субмарины находятся на глубине 2 560 метров. Это первая технологическая авария атомной подводной лодки.

В 1968 году в Атлантическом океане бесследно пропала многоцелевая атомная субмарина «Скорпион» (USS Scorpion). Официальная версия гибели - детонация боекомплекта. Однако и сегодня тайна гибели данного судна остается загадкой. В 2015 году ветераны ВМФ США в очередной раз обратились к правительству с требованием создать комиссию по расследованию данного инцидента, уточнения количества жертв и определения их статуса.

В 1969 году курьезно затонула подводная лодка USS Guitarro с бортовым номером 665. Произошло это у причальной стенки и на глубине в 10 метров. Несогласованность действий и халатность специалистов по калибровке инструментов привели к затоплению. Поднятие и восстановление лодки стоило американскому налогоплательщику порядка 20 миллиона долларов.

Лодка класса «Лос-Анджелес», которая принимала участие в съемках фильма «Охота за Красным Октябрем», 14 мая 1989 года в районе берегов Калифорнии зацепила трос, соединяющий буксир и баржу. Лодка осуществила погружение, затянув за собой буксир. Родственники одного члена экипажа буксира, погибшего в тот день, получили компенсацию от ВМФ в размере 1,4 миллиона долларов.

Атомные подлодки и прочие суда с ядерными энергоустановками используют радиоактивное топливо - главным образом уран - для превращения воды в пар. Полученный пар вращает турбогенераторы, а те производят электроэнергию для движения судна и питания различного бортового оборудования.

Радиоактивные материалы, подобные урану, выделяют тепловую энергию в процессе ядерного распада, когда неустойчивое ядро атома расщепляется на две части. При этом выделяется огромное количество энергии. На атомной подлодке такой процесс осуществляется в толстостенном реакторе, который непрерывно охлаждается проточной водой, чтобы избежать перегрева, а то и расплавления стенок. Ядерное топливо пользуется особой популярностью у военных на подлодках и авианосцах благодаря своей необычайной эффективности. На одном куске урана размером с мяч для гольфа подлодка может семь раз обогнуть земной шар. Однако ядерная энергия таит в себе опасность не только для экипажа, который может пострадать, если на борту произойдет радиоактивный выброс. В этой энергии заложена потенциальная угроза всей жизни в море, которая может быть отравлена радиоактивными отходами.

Принципиальная схема машинного отсека с ядерным реактором

В типичном двигателе с ядерным реактором (слева) охлажденная вода под давлением попадает внутрь корпуса реактора, содержащего ядерное топливо. Нагретая вода выходит из реактора и используется для превращения другой воды в пар, а затем, остывая, вновь возвращается в реактор. Пар вращает лопасти турбинного двигателя. Редуктор переводит быстрое вращение вала турбины в более медленное вращение вала электродвигателя. Вал электродвигателя при помощи механизма сцепления соединяется с гребным валом. Кроме того, что электродвигатель передает вращение гребному валу, он вырабатывает электроэнергию, которая запасасется в бортовых аккумуляторах.

Ядерная реакция

В полости реактора атомное ядро, состоящее из протонов и нейтронов, подвергается удару свободного нейтрона (рисунок ниже). От удара ядро расщепляется, и при этом, в частности, освобождаются нейтроны, которые бомбардируют другие атомы. Так возникает цепная реакция деления ядер. При этом освобождается огромное количество тепловой энергии, то есть тепла.

Атомная подлодка курсирует вдоль побережья в надводном положении. Таким кораблям надо пополнять топливо лишь один раз в два-три года.

Группа управления в боевой рубке наблюдает за прилегающей акваторией в перископ. Радиолокатор, гидролокатор, средства радиосвязи и фотокамеры со сканирующей системой также помогают вождению этого судна.

Во второй половине 80-х годов XX века начался интенсивный процесс снятия с эксплуатации и вывода из состава ВМФ России атомных подводных лодок (АПЛ). Это было связано как с истечением сроков службы, так и с выполнением Российской Федерацией международных обязательств по сокращению вооружений. Основные результаты работ по утилизации трех поколений АПЛ представлены в таблице.

В настоящее время период активной утилизации АПЛ, когда ежегодно утилизировалось с формированием одно - или трехотсечных блоков более 10 АПЛ в год, закончился. АПЛ 1-го поколения практически полностью утилизированы (за исключением аварийных АПЛ). Второе поколение также в основном выведено из эксплуатации и утилизировано по принятой схеме. В течение последующих нескольких лет будет происходить вывод из эксплуатации и утилизация 2 – 5 АПЛ 2-го и 3-го поколений в год.

В настоящее время для решения проблем хранения реакторных отсеков (РО), обращения с радиоактивными отходами (РАО), образующимися при утилизации, необходимо создание дополнительной инфраструктуры, включающей строительство пунктов долговременного хранения реакторных отсеков (ПДХ), региональных центров по кондиционированию и хранению РАО, причальных стенок, реконструкция железнодорожных коммуникаций и т.д. Все это требует привлечения значительных финансовых и трудовых ресурсов. Масштаб решаемых задач иллюстрирует рис.1, на котором показана одна из площадок долговременного хранения реакторных отсеков утилизированных АПЛ.

Общая сумма затрат на строительство наземного хранилища на 120 РО в Сайда-губе превышает 300 млн. евро.

Рисунок 1. Площадка долговременного хранения реакторных отсеков.

Предполагается, что РО в ПДХ должны храниться в течение 75-100 лет, после чего должен быть окончательно решен вопрос об их утилизации. Учитывая, что массы РО АПЛ относительно не велики (около 1000 тонн), а ПДХ расположены далеко от сталеплавильных предприятий, их окончательная утилизация (окончательная разделка и переплавка стали) экономически сомнительна.
При решении вопроса об окончательной утилизации следует также учитывать, что в РО загружаются твердые радиоактивные отходы, образующиеся при утилизации АПЛ.

Значительная часть ядерных энергетических установок (ЯЭУ) выводимых из эксплуатации АПЛ 2-го и 3-го поколений не выработали назначенные ресурсные показатели и в основном находятся в хорошем состоянии.
В настоящее время в России развертывается программа строительства плавучих атомных электростанций малой мощности. Энергоблоки плавучих АЭС планируется создавать на базе судовых реакторных установок типа КЛТ-40 (прототипом являлся реактор ОК-900), хорошо зарекомендовавших себя при эксплуатации на атомных судах. Так, например, ЯЭУ атомного ледокола «Арктика» (реактор ОК-900) успешно эксплуатировалась с 1975 по 3 октября 2008 годы; за 176384 часа эксплуатации при средней мощности 63,1 МВт энерговыработка составила 11132456 МВт*часов. Следует отметить, что реакторная установка ледокола имела проектный ресурс 90000 часов при работе на номинальной мощности 170 МВт, и, следовательно, энерговыработка реактора могла бы составить 15,5 млн. МВт*часов.

ЯЭУ АПЛ принципиально ничем не отличаются от ледокольных установок. По существу, технология лодочных реакторов с водой под давлением создала основу и для атомных станций с корпусными реакторами.
«Мы всегда стремились создать атомные энергетические установки двойного назначения, ибо создание военной и гражданской техники на основе единой технологии очень эффективно для совершенствования и той и другой» – так считает академик Н.С. Хлопкин. Именно в ЯЭУ АПЛ были использованы технические решения, которые сегодня стали обязательными для большой атомной энергетики: активные зоны обладали обратными отрицательными связями по температурам топлива и замедлителя, а сами ЯЭУ имели защитное ограждение в виде прочного корпуса РО.

Эксперты из РНЦ «Курчатовский институт» при разработке концепции строительства подземных АЭС еще в 1993 году отмечали, что «благодаря малым габаритам и массе можно использовать корабельные решения по энергетическим установкам и в подземных атомных электростанциях. Комплексная автоматизация, герметичное исполнение оборудования, сведение к минимуму жидких и газообразных отходов, отработанность технологии и высокое качество изготовления благодаря выполнению большей части монтажных работ на машиностроительных заводах - все эти свойства очень хорошо вписываются в концепцию подземной АЭС».

Корпуса реакторов относятся к оборудованию с длительным циклом производства и являются наиболее дорогостоящими частями ЯЭУ. Единственным предприятием, которое в настоящее время производит подобное оборудование, являются «Ижорские заводы». Технологический цикл изготовление корпуса реактора в зависимости от типа реактора составляет 2-3 года. Учитывая не беспредельные производственные возможности «Ижорского завода», по мнению авторов не целесообразно загружать его дополнительными заказами для плавучих АЭС.
Также следует учитывать, что стоимость изготовления реакторов для плавучей АЭС составляет по разным оценкам от 40 до 60 % общей стоимости станции. Таким образом, при строительстве плавучих АЭС представляется экономически целесообразным использовать готовые РО выводимых из эксплуатации АПЛ.

Для данных целей в полной мере подходят эксплуатируемые или находящиеся на этапах вывода из эксплуатации и временного хранения на плаву АПЛ 2-го - 3-го поколений (общее количество таких АПЛ составляет примерно 140 единиц ). Использование уже сформированных в процессе утилизации АПЛ 1-3 отсечных РО подлежит отдельному рассмотрению в каждом конкретном случае.
ЯЭУ гражданского и военного назначения имеют незначительные конструктивные различия. Предполагаемые к утилизации АПЛ 2-го поколения имеют по 2 реактора тепловой мощностью 90 МВт, АПЛ 3-го поколения − по 1-2 реактора тепловой мощностью 180 МВт.

В докладе будет рассмотрена одна из составляющих, оказывающая существенное влияние на безопасность использования ЯЭУ утилизируемых АПЛ – охрупчивание корпусной стали реактора под воздействием потока быстрых нейтронов. Материал корпусов реакторов гражданского и военного назначения одинаков – сталь типа 15Х2МФАА.

Работа ЯЭУ на парциальных нагрузках существенно уменьшает выработку ресурса корпуса реактора, который определяется сдвигом критической температуры хрупкости материала корпуса, обусловленной, главным образом, флюенсом быстрых нейтронов. Исследования основного металла и металла сварных швов корпусов реакторов атомного ледокола «Ленин», выполненные после снятия его с эксплуатации при выработке ресурса 106700 часов, подтвердили возможность продления проектного часового ресурса корпусов реакторов, работавших на мощностях меньше номинальной.

Для исследования возможности применения ЯЭУ утилизируемых АПЛ авторами была проведена оценка охрупчивания корпусов реакторов АПЛ с использованием стандартных методик и эксплуатационных параметров, достигнутых реакторами ледокола «Арктика».
Критическая температура хрупкости материала корпуса реактора (Тк) является фактором, ограничивающим срок его службы, и определяется суммой

ТК = ТК0 + ΔТТ + ΔТN + ΔТF, (1)

где ТК0 – критическая температура хрупкости материала в исходном состоянии,
ΔТТ – сдвиг критической температуры хрупкости вследствие температурного старения;
ΔТN – сдвиг критической температуры хрупкости вследствие циклической повреждаемости (для судовых ЯЭУ ΔТN не является определяющим фактором, и может быть принят равным нулю);
ΔТF – сдвиг критической температуры хрупкости вследствие нейтронного облучения.

Используя стандартные зависимости, рассчитаем величину флюенса быстрых нейтронов Fn на корпусе реактора ледокола «Арктика»:

Fn = F0*(ТF/AF)3 = 1018*(110/23)3 = 1,1 1020 см - 2 , (2)

где AF – коэффициент охрупчивания нижнего сварного шва;
F0 = 1018 см - 2 – пороговое значение флюенса;
ТF = 110 0С – сдвиг критической температуры вязко-хрупкого перехода в результате облучения.

В этом случае средняя плотность потока быстрых нейтронов на корпусе реактора за время эксплуатации τ составит

φб = Fn/τ = 1,1 1020/176384 3600 = 1,73 1011см – 2c – 1, (3)

и, следовательно, время работы реактора на средней за время эксплуатации мощности составляет

τ = Fn/φб 3600 = 1,1 1020/1,73 1011 3600 = 176622 часа. (4)

Полученный результат хорошо согласуется с зарегистрированным временем работы реактора ледокола «Арктика», что означает – сдвиг критической температуры вязко-хрупкого перехода был принят правильно. Опираясь на эти данные и учитывая, что плотности потоков быстрых нейтронов в реакторах ледоколов и АПЛ примерно одинаковы, можно предположить, что реакторы утилизируемых АПЛ способны достигать энерговыработки 11 – 12 миллионов МВт*часов и больше.

ЯЭУ утилизируемых АПЛ, по мнению специалистов, далеки от выработки ресурсных показателей. Специфика эксплуатации АПЛ заключается в том, что доля режимов работы ЯЭУ на нагрузках, близких к максимальным, невелика. Кроме этого, начиная с 90-х годов ХХ столетия, АПЛ не так часто выходили в море.
Учитывая, что номинальная мощность реакторов АПЛ 2-го поколения составляет 90 МВт, средняя мощность за время эксплуатации большинства из них не превышала 30%, т.е. 27 МВт, а время работы на мощности составляло около 40000 часов, получим энерговыработку порядка 1,08 млн. МВт*часов.

Считая плотности потоков нейтронов в реакторах ледоколов и АПЛ близкими по значению, и также полагая, что значения плотностей нейтронных потоков пропорциональны мощности реакторов, а, следовательно, флюенс быстрых нейтронов на корпус реактора пропорционален его энерговыработке, имеем значение флюенса при энерговыработке 1,08 млн. МВт*часов Fn = 1,07∙1019 см – 2. При этом сдвиг критической температуры вязко-хрупкого перехода для материала корпусов реакторов АПЛ составит

ТF = Aw*(Fn/F0)1/3 = 23*(1,07∙1019/1018)1/3 ≈ 49,5 0С. (5)

Следовательно, остаточный ресурс корпуса реактора АПЛ по флюенсу быстрых нейтронов на корпусе составляет 10 - 11 миллионов МВт*часов, а возможно, и более.

Расчет флюенса быстрых нейтронов на корпусе реактора сопряжен с определенными трудностями:
− в конце кампании активной зоны происходит увеличение плотности потока нейтронов;
− нет точной информации о плотности потока нейтронов в реакторе (особенно быстрых нейтронов);
− за время эксплуатации реактора в нем «сжигается» несколько активных зон, что приводит к накоплению ошибки в определении флюенса;
− в судовые реакторы не загружаются образцы-свидетели, позволяющие судить об изменении физико-механических свойств корпусной стали.

Точнее чем флюенс быстрых нейтронов, в результате эксплуатации определяется энерговыработка реактора. Поэтому значительный интерес представляет зависимость сдвига критической температуры в результате нейтронного облучения от энерговыработки реактора. Очевидно, что эта зависимость будет иметь такой же вид

ТF = Aw*(W/W0)1/3, (6)

где Aw – коэффициент охрупчивания, обусловленный энерговыработкой,
W – достигнутая энерговыработка,
W0 – пороговая энерговыработка.

Данная зависимость справедлива в диапазоне изменения энерговыработки от 1*106 МВт*час до 3*107 МВт*час. Так как ректоры всех судовых ЯЭУ изготавливаются по одинаковой технологии из стали 15Х2МФАА и имеют примерно одинаковую толщину железо-водной защиты корпуса, то при проведении расчета принималось, что Aw = 49,5.

Полученная зависимость позволяет прогнозировать сдвиг критической температуры хрупкости в результате нейтронного облучения материала корпусов судовых реакторов от энерговыработки (рис. 2). Анализ кривой показывает, что судовые реакторы способны достигать энерговыработки 15,5*106 МВт*часов, при этом сдвиг критической температуры хрупкости не превысит 125 0 С.

Рисунок 2. Прогноз сдвига критической температуры хрупкости от нейтронного облучения для судовых реакторов.

Таким образом, остаточный ресурс ЯЭУ 2-го поколения может достигать максимальной величины 14,4 106 МВт*часов (реально около 10*106 МВт*часов). Отсюда следует, что при использовании ЯЭУ утилизируемых АПЛ 2-го поколения в составе энергомодулей плавучих АЭС, работающих с КИУМ (коэффициент использования установленной мощности) = 0,7, они смогут работать около 25 лет до утилизации.

Если считать, что для АПЛ 3-го поколения средний уровень мощности составляет как на АПЛ 2-го поколения приблизительно 30 % или 54 МВт, а время работы на этой мощности около 30000 часов, то получим энерговыработку 1,62*106 МВт*часов. Тогда остаточный ресурс корпусов этих реакторов по энерговыработке составит около 13,9*106 МВт*часов. При работе на плавучих АЭС с КИУМ = 0,7 возможное время эксплуатации этих реакторов составит примерно 110 тысяч часов или примерно12,5 лет.

Таким образом, основной фактор, определяющий ресурс работы материала корпуса реактора – сдвиг критической температуры хрупкости в результате нейтронного облучения реакторов АПЛ, не является основанием для отказа от использования реакторных установок утилизированных АПЛ в качестве энергетических модулей для плавучих АЭС.
Примерная методология решения этого вопроса может быть представлена схемой на рисунке 3.

Рис. 3. Методологическая схема решения вопроса об использовании ЯЭУ АПЛ в качестве энергетического модуля на плавучей АЭС.

Кроме того, высокая надежность и живучесть ЯЭУ подтверждена как многолетним опытом эксплуатации, так и имевшей место гибелью подводных лодок. Реакторы всех затонувших АПЛ были надежно заглушены, при этом ни разу не было зарегистрировано радиационного загрязнения акватории. Последним примером тому служит катастрофа АПЛ «Курск» (август 2000г.).

По достижении предельной энерговыработки характеристики ударной вязкости металла корпусов реакторов могут быть восстановлены путем сухого низкотемпературного отжига, технология которого разработана и используется в нашей стране уже многие годы. C 1987 по 1992 годы был выполнен восстановительный отжиг 12 корпусов реакторов ВВЭР-440 в России, Германии, Болгарии и Чехословакии. При одном из первых отжигов на материале сварного шва, облученном до флюенса 1020 см-2 была исследована зависимость восстановления критической температуры (Тк) от температуры отжига при времени отжига 150 часов. В ходе экспериментов было установлено, что практически во всех случаях ударная вязкость восстанавливалась до значений, соответствующих необлученному материалу, и максимальное восстановление свойств облученной корпусной стали 15Х2МФАА при температуре отжига 460 – 4700С происходит за время, равное 170 часам.

Планируемый ресурс реакторов КЛТ-40С, которые планируется устанавливать на плавучих АЭС, составляет 40 лет, причем один раз в 10 лет станции должны буксироваться на судостроительные предприятия для ремонта. Если на плавучей АЭС будут применены РО утилизированных АПЛ, то во время планового ремонта может быть выполнен отжиг корпусов реакторов, в результате чего временной ресурс будет удвоен и практически совпадет с ресурсом вновь построенных корпусов реакторов КЛТ-40С.

Отдельный вопрос – это возможность использования паротурбинной установки (ПТУ) утилизируемой АПЛ. Тепловая схема ПТУ АПЛ отличается от проектируемых на плавучей АЭС отсутствием термического деаэратора питательной воды (установка которого не представляет затруднений) и большей частотой вращения главной турбины. Вопрос о варианте использования главной турбины может решаться двояко. Во-первых, уменьшение частоты вращения главной турбины до 3000 оборотов в минуту несколько снизит ее мощность, но позволит ей работать совместно с турбогенератором, вырабатывающим ток частотой 50 Герц. Избыток пара при этом можно использовать для передачи на берег тепловой энергии через промежуточный теплообменник.

Во-вторых, использование главной турбины во всем диапазоне частот вращения потребует применения статических преобразователей частоты для выдачи в сеть электроэнергии требуемого качества. В обоих вариантах использования главной турбины можно отказаться от использования вспомогательных турбогенераторов, заменив их трансформаторами собственных нужд плавучих АЭС. Вспомогательные турбогенераторы заменяются дизельгенераторами, мощность которых обеспечивает расхолаживание обеих установок и ввод в работу одной из ЯЭУ. Это позволит использовать излишки пара для выработки тепловой энергии. Кроме того, при использовании ЯЭУ АПЛ на плавучем энергоблоке не будет необходимости в применении паровых холодильных машин, в результате чего образуются излишки пара, который можно использовать как в деаэраторе, так и для выработки тепловой энергии с передачей ее на берег. Таким образом, оборудование ПТУ утилизируемых АПЛ также может быть использовано в составе энергетического модуля на плавучих АЭС.

Утилизируемые атомные подводные лодки 2-го и 3-го поколений имеют широкий диапазон мощностей реакторов от 70 до 190 МВт и главных турбин от 15 до 37 МВт. Это позволяет подобрать для использования на плавучих АЭС требуемые мощности главного энергетического оборудования.

Стоимость строительства плавучей АЭС «под ключ» оценивается более чем в $150 миллионов , при этом она, приблизительно на 80% определяется стоимостью ЯЭУ и ПТУ . Использование ЯЭУ утилизируемых АПЛ позволит заметно уменьшить эту стоимость.

Масса РО двух реакторной установки утилизируемых АПЛ 2-го поколения составляет около 1200 тонн, а 3-го – около 1600 тонн. Это позволяет использовать реакторные и турбинные отсеки в качестве единого энергетического модуля, монтируемого на плавучей АЭС. В этом случае мы получим ранее построенную и оплаченную ЯЭУ в защитной оболочке, функцию которой выполняет прочный корпус АПЛ. Один из возможных вариантов такой конструкции плавучей АЭС показан на рис. 4.

Рисунок 4. Вариант размещения энергетического модуля (реакторного отсека АПЛ) на плавучих АЭС.

Использование предлагаемой технологии неизбежно столкнется с рядом проблем, которые необходимо решать уже в ближайшее время. К таким проблемам можно отнести:
− отсутствие процедуры перевода ЯЭУ военного назначения в ЯЭУ мирного использования атомной энергии;
− отсутствие анализа соответствия ЯЭУ АПЛ 2-3 поколений требованиям нормативных документов Ростехнадзора и Минздравсоцразвития по плавучим АЭС;
− необходимость обоснования остаточного ресурса, а также возможность продления назначенных ресурсных показателей основного оборудования ЯЭУ по каждой выведенной из эксплуатации АПЛ;
− необходимость изменения конструкции строящихся или проектируемых плавучих АЭС.

Для решения указанных проблем необходимо проведение значительного комплекса НИОКР.
Также следует отметить, что использование РО утилизируемых АПЛ не исчерпывается их применением для плавучих АЭС. Возможными вариантами применения может быть их использование при строительстве подземных АЭС.

Выводы:
1. Предлагаемая инновационная технология использования ЯЭУ утилизируемых АПЛ позволит:
− значительно сократить затраты на строительство плавучих АЭС и сократить время их строительства и окупаемости;
− снизить затраты на утилизацию АПЛ;
− значительно уменьшить количество радиоактивных отходов и затраты на обращение с ними;
− в полной мере использовать потенциал ЯЭУ АПЛ:
− в процессе эксплуатации ЯЭУ утилизируемых АПЛ в составе плавучей АЭС осуществить финансирование будущей утилизации РО.
2. Для внедрения указанной технологии необходимо уже в ближайшее время развернуть комплекс НИОКР, позволяющий научно обосновать техническую возможность использования РО утилизируемых АПЛ для проектируемых плавучих АЭС.