Ядролық реактормен жұмыс істейтін суасты қайығы

Кіріспе

Ядролық реактормен жұмыс істейтін су асты кемелері

Ядролық реактормен жұмыс істейтін су асты кемелері — ядролық реактормен қоздырылатын, бірақ міндетті түрде ядролық қарумен жабдықталмаған су асты кемелері. Ядролық су асты кемелері «дәстүрлі» (әдетте дизель-электрлік) су асты кемелеріне қарағанда айтарлықтай артықшылықтарға ие. Ядролық қозғалтқыш ауаға тәуелді болмағандықтан, су асты кемесін дәстүрлі су асты кемелеріне тән жиі су бетіне шығу қажеттілігінен босатады. Ядролық реактордың өндіретін қуаты ядролық су асты кемелеріне ұзақ уақыт бойы жоғары жылдамдықпен жұмыс істеуге мүмкіндік береді, ал отынды толықтыру аралығындағы үлкен кезең, іс жүзінде шексіз қашықтыққа мүмкіндік береді, сапар уақытына шектеулер тек тағам және басқа да тұтыну материалдарын толықтыру сияқты факторлармен ғана белгіленеді. Электр аккумуляторларында сақталатын шектеулі энергия тіпті ең жетілген дәстүрлі су асты кемесінің жай жылдамдықпен бірнеше күн ғана, ал максималды жылдамдықпен бірнеше сағат қана су астында қалуына мүмкіндік береді, бірақ ауадан тәуелсіз қозғалтқыштағы соңғы жетістіктер бұл кемшілікті біршама азайтады. Ядролық технологияның жоғары құны әлемдегі әскери державалардың салыстырмалы түрде аз ғана ядролық су асты кемелерін пайдалануына себеп болды. Совет су асты кемелерінде, соның ішінде ядролық және радиациялық апаттарға байланысты радиациялық оқиғалар болды, бірақ американдық теңіз реакторлары USS Nautilus (SSN 571) 1954 жылы қолданысқа енгізілгеннен бастап S1W және одан кейінгі конструкциялар апатсыз жұмыс істеді. Корольдік теңіз күштері 1946 жылы ядролық қозғалтқыш станцияларының жобаларын зерттеуді бастады. Әлемдегі алғашқы ядролық су асты кемесін жасау АҚШ-тағы ғалымдар мен инженерлер тобының ядролық қозғалтқыш станциясын сәтті әзірлеуінің нәтижесінде мүмкін болды. 1951 жылдың шілдесінде АҚШ Конгресі алғашқы ядролық су асты кемесінің құрылысына рұқсат берді — «Наутилус», капитан Хайман Г. Риковердің басшылығымен (Жюль Верннің «Теңіз астында жиырма мың лига» романындағы капитан Немоның ойдан шығарылған «Наутилус» су асты кемесімен, алғашқы практикалық «Наутилус» су асты кемесімен және Екінші дүниежүзілік соғыста ерекше көзге түскен тағы бір «Наутилус» су асты кемесімен байланысты). «Вестингхаус» корпорациясына реакторды салу тапсырылды. Су асты кемесі «Electric Boat Company» компаниясында аяқталғаннан кейін, бірінші ханым Мами Эйзенхауэр «Наутилус» қақпасында дәстүрлі шампан бөтелкесін сындырып, 1954 жылдың 30 қыркүйегінде «Наутилус» су асты кемесі қолданысқа енгізілді. 1955 жылдың 17 қаңтарында ол теңіз сынақтарын бастау үшін Коннектикут штатының Гротон қаласынан шықты. Су асты кемесінің ұзындығы 98 метр, құны шамамен 55 миллион доллар болды. Мұндай кемелердің пайдалы екенін түсінген британдық әскери-теңіз күштері ядролық қуатпен жұмыс істейтін су асты кемелерін салу жоспарларын жасады. Кеңес Одағы да 1950 жылдары ядролық су асты кемелерін құрастыруда АҚШ-тың ізінен ерді. АҚШ-тың «Наутилус» жобасын әзірлеуге ынталанған кеңестік ғалымдар 1950 жылдардың басында Обнинскідегі Физика және энергетика институтында ядролық реакторларды жасау жұмыстарын бастады. 1956 жылы оның командасы жобалаған алғашқы совет қозғалтқыш реакторының сынақ жұмыстары басталды. Осы уақытта Владимир Н. Перегудовтың басшылығымен жобалау тобы реакторды орналастыратын корпус үстінде жұмыс істеді. Бу өндіру мәселелері, радиациялық ағып кетулер және басқа да қиындықтарды жеңгеннен кейін, осы бірлескен күш-жігердің нәтижесінде жасалған алғашқы ядролық су асты кемесі — К-3 «Ленинский Комсомол», 627-ші жоба тобының «Кит» класы, НАТО-ның a деп атаған, 1958 жылы совет әскери-теңіз күштерінде қызметке түсті. Ұлыбританияның алғашқы ядролық су асты кемесі 1958 жылғы АҚШ-Ұлыбритания өзара қорғаныс келісімі бойынша Ұлыбританияға берілген американдық S5W реакторымен жабдықталды. «Дредноут» корпусы мен жауынгерлік жүйелері британдық дизайн мен құрылысқа жатты, бірақ корпус пішіні мен құрылыс тәжірибесі американдық дизайнға қол жеткізудің әсеріне ұшырады. АҚШ-тан технологияны одан әрі беру «Роллс-Ройс» компаниясына реакторларды жобалауда толыққанды тәуелсіздік берді, ал оның орнына Ұлыбританиядан АҚШ-қа су асты кемелерін жобалау және шуды азайту техникасы туралы «көп көлемде» ақпарат берілді. «Валиант» класының салдық жүйесі Корольдік теңіз күштеріне су асты кемелерін үндетуде басымдық берді, бұл АҚШ теңіз күштері кейінге дейін енгізбеді. Ядролық энергия стратегиялық баллистикалық зымыранды су асты кемелерін (SSB) қозғалтуға өте қолайлы болып шықты, олардың су астында және байқалмау қабілетін күрт арттырды. Әлемдегі алғашқы операциялық ядролық баллистикалық зымыранды су асты кемесі (SSBN) — 16 «Полярис А-1» зымыранымен жабдықталған «Джордж Вашингтон», ол 1960 жылдың қарашасынан 1961 жылдың қаңтарына дейін алғашқы SSBN ескерту патрулін жүргізді. Кеңес Одағында бұл кезде 629-шы жобаның (Golf класы) бірнеше SSB болған және олардың алғашқы SSBN, тағдыры зорлықпен аяқталған 658-ші жобаның (Hotel класы) К-19, 1960 жылдың қарашасында қолданысқа енгізілді. Алайда, бұл класс Golf класындағыдай үш зымыранмен қаруланған. 16 зымыранмен жабдықталған алғашқы совет SSBN 667А жобасы (Yankee класы) болды, оның біріншісі 1967 жылы қызметке түсті, сол кезде АҚШ 41 SSBN құрастырған, олар «41 бостандық үшін» деп аталды. Солтүстік Америкадағы қақтығыстың ең шиеленіскен кезеңінде, әрқайсысының төрт совет су асты кеме жасаушылығында (Севердвинскідегі «Севмаш», Санкт-Петербургтағы «Адмиралтейские верфи», Нижний Новгородтағы «Красное Сормово» және Амур қаласындағы «Амурский завод») бірден бес-он ядролық су асты кемелері қолданысқа енгізілді. 1950 жылдардың соңынан 1997 жылдың соңына дейін Совет Одағы, кейіннен Ресей барлығы 245 ядролық су асты кемесін салды, бұл барлық басқа елдердің салынған су асты кемелерінің санынан асып түседі. Бүгінде АҚШ, Ресей, Ұлыбритания, Франция, Қытай және Үндістан сияқты алты елдің стратегиялық ядролық су асты кемелерінің түрлі формаларын пайдалануда. Бразилия және Австралия сияқты бірнеше басқа елдер де ядролық қуатпен жұмыс істейтін су асты кемелерін салу жобаларын әртүрлі кезеңдерде жүзеге асыруда. Ұлыбританияда, британдық Корольдік теңіз күштерінің барлық бұрынғы және қазіргі ядролық су асты кемелері (үшіншісінен басқа: , және ) Барроу-ин-Фернесте («BAE Systems Submarine Solutions» немесе оның бұрынғы «VSEL» компаниясында) салынды, онда ядролық су асты кемелерін салу жалғастырылуда. «Conqueror» — екінші дүниежүзілік соғыста торпедалармен жау кемесіне шабуыл жасаған әлемдегі жалғыз ядролық су асты кемесі, ол 1982 жылғы Фолкленд соғысында екі «Mark 8» торпедасымен «ARA General Belgrano» крейсерін батырды.

A nuclear submarine is a submarine powered by a nuclear reactor, but not necessarily nuclear armed. Nuclear submarines have considerable performance advantages over "conventional" (typically diesel electric) submarines. Nuclear propulsion, being completely independent of air, frees the submarine from the need to surface frequently, as is necessary for conventional submarines. The large amount of power generated by a nuclear reactor allows nuclear submarines to operate at high speed for long periods, and the long interval between refuelings grants a range virtually unlimited, making the only limits on voyage times being imposed by such factors as the need to restock food or other consumables. The limited energy stored in electric batteries means that even the most advanced conventional submarine can only remain submerged for a few days at slow speed, and only a few hours at top speed, though recent advances in air independent propulsion have somewhat ameliorated this disadvantage. The high cost of nuclear technology means that relatively few of the world's military powers have fielded nuclear submarines. Radiation incidents have occurred within the Soviet submarines including serious nuclear and radiation accidents, but American naval reactors starting with the S1W and iterations of designs have operated without incidents since USS Nautilus (SSN 571) launched in 1954. The Royal Navy began researching designs for nuclear propulsion plants in 1946. Construction of the world's first nuclear powered submarine was made possible by the successful development of a nuclear propulsion plant by a group of scientists and engineers in the United States at the Naval Reactors Branch of the Bureau of Ships and the Atomic Energy Commission. In July 1951, the U. S. Congress authorized construction of the first nuclear powered submarine, Nautilus, under the leadership of Captain Hyman G. Rickover, USN (sharing a name with Captain Nemo's fictional submarine Nautilus in Jules Verne's Twenty Thousand Leagues Under the Sea, the first demonstrably practical submarine Nautilus, and another Nautilus that served with distinction in World War II). The Westinghouse Corporation was assigned to build its reactor. After the submarine was completed at the Electric Boat Company, First Lady Mamie Eisenhower broke the traditional bottle of champagne on Nautilus bow, and the submarine was commissioned Nautilus, on 30 September 1954. On 17 January 1955, she departed Groton, Connecticut, to begin sea trials. The submarine was 320 feet (98 m) long and cost about $55 million. Recognizing the utility of such vessels, the British Admiralty formed plans to build nuclear powered submarines. The Soviet Union soon followed the United States in developing nuclear powered submarines in the 1950s. Stimulated by the U. S. development of Nautilus, Soviets began work on nuclear propulsion reactors in the early 1950s at the Institute of Physics and Power Engineering, in Obninsk, under Anatoliy P. Alexandrov, later to become head of the Kurchatov Institute. In 1956, the first Soviet propulsion reactor designed by his team began operational testing. Meanwhile, a design team under Vladimir N. Peregudov worked on the vessel that would house the reactor. After overcoming many obstacles, including steam generation problems, radiation leaks, and other difficulties, the first nuclear submarine based on these combined efforts, K 3 Leninskiy Komsomol of the Project 627 Kit class, called a by NATO, entered service in the Soviet Navy in 1958. The United Kingdom's first nuclear powered submarine was fitted with an American S5W reactor, provided to Britain under the 1958 US UK Mutual Defence Agreement. The hull and combat systems of Dreadnought were of British design and construction, although the hull form and construction practices were influenced by access to American designs. Further technology transfers from the United States made Rolls Royce entirely self sufficient in reactor design in exchange for a "considerable amount" of information regarding submarine design and quietening techniques transferred from the United Kingdom to the United States. The rafting system for the Valiant class provided the Royal Navy with an advantage in submarine silencing that the United States Navy did not introduce until considerably later. Nuclear power proved ideal for the propulsion of strategic ballistic missile submarines (SSB), greatly improving their ability to remain submerged and undetected. The world's first operational nuclear powered ballistic missile submarine (SSBN) was George Washington with 16 Polaris A 1 missiles, which conducted the first SSBN deterrent patrol November 1960 – January 1961. The Soviets already had several SSBs of the Project 629 (Golf class) and were only a year behind the US with their first SSBN, ill fated K 19 of Project 658 (Hotel class), commissioned in November 1960. However, this class carried the same three missile armament as the Golfs. The first Soviet SSBN with 16 missiles was the Project 667A (Yankee class), the first of which entered service in 1967, by which time the US had commissioned 41 SSBNs, nicknamed the "41 for Freedom". At the height of the Cold War, approximately five to ten nuclear submarines were being commissioned from each of the four Soviet submarine yards (Sevmash in Severodvinsk, Admiralteyskiye Verfi in St. Petersburg, Krasnoye Sormovo in Nizhny Novgorod, and Amurskiy Zavod in Komsomolsk on Amur). From the late 1950s through the end of 1997, the Soviet Union, and later Russia, built a total of 245 nuclear submarines, more than all other nations combined. Today, six countries deploy some form of nuclear powered strategic submarines: the United States, Russia, the United Kingdom, France, China, and India. Several other countries including Brazil and Australia have ongoing projects in various phases to build nuclear powered submarines. In the United Kingdom, all former and current nuclear submarines of the British Royal Navy (with the exception of three: , and ) have been constructed in Barrow in Furness (at BAE Systems Submarine Solutions or its predecessor VSEL) where construction of nuclear submarines continues. Conqueror is the only nuclear powered submarine in the world ever to have engaged an enemy ship with torpedoes, sinking the cruiser ARA General Belgrano with two Mark 8 torpedoes during the 1982 Falklands War.

Технология

Әдеттегі су асты кемелері мен ядролық су асты кемелерінің арасындағы басты айырмашылық – қуат өндіру жүйесі. Ядролық су асты кемелері осы мақсатта ядролық реакторларды пайдаланады. Олар пропеллерлік валға қосылған электр қозғалтқыштарына қуат беретін электр энергиясын өндіруі мүмкін, немесе бу турбиналарын қозғалтатын буды өндіру үшін реактордың жылуын пайдаланады (ядролық теңіз қуаты қараңыз). Су асты кемелерінде қолданылатын реакторлар әдетте жоғары байытылған отынды (көбінесе 20%-дан жоғары) қолданады, бұл оларға кішкентай реактордан көп қуат алуға және жанармай құюы қиын болатын су асты кемесінің қысым корпусындағы орналасуына байланысты, ұзақ уақыт жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Ядролық реактор су асты кемесінің басқа да жүйелеріне де қуат береді, мысалы, ауа сапасын сақтауға, мұхит суын дистилляциялау арқылы тәтті су өндіруге, температураны реттеуге және т.б. Қазіргі уақытта қолданылып жүрген барлық теңіз ядролық реакторлары резервтік қуат жүйесі ретінде дизель генераторларымен жұмыс істейді. Бұл қозғалтқыштар реактордың ыдырау жылуын жоюға, сондай-ақ авариялық жағдайда қозғалтқыш механизмін қамтамасыз етуге жеткілікті электр қуатын бере алады. Су асты кемелері 30 жылға дейін ядролық отынды тасымалдай алады. Су астында болу уақытын шектейтін жалғыз фактор – экипажға азық-түлікпен қамтамасыз ету және кемені күтіп ұстау. Ядролық су асты кемелерінің жасырын технологиясының әлсіздігі – реакторды қозғалмағанда да салқындату қажеттігі; реактордың бөліп шығаратын жылуының шамамен 70%-ы теңіз суына таралады. Бұл «термиялық із» қалдырады, яғни төмен тығыздықтағы жылы судың жоғары көтерілуі, ол теңіз бетіне дейін жетеді және FLIR сияқты термиялық бейнелеу жүйелерімен байқалатын «термиялық белгі» жасайды. Тағы бір мәселе – реактор үнемі жұмыс істеп, бу шуын тудырады, оны сонар арқылы естуге болады, ал реактор сорғысы (реакторды салқындату үшін қолданылады) да шу шығарады, бұл әдеттегі су асты кемесінен өзгеше, ол электр қозғалтқыштарымен дерлік шусыз қозғала алады.

Үндістан әскери-теңіз флоты

INS Chakra (Кеңес Чарли классының суасты кемесі). INS Chakra 2 (Ресейдің Акула классының суасты кемесі).

Басқа ірі апаттар мен суға батулар

Thresher, 1963: 129 экипаж мүшесі және кеме жасаушы персоналмен бірге терең суға түсу сынақтары кезінде жоғалды; кейінгі тергеулер көрсеткендей, балласт сору клапандарындағы дәнекерленген құбырдың бұзылуы және мұздың пайда болуы су бетіне көтерілуге кедергі келтірді. Осы апаттан кейін АҚШ флоттарында қауіпсіздік шаралары күшейтілді. Thresher - бортта 100-ден астам адам қаза тапқан екі су асты кемеден біріншісі, ал 2000 жылы Ресейдің "Курск" су асты кемесінде 118 адам қаза тапты. К 3, 1967: алғашқы советтік ядролық су асты кемесіндегі гидравликалық жүйеде болған өрт салдарынан 39 теңізші қаза тапты. Scorpion, 1968: теңізде жоғалды, суға батқан кезде іштен жарылған болуы мүмкін. Scorpion суға түсуіне не себеп болғаны әлі белгісіз. Guitarro, 1969: кемежайда дұрыс емес балластау салдарынан кеме жағасында батып кетті. Су асты кемесі аяқталып, пайдалануға берілді. K 8, 1970: өрт пен сүйреу кезіндегі апат салдарынан су асты кеме батып, оның бортындағы барлық 52 экипаж мүшесі қаза тапты. K 56, 1973: басқа советтік кемемен соқтығысу нәтижесінде батарея бөлімі суға толып, хлор газынан көптеген экипаж мүшелері қаза тапты. K 429, 1983: су асты кеме дұрыс емес дайындықтан және кемежайдағы қателіктерден су басып, мұхит түбіне шөкті, бірақ кейіннен құтқарылды; 16 экипаж мүшесі қаза тапты. K 278 Komsomolets, 1989: советтік су асты кемесі Баренц теңізінде өрт салдарынан батып кетті. K 141 Kursk, 2000: кемедегі барлық 118 экипаж мүшесімен бірге теңізде жоғалды; қабылданған теория бойынша, алдыңғы торпедалық бөлімдегі сутек пероксидінің ағуы торпедалық оқ-дәрінің жарылуына әкелді, бұл екі минуттан кейін тағы бірнеше оқ-дәрінің жарылуын тудырды. Ehime Maru және USS Greeneville, 2001: американдық су асты кемесі жапондық оқу кемесінің астында пайда болды. Соқтығысу салдарынан жапондық кеме батып, тоғыз жапондық экипаж мүшесі, студенттер мен оқытушылар қаза тапты. K 159, 2003: Баренц теңізінде металл тескісіне сүйретіліп бара жатқанда батып, тоғыз экипаж мүшесі қаза тапты. San Francisco, 2005: Тынық мұхитындағы теңіз тауымен соқтығысты. Экипаждың бір мүшесі қаза тауып, 23-і жарақат алды. Miami, 2012: су асты кемесінің алдыңғы бөлігі кемежайда өрт сөндіруші жасаған өрттен қирады, нәтижесінде жөндеуге шамамен 700 миллион доллар шығын келді. Бастапқыда жөндеу жоспарланған, бірақ бюджеттің қысқартылуына байланысты кеме бұзылды.

Thresher, 1963: was lost during deep diving tests with 129 crew and shipyard personnel on board; later investigation concluded that failure of a brazed pipe joint and ice formation in the ballast blow valves prevented surfacing. The accident motivated a number of safety changes to the U. S. fleet. Thresher was the first of only two submarines to exceed 100 onboard deaths, joined by the Russian Kursk's 118 lost in 2000. K 3, 1967: the first Soviet nuclear submarine experienced a fire associated with the hydraulic system, killing 39 sailors. Scorpion, 1968: was lost at sea, evidently due to implosion upon sinking. What caused Scorpion to descend to her crush depth is unknown. Guitarro, 1969: sank while pier side in shipyard due to improper ballasting. The submarine was eventually completed and commissioned. K 8, 1970: a fire and a towing accident resulted in the sub sinking and the loss of all 52 crewmen remaining aboard. K 56, 1973: a collision with another Soviet vessel led to flooding of the battery well and many crew deaths due to chlorine gas. K 429, 1983: the sub sank to the ocean bottom due to flooding from improper rig for dive and shipyard errors but was later recovered; 16 crewmen were killed. K 278 Komsomolets, 1989: the Soviet submarine sank in Barents Sea due to a fire. K 141 Kursk, 2000: lost at sea with all 118 crewmen on board; the generally accepted theory is that a leak of hydrogen peroxide in the forward torpedo room led to the detonation of a torpedo warhead, which in turn triggered the explosion of half a dozen other warheads about two minutes later. Ehime Maru and USS Greeneville, 2001: the American submarine surfaced underneath the Japanese training vessel. Nine Japanese crewmembers, students, and teachers were killed when their ship sank as a result of the collision. K 159, 2003: sank in the Barents Sea while being towed to be scrapped, killing nine crewmen. San Francisco, 2005: collided with a seamount in the Pacific Ocean. A crew member was killed and 23 others were injured. Miami, 2012: the submarine's forward compartment was destroyed by an arsonist set fire while in shipyard, causing damage with an estimated $700 million in repair costs. While repairs were initially planned upon, due to budget cuts the boat was subsequently scrapped.