Kernreactor voor een niet-nucleaire onderzeeër (NNS). De tegenstrijdigheid is inherent aan de naam zelf, maar toch werd deze kwestie in de USSR vrij serieus overwogen. Met name het idee om een kleine kernreactor te plaatsen werd overwogen in relatie tot onderzeeërs van project 651. Diesel-elektrische onderzeeër (DEPL) van project 651 kruisraketdrager werd de grootste niet-nucleaire onderzeeërs van die tijd gebouwd in de USSR.
Dollezhal's ei
Vanaf het begin hebben de ontwerpers, in een poging om het onderwaterbereik van de dieselelektrische onderzeeërs van Project 651 te vergroten, zilverzinkbatterijen geplaatst in plaats van loodzuurbatterijen. In de praktijk bleek dat zilver-zinkbatterijen twee kritische nadelen hebben: hoge kosten en korte levensduur (tot 100 laad-ontlaadcycli), die de terugkeer naar loodzuurbatterijen vooraf bepaalden.
Naast batterijen met verhoogde capaciteit werden echter ook radicalere oplossingen overwogen voor dieselelektrische onderzeeërs van project 651. In principe bereidde de marine (marine) van de USSR, parallel met de bouw van boten van Project 651, zich voor op de bouw van nucleaire onderzeeërs (nucleaire onderzeeërs) van Project 675, met dezelfde P-6 kruisraketten die waren geïnstalleerd op dieselelektrische onderzeeërs van Project 651. Kernonderzeeërs van Project 675 waren echter aanzienlijk duurdere dieselelektrische onderzeeërs van project 651. Er was een oplossing nodig waardoor onderzeeërs (onderzeeërs) van project 651 een onbeperkt vaarbereik van onderzeeërs zouden krijgen terwijl behoud van andere kenmerken op het niveau van dieselelektrische onderzeeërs van het oorspronkelijke project.
Als oplossing werd de oprichting overwogen van een kleine kernreactor, het zogenaamde "Dollezhal's ei", genoemd naar de maker Nikolai Dollezhal, de hoofdontwerper van kernreactoren voor de USSR-marine. In de beginfase omvatte het project het plaatsen van de reactor in een aparte capsule en het slepen aan een touw met een kabel om zware biologische afscherming achter te laten. Een dergelijk concept werd echter onmiddellijk afgewezen, zowel vanwege de grote kans om de capsule met de reactor te verliezen, als vanwege het potentieel om onderzeeërs langs een radioactief spoor te volgen. In de toekomst werd de plaatsing van de reactor buiten het solide dieselelektrische onderzeeërlichaam overwogen, maar binnen het kader van een enkel "stijf" onderzeeërontwerp.
Het is duidelijk dat de technologieën van die tijd het niet mogelijk maakten om een voldoende compacte en betrouwbare onderhoudsvrije reactor met acceptabele eigenschappen te creëren. In de toekomst keerde het idee om een kerncentrale (NPP) te installeren op dieselelektrische onderzeeërs meer dan eens terug. In het bijzonder, op basis van dieselelektrische onderzeeërs van project 651, werd project 683 ontwikkeld om een massale onderzeeër te creëren uitgerust met een kerncentrale met laag vermogen. Deze onderzeeër zou in grote hoeveelheden worden gebouwd bij fabrieken die voorheen dieselelektrische onderzeeërs produceerden. Project 683 sleepte voort en kreeg geen ontwikkeling, vermoedelijk omdat de USSR tegen die tijd al voldoende productiecapaciteit had om volwaardige nucleair aangedreven schepen te produceren in de hoeveelheden die nodig zijn voor de marine.
Ook Project 651 werd niet vergeten. In 1985 werd een van de boten van dit project opnieuw ontworpen volgens Project 651E, ontwikkeld in 1977. Als onderdeel van de modernisering werd de onderzeeër uitgerust met een compacte kerncentrale met een laag vermogen, ontwikkeld door het Scientific Research and Design Institute of Power Engineering (NIKIET) - momenteel de Orde van Lenin Scientific Research and Design Institute of Power Engineering genoemd naar N.. Dollezhal . In het kader van het project 651E is in het onderste achterschip van de onderzeeër buiten de duurzame romp een kerncentrale met laag vermogen geplaatst. Er werd een kookreactor met één lus gebruikt. De onderzeeër van Project 651E verliet echter ook het prototypestadium niet.
Multifunctionele Russische nucleaire onderzeeërs
Met de ineenstorting van de USSR en het verlies van een aanzienlijk deel van zijn industrieel potentieel, werd Rusland opnieuw geconfronteerd met het probleem van een tekort aan nucleaire onderzeeërs. Het project van de multifunctionele nucleaire onderzeeër (MCSAPL) 885 / 885M "Ash", ondanks al zijn voordelen, bleek extreem duur en moeilijk te bouwen. In totaal is het de bedoeling om zeven SSNS van project 885 / 885M te bouwen, wat volstrekt onvoldoende is in de context van de snelle veroudering van de derde generatie nucleaire onderzeeërs van projecten 971, 945 / 945A die beschikbaar zijn in de Russische marine.
Op dit moment is het ontwerp van de nieuwe generatie multifunctionele nucleaire onderzeeër "Husky" aan de gang. Het Husky-project zit nog steeds vol met geruchten in plaats van echte informatie. Vermoedelijk zullen de kernonderzeeërs van dit project kleiner en goedkoper zijn dan de SSNS van project 885 / 885M, wat het mogelijk maakt een analogie te trekken met de ultra-dure Amerikaanse kernonderzeeërs Seawolf en de meer veelzijdige en relatief goedkope Virginia-klasse nucleaire onderzeeërs door haar ontwikkelde onderzeeërs om te vervangen.
Tegelijkertijd bestaat het risico dat het Husky-project, vooral als er een hoge technische nieuwigheidscoëfficiënt in is geïmplementeerd, te maken krijgt met onvoorziene vertragingen en kostenstijgingen.
Niet-nucleaire onderzeeërs in Rusland en in de wereld
Een andere manier om de onderwatercomponent van de marine te versterken is de bouw van niet-nucleaire onderzeeërs. En ook in dit segment bij de Russische marine loopt niet alles van een leien dakje. Momenteel is de wereldwijde trend om niet-nucleaire onderzeeërs uit te rusten met luchtonafhankelijke energiecentrales (VNEU), gemaakt op verschillende principes - brandstofcellen, Stirling-motor. De aanwezigheid van VNEU maakt het mogelijk om het onderzeeërbereik van onderzeeërs radicaal te vergroten, waardoor de capaciteiten dichter bij kernonderzeeërs komen, tegen aanzienlijk lagere kosten van de eerste.
Helaas ondervonden de Russische VNEU-projecten voor het project 677 Lada-onderzeeër problemen, evenals het hele project 677, waardoor de eerste onderzeeërs van dit project vermoedelijk zullen worden uitgevoerd zonder de installatie van VNEU.
Batterijen voor niet-nucleaire onderzeeërs
Een andere optie - om de onderzeeër uit te rusten met lithiumbatterijen met verhoogde capaciteit, werd gekozen door de Japanse zeestrijdkrachten (Marine), die de onderzeeër ook met een Stirling-motor bedienen. Aangenomen wordt dat het gebruik van lithiumbatterijen met hoge capaciteit een NNS-autonomie op lange afstand mogelijk maakt die vergelijkbaar is met die welke het gebruik van VNEU mogelijk maakt, maar tegelijkertijd bieden lithiumbatterijen een groot bereik onder water bij hoge snelheden.
Critici van lithiumbatterijen zeggen dat ze vatbaar zijn voor brand en explosies. Er kan echter van worden uitgegaan dat het industriële, en vooral het militaire gebruik van dergelijke batterijen zal leiden tot meer aandacht voor veiligheidskwesties en het minimaliseren van de potentiële risico's van oververhitting of vervorming van batterijen. Het grootste obstakel bij de introductie van lithiumbatterijen in niet-onderzeese onderzeeërs zijn hun hoge kosten.
Het vooruitzicht om lithiumbatterijen te gebruiken in het belang van de marine wordt bevestigd door de intensivering van hun ontwikkeling door Europese fabrikanten.
Op de Euronaval 2018-tentoonstelling in Parijs in 2018 kondigden de Franse scheepsbouwgroep Naval Group en de Duitse groep TKMS de creatie aan van hun eigen lithium-ionbatterijen voor onderzeeërs. De twee bedrijven ontwikkelen onafhankelijk lithiumbatterijen voor onderzeeërs in samenwerking met SAFT, de grote Franse fabrikant van industriële lithiumbatterijen en -accu's.
Het bedrijf van de Naval Group is van plan om lithiumbatterijen LIBRT te gebruiken in de veelbelovende SMX-31-onderzeeërs, terwijl TKMS een universele oplossing ontwikkelt die kan worden geïntegreerd in de bestaande en in aanbouw zijnde Duitse onderzeeërs van projecten 212 en 214.
In Rusland is de situatie met de productie van moderne lithiumbatterijen nogal vaag.
Liotech, een dochteronderneming van RUSNANO, produceert batterijen die zijn gemaakt met behulp van lithiumijzerfosfaattechnologie (LiFePO4). Deze batterijen hebben bepaalde voordelen, met name een hoge gebruiksveiligheid, de mogelijkheid van veilig snel opladen en veilig ontladen met hoge stromen. Tegelijkertijd is de capaciteit van LiFePO4 aanzienlijk (ongeveer twee keer) inferieur aan lithiumbatterijen die zijn gemaakt met lithiumkobalt of andere technologieën. Meerdere malen in de media was er informatie over het faillissement van het bedrijf, maar de website van het bedrijf werkt momenteel.
In 2015 kondigde het "Research Center" Autonomous Power Sources "samen met PJSC" Plant of Autonomous Power Sources "de opening aan van de productie van een volledige cyclus van lithium-ionbatterijen. Op dit moment is er echter geen informatie over de omvang van de productie en de mate van lokalisatie.
Technologieën van zowel LiFePO4-batterijen als andere soorten lithiumbatterijen zullen zich ontwikkelen, en hun implementatie in Rusland, evenals de mogelijkheid om ze te gebruiken als energiebron voor niet-nucleaire onderzeeërs, verdienen nauwgezette studie door gespecialiseerde organisaties.
Moderne Russische kerncentrales
Het ontbreken van een werkende binnenlandse VNEU en oplossingen op basis van zeer efficiënte lithiumbatterijen, in combinatie met de hoge kosten en vertragingen bij de bouw van multifunctionele nucleaire onderzeeërs, kan de Russische marine dwingen terug te keren naar het concept van het uitrusten van dieselelektrische onderzeeërs met laag- kerncentrales aandrijven. Op dit moment is er in de wereld, onder invloed van het "groen", een stap verwijderd van kernenergie. Rusland daarentegen is niet van plan om het "vreedzame atoom" in de nabije toekomst te verlaten, ontwikkelt zich actief in deze richting en is hoogstwaarschijnlijk de "eerste onder gelijken" op het gebied van kernenergie.
Een van de voorbeelden van de opkomst van baanbrekende technologieën onder Russische nucleaire wetenschappers zijn voorbeelden van het bouwen van een kleine kerncentrale voor het onbemande onderwatervoertuig Poseidon (UUV) en een nucleaire raketmotor voor de Burevestnik-kruisraket met een onbeperkt vliegbereik.
Er zijn geen betrouwbare gegevens over de kerncentrale van de BPA "Poseidon". Vermoedelijk gaat het om een reactor met een vloeibaar metalen koelmiddel met een vermogen van ongeveer 8-10 MW, gebaseerd op de door de A. P. Aleksandrova (NITI) van het AMB-8-project, met stille magnetohydrodynamische koelpompen van het primaire circuit.
Gezien de specifieke kenmerken van de Poseidon BPA-toepassing, heeft de kerncentrale mogelijk een beperkte levensduur van enkele duizenden uren, waardoor deze niet rechtstreeks kan worden geleend voor veelbelovende onderzeeërs, maar deze als een bron van technologische oplossingen laat.
De aanwezigheid van stralingsbescherming bij de kerncentrale in de BPA Poseidon is twijfelachtig. Enerzijds vereist de afwezigheid van een bemanning geen volwaardige stralingsbescherming, alleen de zogenaamde. "Schaduw" bescherming van compartimenten met gevoelige apparaten. Aan de andere kant kan het ontbreken van stralingsbescherming de werking van de Poseidon UUV bemoeilijken - installatie / verwijdering van de drager, onderhoud, ook al is de reactor standaard "uitgeschakeld".
Zowel in de USSR als in Rusland werden reactoren met een vloeibaar-metaalkoelmiddel zeer actief ontwikkeld, tot serieel gebruik op Project 705 Lira-onderzeeërs, die zowel uitstekende technische kenmerken als een even uitgebreide reeks onoplosbare problemen hebben. Het is zeer waarschijnlijk dat de "vloeibare metaal" (vermoedelijk) NPU van de kerncentrale van Poseidon alleen effectief is in het kader van het probleem dat wordt opgelost en niet kan worden aangepast voor een langdurige probleemloze werking.
Als het onmogelijk is om een kerncentrale te realiseren met een vloeibaar-metaalkoelmiddel en met een lange cyclus van autonoom storingsvrij bedrijf, dan is de mogelijkheid om een kerncentrale met laag vermogen te creëren op basis van reactoren die in hetzelfde NIKIET zijn ontwikkeld, waar de Het ei van Dollezhal dat eerder is ontworpen, kan worden overwogen.
Uit het artikel van de adjunct-directeur - algemeen ontwerper voor civiele voorzieningen van JSC "NIKIET" A. O. Pimenova:
Om aan de energiebehoefte van de Arctische velden te voldoen, biedt NIKIET een aantal ontwikkelingen: van een verplaatsbaar klein station Vityaz met een watergekoelde reactor met een elektrisch vermogen tot 1 MW en een power unit met een verenigde reactorinstallatie Shelf, voor lokale stroomvoorziening van een enkele verbruiker, geleverd in de vorm van een energiecapsule van een fabrieksproductie met compact geplaatste reactor- en turbinegeneratoreenheden, tot een lijn van kookapparatuur van het vattype voor elektriciteitscentrales met een elektrisch vermogen van 45 MW, 100 MW en 300 MW in een enkel blok ontwerp.
Met name de Vityaz, Shelf en ATGOR low-power kerncentrales (ASMM) zouden minimale afmetingen en een hoge autonomie moeten hebben. Ze zijn ontworpen in een ingekapseld ontwerp, wat het veiligheidsniveau van kerncentrales verhoogt. Modulaire verplaatsbare integrale energiecentrale "Vityaz", gebaseerd op een watergekoelde waterreactor onder druk, met een elektrisch vermogen van 1 MW en een thermisch vermogen van 6 MW, met een gewicht van niet meer dan 60 ton. De kerncampagne is 40.000 uur, de herlaadfrequentie is zes jaar, luchtkoeling, met mechanische luchtcirculatie.
In het vermogensbereik van 1 tot 10 MW worden het Shelf ASMM-project en het veelbelovende ATGOR-project op basis van een gasgekoelde open-cyclusreactor met laag vermogen voorgesteld. De mobiele unit "ATGOR" op een auto-oplegger kan 3,5 MW thermisch vermogen en 0,4-1,2 MW elektrisch vermogen produceren. De levensduur is 60 jaar, de splijtstof wordt eens in de tien jaar bijgeladen.
ASMM Shelf is de belangrijkste ontwikkeling van NIKIET, kan worden geleverd in de vorm van een kant-en-klare energiecapsule en is bedoeld voor de stroomvoorziening van technische apparatuur die actief is in olie- en gasvelden, ook die op grote afstand van de kust en met een werkingscyclus van 25-30 jaar het hele jaar door. De ASMM Shelf omvat een dubbelcircuit-kernreactor met een watergekoelde geïntegreerde reactor met een thermisch vermogen van 28 MW, een turbinegeneratoreenheid die 6 MW elektriciteit opwekt en een systeem voor geautomatiseerde en afstandsbediening, bewaking en bescherming van de installaties van de faciliteit. technische middelen.
De levensduur van de nucleaire onderzeeër van Shelf is 60 jaar, de kerncyclus is 40.000 uur en de tankfrequentie is zes jaar. Het gewicht van de getransporteerde module is 375 ton De reactor wordt beschermd door een veiligheidsbehuizing, die bij ongevallen met koelvloeistofverlies 72 uur de tijd geeft om te beslissen over verdere acties. De turbinegenerator is beschikbaar voor reparatie. Alle elementen van de kerncentrale "Shelf" zijn bedekt met een beschermende schaal tegen de impact van externe factoren.
Er kan dus worden aangenomen dat de ontwikkelingen van de Russische atoomwetenschappers het mogelijk maken om een compacte autonome kerncentrale te creëren met een elektrisch vermogen van 1-6 MW met een levensduur van maximaal tien (en mogelijk meer) jaar tussen herladingen van de reactorkern. Als een compacte kerncentrale kan worden gemaakt op basis van reactoren met een vloeibaar-metaalkoelmiddel, kunnen de kenmerken ervan nog indrukwekkender zijn. Door de reactor in een geïsoleerde capsule te plaatsen, wordt de isolatie van de onderzeeër gemaximaliseerd en wordt een significante toename van het geluid in vergelijking met de onderzeeër / dieselelektrische onderzeeër voorkomen.
Niet-onderzeeër of diesel-elektrische onderzeeërs met een hulpkerncentrale?
Allereerst moet worden gezegd dat de uitspraken "we hebben geen nucleaire onderzeeërs nodig, gewone dieselelektrische onderzeeërs zijn voldoende" niet bestand zijn tegen kritiek en verwijzen naar een poging tot zelfgenoegzaamheid - "sinds we falen, dan hebben we het niet nodig”. De tijd van klassieke diesel-elektrische onderzeeërs loopt ten einde, hun exportpotentieel zal snel afnemen, niet vanwege de "mode" voor niet-onderzeeërs, maar omdat de noodzaak van frequente opduiken om batterijen op te laden fataal is voor een onderzeeër. Rekening houdend met de snelle toename van het aantal onbemande luchtvaartuigen (UAV's), die ook worden ontwikkeld in het belang van de marine, die zijn opgedoken om diepte te periscoop en batterijen van dieselelektrische onderzeeërs op te laden, is de kans groot dat ze worden gedetecteerd door een radar of een warmtebeeldcamera van een UAV en vernietigd.
Heeft de Russische marine dieselelektrische onderzeeërs nodig met een hulpkerncentrale, of kan de focus beter liggen op de ontwikkeling van VNEU en moderne batterijen voor niet-nucleaire onderzeeërs? Om deze vraag te beantwoorden, moeten verschillende andere vragen worden beantwoord:
1. Hoe succesvol en duur (goedkope) nucleaire onderzeeër van het project "Husky" zal blijken te zijn en hoeveel zal een dieselelektrische onderzeeër met een hulpkerncentrale kosten?
2. Is de industrie van de Russische Federatie in staat om binnen een redelijke termijn en tegen aanvaardbare kosten een VNEU op te richten of moderne batterijen te produceren, die door het gebruik op binnenlandse niet-nucleaire onderzeeërs hen in staat zullen stellen te concurreren met de beste analogen ter wereld?
Volgens paragraaf 1. Als, om welke reden dan ook, de nucleaire onderzeeërs van het Husky-project wegen blijken te zijn en de bouw ervan lang zal duren, en dieselelektrische onderzeeërs met een hulpkerncentrale aanzienlijk goedkoper zullen zijn, zij het door meer bescheiden kenmerken, en gemakkelijker te bouwen, dan kan een dergelijk project worden overwogen en uitgevoerd om de marine van voldoende onderzeeërs te voorzien
De kosten van het project 885 / 885M MCSAP bedragen 30 tot 47 miljard roebel. (van 1 tot 1,5 miljard dollar), de kosten van het SSBN-project 955 / 955A bedragen ongeveer 23 miljard roebel. (0,7 miljard dollar). De exportwaarde van de dieselelektrische onderzeeërs van Project 636 is respectievelijk $ 300 miljoen, hun kosten voor de Russische marine zouden ongeveer $ 150-200 miljoen moeten zijn. Zelfs als hun kosten, indien uitgerust met een hulpkerncentrale, verdubbelen, dan zullen in dit geval de kosten van dieselelektrische onderzeeërs met kerncentrales drie tot vier keer lager zijn dan de kosten van SSN's van project 885 / 885M. Dit betekent helemaal niet dat het nodig is om "echte" nucleair aangedreven schepen in de steek te laten ten gunste van dieselelektrische onderzeeërs met kerncentrales, maar het feit dat hun bestaan in de vloot behoorlijk kosteneffectief kan zijn, bevestigt.
Punt 2. Het probleem van VNEU en batterijen met verhoogde capaciteit zal op de een of andere manier moeten worden opgelost, in ieder geval om de scheepsbouwindustrie van exportorders te voorzien. Als de timing van de oprichting van VNEU en batterijen met verhoogde capaciteit wordt uitgesteld en hun verkregen kenmerken en kosten niet voldoen aan de eisen van de Russische marine, dan kan er vraag zijn naar een diesel-elektrisch onderzeeërproject met een hulpkerncentrale, anders kan de haalbaarheid in twijfel worden getrokken
Is het mogelijk om een compartiment met een kerncentrale in te bouwen in bestaande projecten 636 of 677? Project 636 is te oud om zulke radicale innovaties als een hulpkerncentrale erop door te voeren. De mogelijkheid om een hulpkerncentrale in de onderzeeër van project 677 te plaatsen kan alleen worden beoordeeld door de ontwikkelaars van deze onderzeeër, samen met de ontwikkelaars van de kerncentrale. Het lot van het 677-project staat volgens sommige rapporten al in het ongewisse, juist vanwege problemen met de energiecentrale. In dit geval kan de studie van de installatie van een hulpkerncentrale het project 677 doen herleven en uiteindelijk begraven.
Er is nog minder informatie beschikbaar over het project van de Russische nucleaire onderzeeër van de vijfde generatie "Kalina". De fragmentarische informatie bevat informatie over de ontwikkeling van verschillende versies, zowel met VNEU als met batterijen met verhoogde capaciteit. Of deze informatie betrouwbaar is, of een goede wens is, kan alleen maar gissen; daarom heeft het geen zin om te speculeren over de mogelijkheid van het gebruik van een hulpkerncentrale op de onderzeeër van het Kalina-project.
Dus, De noodzaak om een dieselelektrische onderzeeër te ontwikkelen met een hulpkerncentrale voor de Russische marine kan worden gekoppeld aan de verhouding van de volgende hoofdfactoren: de kosten en tijd van de bouw van veelbelovende nucleaire onderzeeërs van het Husky-project en de kosten en tijd van de oprichting van een nucleaire onderzeeër met een krachtige kerncentrale of batterijen met verhoogde capaciteit.
Anderzijds kan vooruitgang bij de oprichting van kleine kerncentrales ertoe leiden dat ze zich zullen ontwikkelen, ongeacht het succes bij de oprichting van VNEU-batterijen of batterijen met een grotere capaciteit en dat ze zullen worden geïmplementeerd en gevraagd in het kader van een enkel project van een veelbelovende onderzeeër.
