Sebagian besar kapal selam modern dilengkapi dengan pembangkit listrik tenaga diesel. Perangkat semacam itu memiliki kelemahan karakteristik, itulah sebabnya pencarian alternatif yang nyaman dan menguntungkan dilakukan. Seperti yang ditunjukkan oleh praktik, tingkat teknologi modern memungkinkan untuk membuat pembangkit listrik yang efisien untuk kapal selam non-nuklir, dan kita berbicara tentang sistem arsitektur yang berbeda.
Masalah dan solusi
Kerugian utama dari kapal selam diesel-listrik adalah kebutuhan untuk pengisian ulang baterai secara teratur melalui generator diesel. Untuk melakukan ini, kapal selam harus mengapung ke permukaan atau bergerak pada kedalaman periskop - yang meningkatkan kemungkinan deteksi oleh musuh. Pada saat yang sama, durasi menyelam dengan baterai biasanya tidak melebihi beberapa hari.
Sebuah alternatif yang jelas untuk diesel adalah pembangkit listrik tenaga nuklir, tetapi penggunaannya tidak selalu memungkinkan dan dibenarkan karena kompleksitas dan biaya tinggi. Dalam hal ini, selama beberapa dekade, masalah menciptakan pembangkit listrik independen udara (VNEU) dengan karakteristik yang diinginkan dan tanpa kerugian dari sistem diesel-listrik telah dipelajari. Sejumlah teknologi baru semacam ini telah berhasil dioperasikan, dan pengoperasian lainnya diharapkan dalam waktu dekat.
Secara umum, ada beberapa pendekatan untuk pembuatan VNEU. Yang pertama melibatkan membangun kembali generator diesel menggunakan mesin yang berbeda yang kurang menuntut udara yang masuk. Yang kedua mengusulkan pembangkitan listrik menggunakan apa yang disebut. sel bahan bakar. Yang ketiga adalah meningkatkan baterai, termasuk. hingga penolakan terhadap generasinya sendiri.
Alternatif Stirling
Kapal selam non-nuklir pertama dengan VNEU lengkap, dioperasikan, pada tahun 1996 adalah kapal Swedia Gotland. Kapal selam ini memiliki panjang 60 m dan bobot 1600 ton, serta membawa 6 tabung torpedo dua kaliber. Pembangkit listriknya dibangun berdasarkan standar diesel-listrik dan dilengkapi dengan komponen baru.
Pengoperasian permukaan dan pembangkit listrik disediakan oleh dua mesin diesel MTU 16V-396 dan sepasang generator Hedemora V12A / 15-Ub. Baling-baling di semua mode digerakkan oleh motor listrik. Dalam posisi terendam, kapal selam, alih-alih mesin diesel, menyalakan mesin Stirling tipe Kockums v4-275R, menggunakan bahan bakar cair dan oksigen cair. Cadangan yang terakhir memungkinkan Anda untuk tetap berada di bawah air hingga 30 hari tanpa perlu naik. Selain itu, mesin Stirling tidak terlalu berisik dan tidak membuka kedok kapal selam juga.
Tiga kapal selam baru dibangun sesuai dengan proyek Gotland; bangunan kedua dan ketiga ditugaskan pada tahun 1997. Pada awal tahun 2000-an, sebuah proyek dengan kode Södermanland dilaksanakan. Ini menyediakan modernisasi dua kapal selam diesel-listrik tipe Västergötland dengan pemasangan VNEU dari proyek Gotland. Jepang menjadi tertarik dengan perkembangan Swedia. Di bawah lisensi, ia merakit VNEU untuk kapal selam tipe "Soryu". Karena dimensi dan perpindahannya yang besar, kapal selam Jepang membawa empat mesin v4-275R sekaligus.
Turbin kapal selam
Selama pengembangan proyek Scorpène, pembuat kapal Prancis mengusulkan versi VNEU mereka sendiri berdasarkan mesin alternatif. Instalasi semacam itu, yang disebut Module d'Energie Sous-Marine Autonome (MESMA), ditawarkan kepada pelanggan potensial untuk digunakan pada kapal selam yang baru dibangun.
Proyek MESMA mengusulkan mesin turbin uap khusus yang ditenagai oleh etanol dan udara terkompresi. Pembakaran campuran alkohol-udara seharusnya menghasilkan uap untuk turbin yang menggerakkan generator. Produk pembakaran dalam bentuk karbon dioksida dan uap air di bawah tekanan tinggi diusulkan untuk dibuang ke laut pada seluruh rentang kedalaman operasi. Menurut perhitungan, kapal selam Scorpène dengan VNEU MESMA dapat bertahan di bawah air hingga 21 hari.
Pabrik MESMA ditawarkan kepada berbagai pelanggan. Misalnya, direncanakan untuk digunakan dalam proyek Scorpène-Kalvari untuk India. Namun, pabrik percontohan menunjukkan kinerja yang tidak memadai, dan minat terhadap proyek itu berkurang tajam. Akibatnya, kapal selam diesel-listrik Prancis yang baru masih dilengkapi dengan mesin diesel - meskipun pengembang telah mengumumkan modernisasi baru dengan pengenalan solusi menjanjikan lainnya.
Pada tahun 2019, pembuat kapal Rusia mengumumkan pengembangan VNEU baru yang mendasar berdasarkan mesin turbin gas siklus tertutup. Ini termasuk tangki untuk oksigen cair: menguap dan disuplai ke mesin. Gas buang diusulkan untuk dibekukan dan dibuang hanya saat muncul ke permukaan di area yang aman. VNEU serupa sedang dikembangkan dalam kerangka proyek P-750B.
Sel bahan bakar
Pada akhir tahun sembilan puluhan, Jerman telah menciptakan versi VNEU-nya sendiri. Pada tahun 1998, konstruksi dimulai pada kapal selam kepala proyek Tipe 212 baru, yang dilengkapi dengan sistem serupa. Proyek Jerman melibatkan penggunaan sistem Siemens SINAVY, yang menggabungkan motor listrik dan sel bahan bakar hidrogen. Untuk pergerakan di permukaan, generator diesel dipertahankan.
Kompleks SINAVY mencakup sel bahan bakar pertukaran proton Siemens PEM berdasarkan hidrida logam dari tangki oksigen cair. Untuk keamanan tambahan, wadah hidrida logam dan oksigen ditempatkan di ruang antara rumah yang kokoh dan ringan. Selama pengoperasian VNEU, hidrogen yang diperoleh dari hidrida logam, bersama dengan oksigen, diumpankan ke membran dan elektroda khusus, di mana arus dihasilkan.
Otonomi kapal selam "212" mencapai 30 hari. Keuntungan penting dari VNEU SINAVY adalah hampir tidak adanya kebisingan selama operasi pada kinerja yang cukup tinggi. Pada saat yang sama, sulit untuk diproduksi dan dioperasikan, dan juga memiliki kelemahan lain.
Enam 212 kapal selam dibangun untuk Angkatan Laut Jerman. Pada tahun 2006-2017. empat dari kapal ini memasuki layanan di armada Spanyol. Atas dasar "212", proyek "214" dibuat, yang menyediakan pelestarian VNEU yang ada. Kapal selam semacam itu sangat populer di pasar internasional. Pesanan diterima dari empat negara untuk lebih dari 20 kapal. 15 kapal telah dibangun dan dikirim ke pelanggan.
Perlu dicatat bahwa VNEU berdasarkan sel bahan bakar sedang dikembangkan tidak hanya di Jerman. Sejalan dengan proyek MESMA di Prancis, varian kapal selam Scorpène dengan penggunaan sel bahan bakar dikembangkan. Kapal selam inilah yang dijual ke India. Sekarang elemen generasi baru sedang dibuat. Sebelumnya dilaporkan bahwa sel bahan bakarnya sedang dikembangkan di Rusia. VNEU jenis ini sudah lolos uji bangku, dan kedepannya akan diuji coba di kapal percobaan.
Kapal selam bertenaga baterai
Munculnya mesin dan sarana generasi yang pada dasarnya baru tidak mengesampingkan kebutuhan untuk pengembangan lebih lanjut dari teknologi dan unit yang ada. Dengan demikian, baterai penyimpanan dari jenis yang sudah dikenal dan dikuasai tetap bernilai tinggi. Dalam proyek yang menjanjikan, mereka bahkan dianggap sebagai satu-satunya sumber energi untuk semua sistem.
Proses penasaran diamati dalam pembuatan kapal Jepang. Jepang adalah salah satu negara pertama yang menguasai VNEU dengan mesin Stirling, tetapi pada tahun 2015 dan 2017. dua kapal selam dari proyek Soryu yang dimodifikasi diletakkan tanpa sistem seperti itu. Ruang untuk baterai standar dan unit VNEU diberikan untuk baterai lithium-ion modern. Karena itu, durasi menyelam menjadi dua kali lipat dibandingkan dengan baterai generasi sebelumnya.
Sejak 2018pembangunan kapal selam proyek Taigei baru, yang awalnya dikembangkan menggunakan instalasi diesel-listrik dan baterai lithium-ion, sedang berlangsung. Kapal utama proyek baru telah diluncurkan, dan dua lambung lagi sedang dibangun sejak tahun lalu. Secara total, direncanakan untuk membangun tujuh kapal selam dengan penerimaan ke layanan mulai tahun 2022.
Ada banyak proyek kapal selam ultra-kecil, yang hanya dilengkapi dengan baterai. Di masa depan, arsitektur ini dapat menemukan aplikasi dalam proyek "besar". Baru-baru ini, pembuat kapal Prancis mempresentasikan proyek konsep SMX31E, yang menggabungkan banyak keputusan paling berani. Secara khusus, kapal selam hanya menerima baterai dengan penempatannya di semua volume yang tersedia, termasuk. antara bodi yang tahan lama dan ringan. Baterai harus diisi di pangkalan sebelum pergi ke laut.
Diperkirakan saat terisi penuh, SMX31E akan dapat tetap terendam selama 30-60 hari, tergantung pada kecepatan mengemudi dan total konsumsi energi. Pada saat yang sama, direncanakan untuk memastikan pengoperasian penuh semua perangkat standar dan tambahan, kompleks, dll.
Dalam proses evolusi
Dengan demikian, dalam beberapa dekade terakhir, telah terjadi kemajuan yang signifikan di bidang VNEU untuk kapal selam non-nuklir. Berbagai varian sistem tersebut dengan fitur dan keunggulan tertentu telah dikembangkan, diuji, diperkenalkan ke dalam proyek, dan digunakan. Namun, bahkan instalasi independen udara terbaru memiliki kelemahan tertentu. Mereka tetap kompleks dan mahal, baik untuk pembuatan dan pengoperasiannya.
Terlepas dari keunggulan dalam karakteristik taktis dan teknis, kapal selam non-kapal selam dengan VNEU belum dapat menggantikan kapal selam diesel-listrik dengan arsitektur "tradisional". Apalagi yang terakhir sedang berkembang dan juga menggunakan teknologi dan komponen paling modern. Contoh mencolok dari persaingan antara kelas yang berbeda adalah pengembangan armada kapal selam Jepang, yang kembali ke skema diesel-listrik pada tingkat teknis baru.
Tampaknya, persaingan antara instalasi independen-udara dan instalasi listrik-diesel akan berlanjut di masa mendatang - dan belum ada favorit yang jelas. Pada saat yang sama, jelas bahwa angkatan laut dunia adalah pemenangnya. Mereka mendapatkan kesempatan untuk memilih opsi terbaik untuk pembangkit listrik yang paling memenuhi semua persyaratan.
