Reaktor nuklir untuk kapal selam non-nuklir (NNS). Kontradiksi melekat pada nama itu sendiri, namun, masalah ini dianggap cukup serius di Uni Soviet. Secara khusus, gagasan untuk menempatkan reaktor nuklir berukuran kecil dipertimbangkan sehubungan dengan kapal selam proyek 651. Kapal selam diesel-listrik (DEPL) dari kapal induk rudal jelajah proyek 651 menjadi kapal selam non-nuklir terbesar yang dibangun pada waktu itu. Uni Soviet.
Telur Dollezhal
Sejak awal, dalam upaya untuk meningkatkan jangkauan bawah laut kapal selam diesel-listrik Proyek 651, para perancang meletakkan baterai perak-seng alih-alih baterai timbal-asam. Dalam praktiknya, ternyata baterai perak-seng memiliki dua kelemahan kritis: biaya tinggi dan masa pakai yang singkat (hingga 100 siklus pengisian-pengosongan), yang telah menentukan pengembalian ke baterai timbal-asam.
Namun, selain baterai dengan kapasitas yang meningkat, solusi yang lebih radikal juga dipertimbangkan untuk kapal selam diesel-listrik dari proyek 651. Pada prinsipnya, Angkatan Laut (Angkatan Laut) Uni Soviet, bersamaan dengan pembangunan kapal Proyek 651, sedang mempersiapkan pembangunan kapal selam nuklir (kapal selam nuklir) Proyek 675, dengan rudal jelajah P-6 yang sama yang dipasang. pada kapal selam diesel-listrik Proyek 651. Namun, kapal selam nuklir Proyek 675 secara signifikan lebih mahal dari kapal selam diesel-listrik dari proyek 651. Sebuah solusi diperlukan yang memungkinkan kapal selam (kapal selam) dari proyek 651 untuk mendapatkan daya jelajah tak terbatas dari kapal selam sementara mempertahankan karakteristik lain pada tingkat kapal selam diesel-listrik dari proyek asli.
Sebagai solusi, pembuatan reaktor nuklir berukuran kecil, yang disebut "telur Dollezhal", dinamai menurut penciptanya Nikolai Dollezhal, kepala perancang reaktor nuklir untuk Angkatan Laut Uni Soviet, dipertimbangkan. Pada tahap awal, proyek melibatkan penempatan reaktor dalam kapsul terpisah dan menariknya di atas tali dengan kabel untuk melepaskan pelindung biologis yang berat. Namun, konsep seperti itu segera ditolak, baik karena kemungkinan besar kehilangan kapsul dengan reaktor, dan karena potensi pelacakan kapal selam di sepanjang jalur radioaktif. Di masa depan, penempatan reaktor di luar badan kapal selam diesel-listrik padat dipertimbangkan, tetapi dalam kerangka desain kapal selam "kaku" tunggal.
Jelas, teknologi pada waktu itu tidak memungkinkan pembuatan reaktor bebas perawatan yang cukup kompak dan andal dengan karakteristik yang dapat diterima. Di masa depan, gagasan memasang pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) di kapal selam diesel-listrik muncul lebih dari satu kali. Secara khusus, berdasarkan kapal selam diesel-listrik proyek 651, proyek 683 dikembangkan untuk membuat kapal selam massal yang dilengkapi dengan pembangkit listrik tenaga nuklir berdaya rendah. Kapal selam ini seharusnya dibangun dalam jumlah besar di pabrik-pabrik yang sebelumnya memproduksi kapal selam diesel-listrik. Proyek 683 berlarut-larut dan tidak menerima pengembangan, mungkin karena saat ini USSR sudah memiliki kapasitas produksi yang cukup untuk memproduksi kapal bertenaga nuklir penuh dalam jumlah yang diperlukan untuk Angkatan Laut.
Proyek 651 juga tidak dilupakan. Pada tahun 1985, salah satu kapal proyek ini dirancang ulang sesuai dengan Proyek 651E, dikembangkan kembali pada tahun 1977. Sebagai bagian dari modernisasi, kapal selam itu dilengkapi dengan pembangkit listrik tenaga nuklir kompak berdaya rendah, yang dikembangkan di Institut Riset dan Desain Ilmiah Teknik Tenaga (NIKIET) - saat ini Ordo Lenin Scientific Research and Design Institute of Power Engineering dinamai N.. Dollezhal . Dalam kerangka proyek 651E, pembangkit listrik tenaga nuklir berdaya rendah ditempatkan di bagian belakang bawah kapal selam di luar lambung tahan lama. Reaktor tipe didih satu putaran digunakan. Namun, kapal selam Proyek 651E juga tidak meninggalkan tahap prototipe.
Kapal selam nuklir multiguna Rusia
Dengan runtuhnya Uni Soviet dan hilangnya sebagian besar potensi industrinya, Rusia kembali menghadapi masalah kekurangan kapal selam nuklir. Proyek kapal selam nuklir multiguna (MCSAPL) 885 / 885M "Ash", terlepas dari semua kelebihannya, ternyata sangat mahal dan sulit untuk dibangun. Secara total, direncanakan untuk membangun tujuh SSNS dari proyek 885 / 885M, yang sama sekali tidak mencukupi dalam konteks cepat usangnya kapal selam nuklir generasi ketiga dari proyek 971, 945 / 945A yang tersedia di Angkatan Laut Rusia.
Saat ini, desain kapal selam nuklir multiguna generasi baru "Husky" sedang berlangsung. Proyek Husky masih penuh dengan rumor daripada informasi nyata. Agaknya, kapal selam nuklir proyek ini akan lebih kecil dan lebih murah daripada SSNS proyek 885 / 885M, yang memungkinkan untuk membuat analogi dengan kapal selam nuklir Amerika yang sangat mahal Seawolf dan kapal selam nuklir kelas Virginia yang lebih fleksibel dan relatif murah. kapal selam yang dikembangkan untuk menggantikannya.
Pada saat yang sama, ada risiko bahwa proyek Husky, terutama jika koefisien kebaruan teknis yang tinggi diterapkan di dalamnya, mungkin menghadapi penundaan yang tidak terduga dan kenaikan biaya.
Kapal selam non-nuklir di Rusia dan di dunia
Cara lain untuk memperkuat komponen bawah laut Angkatan Laut adalah pembangunan kapal selam non-nuklir. Dan di segmen ini di Angkatan Laut Rusia juga, tidak semuanya berjalan lancar. Saat ini, tren global adalah melengkapi kapal selam non-nuklir dengan pembangkit listrik independen udara (VNEU), dibuat berdasarkan berbagai prinsip - sel bahan bakar, mesin Stirling. Kehadiran VNEU memungkinkan untuk secara radikal meningkatkan jangkauan kapal selam, membawa kemampuannya lebih dekat ke kapal selam nuklir, dengan biaya yang jauh lebih rendah dari sebelumnya.
Sayangnya, proyek VNEU Rusia untuk proyek kapal selam 677 Lada menghadapi masalah, seperti halnya seluruh proyek 677, akibatnya kapal selam pertama dari proyek ini mungkin akan diimplementasikan tanpa pemasangan VNEU.
Baterai untuk kapal selam non-nuklir
Pilihan lain - untuk melengkapi kapal selam dengan baterai lithium dengan kapasitas yang meningkat, dipilih oleh angkatan laut Jepang (Angkatan Laut), yang juga mengoperasikan kapal selam dengan mesin Stirling. Diasumsikan bahwa penggunaan baterai lithium berkapasitas tinggi akan memungkinkan otonomi NNS jarak jauh sebanding dengan yang memungkinkan penggunaan VNEU, tetapi pada saat yang sama baterai lithium memberikan jangkauan terendam yang panjang pada kecepatan tinggi.
Kritikus baterai lithium mengatakan mereka rentan terhadap kebakaran dan ledakan. Namun, dapat diasumsikan bahwa industri, dan terlebih lagi penggunaan militer baterai tersebut akan menyiratkan peningkatan perhatian pada masalah keselamatan dan meminimalkan potensi risiko overheating atau deformasi baterai. Kendala terbesar dalam pengenalan baterai lithium di kapal selam non-kapal selam adalah biayanya yang tinggi.
Prospek penggunaan baterai lithium untuk kepentingan Angkatan Laut dikonfirmasi oleh intensifikasi pengembangannya oleh pabrikan Eropa.
Pada pameran Euronaval 2018 2018 di Paris, grup pembuat kapal Prancis Naval Group dan grup Jerman TKMS mengumumkan pembuatan baterai lithium-ion mereka sendiri untuk kapal selam. Kedua perusahaan secara independen mengembangkan baterai lithium kapal selam dalam kemitraan dengan produsen utama baterai lithium industri dan akumulator Prancis, SAFT.
Perusahaan Naval Group berencana untuk menggunakan baterai lithium LIBRT di kapal selam SMX-31 yang menjanjikan, sementara TKMS sedang mengembangkan solusi universal yang dapat diintegrasikan ke dalam kapal selam Jerman yang ada dan sedang dibangun untuk proyek 212 dan 214.
Di Rusia, situasi dengan produksi baterai lithium modern agak kabur.
Liotech, anak perusahaan RUSNANO, memproduksi baterai yang dibuat menggunakan teknologi lithium iron phosphate (LiFePO4). Baterai ini memiliki keunggulan tertentu, khususnya, keamanan penggunaan yang tinggi, kemungkinan pengisian cepat yang aman dan pelepasan yang aman dengan arus tinggi. Pada saat yang sama, kapasitas LiFePO4 secara signifikan (sekitar dua kali) lebih rendah daripada baterai lithium yang dibuat menggunakan lithium cobalt atau teknologi lainnya. Beberapa kali di media ada informasi tentang kebangkrutan perusahaan, tetapi situs web perusahaan saat ini berfungsi.
Pada tahun 2015, "Pusat Penelitian" Sumber Daya Otonom "bersama dengan PJSC" Pabrik Sumber Daya Otonom "mengumumkan pembukaan produksi siklus penuh baterai lithium-ion. Namun, saat ini tidak ada informasi tentang skala produksi dan tingkat lokalisasi.
Teknologi baterai LiFePO4 dan jenis baterai lithium lainnya akan berkembang, dan penerapannya di Rusia, serta kemungkinan menggunakannya sebagai sumber energi untuk kapal selam non-nuklir, patut dipelajari dengan cermat oleh organisasi khusus.
Pembangkit listrik tenaga nuklir Rusia modern
Kurangnya VNEU domestik yang berfungsi dan solusi berdasarkan baterai lithium yang sangat efisien, dikombinasikan dengan biaya tinggi dan penundaan dalam pembangunan kapal selam nuklir multiguna, dapat memaksa Angkatan Laut Rusia untuk kembali ke konsep melengkapi kapal selam diesel-listrik dengan low- pembangkit listrik tenaga nuklir. Saat ini di dunia, di bawah pengaruh "hijau", ada perpindahan dari energi nuklir. Rusia, di sisi lain, tidak berencana untuk meninggalkan "atom damai" dalam waktu dekat, secara aktif berkembang ke arah ini, dan kemungkinan besar "yang pertama di antara yang sederajat" di bidang energi nuklir.
Salah satu contoh munculnya terobosan teknologi di kalangan ilmuwan nuklir Rusia adalah contoh pembuatan pembangkit listrik tenaga nuklir berukuran kecil untuk kendaraan bawah air tak berawak (UUV) Poseidon dan mesin roket nuklir untuk rudal jelajah Burevestnik dengan jangkauan terbang tak terbatas.
Tidak ada data yang dapat diandalkan tentang pembangkit listrik tenaga nuklir BPA "Poseidon". Agaknya dapat berupa reaktor dengan pendingin logam cair dengan kapasitas sekitar 8-10 MW, berdasarkan yang dikembangkan oleh A. P. Aleksandrova (NITI) dari proyek AMB-8, dengan pompa pendingin magnetohidrodinamik senyap dari sirkuit utama.
Mempertimbangkan kekhasan aplikasi Poseidon BPA, pembangkit listrik tenaga nuklirnya mungkin memiliki masa pakai terbatas, berlangsung beberapa ribu jam, yang tidak akan memungkinkannya untuk dipinjam langsung untuk kapal selam yang menjanjikan, tetapi meninggalkannya sebagai sumber solusi teknologi.
Keberadaan proteksi radiasi pada PLTN di BPA Poseidon diragukan. Di satu sisi, tidak adanya kru tidak memerlukan perlindungan radiasi penuh, hanya yang disebut. Perlindungan kompartemen "Bayangan" dengan perangkat sensitif. Di sisi lain, kurangnya proteksi radiasi dapat mempersulit pengoperasian UUV Poseidon - pemasangan / pelepasan dari pembawa, pemeliharaan, meskipun reaktornya "dimatikan" secara default.
Baik di Uni Soviet maupun di Rusia, reaktor dengan pendingin logam cair dikembangkan dengan sangat aktif, hingga penggunaan serial pada kapal selam Project 705 Lira, yang memiliki karakteristik teknis yang luar biasa dan serangkaian masalah yang sama luasnya yang tidak dapat dipecahkan. Sangat mungkin bahwa NPU "logam cair" (mungkin) dari pembangkit listrik tenaga nuklir Poseidon hanya efektif dalam kerangka pemecahan masalah dan tidak dapat disesuaikan untuk operasi bebas masalah jangka panjang.
Jika tidak mungkin untuk mengimplementasikan pembangkit listrik tenaga nuklir dengan pendingin logam cair dan dengan siklus panjang operasi bebas masalah otonom, maka opsi untuk membuat pembangkit listrik tenaga nuklir berdaya rendah berdasarkan reaktor dikembangkan di NIKIET yang sama, di mana Telur Dollezhal yang sebelumnya dirancang, dapat dipertimbangkan.
Dari artikel Deputi Direktur - Desainer Umum untuk Fasilitas Sipil JSC "NIKIET" A. O. Pimenova:
Untuk memenuhi kebutuhan energi medan Arktik, NIKIET menawarkan sejumlah pengembangan: dari stasiun kecil Vityaz yang dapat diangkut dengan reaktor berpendingin air dengan daya listrik hingga 1 MW dan unit daya dengan rak instalasi reaktor terpadu, untuk catu daya lokal dari satu konsumen, disuplai dalam bentuk kapsul energi dari produksi pabrik dengan unit reaktor dan generator turbin yang ditempatkan secara kompak, hingga saluran peralatan perebusan tipe kapal untuk pembangkit listrik dengan daya 45 MW, 100 MW dan 300 MW dalam desain blok tunggal.
Secara khusus, pembangkit listrik tenaga nuklir (ASMM) Vityaz, Shelf dan ATGOR harus memiliki dimensi minimal dan otonomi tinggi. Mereka dirancang dalam desain yang dienkapsulasi, yang meningkatkan tingkat keamanan pembangkit listrik tenaga nuklir. Pembangkit listrik integral yang dapat diangkut modular "Vityaz", berdasarkan pada reaktor air berpendingin air bertekanan, dengan daya listrik 1 MW dan daya termal 6 MW, dengan berat tidak lebih dari 60 ton. Kampanye inti adalah 40.000 jam, frekuensi isi ulang enam tahun, pendinginan udara, dengan sirkulasi udara mekanis.
Dalam rentang daya dari 1 hingga 10 MW, proyek Shelf ASMM dan proyek menjanjikan ATGOR berdasarkan reaktor siklus terbuka berpendingin gas berdaya rendah diusulkan. Unit seluler "ATGOR" pada semitrailer mobil mampu menghasilkan daya termal 3,5 MW dan daya listrik 0,4-1,2 MW. Umur layanan adalah 60 tahun, bahan bakar nuklir diisi ulang setiap sepuluh tahun sekali.
Rak ASMM merupakan pengembangan utama dari NIKIET, dapat disuplai dalam bentuk kapsul energi siap pakai dan ditujukan untuk suplai daya peralatan teknis yang beroperasi di ladang minyak dan gas, termasuk yang terpencil pada jarak yang cukup jauh dari pantai dan memiliki siklus operasi sepanjang tahun selama 25-30 tahun. Rak ASMM mencakup reaktor nuklir sirkuit ganda dengan reaktor terintegrasi berpendingin air dengan daya termal 28 MW, unit generator turbin yang menghasilkan listrik 6 MW dan sistem untuk kontrol otomatis dan jarak jauh, pemantauan dan perlindungan fasilitas. sarana teknis.
Masa pakai kapal selam nuklir Shelf adalah 60 tahun, siklus inti adalah 40.000 jam, dan frekuensi pengisian bahan bakar adalah enam tahun. Berat modul yang diangkut adalah 375 ton Reaktor dilindungi oleh rumah pengaman, yang, jika terjadi kecelakaan dengan kehilangan pendingin, menyediakan 72 jam untuk membuat keputusan tentang tindakan lebih lanjut. Generator turbin tersedia untuk diperbaiki. Semua elemen pembangkit listrik tenaga nuklir "Rak" ditutupi dengan cangkang pelindung dari dampak faktor eksternal.
Dengan demikian, dapat diasumsikan bahwa perkembangan ilmuwan atom Rusia memungkinkan untuk membuat pembangkit listrik tenaga nuklir otonom kompak dengan daya listrik 1-6 MW dengan masa pakai hingga sepuluh (dan mungkin lebih) tahun antara pengisian ulang. dari inti reaktor. Jika pembangkit listrik tenaga nuklir kompak dapat dibuat berdasarkan reaktor dengan pendingin logam cair, maka karakteristiknya bisa lebih mengesankan. Menempatkan reaktor dalam kapsul berinsulasi akan memaksimalkan isolasinya dari badan kapal selam dan mencegah peningkatan kebisingan yang signifikan dibandingkan dengan kapal selam / kapal selam diesel-listrik.
Kapal selam non-kapal selam atau diesel-listrik dengan pembangkit listrik tenaga nuklir tambahan?
Pertama-tama, harus dikatakan bahwa pernyataan "kita tidak membutuhkan kapal selam nuklir, kapal selam diesel-listrik biasa sudah cukup" tidak tahan terhadap kritik, dan merujuk pada upaya untuk berpuas diri - "karena kita gagal, maka kita tidak membutuhkannya”. Waktu kapal selam diesel-listrik klasik akan segera berakhir, potensi ekspornya akan menurun dengan cepat bukan karena "mode" untuk non-kapal selam, tetapi karena kebutuhan akan sering muncul ke permukaan untuk mengisi ulang baterai berakibat fatal bagi kapal selam. Mempertimbangkan peningkatan pesat jumlah kendaraan udara tak berawak (UAV), yang juga sedang dikembangkan untuk kepentingan Angkatan Laut, yang muncul ke kedalaman periskop dan mengisi baterai kapal selam diesel-listrik, dengan kemungkinan besar akan terdeteksi oleh radar atau pencitra termal UAV dan dihancurkan.
Apakah Angkatan Laut Rusia membutuhkan kapal selam diesel-listrik dengan pembangkit listrik tenaga nuklir tambahan, atau lebih baik fokus pada pengembangan VNEU dan baterai modern untuk kapal selam non-nuklir? Menjawab pertanyaan ini membutuhkan jawaban atas beberapa pertanyaan lain:
1. Seberapa sukses dan mahal (murah) kapal selam nuklir dari proyek "Husky" akan menjadi dan berapa biaya kapal selam diesel-listrik dengan pembangkit listrik tenaga nuklir tambahan?
2. Apakah industri Federasi Rusia mampu menciptakan VNEU dalam waktu yang wajar dan dengan biaya yang dapat diterima atau memproduksi baterai modern, yang penggunaannya pada kapal selam non-nuklir domestik akan memungkinkan mereka untuk bersaing dengan analog terbaik dunia?
Menurut paragraf 1. Jika, karena alasan apa pun, kapal selam nuklir proyek Husky ternyata menjadi jalan dan konstruksinya akan memakan waktu lama, dan kapal selam diesel-listrik dengan pembangkit listrik tenaga nuklir tambahan akan jauh lebih murah, meskipun karena lebih karakteristik sederhana, dan lebih mudah untuk dibangun, maka proyek semacam itu dapat dipertimbangkan dan diimplementasikan untuk menyediakan Angkatan Laut dengan jumlah kapal selam yang cukup
Biaya proyek 885 / 885M MCSAP adalah dari 30 hingga 47 miliar rubel. (dari 1 hingga 1,5 miliar dolar), biaya proyek SSBN 955 / 955A adalah sekitar 23 miliar rubel. (0,7 miliar dolar). Nilai ekspor kapal selam diesel-listrik Proyek 636 adalah $ 300 juta, masing-masing, biayanya untuk Angkatan Laut Rusia harus sekitar $ 150-200 juta. Sekalipun biayanya, jika dilengkapi dengan pembangkit listrik tenaga nuklir tambahan, berlipat ganda, maka dalam hal ini, biaya kapal selam diesel-listrik dengan pembangkit listrik tenaga nuklir akan tiga hingga empat kali lebih rendah daripada biaya SSN proyek 885 / 885M. Ini sama sekali tidak berarti bahwa perlu untuk meninggalkan kapal bertenaga nuklir "nyata" demi kapal selam diesel-listrik dengan pembangkit listrik tenaga nuklir, tetapi fakta bahwa keberadaan mereka di armada bisa sangat hemat biaya menegaskan.
Pada poin 2. Masalah VNEU dan baterai dengan kapasitas yang meningkat harus diselesaikan dengan satu atau lain cara, setidaknya untuk menyediakan industri perkapalan dengan pesanan ekspor. Jika waktu pembuatan VNEU dan baterai dengan kapasitas yang meningkat akan tertunda, dan karakteristik serta biaya yang diperoleh tidak akan memenuhi persyaratan Angkatan Laut Rusia, maka proyek kapal selam diesel-listrik dengan pembangkit listrik tenaga nuklir tambahan mungkin diminati., jika tidak, kelayakannya dapat dipertanyakan
Apakah mungkin untuk memasukkan kompartemen dengan pembangkit listrik tenaga nuklir ke dalam proyek yang ada 636 atau 677? Proyek 636 terlalu tua untuk menerapkan inovasi radikal seperti pembangkit listrik tenaga nuklir tambahan di atasnya. Kemungkinan memasukkan pembangkit listrik tenaga nuklir tambahan ke dalam kapal selam proyek 677 hanya dapat dinilai oleh pengembang kapal selam ini, bersama dengan pengembang pembangkit listrik tenaga nuklir. Nasib proyek 677 sudah dalam limbo, menurut beberapa laporan, justru karena masalah dengan pembangkit listrik. Dalam hal ini, studi tentang instalasi pembangkit listrik tenaga nuklir tambahan dapat menghidupkan kembali dan akhirnya mengubur proyek 677.
Bahkan lebih sedikit informasi yang tersedia tentang proyek kapal selam nuklir Rusia dari generasi kelima "Kalina". Informasi yang terpisah-pisah berisi informasi tentang pengembangan beberapa versi, baik dengan VNEU maupun dengan peningkatan kapasitas baterai. Apakah informasi ini dapat diandalkan, atau merupakan harapan yang baik, orang hanya bisa menebak; oleh karena itu, tidak ada gunanya berspekulasi tentang kemungkinan menggunakan pembangkit listrik tenaga nuklir tambahan di kapal selam proyek Kalina.
Dengan demikian, Kebutuhan untuk mengembangkan kapal selam diesel-listrik dengan pembangkit listrik tenaga nuklir tambahan untuk Angkatan Laut Rusia dapat dikaitkan dengan rasio faktor-faktor utama berikut: biaya dan waktu pembangunan kapal selam nuklir yang menjanjikan dari proyek Husky dan biaya dan waktu pembuatan kapal selam nuklir dengan PLTN berdaya tinggi atau baterai berkapasitas meningkat.
Di sisi lain, kemajuan dalam pembuatan pembangkit listrik tenaga nuklir berukuran kecil dapat mengarah pada fakta bahwa mereka akan berkembang terlepas dari keberhasilan dalam pembuatan VNEU atau baterai berkapasitas meningkat dan akan diimplementasikan dan dibutuhkan dalam kerangka kerja satu proyek kapal selam yang menjanjikan.
