| [28/01/2011] Атомный гидроплан
 В.И.Сычиков,капитан I ранга, д.т.н., профессор Военно-морского инженерного института, Санкт-Петербург
На конференции «Состояние и перспективы развития гидронавтики в Российской Федерации», прошедшей в ноябре 2010 г. в «СПМБМ «Малахит», приуроченной к 45-летию нового направления в подводном кораблестроении – созданию глубоководных комплексов и специальных технических средств с атомной энергетикой, были сделаны следующие выводы:
- ХХI век станет веком освоения человечеством сырьевых богатств Мирового океана.
- Россия еще сохраняет передовые позиции в освоении глубин мирового океана, но без придания этому направлению общегосударственной значимости утратит их.
- Только атомная энергетика обеспечит освоение континентального шельфа.
В чем причина активизации деятельности по освоению глубин Мирового океана? Возрождение интереса к Мировому океану объясняется огромными залежами полезных ископаемых, залегающих на континентальном шельфе и в его глубинах. В табл.1 проведено сопоставление потенциальной ценности минеральных ресурсов, залегающих на суше и море. Под водами Мирового океана находится в 17,5 раз больше марганца, кобальта в 15,3 раза, на 38% больше углеводородов, газоконденсата и газогидратов.
Таблица 1. Сопоставление потенциальной ценности минеральных ресурсов континентов, транзиталей и Мирового океана
 С учетом быстрого исчерпания наземных ресурсов, это создает напряженную ситуацию в мире. На рис.1 представлена динамика открытия новых месторождений полезных ископаемых на суше. В 2000 г. число новых открытых месторождений не превышает сотни. И это при опережающем росте потребления. Откуда в ближайшем будущем человечество будет черпать необходимые ресурсы? Из дна Мирового океана.  Рис.1 Динамика открытия новых месторождений на суше Прогнозные оценки
С 1982 г. начался раздел, пока мирный, Мирового океана. Но уже сегодня обостряется обстановка в связи с разделом зон в Северном Ледовитом океане. Передел материковых склонов неизбежен. На главенство в этом переделе претендуют, в первую очередь, США. Барак Обама уже принял решение об увеличении военного бюджета Пентагона в период с 2011 по 2015 г. на сто млрд долларов. В январе 2010 г. исследовательская компания «Douglas-Westwood» обнародовала прогноз, в котором утверждается, что в ближайшие десять лет министерства обороны крупнейших стран мира потратят на приобретение автономных подводных аппаратов (АПА) военного назначения 1,1 млрд долларов. Совокупные затраты на подводных роботов с 2010 по 2019 г. достигнут 2,3 млрд долларов. Потребность в АПА, в боевых и промышленных подводных роботах в ближайшие десять лет составит около 1,4 тыс. аппаратов. До 2020 г. ВМС США планируют создать в Мировом океане глобальную систему борьбы с флотами противников. Суть ее - отказ от устаревшего способа борьбы “корабль против корабля”. Эта система будет основываться на применении дистанционно управляемых аппаратов, дистанционной передаче данных об обстановке и применении высокоточного морского оружия. Основной акцент борьбы с флотами противника - применение нового вида высокотехнологичного оружия: пилотируемых и беспилотных морских подводных аппаратов, как роботов, так и их носителей. Что имеем в России?
Российская Федерация в соответствии со ст. 76 Конвенции ООН по морскому праву 1982 г. и исследованиями, проводимыми на протяжении десятков лет, может претендовать на расширенный континентальный шельф за пределами двухсот морских миль по арктическому побережью. Наибольший интерес для России представляет континентальный шельф Центрального Арктического бассейна. В этом районе, кроме значительных месторождений нефти и газа, обнаружены промышленные скопления россыпного золота, олова, алмазов и платиноидов. Именно поэтому приарктические государства ведут активную деятельность по освоению данного района, и особую актуальность для России приобретают проблемы определения и обоснования внешней границы континентального шельфа в Северном Ледовитом океане, а также делимитации шельфа со смежными государствами. Но особенно оживленными споры по вопросам делимитации границ арктического бассейна становятся тогда, когда кому-либо из участников удается создать новые эффективные технические средства, расширяющих границы выполнения этих работ. Полученный недавно опыт арктических работ с использованием автономных подводных роботов, оснащенных совершенным оборудованием и действующих с бортов современных ледоколов, оказался достаточно эффективным. Возросшие технические возможности современных подводных роботов позволяют производить: - обзорно-поисковые работы, инспекцию подводных сооружений и коммуникаций (трубопроводов, кабелей, водоводов); - геологоразведочные работы, включающие топографическую и фото-видеосьемку морского дна, акустическое профилирование и картографирование рельефа; - подледные работы, в том числе прокладка трубопроводов, кабеля на арктическом дне, обслуживание систем наблюдения и освещения подводной обстановки; - океанографические исследования, мониторинг водной среды; - работы военного назначения, включая противолодочную разведку, патрулирование, обеспечение безопасности буровых платформ и т.п. 
Рис.2 АГПА «Поиск 6» Следующий автономный глубоководный аппарат проекта 16810 «Русь» был построен «Адмиралтейскими верфями» и в 2000 г. вошел в состав ВМФ. В 2000-2005 гг. была проведена его модернизация. Но доля полезной нагрузки и автономность не изменились. На рис.3 показаны различные типы отечественных глубоководных роботов (ГР). >
Рис.3 Глубоководные роботы В количественном плане мы значительно отстаем по развитию этого направления, хотя по техническим характеристикам ГР вполне соответствуем мировому уровню. Так, первый автономный необитаемый подводный аппарат АНПА «Пилигрим» имел следующие характеристики: - рабочая глубина – 3000 м; - вес ~ 300 кг; - габариты – Æ 0.45 х 3,0 м; - максимальная скорость – 3 м/с; - автономность (при v = 1.5 м/с) ~ 20 час (пробег ~ 100 км); - поисковая производительность при работе: - низкочастотного гидролокатора (НЧ ГБО) - до 3 кв. км/час - высокочастотного гидролокатора (ВЧ ГБО) - до 0,7 кв. км/час - фотосистемы - до 10 000 кв. м/час, - ошибка навигации (при дальности между АНПА и обеспечивающим судном не более 2000 м), не более ~ 10 м; - максимальное волнение моря для проведения работ – 3 балла. Более глубоководный АНПА «Клавесин» (первая модификация «М» 2001 г., вторая 2010 – «Клавесин – 1РМ-СФ»), был задействован при проведении комплекса исследований по определению внешних границ континентального шельфа России в арктическом бассейне. Его характеристики: - глубина – 6000 м; - масса – 960 кг; - габариты: 4,22×1,22×1,32 м; - скорость – 1 м/с; - автономность – 48 ч. Новые задачи
Чтобы полноценно и комплексно обследовать шельфовые и донные месторождения Мирового океана требуется принципиально иная энергетика, иное конструктивное решение. Подобно тому, как на смену аэростатам в ХХ в. пришли аэропланы и геликоптеры, так и при освоении мирового океана в ХХI в. ожидается переход к подводным гидропланам. Для этого необходимо отказаться от громоздкой и ненадежной балластной системы погружения-всплытия, от размещения внутри прочного корпуса аппарата оружия, систем охлаждения и различных выдвижных устройств, громоздкого двигательно-движительного комплекса, перейти к разборному прочному корпусу без шпангоутов и с минимальным числом отверстий. Если мы сможем решить эту задачу, то обеспечим возможность работы на глубине 6000 м при очень компактных размерах глубоководных аппаратов. Уменьшение толщины прочного корпуса
Для уменьшения толщины прочного корпуса мы предлагаем следующие конструктивные решения: 1.применение легких и прочных материалов (например, титан марки Ti 37, а для электроповодки и теплоизоляции – графен); 2. сведение к минимуму диаметра и числа отверстий и сварных швов за счет отказа от гидростатического принципа системы погружения-всплытия, выдвижных устройств и размещения боекомплекта в прочном корпусе; 3.применение новой конструкция уплотнения для разъемов прочного корпуса, улучшающих ремонтопригодность оборудования внутри прочного корпуса (авт. св. на изобретение ВМИИ); 4. применение водометов с приводами от высокооборотных погружных электродвигателей, исключающих сальниковые уплотнения, главные упорные подшипники внутри прочного корпуса; 5. уменьшение массогабаритных характеристик силовой энергетической установки. Конструктивные решения, позволяющие снизить массогабаритные характеристики ЯЭУ1.Применение забортных конденсаторов пара с внутритрубной конденсацией пара, уменьшающие объем конденсатора вдвое; 2. Применение модульной ЯЭУ с ядерным реактором на быстрых нейтронах со свинцово-висмутовым теплоносителем, имеющим преимущества перед ВВР не только по массогабаритным характеристикам (МГХ), но и по надежности, ядерной и радиационной безопасности; 3.Применение магнитогидродинамических насосов, которые увеличивают экономичность, снижают шумность, повышают надежность и радиационную безопасность (РБ) установки; 4.Применение прямотрубных, прямоточных парогенераторов без пароперегревателей, сепараторов, с внутритрубным течением ЖМТ; 5. Применение биротационного реактивно-роторного двигателя, в котором преобразование внутренней энергии пара в кинетическую энергию происходит в соплах и там же за счет реактивной тяги преобразуется в механическую энергию соплового двигателя. Сверхзвуковые сопла позволяют в 2-4 раза сократить число ступеней двигателя, отказаться от турбинных лопаток, что повышает экономичность, снижает стоимость и шумность двигателя; 6. Применение торцевых генераторов с вращающимися постоянными магнитами. Биротационный двигатель это наше изобретение, а торцевые генераторы созданы Новосибирским политехническим институтом. Полученный в них электрический ток выпрямляется, суммируется и инвертируется в ток стандартного напряжения и частоты (или требуемой частоты); 7. Применение теплового аккумулятора - биологической защиты позволяет: отказаться от аккумуляторных батарей (АБ); обратимых преобразователей и третьего контура; повысить экономичность и получить форсажный режим движения. На рис.4 показана конструкция кормового электродвигателя, водомета и рулевого устройства (изобретение ВМИИ). Забортные конденсаторы с внутренней конденсацией пара – разработка Севастопольского училища. Такое решение позволило получить очень хорошую компактность. Мы отказались от циркуляционной трассы, от насосов. 
Рис.4 Центральный водометный движитель Поворотное устройство позволяет гидроплану маневрировать как по горизонтали, так и по вертикали. На рис.5 представлена структурная энергетическая схема модульной ЯЭУ. В ней используется СВБР с парогенератором. Внутри у него МГД насос. Циркуляция осуществляется из активной зоны по трубкам и обратно в АЗ. На выходе из парогенератора располагается охватывающий биротационный двигатель и группа вращающихся сопел. Объединение двух вращательных движений осуществляется в торцевом генераторе. Таким образом, мы получаем электроэнергию, которую затем преобразуем для движения корабля. Внизу конденсатно -питательный турбонасос, забортный трубный конденсатор и блок питания клапанов. 
Рис.5 Энергетическая схема модульной ЯЭУ Модульная ядерная энергетическая установка получается очень компактной, а горизонтальная компоновка делает её исключительно удобной для размещения на глубоководном аппарате. На рис.6 показаны продольное и поперечное сечения установки. На продольном сечении представлены 9 дисков главного двигателя. Сам аппарат 4-ступенчатый. На одном диске находятся 1 и 3 ступени, на втором – 2 и 4-я. 1 и 3 ступени - сверхзвуковые сопла, 2 и 4-я – дозвуковые сопла. Так как давление пара 5 МПа необходимо всего 4 ступени преобразования вместо обычных 12 ступеней. 
Рис.6 Продольное и поперечное сечения движительной установки Торцевые генераторы представляют собой постоянные вращающиеся магниты и неподвижные статорные обмотки. Так как температура застывания сплава ЖМТ (44,5% свинца и 45,5% висмута) 132 о в составе предусмотрен водоподогреватель. Атомный подводный гидроплан «Неукротимый» Мы провели сравнение характеристик малой ПЛ пр. 865 «Пиранья» и сконструированного нами атомного боевого подводного гидроплана «Неукротимый». 
На рис.7 показано поперечное сечение гидроплана с жилым отсеком на 3 человека, всплывающей камерой и необитаемым энергетическим модулем. Наружный диаметр гидроплана 3 м, толщина корпуса 15 см. Общая длина 20 м. 
Рис.7 поперечное сечение гидроплана вместе с жилым отсеком Главное преимущество атомного гидроплана – его двойное назначение. Он может решать задачи МЧС, экологические задачи, выполнять функции глубоководной электростанции, снабжения электроэнергией тех же глубоководных роботов, а также различные задачи боевого назначения, как то: носитель боевых и промышленных роботов, ракето-торпедного, торпедного и минного оружия, разведка и боевые действия, операции ОСНАЗ. Изготовление, доставка и эксплуатация АПГ
На рис.8 показана схема доставки и размещения по месту дислокации атомного гидроплана. Отечественный судостроительный комплекс последнее двадцатилетие находится в весьма сложном положении. Для строительства гидропланов верфи не требуются. Оборудование АПГ изготавливается при серийном и даже поточном производстве на соответствующих машиностроительных предприятиях и поступает на сборку в главный сборочный цех. С помощью железнодорожного транспорта АПГ доставляется в ангар-хранилище, где производится сборка крыльев, оснащение боекомплектом, швартовые испытания. Под воду АПГ уходит по слиповой или лифтовой системе. Возвращение аналогичное.  Рис.8 Схема изготовления, доставки и обслуживания гидроплана
Таких мест размещения построено уже достаточно. Корабль этот никто не увидит, так как он всегда находится в подводном положении.
Заключение
- Малые размеры, минимальные физические поля, неограниченная автономность, возможность находиться на большой глубине и даже залегать на материковых склонах и ложе океана позволяют гидроплану иметь высокую скрытность.
- Действуя в широком диапазоне глубин (до 6 000 м), он практически недосягаем средствам обнаружения, а, следовательно, и средствам огневого поражения противолодочных сил.
- Подводные гидропланы практически невидимы для сил космической разведки, ПРО, ПЛО, ПВО, а для них представляют смертельную опасность.
- АГП должны: расчистить боевое поле для нанесения решающего поражения противнику основной группировкой, снизив тем самым потери своих и союзнических тяжелых боевых платформ и предотвратить гибель своих и союзнических самолетов, вертолетов, подводных лодок, надводных кораблей; позволить спасти экипажи; обеспечить электроэнергией глубоководные добывающие платформы, произвести зарядку аккумуляторов глубоководных роботов.
|
