Аэробный двигатель что это
Российская анаэробная установка для подлодок получит батарею увеличенной мощности
Рендер подводной лодки проекта «Амур-950» с анаэробной энергетической установкой
Перспективная российская анаэробная энергетическая установка, которую планируется установить на опытовую подводную лодку проекта 677 «Лада» и новую неатомную субмарину проекта «Калина», получит батарею удвоенной мощности. Как пишет Mil.Press FlotProm, электрическая мощность усовершенствованной батареи составит сто киловатт вместо 50 у существующего сегодня образца. Разработку и испытания новой батареи для анаэробных энергетических установок подводных лодок планируется завершить к 2020 году.
Современные дизель-электрические подводные лодки имеют несколько преимуществ перед более крупными атомными подводными кораблями. Одним из главных таких преимуществ является практически полная бесшумность хода в подводном положении, поскольку в этом случае за движение корабля отвечают лишь тихие электромоторы, питающиеся от аккумуляторных батарей. Перезарядка этих батарей производится от дизельных генераторов в надводном положении или на глубине, с которой возможно выставить шноркель, специальную трубу, по которой воздух может подаваться к генераторам.
К недостаткам обычных дизель-электрических подводных лодок относится относительно небольшое время, которое корабль может провести под водой. В лучшем случае оно может достигать трех недель (для сравнения, у атомных подлодок этот показатель составляет 60-90 дней), после чего подлодке придется всплыть и запустить дизельные генераторы. Анаэробная энергетическая установка, для работы которой не нужен забортный воздух, позволит неатомной подводной лодке находиться в подводном положении существенно дольше. Например, подлодка проекта «Лада» с такой установкой может находиться под водой 45 суток.
Перспективная российская анаэробная энергетическая установка будет использовать для работы водород высокой степени очистки. Этот газ будут получать на борту корабля из дизельного топлива методом риформинга, то есть преобразования топлива в водородсодержащий газ и ароматические углеводороды, которые затем будут проходить через установку выделения водорода. Затем водород будет подаваться в водородно-кислородные топливные элементы, где и будет вырабатываться электричество для двигателей и бортовых систем.
Батарея БТЭ-50К-Э на испытательном стенде
Крыловский государственный научный центр
Помимо самих электрохимических элементов, иначе называемых водородными топливными ячейками, в состав таких модулей будут входить конверторы углеводородного топлива. Именно в них и будет проходить процесс риформинга дизельного топлива. Как рассказал изданию Mil.Press FlotProm один из разработчиков новой батареи, конвертор углеводородного топлива в настоящее время находится на стадии разработки. Ранее сообщалось, что разработку анаэробной энергетической установки для подводных лодок планируется завершить до конца 2018 года.
На втором такте поршень поднимается, сжимая смесь. Одновременно цилиндр подогревается до 400 градусов Цельсия. В условиях высокого давления и нагрева происходит процесс риформинга. По мере выделения водорода, он проходит через мембрану, которая останавливает углекислый газ, также образующийся во время риформинга. Углекислый газ при этом поглощается адсорбирующим материалом, смешанным с катализатором.
На третьем такте поршень опускается в самое нижнее положение, резко снижая давление в цилиндре. При этом углекислый газ высвобождается из адсорбирующего материала. Затем начинается четвертый такт, на котором в цилиндре открывается клапан, а поршень вновь начинает подниматься. Во время четвертого такта углекислый газ из цилиндра выдавливается в атмосферу. После четвертого такта цикл начинается снова.
Особенности российской анаэробной установки
Согласно информации интернет-газеты «Известия», Федеральное государственное унитарное предприятие (ФГУП) «Крыловский научный центр» сообщило о том, что создание первой субмарины с анаэробной, то есть воздухонезависимой, энергетической установкой (ВНЭУ) приведет к значительному технологическому прорыву в кораблестроении.
— заявил исполнительный директор указанного предприятия Михаил Загородников.
В первую очередь, ВНЭУ избавляет корабль от необходимости всплывать на поверхность для подзарядки аккумуляторов и пополнения запаса воздуха, необходимого для работы дизель-генераторов в подводном положении.
Как указывается, в настоящее время в наибольшей мере в деле разработки ВНЭУ продвинулись немцы, создавшие подлодку проекта U-212/214. В 2014 году о своих успехах в этом направлении сообщила французская DCNS, оснастившая рассматриваемой установкой субмарину типа «Scorpene». Проектом более крупной субмарины компании, востребованным ВМС Австралии, является «SMX Ocean» (он же «Shortfin Barracuda»). В Индии ВНЭУ разрабатывается применительно к лодкам типа Kalvari (на базе Scorpene).
В отличие от указанного зарубежного опыта российская ВНЭУ подразумевает совершенно иной метод функционирования: водород не перевозится на борту, а получается непосредственно в установке с помощью реформинга дизельного топлива.
Эксперт в области военно-морских вооружений Владимир Щербаков полагает, что субмарины с ВНЭУ позволяют успешно действовать в акваториях, плотно контролируемых неприятелем.
По его мнению, лодки данного типа имеют высокий экспортный потенциал, в особенности в странах, не обладающих атомным подводным флотом. Для России, как он считает, на данном этапе достаточно ограничиться парой лодок проекта «Лада» для отработки технологий и подготовки специалистов.
На текущий момент «Адмиралтейские верфи» в Санкт-Петербурге строят две «Лады»: «Кронштадт» и «Великие Луки». Головная субмарина этого проекта — «Санкт-Петербург» — проходит опытную эксплуатацию на Северном флоте. Анаэробной энергетической установки на ней пока нет.
Современная подводная лодка с анаэробным двигателем. Мощная и воздухонезависимая
Санкт-Петербургское морского бюро машиностроения «Малахит» разрабатывает проект субмарины, оснащенной единой энергоустановкой надводного и подводного хода.
По своим параметрам новинка российского «Малахита» напоминает французские подлодки класса «Скорпен»: субмарина водоизмещением 1450 тонн предназначена для действий в прибрежной зоне.
Воздухонезависимая энергетическая установка (ВНЭУ) избавляет подлодку от необходимости постоянно всплывать на поверхность для подзарядки аккумуляторов и пополнения запаса воздуха, необходимого для работы дизель-генераторов в подводном положении.
Создание энергетических установок играет одну из приоритетных ролей в данном виде военной техники. Ведь именно за счет двигателя можно достигать необходимых боевых характеристик. В частности, речь идет о скорости подводного движения и скрытности, достигаемой благодаря малошумности. Неатомные подлодки с анаэробными силовыми установками будут крайне малозаметны, что позволит решать широкий спектр боевых задач, находясь фактически под боком у потенциальных врагов.
К ключевым достоинствам анаэробной (воздухонезависимой) энергетической установке (ВНЭУ) относится улучшение скрытности субмарины, которая сможет находиться более долгое время под водой без всплытия для зарядки аккумуляторов.
Наличие воздухонезависимой газотурбинной ЭУ замкнутого цикла позволит подводной лодке значительно увеличить дальность своего непрерывного похода. Проект подразумевает создание подлодки П-750Б.
Предназначение этой субмарины заключается в обезвреживании надводных и подводных кораблей противника, а также в нанесении ударов по расположенным в прибрежной линии объектам. Кроме того, П-750Б способна осуществлять скрытую доставку, высаживание и прием на борт разведывательно-диверсионной группы численностью до 16 человек, а также вести разведку и выставлять минные заграждения.
Что касается анаэробной энергоустановки, то она включает в себя гребной электродвигатель мощностью 2500 кВт и газотурбинный двигатель замкнутого цикла. Благодаря такому решению, субмарина сможет находиться в автономном подводном плавании до 30 суток и преодолевать 4300 миль.
Примечательно, что разработанная в России воздухонезависимая энергетическая установка имеет от иностранных аналогов принципиальные отличия, заключающиеся в методе получения водорода. Для того, чтобы не перевозить на борту субмарины водород высокой очистки, конструкторы предусмотрели возможность получения его в необходимых объемах в самой установке благодаря реформингу дизельного топлива.
Электрохимический генератор, извлекает из водорода электрический ток и удаляет отходы жизнедеятельности первого цикла. То есть, то, что получается в ходе реакции СО2.
По словам гендиректора «Малахита» Владимира Дорофеева, предприятию потребуется пять-шесть лет для того, чтобы создать такую подлодку. Он отметил, что без аккумуляторов такая субмарина сможет развивать скорость подводного хода в 10-12 узлов.
Из истории воздухонезависимых двигателей
Лодка, всплывая на поверхность на подзарядку аккумуляторов, полностью демаскирует себя.
Именно по этой причине во Время второй мировой войны погибло больше экипажей лодок, чем их было уничтожено глубинными бомбами или минами в подводном положении. Всплывавшие на поверхность лодки становились легкой мишенью для барражирующей над морем авиации противника. И зачастую, спасаясь от авиаудара, экипаж совершал экстренное погружение, даже не успев закрыть люк рубочной шахты.
Пионерами в мировой разработке ВНЭУ считаются немцы с субмариной проекта U-212/214.
В 2014 году об успехах в создании аналогичных систем сообщила французская оборонная компания DCNS. Созданная ей установка предназначена для подлодок типа «Scorpene».
Другой проект DCNS – более крупная субмарина, известная под именами «SMX Ocean» и «Shortfin Barracuda», был выбран ВМС Австралии для своей программы. Однако самой успешной и опасной считается шведская лодка HSwMS Gotland. Этот корабль стал настоящей легендой. Причем не шведского, а американского флота.
Корабль построен из маломагнитной стали. На его борту стоят 27 компенсирующих электромагнитов, которые полностью исключают обнаружение корабля детекторами магнитных аномалий. Благодаря всережимному электродвигателю и виброзащите механизмов, Gotland практически не различается локаторами даже в непосредственной близости от американских кораблей. Лодка сливается с естественным тепловым и шумовым фоном океана. Но самое главное, что она, вооруженная 18 торпедами, может не всплывать на поверхность до 20 суток.
Неатомные подводные лодки с анаэробными энергетическими установками
В этой статье речь пойдет о субмаринах с анаэробными или воздухонезависимыми энергетическими установками (ВНЭУ). ВНЭУ – это весьма широкий класс различных двигателей, конструкторских решений, видов топлива. Отличает его от двигательных установок ПЛ 3-го поколения возможность гораздо дольше находиться в подводном положении, что значительно увеличивает скрытность такой подлодки и затрудняет ее обнаружение противолодочной авиацией. Подлодки предыдущего поколения, например, ДЭПЛ проекта 636 «Варшавянка» должны раз в 3-4 дня подниматься к поверхности, включать дизельные двигатели и подзаряжать аккумуляторные батареи. Современные подлодки с ВНЭУ могут находиться под водой неделями.
Рассмотрим основные конструкторские решения, которые применяются при строительстве таких субмарин
Двигатель Стирлинга
Двигатель Стирлинга – тепловая машина, в которой рабочее тело в виде газа или жидкости движется в замкнутом объеме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела, с извлечением энергии из возникающего при этом изменения давления. Обычно в роли рабочего тела выступает воздух, но также используются водород и гелий.
1. Громоздкость и материалоемкость: у двигателя Стирлинга рабочее тело требуется охлаждать, и это приводит к существенному увеличению массогабаритных показателей силовой установки за счёт увеличенных радиаторов.
2. Для получения характеристик, сравнимых с характеристиками ДВС, приходится применять высокие давления (свыше 100 атм) и особые виды рабочего тела – водород, гелий.
3. Тепло подводится не к рабочему телу непосредственно, а только через стенки теплообменников. Стенки имеют ограниченную теплопроводность, из-за чего КПД оказывается ниже, чем можно было ожидать. Горячий теплообменник работает в очень напряжённых условиях теплопередачи и при очень высоких давлениях, что требует применения высококачественных и дорогостоящих материалов. Создание теплообменника, который удовлетворял бы противоречивым требованиям, — весьма нетривиальная задача. Чем больше площадь теплообмена, тем больше потери тепла. При этом растёт размер теплообменника и объём рабочего тела, не участвующий в работе. Поскольку источник тепла расположен снаружи, двигатель медленно откликается на изменение теплового потока, подводимого к цилиндру, и не сразу может выдать нужную мощность при запуске.
4. Для быстрого изменения мощности двигателя используются способы, отличные от применяемых в ДВС: буферная ёмкость изменяемого объёма, изменение среднего давления рабочего тела в камерах, изменение фазного угла между рабочим поршнем и вытеснителем. В последнем случае отклик двигателя на управляющее действие водителя является почти мгновенным.
1. Простота конструкции — конструкция двигателя очень проста, он не требует дополнительных систем, таких как газораспределительный механизм. Он запускается самостоятельно и не нуждается в стартере. Его характеристики позволяют избавиться от коробки передач.
2. Увеличенный ресурс — простота конструкции, отсутствие многих «нежных» узлов позволяет «стирлингу» обеспечить небывалый для других двигателей запас работоспособности в десятки и сотни тысяч часов непрерывной работы.
3. Экономичность — для утилизации некоторых видов тепловой энергии, особенно при небольшой разнице температур, «стирлинги» часто оказываются самыми эффективными видами двигателей.
4. Низкий уровень шума – «стирлинг» не имеет выхлопа из цилиндров, а это значит, что уровень его шума гораздо меньше, чем у поршневых двигателей внутреннего сгорания.
В подлодках с двигателями Стирлинга используется стандартное дизельное топливо и жидкий кислород в качестве окислителя. Пионерами в создании ВНЭУ со «стирлингами» стали шведы. Их подводные лодки типа «Готланд» стали первыми серийными субмаринами с подобными двигателями. Надо сказать, что «стирлинги» уступают современным дизелям по мощности, поэтому их используют как дополнение к классической дизель-электрической силовой установке. Тем не менее, это «дополнение» позволяет ПЛ типа «Готланд» находиться под водой до 20 суток. Скорость на «стирлинге» – 5 узлов. Кроме шведских субмарин двигатели Стирлинга применяются на японских ПЛ типа «Сорю».
Электрохимические генераторы
Еще один тип ВНЭУ – это ЭХГ. Электрохимический генератор создан на базе топливных элементов. По сути, это аккумуляторная батарея с постоянной подзарядкой. Принцип работы энергетической установки с электрохимическим генератором тот же, что и 150 лет назад, когда англичанин Уильям Роберт Гров случайно обнаружил при электролизе, что две платиновые полоски, обдуваемые – одна кислородом, а другая – водородом, помещенные в водный раствор серной кислоты, дают ток. В результате реакции, кроме электрического тока, образовывались тепло и вода. При этом энергетическое превращение происходит бесшумно, а единственным побочным продуктом реакции является дистиллированная вода, которой достаточно легко найти применение на подводной лодке.
По критериям эффективности и безопасности водород решили держать в связанном состоянии в форме металлогидрида (специальный сплав металла в соединении с водородом), а кислород – в сжиженном виде в специальных емкостях между легким и прочным корпусами подлодки. Между водородным и кислородным катодами находятся полимерные электролитные мембраны протонного обмена, выполняющие функцию электролита.
ВНЭУ с ЭХГ нашли применение на немецких субмаринах типа 212. Несмотря на очевидные преимущества разработанной установки на топливных элементах, она не обеспечивает требуемые оперативно-тактические характеристики подводной лодки океанского класса, прежде всего в части, касающейся выполнения скоростных маневров при преследовании цели или уклонении от атаки противника. Поэтому подводные лодки оснащаются комбинированной двигательной установкой, в которой для движения на высоких скоростях под водой используются аккумуляторные батареи или топливные элементы, а для плавания в надводном положении – традиционный дизель-генератор, применяемый также для подзарядки аккумуляторных батарей. Электрохимический генератор, состоящий из девяти модулей топливных элементов, имеет суммарную мощность 400 л. с. и обеспечивает движение лодки в подводном положении со скоростью 3 узла в течение 20 суток с показателями шумности ниже уровня естественных шумов моря.
Совсем недавно успехов в создании ВНЭУ достигли испанцы на ПЛ типа S-80. Они также использовали ЭХГ в качестве анаэробной вспомогательной установки, однако пошли по пути получения водорода из этанола в результате его разложения. Кислород хранится в жидком виде в специальном резервуаре. Длительность пребывания субмарины под водой достигает 15 суток.
Парогенераторная анаэробная энергетическая установка
Французские инженеры создали парогенераторную анаэробную установку MESMA (Module d’Energie Sous-Marine Autonome) — автономный энергетический модуль для субмарин. В работе MESMA используется принцип цикла Ранкина, который состоит из процессов нагревания жидкости, ее испарения и перегрева пара, адиабатного расширения пара и его конденсации. Установка создана на основе паровой турбины, работающей по замкнутому циклу. В качестве горючего используется этанол, окислитель — жидкий кислород. Этанол поступает в камеру сгорания, в которую также поступает кислород уже в газообразном состоянии. Температура горения смеси спирта и кислорода может достигать более 700° С. Продукты сгорания этанола — вода и углекислый газ, высокое давление выделяемого углекислого газа (до 60 атмосфер) позволяет легко его удалять за борт без применения компрессора на глубинах до 600 м.
Срок службы камеры сгорания определен в 30 лет. Таким образом, она используется в течение всего срока эксплуатации подводной лодки.
Теплообменник камеры сгорания разогревает парогенератор, изготовленный из никелевых сплавов. Разогретый пар приводит в действие малошумный высокооборотный турбогенератор переменного тока.
Отработанный пар поступает в никель-алюминий-бронзовый конденсатор, который также является охладителем второго контура. Конденсатор охлаждается проточной забортной водой. Полученный конденсат возвращается в парогенератор. Общее количество воды в системе «парогенератор-конденсатор» — около 500 л. Скорость вращения паровой турбины до 10 тыс. об/мин. Номинальная выходная мощность генератора не менее 200 кВт.
Мощность установки MESMA позволяет развивать субмаринам проекта «Скорпена» подводный ход в 4 узла, при длительности плавания около 250 часов. Для достижения более высоких скоростей используются традиционные аккумуляторные батареи.
Литийионные аккумуляторы
Пятого марта 2020 года японцы спустили на воду 11-ю подлодку проекта «Сорю», однако эта субмарина имеет существенное отличие от других ПЛ этого типа – на ней установлены литийионные аккумуляторные батареи.
За счет использования литийионных аккумуляторов японцы смогли отказаться от использования на новой субмарине как двигателей Стирлинга, так и традиционных свинцово-кислотных батарей.
Литийионные батареи обеспечивают такой ПЛ длительность подводного хода сопоставимую с другими ВНЭУ, а большая емкость новых батарей позволяет субмарине достигать подводной скорости в 20 узлов.
ВНЭУ в российском ВМФ
Конечно же, главный для нас вопрос – это положение с анаэробными двигателями для ПЛ в России. Как обстоят наши дела? К сожалению, наши разработчики пока не достигли успеха в создании ВНЭУ. Первой отечественной ДЭПЛ с ВНЭУ должна была стать субмарина проекта 677 «Лада», но дело не заладилось. Тем не менее, работы по созданию ВНЭУ продолжаются и в 2019 году открыта новая ОКР по данной теме.
В создании ВНЭУ принимают участие ЦКБ «Рубин» – разрабатывающее анаэробную установку на основе ЭХГ и КБ «Малахит», работающее над созданием анаэробного газотурбинного двигателя замкнутого цикла.
Разработка «Малахита» – это единый газотурбинный двигатель, который можно использовать как в надводном, так и в подводном положении. В надводном положении для движения используется атмосферный воздух. Под водой происходит подача окислителя из сосуда Дьюара, где содержится жидкий кислород. Выделяемая турбиной газовая смесь очищается и замораживается, ничего не выделяя наружу. Таким образом, скорость подводного хода без использования аккумулятора (только от ВНЭУ) превышает 10 узлов. «Малахит» разрабатывает не только двигатель, но и ПЛ. Проект имеет шифр П-750Б. Проектируемая подлодка имеет 1450 тонн надводного водоизмещения, экипаж в 18-20 человек, глубину погружения до 300 м, максимальную скорость хода в 18 узлов. Подлодка может иметь на вооружении торпеды, мины и даже крылатые ракеты «Калибр».
Заключение
Осталось ответить на вопрос: почему российский ВМФ нуждается в подлодках с ВНЭУ? По существу, современные ВНЭУ имеют ряд недостатков: малая мощность, что заставляет использовать их вместе с традиционной дизель-электрической энергетической установкой, как следствие – малая скорость подводного хода на ВНЭУ (не относится к ДЭПЛ с литий – ионными аккумуляторами), высокая стоимость, необходимость сооружения на ВМБ специальной инфраструктуры.
И всё же достоинства превосходят недостатки. Главное из них – высокая скрытность и затруднение обнаружения такой ПЛ противолодочной авиацией. Для нас это очень актуально, ведь, например, Япония имеет около сотни современных противолодочных самолетов. Другое достоинство – очень малый уровень шума, зачастую меньший, чем фоновый шум моря. И наконец, как бы дорога ни была субмарина с ВНЭУ, она всё равно дешевле атомной. Кроме того, подлодки с ВНЭУ активно применяются во флотах наших потенциальных противников: Германии, Турции, Японии. В случае конфликта нашим подводникам придётся противостоять более совершенным ПЛ. И если не разрабатывать современных двигателей с ВНЭУ, то технологический разрыв, имеющий место сейчас, со временем станет непреодолимой пропастью.
Проблема создания надежного анаэробного двигателя.
Это выглядит, по меньшей мере, странно, если учесть, что в последние годы отечественное кораблестроение недостатка в финансировании не испытывает. К тому же головная «Лада» под именем «Санкт-Петербург» находится в опытной эксплуатации на Северном флоте аж с 2010 года. Что же тогда мешало первой серийной подлодке «Кронштадт» раньше увидеть море? И вообще, что за подарок мы получим к Новому году?
С самого начала ДЭПЛ проекта 677 Главный штаб ВМФ анонсировал так: «Россия приступила к созданию принципиально новой неатомной подводной лодки с двигателем замкнутого контура для действий в ближней морской зоне. Идет разработка новой подводной лодки для действий в прибрежных районах с энергетической установкой замкнутого цикла. Такие подлодки смогут в автономной режиме без всплытия находиться под водой по несколько недель».
Это действительно выглядело бы прорывом. Ведь все предыдущие отечественные неатомные подводные лодки имели и имеют общий, но роковой для многих недостаток. Их скрытное непрерывное плавание не могло и не может пока продолжаться больше трех-четырех суток. Потом разряжаются аккумуляторные батареи. Да и содержание углекислого газа в отсеках поднимается выше критических пределов, экипаж начинает задыхаться.
Хочешь или не хочешь, а подвсплывай на перископную глубину и выдвигай засасывающую воздух трубу РДП (устройство для работы двигателя под водой). Часто вблизи вражеских берегов. При полном отсутствии воздушного и морского прикрытия. Когда нет возможности в случае опасности нырнуть в спасительную глубину.
Этот общий для дизель-электрических подводных лодок порок пытались вылечить во многих странах. В СССР еще в 1935 году решили попробовать жидкий кислород, хранившийся в отсеке при температуре минус 180 градусов. Под экспериментальную двигательную установку переоборудовали подводную лодку С-92. Но вскоре оказалось, что жидкий кислород на подводной лодке – технологический тупик.
Другим путем пошли немцы. Их ученые для продолжительной работы двигателей ДЭПЛ в подводном положении предложили перекись водорода. Так, под самый занавес Второй мировой войны появились германские лодки XXVI серии. Они были способны в течение шести часов развивать на глубине подводную скорость до 25 узлов. В боевых действиях эти чудеса техники принять участие не успели. Но трофеями для союзников по антигитлеровской коалиции оказались ценными. На их основе началось послевоенное развитие подводных флотов ведущих стран мира. В том числе и нашего. Получившиеся в итоге энергетические установки стали называть анаэробными.
В середине 50-х годов прошлого века ВМФ СССР получил 29 малых подводных лодок проекта 615 с анаэробными установками. Эти лодки оказались единственными в мире, способными ходить под водой на дизельном двигателе. Их энергетические установки работали в замкнутом цикле с использованием кислорода и твердого химического поглотителя углекислого газа. Правда, горели корабли проекта 615 столь часто, что сами моряки прозвали их «зажигалками». Да и грохотали эти подлодки на глубине слишком сильно. Поэтому в начале 70-х годов были сняты с вооружения.
Однако к 60-м годам прошлого века в океан вышли первые атомные подводные лодки. Они могли осуществлять подводное боевое патрулирование на огромных скоростях и месяцами не показываться на поверхности. Казалось, время ДЭПЛ ушло безвозвратно. Однако о «дизелюхах» пришлось вспомнить. В том числе и потому, что использование подводных атомоходов в Черном и Балтийском морях запрещено международными соглашениями. К тому же каждая ДЭПЛ в среднем в 4,5 раза дешевле своего собрата с ядерным реактором на борту.
В этой области гонки подводных вооружений мы долгое время были в безусловных технологических лидерах. К 90-м годам прошлого века каждая вторая ДЭПЛ в мире была родом с советских верфей. Наиболее удачными подводными кораблями третьего поколения оказались ПЛ третьего поколения проекта 877 «Варшавянка». За малую шумность и высокую скрытность плавания прозванные в НАТО «черными дырами».
Где-то рядом в технологическом смысле тогда находились немцы. США интереса к дизельным подлодкам не проявляли и не проявляют, поскольку их экспансия простирается на весь Мировой океан. А для такого дела больше подходят атомоходы.
Проблему создания надежного анаэробного двигателя, способного обеспечить долгое пребывание на глубине, с наших конструкторов никто не снимал. В результате их усилий в ВМФ СССР к 90-м годам появился «Катран». Это была экспериментальная лодка наиболее надежного и отработанного проекта 613 с энергетической установкой, оснащенной электрохимическим генератором. Однако плавать ей довелось недолго. Советский Союз рухнул, и наше подводное кораблестроение погрузилось в многолетнюю спячку.
За это время в Германии были спроектированы и запущены в серийное производство достаточно эффективные подводные лодки с анаэробными энергетическими установками на основе электрохимического генератора. Их работа, как и в годы Второй мировой войны, основана на использовании водорода. Проект корабля получил номер 212.
Закладка головной подводной лодки серии состоялась в декабре 1999 года. Первые четыре корабля переданы флоту ФРГ в 2005-07 годах. Затем строительство лодок немцы продолжили. В том числе – на экспорт.
Эти достижения так впечатлили российских конструкторов и моряков, что при создании собственных ДЭПЛ мы тоже решили использовать именно водород. И, кажется, сильно ошиблись. Потому что работы над отечественными анаэробными двигателями в ЦКБ МТ «Рубин» возобновились в начале 90-х, но до сих пор не завершены.
Головная ДЭПЛ четвертого поколения «Санкт-Петербург» в декабре 1997 года была заложена на «Адмиралтейских верфях». Считалось, что пока корабль строят, проектирование российской анаэробной энергетической установки с электрохимическим генератором завершат. Не получилось. С горем пополам «Санкт-Петербург» спустили на воду в 2007 году. Но … с обычным дизельным двигателем, что немедленно девальвировало всю затею.
Обозленный Главный штаб ВМФ в 2010 году приказал было вообще свернуть работы по проекту «Лада». Пошли даже разговоры, что чем так мучиться, лучше попросту начать закупать у немцев их ДЭПЛ проекта 212. Вместе с вооружением и прочим.
Но со сменой верховного флотского начальства в 2012 году решено было все запустить по новой. Так питерские кораблестроители и взялись за уже ржавевший на стапеле «Кронштадт». Ставить на который, по большому счету, по-прежнему нечего. Разве что давно отработанный двигатель еще с «Варшавянки». Но тогда это будет корабль никакого не четвертого, а третьего поколения.
Другого выхода нет? Почему же? На Германии свет клином не сошелся. Есть опыт и других стран. Прежде всего – Швеции. Там вообще отказались от использования водорода на подлодках. Свои новейшие ДЭПЛ типа Gotland шведы оснастили так называемыми двигателями Стирлинга. Первая из них принята на вооружение в 1996 году. Еще две – в 1997-м. По мнению экспертов, сегодня это лучшие корабли в своем классе.
— Потому что копировали немцев. В Германии в последние десятилетия были созданы дизельные подводные лодки проектов 212 и 214. Они тоже могут очень долго не всплывать на поверхность. Но в их двигателях замкнутого цикла использован водород. Оказалось, что плавать на водороде очень дорого. В результате их самый последний – 214-й проект брать никто не хочет. Теперь немцы сами признали, что зашли в тупик. А следом за ними и мы.
— Нас спасает то, что в России существуют серьезные заделы по двигателям Стирлинга. Есть даже опытные образцы.
— Абсолютно необязательно. Двигателями Стирлинга можно оснастить подводные лодки типа «Лада». Тогда они будут не хуже, чем у шведов, которые на сегодня лидируют в строительстве неатомных субмарин. Это сразу позволит и российскому ВМФ сделать огромный рывок, и много добиться в экспорте такого рода вооружений.
Повторяю, с той поры прошла уйма времени. С помпой анонсирован близкий спуск на воду «Кронштадта». 7 мая снова звоню Кириллову.
— Практически тот же двигатель, что и на всех прежних наших неатомных лодках. С незначительными усовершенствованиями. Поэтому и на «Кронштадте» несение боевого дежурства без всплытия для подзарядки аккумуляторов не сможет продолжаться более четырех суток.
— Очень отстали. Долго копировали германский опыт. Тридцать лет пытались изготовить свои топливные элементы на водороде. Получилось крайне дорого. И ресурс небольшой. Да и в целом технологии не отработаны.
А шведы давно поставили на свои лодки двигатели Стирлинга и успешно их освоили. Теперь по тому же пути пошел даже Китай. Там поступили еще проще. Взяли купленную у России «Варшавянку», разрезали на две части. И вставляют в ее корпус собственный отсек с двигателем Стирлинга. Поэтому, думаю, очень скоро мы обнаружим, что в строительстве неатомных подводных лодок отстаем даже от Китая.
— Вообще-то вопрос не ко мне. Хотя я тоже интересовался этим у коллег из ЦКБ «Рубин», которое работает над проектом «Лада». Там мне сказали откровенно: мы за тридцать лет работы над водородными топливными элементами сожрали столько бюджетных денег, что если вдруг признать этот путь ошибочным, нас просто порвут на части.
— Никто. Признаюсь вам: я вообще очень боюсь, что в обозримой перспективе Россия потеряет неатомное подводное кораблестроение.
Шведские субмарины типа «Готланд» с двигателями Стирлинга способны непрерывно находиться под водой до 20 суток. Двигатели работают на жидком кислороде, который используется в дальнейшем для дыхания, имеют очень низкий уровень шума.
Подобные двигатели установлены также в новейших японских подводных лодках типа «Сорю».