Субмарины нового поколения — «военные действия»
Еще 15 лет назад промышленность и учёные вели агитацию за внедрение воздухонезависимой энергетики на подводные лодки. Сейчас в мире уже накоплен опыт эксплуатации разных типов установок, что говорит о том, что востребованными были два типа – с двигателями Стирлинга и с электрохимическими генераторами (ЭХГ). Другие варианты остались «нишевыми» (турбина MESMA компании DCNS) либо так и не вышли из лабораторий.
проектанты военные и Российские моряки выбрали установку с ЭХГ, сделав ставку на безопасность и простоту эксплуатации, и низкие требования к совокупности базирования.
Воздухонезависимая энергетическая установка (ВНЭУ) повышает скрытность подлодки, но платой за это делается рост цены корабля и всего его жизненного цикла, увеличение требований к подготовке и инфраструктуре экипажей, и это отнюдь не полный перечень. Ни одна из сегодняшних ВНЭУ не есть совершенной во всех качествах – любая из них имеет недостатки и свои достоинства.
Флот каждой страны по-различному относится к этим «минусам и плюсам» – так как любой флот решает собственные задачи, действует в собственных условиях и, самое основное, имеет различные денежные возможности. Это ведет к спросу на суда с различными типами ВНЭУ а также на подлодки вовсе без ВНЭУ.
СТИРЛИНГ
ВНЭУ с двигателем Стирлинга – относительно несложная установка, применяющая типовое для подлодок жидкий кислород и дизельное топливо. Создание установки от плана до реализации на боевой подлодке потребовало менее 15 лет.
Установку нельзя считать совершенной по скрытности, но она в полной мере адекватна изюминкам Балтийского моря. Его интенсивное судоходство и сложная география делают ненужным понижение звукового поля подлодки до безотносительного минимума, а «теснота» Балтики требует создания маленьких судов, которым именно подходят не весьма замечательные двигатели Стирлинга. По всей видимости, по этим же обстоятельствам шведские подлодки были в свое время выбраны ВМС Сингапура: условия в Малаккском проливе и прилежащих к нему акваториях очень схожи с балтийскими.
Обстоятельства приобретения Японией лицензии на шведскую ВНЭУ менее очевидны. Японские подлодки действуют не только во внутренних морях, но и в океане. Трудно предположить, что японские компании не сумели справиться бы с созданием ВНЭУ и инфраструктуры, да и армейский бюджет Японии нельзя назвать очень ограниченным, но Морские силы самообороны Японии предпочли лицензировать существующую установку, а не разрабатывать собственную.
В следствии малая мощность двигателей Стирлинга вынудила японских проектантов «умножить ВНЭУ на два» – на более больших японских подлодках установка складывается из четырех двигателей, а не из двух, как на шведских.
ЭХГ
Второй тип ВНЭУ, электрохимические генераторы, прочно ассоциируется с германскими проектами подлодок типов 212А и 214. Германские проектанты создали подводную лодку с практически что «полной» ВНЭУ – бесшумной, низкотемпературной, на выходе процесса – простая вода. Плата за это – высокая стоимость и сложность установки, значительный рост размеров корабля, высокие требования к береговой инфраструктуре.
Процесс создания данной ВНЭУ был очень долгим. От начала работы до сдачи боевого корабля прошло более 25 лет, и это не обращая внимания на в далеком прошлом и целенаправленно идущие в Европе работы по внедрению водородной энергетики во все сферы техники.
Главный вопрос установок с ЭХГ – хранение водорода. Выбранное германскими проектантами интерметаллидное хранение водорода (хранение водорода в сплаве металла) разрешает обеспечить высокую безопасность, но требует громадных объёмов и весов, что не разрешает создавать лодки с большой подводной автономностью – для лодок типов 212А она образовывает примерно половину месяца.
Но, для ВМС Италии и Германии, действующих на Балтике, в Северном море и в Средиземноморье, эта величина в полной мере достаточна. Германские и итальянские субмарины солидную часть времени действуют в условиях господства на море союзных сил, в силу чего они смогут применять скрытные режимы ВНЭУ не неизменно, а только при необходимости.
Подобную ВНЭУ имеют экспортные лодки типа 214. Их подводная автономность была в полной мере достаточной для Португалии, Турции и Греции, чьи ВМС действуют в тех же условиях Средиземноморья. Страны Европы, каковые берут подлодки с таковой установкой, с одной стороны, смогут опираться на уже созданную хранения водорода и инфраструктуру производства, а с другой – новые пользователи эту инфраструктуру расширяют.
В Восточной Азии подлодки типа 214 и германскую версию ВНЭУ выбрали пока только ВМС Республики Корея. Замкнутый театр, относительно маленькие отстояния районов патрулирования от собственных баз, наличие больших собственных и союзных сил – все это имеет большое количество неспециализированного с обстановкой в Средиземном море.
Так, ВНЭУ с ЭХГ и интерметаллидным хранением водорода имеет много плюсов с «лодочной» точки зрения, но не разрешает создавать подлодки с подводной автономностью более чем 14 дней и требует наличия дорогостоящей водородной инфраструктуры.
ТИПЫ РИФОРМИНГА
Вышеуказанные неприятности вынудили разработчиков искать новые ответа. Одним из ответов стало хранение водорода в виде химических соединений с последующим расщеплением этих соединений и извлечением из них водорода (риформингом). Самый известны риформинг спиртов (метилового и этилового) и ДТ.
Передача на хранение и подлодку на ее борту этих жидкостей намного проще, чем водорода.
Получение водорода из спиртов достаточно несложно, данный процесс дает мало углекислого газа (выброса). Но метиловый спирт ядовит, да и этиловый спирт, по замечанию умелого германского подводника, «воображает для экипажа не меньшую угрозу, чем метиловый». Цистерны, трубопроводы и арматура со спиртом требуют тщательной герметизации и контроля как при эксплуатации, так и при погрузке этого топлива.
Для применения спиртов нужна дорогостоящая береговая инфраструктура.
С позиций эксплуатации самый привлекателен риформинг ДТ. ДТ на подлодках употребляется в далеком прошлом, оно недорого и в полной мере безопасно, все военно-морские базы мира имеют нужную инфраструктуру. На лодке хранится всего один вид горючего – как для дизель-генераторов (при их наличии), так и для ВНЭУ.
Это ощутимая экономия, по причине того, что за 30-летний период работы корабля затраты на горючее «съедают» львиную долю эксплуатационных затрат.
Но эти преимущества не даются бесплатно. Риформинг ДТ требует громаднейшего расхода кислорода, он идет при самых больших температурах и дает громаднейшее количество выброса, а приобретаемый водород необходимо шепетильно очищать. Имеется некое сходство с ядерным реактором – ядерная установка кроме этого очень сложна, но она есть «единым двигателем» и дает подлодке самые довольно широкие возможности.
РАБОТЫ ПО РИФОРМИНГУ
Компания HDW начала работы по установкам риформинга еще в 90-е годы прошлого века, в их результате был создан опытный образец риформера метанола. Но размер данной установки не разрешал безболезненно интегрировать ее в суда существующих проектов, а финансовый кризис вынудил ВМС Германии отказаться от финансирования этого проекта. Сейчас компания TKMS (наследник HDW) продолжает работы по этому риформеру для экспортных лодок типа 216.
Денежные кризисы значительно влияют на судьбу новой техники, а реализация перспективных разработок зависит от возможности отыскать зарубежного клиента.
Очень амбициозный испанский проект подлодки S-80 («Isaac Peral») основан на применении ЭХГ и риформера этилового спирта. Испанские проектанты удачно создали широкую мировую кооперацию и взяли в полной мере обнадеживающие первые результаты, а также трудящийся стендовый пример риформера малой мощности. Но последовательность неприятностей в проекте самой подлодки и неизбежные сложности при переходе от стендовых образцов к настоящей технике стали причиной срыву сроков реализации проекта.
Это, со своей стороны, создало проблему с его финансированием. Будет ли данный проект реализован – еще предстоит заметить. Весьма интересно подчернуть, что ВМС Испании пошли методом разработки уникального проекта лодки, включая создание «с нуля» установки риформинга этанола со всеми вытекающими сложностями, в то время как ВМС Португалии предпочли приобрести готовые субмарины типа 214.
Ближайшие соседи, выясняется, смогут иметь заметно различные сокровища.
В 2014 году компания DCNS заявила о успешных испытаниях и создании стендового примера «ЭХГ второго поколения» с риформером ДТ. Эта установка предлагается для подлодок типа «Scorpene» – считается, что ее использование доведет подводную автономность этих лодок до 20 дней и более. Второй проект DCNS, более большая субмарина, узнаваемая под именами «SMX Ocean» и «Shortfin Barracuda», был выбран ВМС Австралии для собственной программы SEA-1000.
Экспортный заказ, возможно, разрешит компании DCNS довести собственную ВНЭУ до работоспособного состояния.
В Индии кроме этого ведутся работы по созданию ВНЭУ на базе риформинга боргидрида натрия для подводных лодок типа «Kalvari».
ВМФ России еще в 90-х годах сделал выбор в пользу ЭХГ, а в 2008 году – в пользу совокупности риформинга ДТ. Условия, в которых действуют российские подлодки, заметно отличаются от европейских. Это открытые театры (Северный и Тихоокеанский), дюжина баз подлодок на большом расстоянии друг от друга, а также в малообжитых районах с жёстким климатом.
Из этого и требование к понижению затрат на содержание и создание инфраструктуры. Лодки на большом растоянии уходят от большую часть и баз времени находятся на грани со стороны бессчётного и умелого соперника, другими словами должны длительно пребывать в скрытных режимах. Все эти неприятности может решить лишь риформинг дизтоплива.
Действительно, финансовый кризис 90-х, и то, что острой необходимости во ВНЭУ не было, – у русского флота имеется ядерные подводные лодки, ядерный реактор можно считать «совершенной ВНЭУ» – замедлили создание анаэробной установки. Но в середине нулевых эти работы возобновились. Как заявил в последних числах Ноября главком ВМФ РФ Владимир Королев, «мы продолжаем работу над двигательной установкой воздухонезависимого типа, это отечественная возможность, отечественное будущее».