«Ядерно-энергетические транспортные установки»



Скачать 285.17 Kb.
Дата31.10.2016
Размер285.17 Kb.

«Ядерно-энергетические транспортные установки»

Кузьма Анастасия, 11 «А» класс МОУ «СОШ №84»

Научный консультант: Ф.П.Кошелев, доцент ФТФ ТПУ, к.техн.н.

Руководитель: Л.Н.Рыбина, учитель физики МОУ «СОШ №84» ЗАТО Северск


Введение
Подводная лодка - корабль, способный погружаться (всплывать) и длительное время действовать в подводном положении. Важнейшее тактическое свойство подводной лодки - скрытность.

На сегодняшний день, ни для кого не является секретом тот факт, что высокими темпами развивается ядерная энергетика. Говоря об этой отрасли, особое предпочтение отдают разговорам об атомной промышленности, забывая о том, что помимо нее также существуют и другие аспекты для интереса. Мне бы хотелось рассказать в своей работе об еще одном виде использовании ядерной энергетики – об ядерно-энергетических транспортных установках, а в частности, об атомных подводных лодках.




Рисунок 1.Атомный ледокол “Ленин”

1.Атомные суда в мирных целях
Самая Важная сфера применения ядерных энергетических установок – это морской флот и прежде всего ледокольный флот.

В настоящее время российский атомный ледокольный флот насчи­тывает 7 действующих ледоколов, 1 атомный лихтеровоз (баржевоз), 1 выведенный из состава флота, но сохраняемый первый атомный ледокол "Ленин". Кроме того, на Балтийском заводе строится новый ледокол “50 лет Победы”. Это самый большой в мире гражданский атомный флот.

Атомные ледоколы были построены с целью обеспечения проводки судов вдоль Арктического побережья. Ледоколы используются при перевозке различных грузов, в основном железной руды из Норильска на Кольский полуостров, где руда переправляется на обогатительные предприятия Мурманской области. Протяженность этого маршрута со­ставляет около 3000 км. /4/

Первым в мире гражданским судном с ядерной энергетической ус­тановкой был спущенный на воду в 1957 году ледокол "Ленин". "Ле­нин" находился в эксплуатации 30 лет — с 1959 по 1989 гг. Водоизмещение "Ленина" 16 тыс. тонн, длина 134 м, осадка 9.2 м.

Советские судостроители не ошиблись, поставив ядерный реактор на ледокольное судно. Это было прогрессивное решение: ледоколу нужна неограниченная автономность, то есть способность долго находиться в море без пополнения запасов топлива, и большая мощность силовой установки, ибо в поединке корабль - лед шансы на победу будут принадлежать судну, которое окажется сильнее стихии. Все это гарантирует атомный двигатель. Атомоход «Ленин» имел неоспоримые преимущества перед атомными судами, построенными затем в ФРГ, Японии и США.

Основываясь на опыте создания и эксплуатации первого атомохода, в 1975 году введен в строй еще более мощный корабль - "Арктика". Этот ледокол первым из надводных судов 17 мая 1977 года достиг в свободном плавании Северного полюса. "Арктика" - 3-вальный турбо­электроход с 4 палубами, баком и 5-ярусной средней надстройкой, корпус разделен на 8 водонепроницаемых отсеков. Атомная водо-водяная паропроизводящая установка состоит из 2-х блоков по 1 реактору и четырех парогенераторов в каждом.

Гребная электрическая установка переменно-постоянного тока выполнена по схеме "генератор переменного тока — кремниевый выпрямитель - электродвигатель постоянного тока", 3 гребных электродвигателя мощностью по 17.6 МВт. Водоизмещение - 23 460 т, длина 148 м. ширина 30 м, осадка 11 м, высота борта 17 м, мощность атомной паро-производящей установки - 55.1 МВт. Всего построено 5 ледоколов типа "Арктика".

     Новый советский ледокол «Арктика» представлял собой улучшенный вариант уже испытанного и проверенного первого нашего атомохода. Ему были не страшны преграды, воздвигаемые природой на Северном морском пути. Судно имело водоизмещение 25 тыс. т, длину 150 и ширину 30 м. Три винта приводили в действие «атомное сердце» мощностью 75 тыс. л. с. Эта мощность позволяла атомоходу ломать пятиметровый лед, а на чистой воде развивать скорость в 18 узлов. /1/



Рисунок 2. Ледокол «Сибирь» класса «Арктика»

Кроме того, в конце восьмидесятых годов в Финляндии были построены 2 ледокола: "Таймыр" и "Вайгач", оснащенных одним реактором и способных заходить в устья крупных рек. Их длина – 151 м, ширина -29 м, мощность реактора 35 МВт.



Рисунок 3 Ледокол «Таймыр» класса «Таймыр»


Учитывая огромную протяженность береговой линии и островов советского Заполярья, где пока недостаточно оборудованных портов, решено первое атомное транспортное судно сделать комбинированным.

В начале ноября 1984 г. в Керчи на судостроительном заводе "Залив" им. Б. Е. Бутомы состоялась торжественная закладка первого отечественного ледокольно-транспортного судна с атомной энергетической установкой - лихтеровоза-контейнеровоза "Севморпуть". Главное его назначение-доставка различных народнохозяйственных грузов в лихтерах и контейнерах в северные районы страны. Мощная энергетическая установка позволит судну самостоятельно следовать во льдах толщиной до 1 м. Винт регулируемого шага во избежание поломки лопастей о крупные льдины будет находиться в стационарной направляющей насадке. Для экипажа предусмотрены отдельные каюты, сауна, бассейн, спортивный зал.


 
   Лихтеровоз “Севморпуть” был построен в период с 01.06.82 - 31.12.88. гг. Судно предназначалось для перевозки лихтеров типа ЛЭШ (до 450 т) в трюмах, в специально Рисунок 4 Лихтеровоз «Севморпуть»

оборудованных ячейках и на верхней палубе с погрузкой и выгрузкой их судовым лихтерным краном; контейнеров международного стандарта ИСО (до 30 т) в трюмах и на верхней палубе без специального переоборудования судна, погрузка-выгрузка контейнеров должна осуществляться береговыми средствами. Ограниченные партии могут быть погружены и выгружены контейнерными приставками лихтерного крана. Длина судна - 260 м, ширина - 32 м, мощность энергетической установки - 32.5 МВт. Всего судно может взять на борт 74 лихтера грузоподъемностью по 300 т или 1328 двадцатифутовых контейнеров. Корабль способен самостоятельно идти в ледовом поле толщиной до1 м. /15/ Новый атомоход полностью отвечал требованиям Международной конвенции о безопасности торговых судов на ядерном топливе.      Эффективная система лихтерной доставки грузов как в прибрежные районы Арктики, так и по сибирским рекам в глубь материка получит дальнейшее развитие.



2. Ядерная энергетическая установка

Атомные ледоколы "Таймыр", "Вайгач", лихтеровоз "Севморпуть" оборудованы атомной энергоустановкой типа КЛТ-40 с одним реактором, ледоколы типа "Арктика" - ОК-900 с двумя водо-водяными реакторами. Активная зона реакторов этого типа имеет около 1,5 м в высоту и около 1 м в диаметре и включает 241—247 тепловыделяющих сборок. Обогащение топлива не превышает 30-40 % по урану-235. При нормальной эксплуатации перезарядка топлива производится каждые три (четыре) года. Эта операция проводится на РТП "Атомфлот". /14/


7

3. Суда технологического обслуживания
В Мурманском морском пароходстве обслуживание ледоколов осуществляют пять судов, применяемых для перезарядки активных зон атомоходов, хранения твердых и жидких радиоактивных отходов, отработанного ядерного топлива. Все суда базируются на РТП "Атомфлот". Плавтехбаза "Имандра", введенная в эксплуатацию в 1981 году, используется для проведения операций по перезарядке атомных ледоколов. "Имандра" оборудована шестью баками для промежуточного хранения отработанного ядерного топлива, емкости хранилища позволяют принять шесть активных зон (1530 тепловыделяющих сборок). На "Имандре" также производится хранение свежего ядерного топлива. Для хранения ЖРО на "Имандре" имеются 12 цистерн с общей емкостью 545 куб. м.

Рисунок 5 Плавтехбаза «Имандра»

Именно плавтехбаза "Имандра" находилась в Снежногорске с целью выгрузки ядерного топлива с погибшей атомной подводной лодки "Курск". Обычно выгрузка ядерного топлива из реакторов надводных кораблей и подводных лодок проходит на плаву. Топливо из атомных реакторов АПЛ "Курск" выгружалось на берегу в эллинге завода "Нерпа". "Имандра" подошла к доку завода "Нерпа", куда уже был заведен трехотсечный блок, оставшийся после разделки АПЛ "Курск". База "Имандра" была заведена в док, где у нее срезали самые высокие мачты. Затем плавтехбазу и блок АПЛ закатили на специальных роликовых приспособлениях в эллинг.

Штатный процесс по выгрузке отработавшего ядерного топлива и зарядке нового в ядерные энергетические установки атомных ледоколов занимает 45 суток при трехсменной работе экипажа. Но в эллинге вести выгрузку непрерывно не удастся, и этот процесс проходил несколько дольше.

Отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) будет практически сразу перегружено на плавтехбазу "Лотта", специально оборудованную для хранения ОЯТ. За 21 год работы экипаж "Имандры" осуществил операцию выгрузки ядерного топлива более 40 раз, в том числе из реакторов атомных подводных лодок – 7 раз.

После выдержки на "Имандре" отработанное топливо поступает в хранилище плавтехбазы "Лота". Это судно было построено в 1961 году и переоборудовано в 1984 году. На борту "Лоты" имеется 12 баков для хранения отработанного ядерного топлива. Общая емкость хранилища -12 активных зон (4080 тепловыделяющих сборок).



Рисунок 6 Плавтехбаза «Лепсе»



В 1993 году "Лота" была переоборудована и сегодня способна принимать транспортные контейнеры для отработанного топлива типа ТК-18. "Лота" - единственное судно в регионе, способное работать с контейнерами этого типа. Сегодня оно используется при операциях по вывозу топлива на х/к "Маяк" для переработки как для нужд ММП, так и Северного флота.

Плавтехбаза "Лепсе" построена в 1936 г., в распоряжение ММП поступила в 1962 году До 1980 года выполняла функции "Имандры". Сегодня в хранилищах судна находится 624 тепловыделяющих сборок, большинство из которых повреждены.


Для извлечения этого топлива требуются специальные технологии. Суммарная активность топлива составляет около 750 тыс. кюри. Помимо этого, на "Лепсе" производится хранение твердых и жидких РАО средней и низкой активностиПод крышкой, между вторым дном и нижней палубой находится хранилище отработавшего ядерного топлива (см. рисунк 7) , которое представляет из себя - два больших бака.



Рисунок 7 Схема хранилища на "Лепсе".


Баки помещены в специальное помещение, стены которого сделаны из разных сортов стали. Толщина стенок 40-45 см. В каждом баке по 366 специальных пеналов, в которых сейчас хранится 621 тепловыделяющая сборка. 208 из них лежат уже 36 лет, остальные чуть больше 20. /8/

Пространство между самими баками заполнено специальным цементом, чтобы создать дополнительный защитный барьер. Баки охлаждаются 24 тоннами пресной воды. Рябь на пленке это не ее дефект, так вы видите проявление радиации. Съемки были сделаны специальной камерой изнутри пеналов. Рядом с баками по 4 кессона.



Это такие большие емкости, предназначенные специально для дефектных сборок. Именно в них хранятся 18 дефектных сборок. Они были размещены в кессонах, потому что во время работы в ядерном реакторе изменили обычную форму, «распухли» и в стандартные пеналы уже не входили. Сейчас эти сборки выгрузить обычным способом невозможно. На Лепсе также есть цистерны с радиоактивной водой с ледоколов и 30 контейнеров с твердыми слаборадиоактивными отходами. /9/



4. Береговой комплекс для обращения с РАО

РТП "Атомфлот" располагает береговой установкой для переработки ЖРО. Сегодня ее годовой объем составляет около 1200 куб. м. После завершения трехстороннего проекта между Россией, США и Норвегией емкость установки увеличится до 5000 куб. м в год.

РТП "Атомфлот" имеет в своем распоряжении береговое хранилище для ЖРО. Емкость хранилища составляет 200 куб. м.

На территории РТП "Атомфлот" расположено пять береговых хранилищ для средне - и низкоактивных ТРО. Общая емкость хранилищ равна 464 куб. м. "Атомфлот" имеет установку для сжигания ТРО, в результате чего объем ТРО сокращается в 80 раз. ТРО не подлежащие сжиганию, хранятся в береговых хранилищах или на борту описанных выше плавтехбаз.

Торговое судно "Саванна" США прошло 90 000 миль и израсходовало только 15 кг уранового горючего. Судну с обычной энергетической установкой на такой путь потребовалось бы 1700 т дизельного топлива.

Наши атомные ледоколы могут совершать кругосветные маршруты 7-10 раз без перезагрузки топлива. /18/



5. Атомные подводные лодки и надводные корабли

С 1955 по 1996 гг. в бывшем СССР построено около 250 атомных подводных лодок и 5 надводных кораблей. Помимо этого был сконструирован ядерный реактор (класса "Нюрка"), который предполагалось устанавливать на дизельные подводные лодки. К Северному флоту приписано 2/3 всех атомных подводных лодок России, 1/3 приходится на Тихоокеанский флот. На Черноморском и Балтийском флотах атомные подводные лодки не базируются.



К концу 80-х годов по общему количеству атомных и дизельных подводных лодок СССР превзошел подводные флоты всех государств, включая США.

Согласно условиям договоров СНВ-1 и СНВ-2 и в результате физического и морального старения, из боевого состава ВМФ России уже выведено 138 атомных подводных лодок. На сегодня в боевом составе Северного флота находятся 67 атомных подводных лодок и два атомных крейсера. В состав Тихоокеанского флота входят 42 атомные подводные лодки, один атомный крейсер и один атомный корабль связи.

Атомные подводные лодки (АПЛ) строились на четырех судостроительных заводах. Строительство первой АПЛ началось в 1955 г. на "Северном машиностроительном предприятии" в г. Северодвинске. 1957 года к строительству АПЛ приступает Амурский завод (г. Комсомольск-На-Амуре) с достроечной базой в поселке городского типа большой Камень. В 1960 г. атомные ПЛ начинают строить еще два завода:

"Красное Сормово" (г. Нижний Новгород), и Ленинградское Адмиралтейское Объединение, (ЛАО, г. Санкт-Петербург). Атомные надводные корабли строились на Балтийском заводе в г. Санкт-Петербурге. Вплоть до 1992 года строилось и спускалось на воду от 5 до 10 АПЛ в год.

В основном АПЛ строились в г. Северодвинске. Всего здесь было спущено на воду 125 атомных подводных лодок, на Амурском заводе -56 АПЛ, на ЛАО - 39 и на заводе "Красное Сормово" - 25. Те АПЛ, корпуса которых делали в Нижнем Новгороде, транспортировались с помощью специализированного дока по системе внутренних вод России (Волжские и Карельские каналы) в Белое море, где достраивались и проходили испытания в г. Северодвинске.

Начиная с 1992 года количество строящихся атомных подводных лодок сократилось до 1-2 в год. Сегодня строительством АПЛ занимается только "Северное машиностроительное предприятие" в г. Северодвинске.

Постановление Советского Правительства о строительстве первой атомной подводной лодки было принято 21 декабря 1952 г. К этому времени уже велись исследования в области создания атомной энергетической установки. Было завершено строительство первого водо-водяного реактора в г. Обнинске (Московская область), немного позже создан реактор на жидко-металлическом теплоносителе. Оба реактора использовались для проведения исследований в области ядерной энергетики, а также служили тренажерами для подготовки экипажей АПЛ. На этих установках проходили обучение члены экипажей первых атомных подводных лодок.

Формирование экипажа для службы на первой атомной ПЛ началось в 1954 г. В 1955 г. была пущена первая атомная энергетическая установка и началось обучение экипажей для двух первых АПЛ К-3 и К-5. Формирование и обучение экипажей для АПЛ К-8, К-14 и К-19 началось в 1956 г. В этом же году был пущен прототип реактора с жидко - металлическим теплоносителем и началось обучение экипажа для АПЛ с ЖМТ К-27.

Строительство первой советской атомной подводной лодки К-3 ("Ленинский Комсомол") началось 24 сентября 1955 г. в г. Молотовске (сегодня г. Северодвинск). АПЛ была спущена на воду 9 августа 1957 г., Первый пуск ядерной энергетической установки был дан 3-4 июля 1958 г. Так как США еще 17 января 1954 г. приняли в состав флота первую атомную подводную лодку, Постановлением Совета Министров СССР от 22.10.55 г. было предписано начать строительство атомных ПЛ, не дожидаясь результатов испытаний головной К-3. Принятые на вооружение в США и СССР атомные подводные лодки, оснащенные атомным оружием, могли подойти к берегам противника незамеченными. Это направление развития военной техники способствовало нарастанию гонки вооружения. АПЛ первого поколения были стратегическими АПЛ, которые имели на борту от 3 до 8 баллистических ракет с ядерными боеголовками. В 1992 г. выведена из эксплуатации последняя лодка этой серии.

С 1971 по 1992 гг. было построено 43 АПЛ второго поколения. Каждая АПЛ этой серии могла нести от 12 до 16 баллистических ракет с дальностью стрельбы 9000 км.Часть АПЛ имели на вооружении крылатые ракеты и предназначались для борьбы с ударными авианосными группировками, и надводными кораблями, и подводными лодками противника. На сегодняшний день АПЛ второго поколения поэтапно выводятся из эксплуатации.

Строительство первой серии АПЛ третьего поколения (класса "Тайфун") началось в 1977 г. Первая АПЛ этого класса вошла в боевой состав в 1981 г. К 1989 г. было построено 6 АПЛ класса "Тайфун" - самых больших атомных подводных лодок в мире, способных нести 200 ракет с ядерными боеголовками. Идея создания таких мощных атомных подводных лодок заключалась в возможности получения превосходства сил на случай развертывания ядерной войны.

Проект АПЛ (РФ)

Класс АПЛ (НАТО)

Фото

Период разработки документации

941

«Тайфун»



1998-1999

667БДР

«Дельта-III»






2000-2002

667БДРМ

«Дельта-IV»



2001-2002

949А

«Оскар-II»



2001-2002

671РТ

«Виктор-II»



2003- 2004

671РТМ

«Виктор-III»



2004

941

«Тайфун»



2004-2

005


671 и модификации

«Виктор»



2005
В отличие от лодок второго поколения, на кораблях третьего поколения используется более безопасная и совершенная атомная энергетическая установка, совершенствуются системы электроники и радиотехнического вооружения, понижается шумность подводных лодок. В 1980 г. в боевой состав Северного флота входит первая АПЛ (класса "Оскар- I"), оснащенная крылатыми ракетами типа "Гранит" для борьбы с авианосными группировками противника. Строительства АПЛ (класса "Оскар - II") началось несколькими годами позже. Четыре многоцелевые АПЛ (класса "Сиерра") вошли в боевой состав флота в период между 1984 г. и 1993 г. Корпус этих АПЛ был сделан из титановых сплавов. С 1982 года начинается строительство усовершенствованной версии АПЛ класса "Сиерра" - атомных подводных лодок (класса "Акула"). Эти лодки самые современные среди АПЛ российского ВМФ, имеющие повышенную скрытность за счет увеличения глубины погружения и снижения уровня шумности.

Запуск ракеты на Северном полюсе


Некоторые АПЛ класса "Акула", построенные в середине 80-х гг., позднее были усовершенствованы с целью уменьшения уровня шумности. Последние АПЛ этого класса имеют уровень шумности меньший, чем те, что были введены в эксплуатацию в 1990 г. Эти подводные лодки классифицируются как "Акула- II" и в длину превосходят АПЛ класса "Акула-I" на 4 метра, В настоящее время продолжается строительство только двух проектов АПЛ третьего поколения (классов "Оскар" и "Акула"). /25/
«
Акулы» на отдыхе
За всю историю строительства АПЛ было создано 5 несерийных или экспериментальных кораблей. Это подводные лодки К-27, "Ноябрь" ЖМТ, К-222 (162), "Папа", К-278, "Комсомолец", класса "Юниформ" и класса "Экс-рей".

Через год после вступления в состав ВМФ первой АПЛ (К-3) в декабре 1959 года вышло Постановление ЦК КПСС и Совета министров СССР "О создании новой скоростной подводной лодки, новых типов энергетических установок и научно-исследовательских, опытно-конструкторских и проектных работ для подводных лодок". На этой основе была финансирована и построена единственная в мире АПЛ К-222, подводная скорость которой до сих пор является мировым достижением (44,7 узлов), а промышленность СССР создала новую отрасль с технологией использования титановых сплавов. Позднее были построены серийные АПЛ с титановыми прочными корпусами. Основные преимущества титановых АПЛ заключались в их способности погружаться на глубину, недоступную стальным атомным подводным лодкам, и развивать большую скорость. Сегодня производство титановых АПЛ прекращено.

Подводная лодка "Комсомолец", затонувшая у побережья Норвегии в апреле 1989 г., имела возможность применять оружие (торпеды) на глубине около 1000 метров. Это была самая глубоководная АПЛ в мире, установившая рекорд погружения - 1022 м.

Подводные российские истребители вражеских субмарин, не всплывая, в том числе под многометровым слоем льда, могут совершить кругосветный боевой поход. СЕМЬ подводных "хищников" третьего поколения: "Барс", "Волк", "Вепрь", "Рысь", "Ягуар", "Леопард" и "Пантера" - получили кошачьи имена от своих исторических тезок - первых русских лодок императорского подводного флота, созданного по Указу Николая 11 в 1916 г. До 90-х годов в целях секретности почти все советские подлодки были номерными.

Самые бесшумные в мире атомные субмарины могут круглосуточно вести секретное слежение за "иностранцами". Если потребуется - уничтожать или ставить хитроумные минные поля, а из-под воды наносить ракетные удары по корабельным группировкам и береговым объектам. До сих пор американские моряки называют эту дивизию истребителей, сформированную еще в СССР, "звериным оскалом социализма".


Рисунок 8 «Кошачье семейство»


За двадцать лет военной биографии "морские кошки" совершили 33 боевых похода. Провели в них около семи лет и прошли в океанских глубинах более 210 тысяч миль — почти 10 кругосветных плаваний.

Несмотря на почетный возраст ("Леопард" был заложен в 1988 г., а спущен на воду в 1992 г.), он оказался самым надежным и безопасным в грозном "зверинце" соединения. Стометровое тело субмарины диаметром 14 метров легко идет под водой со скоростью 35 узлов (более 60 км в час), в надводном положении - 20 узлов.

Краснознаменный крейсерский атомоход ныряет на глубину 500 метров и может провести не одну боевую схватку с противником. На экипаж в 70 человек (в основном офицеры, мичманы и 10 матросов срочной службы) - 8 торпедных аппаратов, комплекс малогабаритных крылатых ракет РК-55 "Гранат" (аналог американских "Томагавков") и много другого убийственного вооружения.

“Леопард” по конструкции гораздо сложнее космических станций. Недаром системы жизнеобеспечения первых звездных аппаратов отрабатывались на подводных лодках. Автономность АПЛ велика, и в Мировом океане для нас нет недосягаемых точек. Мощный атомный реактор обеспечивает всю жизнь на лодке. Вода для бани, питья, приготовления пищи добывается в океане, а затем “варится” в специальных опреснителях. Воздух тоже берется из морской воды. Продолжительность боевого похода ограничивается только запасом продуктов. Подлодка может идти на автопилоте по заданным бортовым компьютером курсу, глубине и т.д. При этом “зверьком” управляют 3 человека.

С помощью ядерного реактора на гребной вал подлодки “выбегает” сумасшедшая мощь – “табун в 43 тысячи лошадиных сил”. И это при том, что реактор работает на 40% своих возможностей. /12/
6. Атомные надводные корабли

За период с 1974 г. по настоящее время на Балтийском заводе в Санкт-Петербурге было построено 4 атомных крейсера проекта ("Адмирал Нахимов", "Адмирал Лазарев", "Адмирал Ушаков", "Петр Великий") и один атомный корабль связи проекта ("Урал"). "Адмирал Ушаков" и "Адмирал Нахимов" базируются на Северном флоте, "Адмирал Лазарев" и "Урал" — на Тихоокеанском.

Крейсер «Пётр Великий»


В США на вооружении 10 авианосцев, оснащенных ядерно-энергетической установкой. Преимущества очевидны. Авианосец "Нимиц" несет 100 самолетов на борту и по сравнению с обычными авианосцами берет на 50 % больше запас горючего для самолетов и боеприпасов. В течение 13 лет не испытывает недостатка в топливе. /5/
7. Ядерные энергетические установки

Ядерные энергетические установки АПЛ также делятся на четыре поколения. В основном на АПЛ установлены модификации атомных установок с реакторами типа ВВЭР.

Отличие ядерных установок атомных станций от ЯЭУ атомных ПЛ главным образом состоит в том, что при меньших размерах на ядерных установках АПЛ достигается относительно большая выходная мощность.

Обогащение ядерного топлива АЭС по урану-235 не превышает 4-х процентов, в то время как уровень обогащения урана-235 в топливе АПЛ может достигать 90 процентов. Такой высокий уровень обогащения топлива АПЛ позволяет производить его замену гораздо реже, чем это делается на АЭС.

Тепловая мощность реакторов российских АПЛ варьируется от 10 МВт на небольших ядерных установках, используемых на АПЛ (класса "Юниформ") до 200 МВт в реакторах, установленных на новой АПЛ (класса "Северодвинск". Тепловая мощность ядерных установок атомного крейсера (класса "Киров") составляет 300 МВт. /26/
Соединенные Штаты

Все американские подводные лодки имеют реакторные установки 10 из 12 авианосцев также имеют реакторные установки, а еще два атомных авианосца строятся. США отказались от ядерных реакторов для оснащения остальных кораблей. Отмечен устойчивый рост срока службы активной зоны реактора от 2 лет для первой американской под. водной лодки Nautilus до 33 лет для реакторов нового поколения ударных ПЛ класса Virginia. Сегодня срок службы активной зоны реакторов, установленных на авианосце типа Nimitz, на ударных ПЛ типа Los Angeles и на ПЛ с баллистическими ракетами типа Ohio составляет около 20 лет.

Американская атомная подводная лодка "Огайо" имеет длину 170 м, ширину 18 м, развивает скорость 25 узлов. На борту лодки находится 24 баллистических ракеты по 14 боеголовок мощностью 150 килотонн. Продолжаются работы по увеличению срока эксплуатации реакторов для новых авианосцев (50 лет) и для подводных лодок с баллистическими ракетами следующего поколения (40 лет). В 80-е годы ВМС США заказывали от 4 до 5 тонн U-235 высокообогащенного урана в год. Однако численность американского подводного флота снизилась со 139 ПЛ в 1990 году до 73 (18 ПЛ с баллистическими ракетами и 55 ударных ПЛ) в 2000 году, а число корабельных реакторов сократилось до 97. Учитывая, что повышение качества позволит увеличить срок эксплуатации реакторов, ежегодная потребность подводных лодок США на сегодняшний день составляет приблизительно 2 тонны U-235. При номинальном сроке эксплуатации активной зоны это составляет в среднем 5 активных зон в год с 400 кг U-235 каждая. /20/



Великобритания

Британские подводные лодки работают на оружейном уране. По оценкам, период между перезагрузками реакторов ПЛ типа Vanguard с баллистическими ракетами составляет 8-9 лет. Активная зона реакторов для нового поколения ударных ПЛ рассчитана на 25-30 лет.

В соответствии с планами, в 2010 году Великобритания будет иметь на вооружении меньшее число АПЛ по сравнению с сегодняшним (16 единиц). По оценкам, реакторы британских АПЛ в год потребляют по сравнению с американскими в 2 раза меньше U-235 в силу меньших размеров кораблей, более низкой мощности реакторов и меньшего расстояния, которое они проходят. Таким образом, ежегодные потребности британского атомного флота в U-235 составят около 0,16 тонн. Великобритания заявила, что ее суммарные запасы высокообогащенного урана составляют 21,9 тонн.
Франция

Для разных поколений французских подводных лодок используется топливо с разным уровнем обогащения. В первых трех подводных лодках с БРПЛ класса Redoutable (70-е годы) использовался низкообогащенный уран. Однако подводные лодки этого класса третьего и четвертого поколений перешли на высокообогащенный уран. Ударные ПЛ первого поколения Франции класса Rubis и ПЛ с БРПЛ класса Triomphant вернулись к низкообогащенному топливу. Наряду с решением о прекращении производства высокообогащенного урана, Франция намерена использовать низкообогащенный уран с содержанием U-235 менее 10 %.

Если судить по имеющимся на сегодня планам, к 2015 году Франция намерена сохранить то же количество атомных кораблей, которое было на январь 2001 года: 4 ПЛ с баллистическими ракетами, 6 ударных АПЛ и один авианосец. /20/

Китай

По имеющейся информации, реакторы китайских атомных судов работают на низкообогащенном топливе с уровнем обогащения в 5 %. Предполагают, что в 2010 году Китай поставит на вооружение 1 или 2 атомных подводных лодки с баллистическими ракетами и 5-6 ударных АПЛ. /20/


8. Подводные транспортные суда

Идея создания подводных транспортных судов, способных перевозить различные, в том числе жидкие, грузы подо льдами Северного Ледовитого океана независимо от погодных условий, давно обсуждается учеными и инженерами. В последние годы было предложено много проектов и программ, в том числе проект подводного супертанкера для транспортировки из Арктики сжиженного газа американской фирмы General Dynamics, пятилетняя программа канадского правительства по созданию подводно-надводных судов для перевозки нефти, газа и других полезных ископаемых. Существует несколько патентов СПМБМ "Малахит" на подводные танкеры и сухогрузы. Однако ни одному из этих проектов и программ не суждено было осуществиться. Видимо, это объясняется тем, что все они требуют значительных капиталовложений на проектирование и строительство специфических подводных транспортных средств, а также создания для них особой инфраструктуры портов и мест базирования.

ЦКБ МТ "Рубин" предложило свою концепцию решения этих вопросов. В начале 90-х годов в бюро начались поисковые исследования в направлении наиболее экономичного пути создания транспортных подводных лодок, при этом основное внимание было уделено вопросу использования выведенных из состава ВМФ атомных подводных ракетоносцев — тяжелого наследства времен холодной войны. Это наиболее приемлемый в настоящее время путь решения проблемы, так как замена ракетного оружия полезным грузом позволяет эффективно использовать технические возможности устаревших в военном отношении кораблей. Поэтому не случайно РАО "Норильский никель" обратилось в ЦКБ МТ "Рубин" с предложением создать альтернативную транспортную систему для перевозки продукции комбината "Норильский никель" с использованием выводимых из состава ВМФ атомных подводных лодок в качестве транспортных судов. Существующая долгие годы транспортная система, включающая в себя суда типа "Дмитрий Донской", "Норильск" и атомные ледоколы типа "Арктика" и "Таймыр", постепенно исчерпывает свой ресурс и, с учетом необходимых для восстановления инвестиций, становится экономически невыгодной. По оценкам специалистов, имеющиеся ледоколы при условии своевременного и полного финансирования их нужд смогут обеспечить программу северного завоза лишь на 60-70 %. Строительство и ввод в эксплуатацию новых ледоколов - дело будущего, а обслуживать транспортные коммуникации арктических районов необходимо сегодня. Сейчас продукция Норильской горной компании перевозится из Дудинки в Мурманск на сухогрузах в сопровождении атомных ледоколов. Стоимость этих услуг определяется ежегодно специальным соглашением между Мурманским морским пароходством и "Норильским никелем", и сейчас РАО платит свыше 11 долларов за тонну груза. Вполне естественно стремление максимально сократить расходы на транспортировку.

ЦКБ МТ "Рубин" по техническому заданию РАО "Норильский никель" разработало технические предложения по созданию альтернативной морской транспортной системы для круглогодичной доставки продукции без ледокольной проводки на одном транспортном средстве АПЛ, переоборудованной для перевозки грузов.

В этом варианте значительный экономический эффект может быть достигнут за счет переоборудования тяжелого атомного подводного крейсера, выведенного из состава ВМФ по международному договору о сокращении вооружений. Для соответствия АПЛ новому назначению требуется реализовать следующие три качества (не соединимые вместе ни на одном из существующих транспортных средств):

- способность перевозить значительное количество груза (в регламентированной упаковке) - до 10 тыс. т и более - в подводном положении;

- способность преодолевать в надводном положении ледяные поля сплоченностью 8-10 баллов и толщиной до 1,5-2 м; наличие осадки с грузом не более 9,5 м для преодоления перекатов на реке Енисей и способность принятия груза у причала порта Дудинка.

Создание единого транспортного средства, объединяющего эти три качества - новая, сложная задача для бюро. Обычные подводные лодки преодолевают ледовые препятствия в подводном положении, плавая на безопасной глубине, превышающей максимальную для данного района осадку ледяных образований (торосов, айсбергов), что требует достаточной глубины моря (обычно не менее 70-100 м), а для захода в порты с замерзающей акваторией и мелководными, в том числе речными, путями подхода (Дудинка) в надводном положении необходима ледокольная поддержка. Таким образом, необходимо обеспечить достаточную ледопроходимость подводного судна в надводном положении. Существующие мелкосидящие ледоколы ("Таймыр", "Вайгач", "Капитан Сорокин") способны преодолевать лед толщиной до 1,6-2 м при глубинах 7-9 м и на фарватерах рек, но они недостаточно мореходны. Морские, в том числе атомные, ледоколы типа "Арктика", имеющие высокую ледопроходимость, а также большую осадку, не приспособлены для захода в порты с мелководными подходами. Суда типа атомного лихтеровоза "Севморпуть", обладающие большой грузовместимостью, имеют осадку более 10 м и недостаточную ледопроходимость, не обеспечивающую круглогодичную эксплуатацию.





Рисунок 9 Схема проекта

Почти очевидным оказался выбор для переоборудования АПЛ типа "Тайфун", имеющей наибольший запас плавучести и минимальную базовую осадку. При этом требуемая грузоподъемность судна с обеспечением подводного плавания, а также минимальной осадки в надводном положении реализуется за счет демонтажа ракетного комплекса и увеличения ширины носовой части, а также подкрепления ряда балластных Цистерн. Предложен наиболее экономичный путь переоборудования боевой АПЛ в транспортную с минимальным объемом работ по комплектующему оборудованию и корпусу в условиях ПО "Севмашпредприятие". Кормовая часть корпуса, включающая атомную энергетическую установку, не изменяется (с учетом необходимости развития полной мощности для обеспечения ледопроходимости). Также сохраняется модуль обеспечения кораблевождения, управления, навигации, связи и средств освещения ледовой обстановки. Добавляются ледовые подкрепления, включая усиления надстройки и придание легкому корпусу (преимущественно в носовой части) ледокольной формы, оптимизированной по ледопроходимости, с шириной не более 27 м. Предусматривается размещение прочных трюмов достаточных размеров с грузовыми люками. Для сокращения времени стоянки в порту предложен горизонтальный способ грузообработки штатными портовыми погрузочными средствами через специальные погрузочные люки диаметром 4,5 м.

При определении направления и объема переоборудования принята концепция подводно-надводного судна (ПНС) для преодоления ледяных полей как основного препятствия при перевозках. ПНС способно перевозить в трюмах от 10 до 15 тыс. т груза по маршруту Дудинка - Мурманск (Архангельск, Кандалакша) круглый год в подводном и надводном положении с учетом того, что глубина Енисея на Турушинском и Безымянном перекатах составляет от 12 до 9,7 м в зависимости от сезона и величины паводка. При достаточной глубине моря судно преодолевает ледяные поля в подводном положении. На мелководье (глубины 17-70 м) судно всплывает в позиционное положение и, имея сравнительно большую осадку, взламывает лед снизу. Для преодоления ледовых участков на предельном мелководье с глубинами 8-10 м, а также для увеличения ледопроходимости судна при встрече с торосистыми участками и возможности работы набегами судно всплывает в надводное крейсерское положение и взламывает лед сверху, как обычный мелкосидящий ледокол.

Таким образом, ПНС преодолевает ледяные поля, изменяя свою осадку в зависимости от глубины моря и состояния льда, а специальная форма его носовой оконечности позволяет разрушать лед как снизу, так и сверху.

Следует отметить ряд преимуществ использования ПНС по сравнению с традиционным плаванием транспортных судов при ледокольной поддержке в восточной части Карского моря:

- нет необходимости постоянного присутствия морских ледоколов в восточной части Карского моря и речных ледоколов в Енисейском заливе и реке;

- отсутствует опасность ледового плена судов при тяжелой ледовой обстановке у мыса Желания;

- появляется возможность транспортировки груза в любой пункт арктического побережья (переход подо льдами Центральной Арктики), включая побережье Канады и Аляски.

Способы движения ПНС позволяют сократить продолжительность перехода в зимнее время по сравнению с ледокольным транспортом в 2-3 раза. /30/


Переход подо льдами к побережью Западной Арктики может быть выполнен за неделю, при этом переход ПНС в ледовых условиях по мелководью морей Бофорта, Чукотского и Берингова может осуществляться в надводном положении с применением описанных выше трех способов форсирования ледяных преград. Плавание в подводном положении на глубине до 100 м имеет по крайней мере три преимущества:

- независимость от погодных условий на поверхности моря (ветер, волнение);

- возможность развить большую скорость хода по сравнению с надводным положением, где возможна кавитация гребных винтов, особенно в штормовых условиях;

- возможность форсирования ледяных полей при наличии достаточной глубины моря (60 м и более) без необходимости разрушения льда.

Проработаны варианты движительного комплекса, обеспечивающего экономичный подводный ход ПНС со скоростью 16-18 узлов и со скоростью 2-3 узлов в надводном положении при форсировании сплошного ледового покрова толщиной до 2,6 м. Управляемость ПНС практически такая же, как базовой АПЛ. Наличие двух подруливающих устройств существенно, повышает поворотливость ПНС, особенно на малых ходах. Поворотливость в ледовых условиях в позиционном положении может быть существенно улучшена за счет маневра дифферентом: притопления кормы, подвода ее под край ледяного канала и подлома льда отводом дифферента.

При подводном плавании ПНС на безопасной глубине в ледовых условиях северо-западной части Карского моря с осадкой килей торосов до 20 м, глубина моря должна быть не менее 60-70 м. В районах моря с меньшей глубиной ПНС должно всплывать для преодоления ледяных полей. Ледовая обстановка на трассе Дудинка — Диксон — мыс Желания - Мурманск описана статистически, и вся трасса может быть разделена на три участка по условиям преодоления ледяных полей. Различаются три типа таких условий: легкие, средние и тяжелые. При средних и легких условиях Баренцево море и северо-западная часть Карского моря весь год не требуют ледокольного плавания: толщина льдов у мыса Желания не более 0,7 м. При тяжелых условиях в феврале-мае могут встречаться льды толщиной до 1,2-1,8 м, которые можно преодолевали в подводном положении. Продолжительность периода ледокольного плавания, таким образом, определена ледовыми условиями Карского моря в районе Диксона.

В итоге - оптимизированы маршруты между Мурманском и Диксоном в целях сокращения продолжительности перехода для летнего и зимнего периодов, разработан оптимальный вариант модели использования транспортного ПНС. Предложен оптимальный вариант транспортных грузопотоков с использованием трех переоборудованных АЩ и предложен вариант организационной структуры транспортной кампании.

На данный момент на базе петербургского НИИ Арктики и Антарктики были проведены и успешно завершены макетные испытания специализированной атомной подводной лодки, предназначенной для перевозки руды и металлов РАО "Норильский никель" по Северному морскому пути.

Опыты показали, что модифицированная лодка способна колоть лед толщиной до 2 метров 15 сантиметров в морской воде и до полутора метров - в пресноводном устье Енисея. Грузоподъемность - до 12 тысяч тонн. Цена переоборудования лодки - около 80 миллионов долларов. Поэтому, принимая во внимание успех макетных испытаний, во главу угла будет все же поставлена экономическая эффективность проекта. /8/


Заключение
В заключение своей работы я бы хотела отметить, что атомные подводные лодки в настоящее время еще пока не пользуются высоким спросом, но я думаю, что в будущем времени люди намного тщательнее присмотрятся к этой перспективе и ядерная энергетика не будет ограничиваться только атомной энергией, но начнет развиваться и такая отрасль, как построение и использование ядерных энергетических транспортных установок

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


1. Баранов И.Л., Карлинский С.П. "Тайфун" меняет профессию// Судостроение. - 2001. № 2.

2. Военные корабли СССР и России 1945-1995 гг. - Якутск, 1994.

3. Доклад Белунны. 1994, № 1.

4. Атомная подводная эпопея. - М., 1994.

5. Морской сборник 1995, № 1; 1994, № 4.

6. Атомная энергия. - М,, 1994. Т. 76. Вып.1; 1993. Т. 74. Вып. 4; 1992. Т.73. Вып.

7. Отечественное военное кораблестроение в третьем столетии своей истории. - СПб., 1995.

8. Судостроение. 1990, № 9; 1991. № 1.

9. Copyrright Bellona. Обновленная СД-версия 19974)9-28. 10.Судостроение. 1992, №11-12.

11 .Сообщение ТАСС// Газета «Правда». 26 марта 1971 г. 12.Грязнов Г.М., Пупко В.Я. «Топаз-1». Советская космическая ядерно-энергетическая установка // Природа. 1991. № 10. С. 29-36.

13.Грязнов Г.М., Ельцов А.И., Кузнецов В.А. и др. Создание и энергетические испытания термоэмиссионного реактора-преобразователя «Топаз» // Материалы 4 межд. конф. по мирному использования атомной энергии. - Женева, 1971.

14.Грязнов Г.М., Жаботинский Е.Е., Никонов А.М. и др. Применение термоэмиссионных ЯЭУ реактором-преобразователем на тепловых нейтронах для межорбитальных перелетов космических агг-• паратов.// Атомная энергия. - М., 1991. Т. 70. Вып. 4. С. 221-247.

15.Грязнов Г.М., Космические ядерно-энергетические установки. // Труды юбилейной конференции министерства Российской федерации по атомной энергии «Ядерной технике и науки в России-50 лет».-Москва, 1996 С. 174-183.

16. Демянко ЮГ,, Конюхов Г. В., Коротеев А.С., Кузьмин Е.П., Павельев А. А . Ядерные ракетные двигатели/Под ред. академика А.С. Коротеева. -М.: 000 «Норма-Информ», 2002.

17. Демянко Ю. Г., Зайцев В.А., Лампо В. В., Терехов Е П., Федотов Р.А. Стендовая база для натурных испытаний ЯРД. Состояние и перспективы развития // Ракетные двигатели и энергетические установки/ Серия 1У/НИ-ИТП. - М., 1973.

18. Колганов В.Д., Сметанников В. П., Уласевич В. К., Дьяков Е. К. и др. Место реактора ИВГ-1 в перспективной программе создания ЯРД для марсианской экспедиции: // Доклад на третьей отраслевой конференции «Ядерная энергетика в космосе. Ядерные ракетные двигатели». — Подольск, 1993.

19. Колганов В. Д., Логачев О. Н., Сметанников В.П., Уласевич В. К. Ядерные ракетные двигатели: достижения и перспективы // Сборник докладов, посвященный 50-летию НИКИЭТа. - М., 2002.

20. Коротеев А.С., Пришлецов А Б. Космическая электроэнергетика сегодня и завтра

// Авиапанорама. 2000. С. 72—73.

21. Акимов В. Н„ Гафаров А.А., Коротеев А. С., Пришлецов А. Б. Ядерная энергетика в космонавтике XXI века // Полет. 2000. № 10. С.3-11.

22.Андрюшин И.А., Чернышев А.К., Юдин Ю.А. Укрощение ядра: Страницы истории ядерного оружия и ядерной инфраструктуры СССР. -Саров, 2003.

23.Гудилин В.Е., Слабкий Л.И. Ракетно-космические системы: История. Развитие. Перспективы. -М., 1996.

24.Железняков А.Б. Взлетая, падала ракета. - СПб: «Система», 2003.

25.Кузнецов В.М. Российская атомная энергетика: Вчера, сегодня, завтра. Взгляд независимого эксперта. - М.: Изд-во «Голос-пресс», 2000.

26.Тарасенко М.В. Военные аспекты советской космонавтики. - М.:

Агентство Российской печати - ТОО «Николь», 1992. 27.Богуш И.П., Грязно Г.М., Жаботинский Е.Е. и др. Космическая термоэмиссионная ЯЭУ по программе «Топаз». Принципы конструкции и режимы работы. - М.: Атомная энергия, 1991. Т. 70. Вып. 4. С. 211—214.

28.Иванов Е.А., Ионкин В.И„ Раскач Ф.П. и др. Перспективы применения ядерного топлива на основе 233U в КЯЭУ // Тезисы докладов Международного семинара «Космическая энергетика XXI века (Ядерный аспект)». - Обнинск-Подольск, 17-20 ноября 1998. С. 54-55.

29 Атомная энергия. - М., 2000. Т. 89. Вып. 1.



3О.Р.Блесард. Ядерные двигатели для самолетов и ракет. - М.: Изд-во МО, 1967.


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница