Энергетические установки неатомных подводных лодок зарубежных стран ч2 (2023)
Вице-адмирал И. Мухаметшин;
капитан 1 ранга О. Третьяков,
доктор технических наук, доцент
В первой части статьи* рассказывалось о разработке и строительстве с 1990-х годов в ряде иностранных государств воздухонезависимых энергетических установок для неатомных подводных лодок (НАПЛ), которые способны длительное время работать при нахождении их в подводном положении.
Во второй, заключительной части, авторы остановятся на некоторых направлениях, по которым идет развитие зарубежных подлодок с подобными установками, в частности, на выборе топлива.
Еще одним направлением, по которому идет развитие зарубежных НАПЛ с воздухонезависимыми энергетическими установками (ВНЭУ), является выбор топлива.
Шведские лодки проектов А17 и А19 были многотопливными, но использовали в основном дизельное горючее. Эксплуатация НАПЛ проектов 212 и 214 с ЭХГ (электрохимическими генераторами), работающими на водороде, хранимом на борту в виде интерметаллидных соединений, началась с 2005 года. Неудобства такого хранения (инерционность топливной системы ВНЭУ и большие объемы хранилищ) заставили создателей ЭХГ ("Сименс") искать альтернативный способ – получение водорода на борту. Внедрение этого способа – риформинг углеводородного топлива (метанола или биоэтанола) – анонсировалось на второй подсерии НАПЛ проекта 212A, а ранее было избрано для испанского проекта S-80A, но на практике до сих пор не применялся.
 |
| Опытная установка риформинга метанола фирм TKMS и "SENER Дефенсе" |
 |
| Установка риформинга метанола в модульном исполнении для НАПЛ проекта 212CD |
 |
| Компоновка ВНЭУ с риформингом биоэтанола фирмы "Абенгоа хинергрин" для испанской НАПЛ S-80 (2005) |
 |
| Продольный разрез НАПЛ S-80A после корректировки проекта |
 |
| Установка риформинга биоэтанола ВНЭУ BEST в процессе испытаний |
 |
| ЛИАБ разработки компании TKMS |
 |
| Состав ВНЭУ FC-2G |
 |
| Удельные характеристики АБ различных электрохимических систем: 1 – свинцово-кислотные; 2 – никель-кадмиевые; 3 – никель-металлгидридные; 4 – натрий-никельхлоридные; 5 – серебряно-цинковые; 6 – литий-ионные большой мощности; 7 – литий-ионные большой энергии; 8 – литий-полимерные |
 |
| Размещение элементов силовой установки НАПЛ типа "Сорю" в вариантах с ВНЭУ (вверху) и с ЛИАБ (внизу) |
 |
| ЛИАБ GS "Юаса": слева – на 400 А·ч для обитаемого глубоководного аппарата "Синкай 6500", справа – на 16 А·ч для необитаемого подводного аппарата |
 |
| ЛИАБ фирмы "Ханва Дефенс" |
Опытная береговая установка риформинга метанола в инициативном порядке создана усилиями германской TKMS и испанской "SENER Дефенсе". Последняя разработала уникальную систему сжатия и удаления двуокиси углерода за борт на рабочих глубинах погружения НАПЛ, добившись практически полного ее растворения в забортной воде (размер пузырьков CO2 – не более 200 мкм на глубине 18 м).
В разрабатывавшейся с 2002 года для НАПЛ испанского проекта S-80A ВНЭУ BEST (Bio-Ethanol Stealth Technologies) используется процесс синтеза водорода из сельскохозяйственного биоэтанола.
Требование о добавлении ВНЭУ для обеспечения 15 сут плавания под водой появилось в результате пересмотра генеральным штабом вооруженных сил Испании тактики применения НАПЛ (в том числе расширение района действий и нанесение ракетных ударов по береговым объектам). Получившая госзаказ на создание технологического демонстратора ВНЭУ мощностью 10 кВт национальная компания "Абенгоа", расширявшая объемы производства биоэтанола как экологичного топлива, закупила топливные элементы у европейского производителя.
С 2007 года, когда судостроительный концерн "Навантия" начал проектные работы по НАПЛ S-80 самостоятельно, без участия французской DCNS с проектом "Скорпен", ВНЭУ включили в проект S-80A.
В связи с ростом массо-габаритных характеристик оборудования установки в процессе ее доработки в 2012 году проектант, израсходовавший запас водоизмещения, был вынужден обратиться за консультацией к американцам ("Дженерал электрик – Электрик боат") и увеличить длину НАПЛ на 10 м.
К тому времени поставщиком топливных элементов стала американская компания UTC "Пауэр" (ныне "Рейтеон", "Коллинз аэроспейс"), стоимость ее продукции оказалась значительно завышенной.
Спуск на воду головной подлодки (сдача планировалась на 2012-й) состоялся в 2021 году.
В состав ВНЭУ BEST входит установка риформинга биоэтанолоа, ЭХГ на ТЭ, система регулировки мощности, система удаления двуокиси углерода и система управления работой ВНЭУ.
Планировалось, что первую такую установку в июле 2021 года должна была получить вторая серийная НАПЛ, имеющая наименьшую степень готовности. На головную и первую серийную лодки ВНЭУ будет размещена в период их сервисного обслуживания и ремонта.
Публикации о результатах работ в этом направлении, проводившихся в режиме секретности во Франции, появились осенью 2019 года. Для создания прототипа ныне рекламируемой "Наваль груп" ВНЭУ FC-2G (топливный элемент второго поколения), в которой водород будет производиться риформингом из дизельного топлива, потребовалось 10 лет.
Сообщается, что запущенная в опытную эксплуатацию в 2010 году береговая установка на полигоне компании "Наваль груп" в Индре (близ Нанта), уже получившая наработку 6 000 ч, непрерывно функционировала 18 сут в условиях, имитирующих подводное плавание, вырабатывая ток требуемых параметров для зарядки АБ. ТЭ второго поколения имеет мощность 250 кВт, рассчитан на срок службы до 10 000 ч.
За рубежом также активно продолжаются исследования в направлении расширения области применения литий-ионных источников электроэнергии и аккумуляторных батарей (ЛИАБ). По сравнению с другими типами аккумуляторов ЛИАБ имеют значительно лучшие энергетические характеристики, бóльший ресурс, срок службы и меньшее время заряда. Основными их недостатками являются высокая взрывопожароопасность и существенная стоимость.
Низкий уровень безопасности использования ЛИАБ обусловлен высокой текучестью лития, большими значениями тока короткого замыкания, а также чувствительностью к перезаряду, перегреву, превышению токов заряда и разряда.
По этим причинам до последнего времени технологии использования этих батарей считались недостаточно отработанными для практического применения. Однако успехи в создании эффективных систем управления и контроля состояния аккумуляторных батарей в настоящее время показывают достаточную надежность и безопасность электроэнергетических систем на основе ЛИАБ и открывают путь к более активному их внедрению на подводных лодках.
В 2020 году в состав ВМС Японии принята подводная лодка "Орю" (модификация типа "Сорю") с ЛИАБ разработки фирмы GS "Юаса", количество секции которой увеличено, в том числе за счет массы и объема, ранее занятых ВНЭУ с четырьмя двигателями Стирлинга "Кавасаки Кокамусу" V4-275R.
По неподтвержденной информации, при движении под ГЭД мощностью 5,96 МВт ЛИАБ обеспечивают возможность непрерывного подводного хода 7 уз в течение 800 ч и около 280 ч 10-узловым ходом.
Стоимость постройки "Oрю" существенно превышает стоимость предыдущей НАПЛ (11-серийной): 64,4 против 51,7 млрд йен.
В Испании в рамках финансируемого "Навантия" проекта BALIT за создание ЛИАБ в геометрии и габаритах традиционных АБ отвечают американская компания "Коллинз аэроспейс" и французская SAFT.
Подтверждается намерение ВМС Республики Корея использовать ЛИАБ разработки "Ханва дефенс" на подводных лодках проекта KSS-III второй подсерии. Секция такой батареи набирается из восьми сборок по 24 коммерческих элемента "Самсунг" SDI, в двух аккумуляторных ямах будут размещены около двухсот секций. По заявлению производителя, емкость батареи при движении экономическим ходом увеличивает дальность плавания на 160%, в режиме полного хода – до 300. Кроме того, ЛИАБ выдерживает до 4 000 циклов разрядки-зарядки (около 10 лет службы). Сообщалось, что созданные батареи успешно выдержали программу испытаний на надежность и безопасность.
Применение ЛИАБ анонсировалось на перспективной австралийской НАПЛ "Аттак" (проект "Шортфин Барракуда") и на германоитальянских лодках проектов 212А и 212NFS.
На основе зарубежного опыта создания и использования ВНЭУ, а также состояния мирового рынка НАПЛ можно сделать следующие выводы.
Появление первых работоспособных образцов и развитие технологий производства воздухонезависимых установок позволило принципиально улучшить главное свойство подводных лодок – скрытность. Это качественный скачок в неатомном подводном кораблестроении.
Использование водорода и кислорода, а также литий-ионных аккумуляторных батарей на борту подводной лодки всегда сопровождалось существенными рисками возникновения аварийных ситуаций. Успехи в развитии технологий безопасного хранения, создание систем риформинга дизельного топлива, совершенствование систем управления и контроля состояния ЛИАБ и другие мероприятия повышения надежности и безопасности корабельного оборудования обеспечили широкое внедрение ВНЭУ для повышения боевых возможностей НАПЛ.
Направленность работ и успехи в области совершенствования ЛИАБ свидетельствуют о снижении в ближайшем будущем привлекательности распространенных типов ВНЭУ для флотов, нуждающихся в НАПЛ увеличенной подводной автономности.
Значительный уровень эффективности, обеспеченный развитием технологий ВНЭУ и ЛИАБ, пока не позволяет говорить о таком же уровне их доступности в части стоимости как создания, так и эксплуатации.
В государствах, обладающих технологиями атомного подводного кораблестроения, работы над ВНЭУ продолжают носить исключительно экспортную направленность.
* См.: Зарубежное военное обозрение. – 2023. – № 5. – С. 76–82.