Подводная лодка с реактором на жидком металле
Обновлено: 04.05.2024
Использование атомной энергетики как в гражданском, так и в военном судостроении без преувеличения можно назвать технической революцией. С ее внедрением произошло скачкообразное повышение одновременно целого ряда важнейших тактико-технических показателей судов и кораблей: скорости хода за счет роста мощности двигателей, грузоподъемности вследствие сокращения объемов возимого топлива, автономности плавания и ряда других качеств.
РЕВОЛЮЦИЯ НА ФЛОТЕ
Особую роль играет атомная энергетика в подводном флоте. Здесь определяющим фактором стало то, что атомный реактор, имеющий самые высокие удельные показатели производительности энергии (количество вырабатываемой энергии на единицу массы установки) для своей работы не требует окислителя. Таким образом, энергетическая установка атомного корабля может обходиться без связи с атмосферой.
В то же время она вырабатывала такое количество энергии, что ее хватало, помимо прочего, и для весьма энергоемких систем дистилляции воды с последующим выделением из нее путем электролиза кислорода, необходимого для поддержания нормального состава атмосферы в отсеках корабля. Предшественники атомных подводных лодок (АПЛ), по сути, лишь назывались подводными, было бы корректней называть их «ныряющими».
Их основной двигатель — дизель не мог обходиться без связи с атмосферой, откуда он черпал необходимый для работы кислород и куда выбрасывал свои выхлопные газы. Поэтому дизель-электрические подводные лодки двигались преимущественно в надводном положении и погружались («ныряли») лишь при необходимости. Под водой их гребные винты приводились в движение электромоторами, питаемыми от аккумуляторных батарей, требовавших, в свою очередь, подзарядки от дизель-генераторов, для которых необходима связь с атмосферой.
Использование на подлодках атомных энергетических установок сделало их подводными в прямом смысле слова. Теперь время их пребывания под водой стало практически неограниченным, а полная автономность (т. е. продолжительность нахождения вне базы) определялось главным образом морально-физическим состоянием экипажа подлодки. Одновременно существенно повысились скорость подводного хода (у АПЛ она превосходит скорость надводного плавания), а также такой важнейший для подводной лодки показатель, как скрытность.
Надо сказать, что все так называемые атомные корабли, будь то подводные лодки, крейсеры, авианосцы или ледоколы, по сути своей являются пароходами, поскольку их гребные винты приводятся в движение паровыми турбинами. Их отличие от старых, знакомых нам с детства пароходов состоит лишь в том, что необходимый для паровых машин либо турбин пар образуется не в обычных котлах с топками, сжигающими уголь, мазут или газ, а в заполненных ураном атомных реакторах.
Огромное количество выделяемого внутри реактора тепла выводится теплоносителем, в роли которого выступает вода. Чтобы вывести максимально возможное количество тепла, вода в реакторе нагревается до 200 и более градусов. Одновременно заполняющая реактор вода (точнее — бидистиллят) играет роль замедлителя нейтронов в ходе происходящей в реакторе цепной реакции (оттого реакторы подобного типа называют «водо-водяными»). Превратиться преждевременно в пар воде не позволяет создаваемое в реакторе высокое давление. А пар для турбины получают из второго контура теплообменника, в первый контур которого поступает под давлением нагретая реактором вода. Причем, в связи с высокой радиоактивностью воды первого контура, она не соприкасается напрямую с водой контура второго. Но дальнейшее повышение давления в реакторе с целью повышения температуры отводимой из него воды ограничено условиями сохранения прочности самого реактора и трубопроводов, а также конструкцией циркуляционных насосов первого контура (ЦНПК). Поэтому энергетики в погоне за максимально возможным отбором из реактора тепла (т. е. энергии) давно ведут поиски замены воды как теплоносителя.
НА СМЕНУ ВОДЕ ПРИХОДИТ МЕТАЛЛ
И здесь в качестве перспективной альтернативы воде рассматриваются легкоплавкие металлы, конечно, в их жидкой фазе. Теплопроводность и теплоемкость их значительно выше, чем у воды, их можно нагревать до более высоких температур, не создавая при этом высокого давления, что позволяет отказаться от сверхпрочного и тяжеловесного оборудования.
Кроме того, жидкие металлы имеют малую упругость собственного пара. Давление в системе определяется только необходимостью поддержания требуемого напора в первом контуре, которое обычно не превышает 7 атм. Низкое давление существенно упрощает конструкцию и эксплуатацию как реактора, так и вспомогательного оборудования.
Высокая электропроводность жидких щелочных металлов позволяет использовать полностью герметизированные электронасосы, а расход энергии, необходимой для прокачки жидких металлов, лишь немногим превышает такой же показатель водяных ЦНПК. Из жидких металлов лучшие характеристики по расходу энергии на прокачку имеют щелочные металлы.В отличие от других жидких металлов, натрий, как и расплав «натрий-калий», оказывают весьма незначительное коррозионное и эрозионное воздействие на конструкционные материалы.
Наиболее дешевым из жидких металлов является натрий, затем идут свинец и калий. Поскольку объем теплопередающей системы обычно относительно невелик, а перезарядка производится редко, затраты на теплоноситель незначительны. Однако использование в качестве теплоносителя жидких металлов имеет свою специфику и рождает новые проблемы. Так как щелочные металлы обладают высокой химической активностью, серьезную опасность представляет их реакция с водой, поэтому должны быть предусмотрены устройства, обеспечивающие взрывобезопасность. Соприкосновение с паром или с кислородом воздуха в этом отношении неопасно (поддерживающейся реакции горения нет), но чтобы избежать окисления металла, необходимо исключить его соприкосновение с воздухом. Наличие нерастворимых в жидком натрии его окислов может привести к закупорке отдельных каналов. Поэтому натрий, как и натрий-калий, приходится хранить в среде инертного газа (гелий либо аргон).
И все же необходимость дополнительных усилий и затрат для решения названных проблем компенсируется тем, что с помощью жидкометаллического теплоносителя (ЖМТ) можно снять с реактора больше энергии либо для получения потребного количества энергии использовать реакторы меньших размеров и массы. Последнее немаловажно при использовании атомных реакторов на кораблях, прежде всего на подводных лодках. Казалось бы, все довольно просто. Теоретически. А что показала практика?
АМЕРИКАНСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
Работы по созданию первых жидкометаллических реакторов начались практически одновременно в США и СССР еще в 50-х гг. прошлого века. Американцы оказались немного впереди: уже в июле 1955 г. была спущена на воду, а 30 марта 1957 г. введена в строй вторая атомная подводная лодка США «Сивулф». Она была почти копией американского атомного первенца «Наутилуса», но отличалась тем, что была оснащена атомным реактором с ЖМТ, в качестве которого использовался жидкий натрий.
Но во время ходовых испытаний лодки произошла авария реактора, связанная с разгерметизацией заполненного радиоактивным ЖМТ первого контура. Погибли люди, ставшие первыми жертвами жидкометаллических технологий. В 1958 г. реактор на «Сивулфе» был заменен на водо-водяной, аналогичный стоящему на «Наутилусе». После этого «Сивулф» благополучно прослужил еще до 1987 г., а на реакторах с ЖМТ в США была поставлена жирная точка.
СОВЕТСКАЯ «НАГАСАКИ»
В СССР разработка реакторов с ЖМТ проводилась в Физико-энергетическом институте под руководством академика Академии наук Украинской ССР Александра Лейпунского. Одним из первых случаев практического применения подобного реактора стала его установка на опытной подводной лодке К-27, построенной в 1963 г. Этот корабль отличался от первой советской АПЛ «Ленинский комсомол» только тем, что вместо водо-водяных реакторов на нем были установлены реакторы с ЖМТ, в роли которого выступал расплав «свинец-висмут».
В мае 1968 г. К-27 вышла в море для проверки работы реакторов в разных режимах, в том числе и на максимальной мощности. В этом походе произошла авария одного из двух реакторов, связанная, как и на «Сивулфе», с разрывом первого контура. Девять членов экипажа, получившие огромные дозы облучения, погибли, среди остальных многие были поражены лучевой болезнью. За лодкой закрепилась кличка «Нагасаки» («Хиросима» уже была отдана К-19, еще в 1961 г. пережившей тяжелую аварию одного из двух своих водоводяных реакторов).
К-27 оказалась настолько сильно заражена радиоактивно, что ремонтировать ее было практически невозможно. Ни флот, ни промышленность не знали, как с ней поступить. В итоге вопрос был решен по-советски просто: в 1979 г. лодка была исключена из состава ВМФ, а в сентябре 1982 г. отбуксирована в Карское море и затоплена у северо-восточных берегов Новой Земли в заливе Степового. Теперь к ее «титулам» флотские остряки добавили «вечно подводная». Но и после трагедии К-27 в СССР решили не отказываться от заманчивой идеи использования на АПЛ реакторов с ЖМТ.
ЛЕГЕНДАРНЫЙ 705-й ПРОЕКТ
Еще не была спущена на воду К-27, а в родившем ее конструкторском бюро (ныне СПМБМ «Малахит») один из ведущих специалистов А. Б. Петров выступил со смелым предложением: приступить к разработке проекта малогабаритной, высокоскоростной и маневренной АПЛ — подводного истребителя-перехватчика вражеских субмарин. По замыслу Петрова, это должна была быть лодка с минимальным экипажем, что могло быть достигнуто за счет комплексной автоматизации всех процессов управления как самим кораблем, так и всеми его механизмами, системами и оружием. Идея была поддержана министром судостроения и главкомом ВМФ. Проекту был присвоен № 705. Главным конструктором будущего корабля назначили М. Г. Русанова. Проект, учитывая его поистине революционную новизну, курировали (каждый по своему заведованию) три академика — А. П. Александров, будущий президент АН СССР, Н. Н. Исанин и В. А. Трапезников.
В техническом задании на новый корабль была указана невиданная для подводного плавания скорость — 40 узлов (более 75 км/ч). Естественно, для выполнения такого требования лодка должна была иметь минимальные габариты и массу, совершенные гидродинамические формы и, конечно, мощную и легкую силовую установку. Предварительные расчеты показали, что последнему требованию может отвечать только реактор с ЖМТ. Увлекшись идеей глобальной автоматизации, первоначально хотели ограничить экипаж 16–18 моряками, причем только офицерами. Но дальнейшее проектирование показало несбыточность подобного. В результате экипаж составили 29 специалистов, офицеров и мичманов. Лишь должность помощника кока осталась за матросом срочной службы.
В АПЛ было всего два обитаемых отсека (из шести), над одним из которых размещалась созданная впервые в мире всплывающая спасательная камера, рассчитанная на спасение всего экипажа даже с предельной глубины погружения (400 м). Корпус лодки, имевший самые совершенные в части гидродинамики, можно сказать, изящные формы, был выполнен из титана — легкого, прочного и абсолютно коррозионностойкого металла. Не имевшая на тот момент аналогов АПЛ проекта 705 получилась, как и задумывали, необычайно скоростной и маневренной. Благодаря своим малым габаритам (полное водоизмещение всего 3 100 т), а также использованию реактора с ЖМТ, безусловным достоинством которого является высокая динамика (способность чрезвычайно быстро переходить с одного режима на другой), лодка запросто развивала под водой положенные 40 узлов, всего за 42 секунды могла на полной скорости развернуться на 180 градусов. Она была способна часами «висеть на хвосте» у АПЛ условного противника, а если надо — уйти от выпущенной в ее направлении торпеды.
АПЛ проекта 705 стали первыми в мире серийными лодками, оснащенными реакторами с ЖМТ. Всего их было построено семь штук. Первая (опытная) лодка К-64 строилась на ленинградском Новоадмиралтейском заводе. Строительство проходило с большими трудностями, но было завершено, после чего лодку переправили в Северодвинск, где в декабре 1971 г. корабль был передан ВМФ. Командиром К-64 стал капитан I ранга Александр Сергеевич Пушкин. Началась опытная эксплуатация АПЛ, проходившая с не меньшими сложностями, чем строительство.
Основные проблемы были связаны с реактором, который требовал повышенного внимания от еще недостаточно опытного персонала. Сказывалось принципиальное отличие реакторов с ЖМТ от хорошо освоенных водоводяных. Как известно, для перехода в твердое кристаллическое состояние (лед) воду нужно охладить до 0 градусов, что практически не может произойти даже при полностью выведенном реакторе. В то же время расплав «свинец-висмут» кристаллизуется уже при + 145 градусах. То есть при эксплуатации реактора с ЖМТ ни в коем случае нельзя допускать снижение температуры в первом контуре до + 150 градусов. Именно в результате несоблюдения этого условия в трубопроводах первого контура стали возникать пробки из кристаллизующегося ЖМТ. Попытки пробить их силовым методом или расплавить не только не привели к желаемому, но и нарушили герметичность первого контура. Началось радиоактивное загрязнение лодки, которая в это время стояла у причала на базе АПЛ Западная Лица.
Помимо серьезнейших проблем с реактором, на опытной АПЛ, вобравшей в себя одновременно массу новаторских решений, не могло не возникнуть множество разного рода неполадок, для устранения которых на лодке были собраны представители многих предприятий и организаций промышленности. Довелось оказаться среди них и автору настоящей статьи. Свою долю радиации получил, вероятно, каждый работающий на К-64 в те горячие дни марта-апреля 1972 г. Вскоре стало ясно, что реактор безвозвратно загублен, лодка уже не могла выходить в море. В августе 1974 г. она была выведена из состава флота и после долгих и ожесточенных дебатов разрезана на две части, каждую из которых было решено использовать для тренировок экипажей и отработки новых технологий. При этом одну половину АПЛ отбуксировали в Северодвинск, а другую отправили в Ленинград.
Сразу на флоте родилась шутка-загадка о «самой длинной в мире подводной лодке».
Строительство серии, которое уже активно велось в Ленинграде и Северодвинске, было приостановлено, но через пару лет возобновлено. В итоге в период с 1977-го по 1981 г. флоту было передано шесть АПЛ проекта 705. Эти корабли довольно интенсивно и успешно несли службу в составе Северного флота, вызывая серьезную озабоченность у наших «коллег» из НАТО, у которых АПЛ проекта 705 получили наименование «Альфа».
Учитывая печальный опыт первого корабля (К-64), на всех серийных АПЛ этого проекта был дополнительно установлен так называемый «электрокотел», задачей которого было поддерживать необходимую температуру в первом контуре реактора, когда тот при стоянке АПЛ на базе выведен на минимальную мощность. Для работы котла требовалось подавать электроэнергию c берега. В реальности с этим случались перебои, а поскольку экипажи лодок отчаянно боялись «разморозить» и погубить реактор, последний поддерживался на уровне мощности больше, чем требовалось в условиях базы. Естественно это ускоряло выработку ядерного горючего. Кроме этой проблемы, неудовольствие флотского базового начальства вызывала необходимость организации специальных лабораторий для периодических проверок, регулировок и восстановления элементов автоматики, которыми были буквально нашпигованы лодки этого типа.
Одним словом, забот береговым службам ВМФ добавилось немало. Все чаще возникали разговоры на тему, что новые корабли опережают свое время, излишне сложны в обслуживании, словом, от них надо избавляться. И это несмотря на уникальные боевые качества, демонстрируемые АПЛ в походах. В общем, 705-й проект вытеснялся с флота.
Седьмая серийная лодка была не достроена и разрезана прямо на стапеле. К 1990 г. все (кроме одной) АПЛ 705-го проекта были выведены из состава флота, прослужив существенно меньше того срока, на который были рассчитаны. Ставшая исключением К-123 задержалась в строю до 1997 г. вынужденно, вследствие непомерно затянувшегося в условиях «перестройки» ремонта после серьезной аварии, произошедшей на ней в 1982 г., когда лодка находилась в подводном положении в Баренцевом море.
Вот что случилось с этим до тех пор вполне благополучным кораблем. Ничто не предвещало беды, когда на пульте управления в центральном посту АПЛ неожиданно засветился сигнал «НЕИСПРАВНОСТЬ РЕАКТОРА». На разведку в необитаемый реакторный отсек отправился лейтенант Логинов. Уже через минуту он доложил, что наблюдает серебристый металл, растекающийся по палубе. Это и был вырвавшийся каким-то образом из первого контура реактора высокоактивный ЖМТ. Одновременно включился сигнал «ЗАГРЯЗНЕНИЕ РЕАКТОРНОГО ОТСЕКА. ПОКИНУТЬ ОТСЕК!» Как вспоминал позже один из членов экипажа, переживший аварию, «о Логинове подумали уже в прошедшем времени». Возвратить его в обитаемый отсек уже было нельзя — он сам стал радиоактивен. Но Логинов выжил. Выйдя в тамбур-шлюз, через который реакторный отсек сообщается с остальными помещениями лодки, он оставил там всю одежду и прошел основательную помывку. Реактор был заглушен, АПЛ, продув балластные цистерны, всплыла на поверхность.
Как установили позже, из первого контура успело вытечь порядка двух тонн ЖМТ. Вся лодка была настолько радиоактивно загрязнена, что пришедший на помощь крейсер не решался приблизиться к ней, чтобы передать буксирный трос. В итоге трос все же завели при помощи палубного вертолета с того же крейсера. Ремонт К-123, в ходе которого был полностью заменен реакторный отсек, закончился в 1992 г. АПЛ вернулась в строй и благополучно прослужила до 1997 г. Сегодня в составе всех флотов мира нет ни одного атомного корабля, оснащенного реактором с ЖМТ.
Весь опыт, накопленный в ходе строительства и эксплуатации К-27, а затем лодок проекта 705, был подытожен в Физико-энергетическом институте, в техническом заключении которого указывается, что реакторы с ЖМТ следует и в дальнейшем рассматривать на конкурсной основе с водо-водяными реакторами в проектах новых атомных кораблей.
Забытая мелодия для «Лиры»
Судовые ядерные энергетические установки (ЯЭУ) с жидкометаллическим теплоносителем имеют ряд неоспоримых преимуществ. Создавая оснащенные ими подводные лодки, конструкторы исходили из того, что циркулирующий в первом контуре ЯЭУ жидкий металл с высоким коэффициентом теплоотдачи обеспечивает получение рабочего «турбинного» пара с параметрами более высокими, чем в ЯЭУ с классическими водо-водяными реакторами (ВВР).
Пионерами заправки субмарин жидким металлом стали американцы. Правда, лодка такая у них была построена всего одна – SSN-575 Seawolf и реактор на ней установили тоже один – типа S2G. Охлаждался он жидким натрием. Лодку Seawolf, вступившую в состав ВМС в 1957-м, рассматривали в качестве опытной альтернативы первой в США (и в мире) атомной SSN-571 Nautilus, имевшей водо-водяной реактор S2W. В Пентагоне хотели определиться на ближайшее будущее, какая ЯЭУ для подводных лодок предпочтительнее.
Жидкометаллические перспективы прельщали. При давлении теплоносителя в первом контуре в 20 раз меньшем, чем в ЯЭУ с ВВР, температура рабочего пара после парогенератора в жидкометаллической ЯЭУ оказалась в 1,8–1,9 раза выше. Однако сама ЯЭУ у американцев получилась довольно сложной. Во втором контуре между трубками парогенератора циркулировал промежуточный теплоноситель – сплав натрия и калия, нагревающий питательную воду, которая испарялась в парогенераторе. С натрием вышло фиаско. Наблюдалась интенсивная коррозия конструкционного металла на фоне роста в последнем напряжений, которые были обусловлены значительным температурным перепадом в реакторной установке (250 градусов). И это еще не все. В случае аварии с разрывом трубок парогенератора натрий и калий вступили бы в бурную реакцию с водой, что неминуемо привело бы к тепловому взрыву.
Несмотря на очевидные теплофизические преимущества реактора S2G, американские моряки в целом остались им недовольны – ЯЭУ Seawolf оказалась менее надежной, чем у Nautilus. Кроме того, большие хлопоты доставляла необходимость постоянного поддержания высокой температуры жидкого металла при нахождении лодки в базе, чтобы он не застыл и не «дал козла», выведя субмарину из строя
Поэтому американцы эксплуатировали Seawolf c S2G недолго. Уже в 1958 году лодка прошла капитальную реконструкцию. Жидкометаллическую реакторную установку от греха подальше заменили на более привычную и надежную с ВВР S2WA – по типу реактора, установленного на Nautilus. С ним она прослужила еще долгие годы.
Кит-рекордсмен
Сама по себе К-27 являлась «энергетической» модификацией первых советских АПЛ проектов 627 и 627А. Внешне от них и не отличалась. Главное новшество 645-го проекта заключалось в том, что вместо ВВР ВМ-А у «Китов» на экспериментальной по сути К-27 установили два реактора ВТ-1 с жидкометаллическим теплоносителем, в качестве которого использовался сплав свинца и висмута. Ядерная паропроизводящая установка (ЯППУ) с ВТ-1 была разработана конструкторским коллективом КБ-10 (будущее ОКБ «Гидропресс») под научным руководством академика Александра Лейпунского. Изготовили ЯППУ на Подольском машиностроительном заводе.
Официально отнесенная к опытным кораблям К-27 была полноценной боевой атомариной. В апреле 1964-го она отправилась с Кольского полуострова в атлантический поход к экватору всю дорогу в подводном положении, что для нашего подплава было впервые. За 1240 часов хода К-27 оставила за кормой 12 400 миль. Рекорд! Командир К-27 капитан 1-го ранга Иван Гуляев за успехи в освоении новой техники был удостоен звания Героя Советского Союза.
Как и американцы, советские моряки сразу столкнулись со сложностями эксплуатации. Это и необходимость постоянного (то есть и у причала, и при нахождении в доке) поддержания температуры первого контура свыше 125 градусов, и его загрязнение радиоактивным полонием-210 (продуктом бомбардировки висмута нейтронами), и потребность в наличии на базе спецоборудования для приготовления свежего сплава свинец-висмут и приема с борта лодки такого отработанного «коктейля», причем фонящего. Кроме того, К-27 оказалась весьма шумной и потому более заметной, нежели атомарины вероятного противника. Это огорчало адмиралов больше всего.
В мае 1968 года К-27, только-только прошедшая плановый ремонт, отправилась отрабатывать курсовые задачи боевой подготовки, а заодно и проверить работоспособность энергоустановки. Увы, «детские болезни» проекта дали о себе знать и тот поход для К-27 оказался не «крайним», а последним. Как только лодка дала полный ход, тепловыделяющие элементы в реакторе левого борта перегрелись, часть их разрушилась. Лодка всплыла и на правом реакторе вернулась в базу. К несчастью, авария имела тяжкие последствия: продукты деления проникли в обитаемые отсеки. Переоблучился весь экипаж, восемь моряков умерли в госпиталях, еще один задохнулся на борту в противогазе. Специалисты пришли к выводу, что наиболее вероятной причиной аварии стало «отравление» активной зоны реактора шлаком и окислами свинца и висмута. Это было учтено при создании новых лодочных реакторов с жидкометаллическим теплоносителем. Саму К-27 восстанавливать не стали, отправили на прикол. В 1982-м ее затопили северо-восточнее Новой Земли в Карском море.
Истребитель-автомат
Опыт эксплуатации К-27 оказался драматическим, но вовсе не бесполезным. Из него были сделаны выводы, положенные в основу создания новых АПЛ с жидкометаллическими (тоже свинец-висмутовыми) реакторами и титановым прочным корпусом – одной предсерийной проекта 705 и шести серийных 705К (обобщенное название «Лира», по условной классификации НАТО – Alfa).
К разработке приступили в том же СКБ-143 под руководством главного конструктора Михаила Русанова. Построенная на Ново-Адмиралтейском заводе в Ленинграде К-64 была чисто опытной и прослужила недолго из-за аварии с застыванием теплоносителя. Серийные же шесть атомарин (К-123, К-316, К-373, К-432, К-463 и К-493), строившиеся как в Ленинграде, так и в Северодвинске на Севмашпредприятии и пополнившие флот в 1977–1981 годах, благодаря великолепным тактико-техническим данным доставили немало головной боли ВМС США.
Характеристики были получены благодаря тому, что однореакторная ЯППУ БМ-40А со свинцово-висмутовым теплоносителем превосходила водо-водяные ЯППУ других субмарин своего времени по эксплуатационной маневренности вдвое, по энергонасыщенности – в 1,5–2,5, а по удельно-массовым характеристикам – в 1,3–1,5 раза. Примечательно, что атомарины проекта 705К почти не уступали в скорости (41 узел) западным противолодочным торпедам и развивали полный ход за какую-то минуту. Располагая поистине «истребительной» верткостью, «Лиры» могли атаковать противника с самых невыгодных для них секторов, хотя и будучи обнаруженными вражеской гидроакустикой.
И это еще не все. «Лиры» оснащались комплексными системами автоматизированного управления энергетикой и оружием. Это позволило свести до минимума численность экипажа – она была в три раза меньше, чем у других подводных атомоходов: 31 офицер и один мичман. Интересный момент: замполит в экипаже отсутствовал, и проведение партийно-воспитательной (именно так, а не привычной в ВС СССР партийно-политической) работы возлагалось на командира. На флоте эти лодки заслуженно прозвали «автоматами».
Правда, широкого распространения и дальнейшего развития лодки проекта 705К (они входили в состав 6-й дивизии подводных лодок Северного флота) не получили. «Лиры» прослужили до начала 90-х годов (головная К-123 – до 1996-го), с одной стороны – доказав исключительные тактические стати, а с другой – выявив значительные сложности в эксплуатации, связанные прежде всего с необходимостью постоянного поддержания определенного уровня физико-химических характеристик теплоносителя, ведь сплав свинца и висмута должен был находиться неизменно в жидком состоянии.
Кроме СССР (России), столь длительного опыта применения подобных реакторов на подводных лодках нет ни у кого. Монополию в подводном атомном (как, впрочем, и в надводном) кораблестроении держат водо-водяные ядерные реакторы.
Субмарина-истребитель проекта 705
Прошло более 15 лет, с тех пор как последняя из лодок проекта 705 была исключена из состава российского ВМФ, а в кругах военных моряков и кораблестроителей по сей день не утихают споры. Чем же на самом деле был проект 705 — прорывом в будущее, опередившим свое время, или дорогостоящей технической авантюрой?
Внешние обводы лодки отрабатывались в ЦАГИ, проверялись на многочисленных моделях в бассейнах ленинградского ЦНИИ им. Крылова. И, кроме технического совершенства и многочисленных новшеств, важных для боевого корабля, АПЛ получилась еще и необыкновенно красивой.
К 1990 году все (кроме одной) АПЛ 705-го проекта были выведены из состава флота, прослужив существенно меньше того срока, на который были рассчитаны. Последняя, К-123, закончила свою службу в 1997 году.
Гоночная лодка
Фото: АПЛ проекта 705 благодаря своим обводам и энерговооруженности были динамичными и необычайно маневренными. Лодка была способна разогнаться до полного хода за минуту, а циркуляцию с полным разворотом совершала на полной скорости за 42 секунды. Она могла часами «висеть на хвосте» у АПЛ условного противника (был реальный случай, когда лодка преследовала натовскую АПЛ в Северной Атлантике на протяжении 20 часов). Более того, лодка могла даже уйти от выпущенной в ее направлении торпеды!
В 1959 году, когда уже вышла в море построенная по проекту ленинградского СКБ-143 (ныне СПМБМ «Малахит») первая советская атомная подводная лодка (АПЛ) «Ленинский Комсомол», а в Северодвинске разворачивалось строительство целой серии подобных кораблей, ведущий специалист этого же СКБ А.Б.?Петров выступил с предложением о создании «Малой скоростной подводной лодки-истребителя». Идея была весьма актуальна: подобные лодки нужны были для охоты на субмарины — носители баллистических ракет с ядерными зарядами, которые тогда начинали активно строиться на стапелях потенциального противника. 23 июня 1960 года ЦК и Совмин одобрили проект, которому был присвоен номер 705 («Лира»). В странах НАТО эта лодка стала известна как «Альфа» (Alfa). Научными руководителями проекта стали академики А.П.?Александров, В.А.?Трапезников, А.Г.?Иосифьян, а главным конструктором корабля — Михаил Георгиевич Русанов. Это был талантливый человек с очень нелегкой судьбой: семь лет пребывания в ГУЛАГе, а после освобождения — запрет на въезд в Ленинград. Опытный инженер-кораблестроитель работал в артели по изготовлению пуговиц в Малой Вишере и лишь в 1956 году смог вернуться в Ленинград, в СКБ-143. Начинал он с заместителя главного конструктора АПЛ проекта 645 (этот опыт оказался для Русанова очень полезен).
Битва с титаном
Предназначение новой подводной лодки определяло основные требования — высокие скорость и маневренность, совершенная гидроакустика, мощное вооружение. Для обеспечения двух первых требований лодка должна была иметь предельно малые габариты и массу, самые высокие гидродинамические характеристики корпуса и мощную энергетическую установку, вписывающуюся в ограниченные габариты. Выполнить подобное было невозможно без нестандартных решений. В качестве основного материала для корпуса корабля, а также многих его механизмов, трубопроводов и арматуры был выбран титан — металл почти вдвое легче и одновременно прочнее стали, к тому же абсолютно коррозионностойкий и маломагнитный. Однако он довольно капризен: сваривается только в среде инертного газа — аргона, резать его сложно, он имеет высокий коэффициент трения. К тому же титан нельзя было использовать в прямом контакте с деталями из иных металлов (стали, алюминия, латуни, бронзы): в морской воде он образует с ними электрохимическую пару, что вызывает разрушающую коррозию деталей из других металлов. Пришлось разработать специальные марки высоколегированной стали и бронзы, и специалистам ЦНИИ металлургии и сварки («Прометей») и ЦНИИ технологии судостроения удалось преодолеть эти титановые каверзы. В итоге был создан малогабаритный корпус корабля подводным водоизмещением 3000 т (хотя заказчик — ВМФ — настаивал на ограничении в 2000 т).
Надо сказать, что советское судостроение уже имело опыт создания ПЛ из титана. В 1965 году в Северодвинске была построена (в единственном экземпляре) АПЛ проекта 661 с титановым корпусом. Эта лодка, известная как «Золотая рыбка» (намек на ее фантастическую стоимость), по сей день остается рекордсменом по скорости под водой — на ходовых испытаниях она показала 44,7 узла (около 83 км/ч).
Сплошные новшества
Еще одним радикальным новшеством стала численность экипажа. На других АПЛ (как советских, так и американских) службу несут по 80−100 человек, а в техническом задании на 705-й проект была названа цифра 16, причем только офицеров. Однако в ходе проектирования численность будущего экипажа подрастала и в итоге достигла 30 человек, включая пять техников-мичманов и одного матроса, на которого возлагалась немаловажная роль кока, а по совместительству дневального-уборщика (изначально предполагалось, что обязанности кока будет выполнять корабельный доктор). Чтобы совместить такую малочисленность экипажа с огромным количеством оружия и механизмов, лодку пришлось очень серьезно автоматизировать. Позднее моряки даже прозвали лодки 705-го проекта «автоматами».
Впервые в стране (а вероятно, и в мире) глобальная автоматизация охватывала все: управление движением корабля, применение оружия, главную энергетическую установку, все общекорабельные системы (погружение, всплытие, дифферентовку, выдвижные устройства, вентиляцию и т.?д.). Одним из ключевых и очень спорных вопросов при разработке систем автоматики (этим занимался целый ряд НИИ и КБ, в том числе ЦНИИ «Аврора», «Гранит», «Агат») был выбор частоты тока для корабельной электросети. Рассматривались варианты 50 и 400 Гц, каждый имел свои достоинства и недостатки. Окончательное решение в пользу 400 Гц было принято на трехдневном совещании руководителей нескольких причастных к теме организаций при участии трех академиков. Переход на повышенную частоту вызвал немало производственных проблем, но зато позволил заметно сократить габариты электрооборудования и приборов.
Вооружение
На АПЛ проекта 705 были впервые установлены пневмогидравлические торпедные аппараты, обеспечивающие стрельбу во всем диапазоне глубины погружения. Шесть торпедных аппаратов и 18 торпед с учетом скорости и маневренности лодки делали ее серьезным противником для подлодок стран НАТО.
Атомное сердце
И все же основным новшеством, определившим судьбу всего проекта, стал выбор главной энергетической установки корабля. Ею стал компактный атомный реактор на быстрых нейтронах (БН) с жидкометаллическим теплоносителем (ЖМТ). Это позволило сэкономить около 300 т водоизмещения за счет большей температуры пара и, следовательно, лучшей эффективности турбины.
Первой в мире подлодкой с реактором такого типа стала американская АПЛ Seawolf (1957). Конструкция оказалась не слишком удачной, во время ходовых испытаний произошла разгерметизация первого контура с выбросом натрия. Поэтому в 1958 году реакторы были заменены на водо-водяные, а с реакторами на ЖМТ военные в США более связываться не стали. В СССР предпочли использовать в качестве теплоносителя расплав свинец-висмут, значительно менее химически агрессивный, чем натрий. Но построенной в 1963 году АПЛ К-27 тоже не повезло: в мае 1968 года во время похода произошел разрыв первого контура одного из двух реакторов. Экипаж получил огромные дозы облучения, девять человек погибли, и лодку окрестили «Нагасаки» (кличка «Хиросима» уже была занята К-19 в 1961 году). АПЛ была столь радиоактивна, что не подлежала ремонту, и в итоге в сентябре 1982 года она была затоплена у северо-восточных берегов Новой Земли. К ее «титулам» флотские остряки добавили «вечно подводная». Но и после трагедии К-27 в СССР решили не отказываться от заманчивой идеи использования реакторов с ЖМТ на АПЛ, над их совершенствованием продолжали работать инженеры и ученые под руководством академика Лейпунского.
За разработку главной энергетической установки для 705-го проекта взялись две организации. Подольское ОКБ «Гидропресс» создало блочную двухсекционную установку БМ-40/А с двумя циркуляционными насосами. Горьковское ОКБМ выдало установку ОК-550, тоже блочную, но с разветвленным первым контуром и тремя циркуляционными насосами. В дальнейшем обе установки нашли применение на АПЛ 705-го проекта: ОК-550 устанавливалась на лодки, строящиеся в Ленинграде (четыре корабля), а на три лодки, построенные в Северодвинске по варианту проекта 705К, установили БМ-40/А. Обе установки обеспечивали мощность на валу турбины до 40??000 л.с., что позволяло развивать предусмотренную техническим заданием скорость в 40 узлов.
Полный автомат
Чтобы управлять подводной лодкой силами весьма ограниченного по тем временам экипажа в 30 человек, были разработаны многочисленные системы автоматизации, позволяющие держать под контролем все механизмы корабля. Позднее моряки даже дали этим лодкам прозвище «автомат».
Самая длинная лодка
Всего АПЛ проекта 705 было построено семь штук, они стали первыми в мире серийными лодками, оснащенными реакторами с ЖМТ. Первая лодка, К-64, заложенная в июне 1968 года в том же старинном эллинге, где за 70 лет до этого строился знаменитый крейсер «Аврора», в декабре 1971 года была передана ВМФ. Основные проблемы опытной эксплуатации были связаны с реактором, который принципиально отличался от хорошо знакомых водо-водяных. Дело в том, что сплав свинец-висмут кристаллизуется при +145°С, и при эксплуатации реактора с таким ЖМТ ни в коем случае нельзя допускать снижения температуры в первом контуре до этого значения. Именно в результате несоблюдения этого условия в трубопроводах одной, а затем и второй петли первого контура стали возникать пробки из застывшего расплава, вернуть который в жидкое состояние было уже невозможно. Произошло «закозление» паропроизводительной установки, сопровождаемое разгерметизацией первого контура и радиоактивным загрязнением лодки, которая в это время стояла у причала на своей базе. Вскоре стало ясно, что реактор безвозвратно загублен, и лодка уже не могла выходить в море. В результате в августе 1974 года она была выведена из состава флота и после долгих дебатов разрезана на две части, каждую из которых было решено использовать для тренировок экипажей и отработки новых технологий. Носовую часть лодки отбуксировали в Ленинград, а кормовая с реакторным отсеком осталась в Северодвинске на судоремонтном заводе «Звездочка». Там же скорбным памятником остался стоять черный крест отрезанного кормового стабилизатора К-64 с горизонтальными и вертикальными рулями. В среде военных моряков и кораблестроителей еще долго ходила шутка-загадка о «самой длинной в мире лодке».
Реальная жизнь
Строительство серии, которое уже активно велось в Ленинграде и Северодвинске, было приостановлено, но через пару лет возобновлено, и с 1977 по 1981 год флоту было передано шесть АПЛ 705-го проекта. Эти корабли довольно интенсивно и успешно несли службу в составе Северного флота, вызывая серьезную озабоченность у стран НАТО. Учитывая печальный опыт К-64, на всех серийных АПЛ этого проекта был дополнительно установлен «электрокотел», задачей которого было поддерживать необходимую температуру в первом контуре реактора, когда тот при стоянке АПЛ на базе был выведен на минимальную мощность. Для работы котла требовалось подавать электроэнергию c берега. С этим случались перебои, а поскольку экипажи лодок отчаянно боялись погубить реактор, он поддерживался не на минимальном уровне мощности, что ускоряло выработку ядерного топлива. Кроме того, неудовольствие флотского базового начальства вызывала необходимость организации специальных лабораторий для периодических проверок, регулировок и ремонта автоматики, которой были нашпигованы лодки этого типа. Так что забот береговым службам ВМФ добавилось немало. Все чаще возникали разговоры на тему, что новые корабли, несмотря на уникальные боевые качества, опережают свое время и излишне сложны в обслуживании. Седьмую серийную лодку не стали достраивать, а разрезали прямо на стапеле. К 1990 году все (кроме одной) АПЛ 705-го проекта были выведены из состава флота, прослужив существенно меньше того срока, на который были рассчитаны.
Последняя «Альфа»
Ставшая исключением К-123 задержалась в строю до 1997 года вследствие непомерно затянувшегося ремонта после серьезной аварии в 1982 году. Когда лодка находилась в подводном положении в Баренцевом море, на пульте управления в центральном посту АПЛ неожиданно загорелся сигнал «Неисправность реактора». На разведку в необитаемый реакторный отсек отправился лейтенант Логинов, который через минуту доложил, что наблюдает серебристый металл, растекающийся по палубе: это был вырвавшийся из первого контура реактора высокоактивный ЖМТ. Одновременно включился сигнал «Загрязнение реакторного отсека. Покинуть отсек!», и, как вспоминал позже один из членов экипажа, переживший аварию, «о Логинове подумали уже в прошедшем времени». Но Логинов выжил. Выйдя в шлюз, через который реакторный отсек сообщается с остальными помещениями лодки, он оставил там всю одежду и прошел основательную помывку. Реактор был заглушен, АПЛ всплыла, продув свои балластные цистерны. Как установили позже, из первого контура успело вытечь порядка 2? т ЖМТ. Лодка была так загрязнена, что пришедший на помощь крейсер не решался приблизиться к ней, чтобы передать буксирный трос. В итоге трос все же завели при помощи палубного вертолета с того же крейсера. Ремонт К-123, в ходе которого был полностью заменен реакторный отсек, закончился в 1992 году, АПЛ вернулась в строй и благополучно прослужила до 1997 года. С ее списанием бесславно закончилась история проекта 705.
Запасной парашют
Из шести отсеков АПЛ обитаемых было только два, над одним из которых размещалась созданная впервые в мире всплывающая спасательная рубка-камера, рассчитанная на спасение всего экипажа (30 человек) даже с предельной глубины погружения (400 м).
Опередившие время
Атомные подводные лодки проекта 705 могли похвастаться фантастическими скоростными и маневренными характеристиками и множеством новшеств: титановый корпус, реактор на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем и полностью автоматизированное управление всеми системами корабля.
Подводный металл
Корпус лодки был изготовлен из титана, поэтому специалистам ЦНИИ металлов и сварки («Прометей») и ЦНИИ технологии судостроения пришлось разработать специальные технологии сварки и соединения титановых деталей, а металлургам — новые коррозионностойкие сплавы.
Жидкий металл
Атомные корабли — по сути пароходы, поскольку их гребные винты приводятся в движение паровыми турбинами. Но пар образуется не в обычных котлах с топками, а в атомных реакторах. Тепло радиоактивного распада передается от ядерного топлива в первом контуре охлаждения теплоносителю, обычно воде под давлением (чтобы поднять температуру до 200 °C и более), которая одновременно служит и замедлителем нейтронов. А теплоноситель уже передает тепло воде второго контура, испаряя ее. Но вода под давлением имеет свои недостатки. Высокое давление означает, что стенки труб системы охлаждения первого контура реактора должны быть толстыми и прочными, а при разгерметизации первого контура радиоактивный пар проникает в самые труднодоступные места. Одной из альтернатив является использование реакторов на быстрых нейтронах с теплоносителем из легкоплавких металлов в их жидкой фазе — например, натрия или свинцово-висмутового сплава. Теплопроводность и теплоемкость их значительно выше, чем у воды, их можно нагревать до более высоких температур без высокого давления в первом контуре, что позволяет создавать очень компактные реакторы.
К-27: атомная подводная лодка с жидким металлом в качестве теплоносителя реактора
21 апреля 1964 года советская подводная лодка К-27 вышла в свой первый автономный поход в воды Атлантического океана. Он продолжался до 12 июня 1964 года. Во время этого плавания экспериментальная атомная подводная лодка с жидким металлом в качестве теплоносителя реактора установила рекорд дальности автономного похода и длительности подводного плавания. К сожалению, у этой субмарины оказалась печальная судьба.
Решение о разработке опытной атомной подводной лодки проекта 645 было принято в 1955 году. Она должна была стать первой советской атомной субмариной с реакторами с жидкометаллическим теплоносителем. При строительстве новой подводной лодки был использован опыт, полученный при создании первой советской атомной субмарины К-3 «Ленинский комсомол». Конструктивно К-27 напоминала К-3. Но вместо водо-водяных реакторов она получила реакторы с жидкометаллическим теплоносителем. По некоторым показателям К-27 не уступала американской подводной лодке «Сивульф», а по скорости хода в подводном положении и глубине погружения превосходила ее. Еще одним отличием К-27 от К-3 стал лёгкий корпус, созданный из новой маломагнитной стали. Однако, как выяснилось позднее, этот материал плохо выдерживает нагрузку, покрываясь множеством трещин. Впоследствии такая сталь в производстве подводных лодок больше не применялась.
Интересно, что в США вскоре отказались от использования реакторов с жидким металлом. Опыт эксплуатации «Сивульф» показал, что этот тип реакторов слишком опасен для применения в подводных лодках. Уже в 1958 году жидкометаллический реактор подлодки «Сивульф» был заменён на водо-водяной реактор. В СССР опасность реактора с жидким металлом недооценивали, считая его достаточно надежным.
Жидкометаллический теплоноситель (на подводной лодке К-27 был использован сплав «свинец-висмут») имеет ряд недостатков. Во-первых, из-за нарушения герметичности в трубопроводе он мог подвергнуться окислению с образованием твердых окислов, которые могут закупорить каналы реактора (с этим впоследствии и столкнулись советские подводники на К-27). Во-вторых, такой сплав имеет высокую стоимость. Кроме того, необходимо постоянно поддерживать определенную температуру жидкометаллического теплоносителя. Поэтому во время стоянки на подводную лодку с берега следовало подавать водяной пар для обогрева трубопроводов. В случае войны это затрудняло боевое применение субмарины.
К-27 заложили 15 июня 1958 года. Первоначально сдать подводную лодку планировали через два с половиной года, но сроки сдачи затянулись из-за срыва поставок механизмов для нее. Официально субмарину спустили на воду 1 апреля 1962 года. После сдачи подводная лодка перешла к месту своего постоянного базирования в Гремиху на Кольском полуострове.
21 апреля 1964 года атомная подводная лодка К-27 под командованием капитана 2 ранга И.И. Гуляева отправилась в свой первый автономный поход. Планировалось испытать подводную лодку в разных климатических условиях. К-27 должна была пройти из Арктики в Атлантическое море. Во время первого похода пересечение экватора не предполагалось из-за опасений в отказе техники. В это плавание помимо штатного личного состава отправились и конструкторы подводной лодки, в том числе главный конструктор Л.К. Назаров. Изначально планировалось, что К-27 пройдет в подводном положении 40 суток, но в итоге поход продолжался 52 суток. 12 мая подводная лодка пересекла тропик Рака. В этот день был устроен праздник Нептуна. 17 мая подводная лодка достигла самой южной точки своего путешествия – 10 градусов северной широты.
За время своего путешествия подводная лодка прошла под водой практически 12,3 тыс. миль. В то время это было мировым рекордом. В некоторых районах температура воды доходила до 27 градусов Цельсия, а влажность достигала 100%. Температура в реакторном и турбогенераторных отсеках увеличивалась до 60 градусов. Во время этого путешествия на подводной лодке произошла серьезная авария. Только благодаря героизму капитана 3-го ранга А.В. Шпакова и других подводникам удалось избежать трагедии. Проблема произошла с левым реактором. Расплавленный металл оказался в газовой системе первого контура. А. В. Шпакову пришлось разрезать трубу и вычищать из нее застывший металл. Трубу снова заварили. Шпаков при этом получил значительную дозу радиации.
После этой аварии выводы не были сделаны. Осенью 1965 года состоялся второй поход К-27, который продлился уже 60 дней. Во время этого плавания также произошла авария на ядерном реакторе. Из контура вылился сплав. После того, как подводная лодка вернулась на базу, подводникам пришлось выдалбливать застывший свинец молотком и зубилом. В отсеке разрешалось работать не более пяти минут, но спецтрюмные работали дольше.
Еще одна самая серьезная авария произошла во время третьего похода. 24 мая 1968 года спустя три дня после выхода подводной лодки в море произошел выброс радиоактивных газов. В результате все члены экипажа получили значительную дозу радиации.
25 мая в Ленинград в 1-й военно-морской госпиталь были доставлены первые десять человек с подводной лодки. Остальные позднее были направлены с Гремихи в госпитали Ленинграда, Москвы и Мурманска. В результате облучения спустя короткое время погибли 5 человек. Многие из тех, кто получил большую дозу радиации, прожили недолго или остались инвалидами.
После аварии подводная лодка все еще числилась в составе ВМФ до 1979 года. Все это время лодку обслуживали и поддерживали сплав в нагретом состоянии. В 1980 году на «Звёздочке» трубопроводы К-27 заполнили специальным составом, а свободные объемы отсека залили битумом. Затопить К-27 было решено на глубине 33 м, по другим данным, на глубине 75 м. В сентябре 1982 года подводную лодку отбуксировали в Карское море к северо-востоку от Новой Земли и открыли кингстоны. Подводная лодка погружаться на дно не торопилась. Она встала вертикально, упершись носом в дно. Тогда буксир наехал на ее хвост, пробив балластные цистерны, и К-27 легла на дно.
Подводная лодка с реактором на жидком металле
И в США, и в СССР на ранней стадии рассматривались два варианта реакторов для атомных подводных лодок: водо-водяной и с жидкометаллическим теплоносителем. В варианте с жидкометаллическим теплоносителем в обоих странах были построены опытные стенды и по одной подводной лодке. Только в СССР, несмотря на возникающие проблемы, подобные АПЛ получили право на жизнь, а в США этот проект в 1957 году был закрыт окончательно и бесповоротно.
Идея использования в атомной подводной лодке реактора с жидкометаллическим теплоносителем (ЖМТ) возникла в сентябре 1952 года, когда по решению правительства СССР началось проектирование первой отечественной атомной подлодки. Предложение об использовании реактора с ЖМТ было выдвинуто А.И. Лейпунским в его письме в Первое Главное управление, отправленном в том же сентябре. Целесообразность развития этого направления, по его мнению, заключалась в возможности получения пара более высокой температуры.
Работы начались с выходом 22 октября 1955 года Постановления «О начале работ по созданию ПЛА проекта 645». Головной корабль проекта, который в итоге станет единственным представителем класса, предназначался для борьбы с надводными кораблями и транспортными судами противника при действиях на океанских и удаленных морских театрах.
За основу проекта АПЛ, вести который было поручено СКБ-143, был взят проект первой атомной подводной лодки К-3, поэтому предэскизный и эскизный проекты не разрабатывались. Осенью 1956 года технический проект АПЛ был готов. Несмотря на то, что изначально ставилась задача создать аналог АПЛ К-3 с водо-водяным реактором, между этими двумя лодками появились кардинальные отличия. Тяжёлые ядерные реакторы были смещены ближе к носу корабля, что позволило улучшить его дифферентовку. Это решение было обусловлено во многом ошибочным мнением о безопасности этого типа реакторов и повлекло за собой ухудшение условий обеспечения радиационной безопасности центрального отсека.
Разработчиками силовой установки стали ОКБ «Гидропресс» при научном руководстве Лаборатории «В» (ФЭИ, А.И. Лейпунский), в 1959 году к проекту подключилось ОКБМ. Техническое задание на проектирование реактора для паропроизводящей установки (ППУ) с жидкометаллическим теплоносителем, разработанное Лабораторией «В», было выдано в ОКБМ 20 февраля 1959 года. Техническим заданием предусматривалось несколько вариантов реактора: с эвтектическим сплавом свинец-висмут, с жидким литием, для одно- или двухреакторной паропроизводящей установки (ППУ). В дальнейшем, учитывая, что литий, как теплоноситель, был менее изучен, было принято решение проектные проработки ППУ вести только со сплавом свинец-висмут и в двухреакторном исполнении (индекс ОК-250). В пользу сплава свинец-висмут также были низкая температура плавления (123 град.), высокая температура кипения (1670 град.), низкая активность при контакте с воздухом или водой, а также исключение возможности образования водорода при любых авариях.
Реализация установки с ЖМТ свинец-висмут по целому ряду ее особенностей оказалась значительно более сложной в отработке и потребовала решения таких проблем, как:
Сложной оказалась и проблема обеспечения надежной работы парогенераторов с многократной принудительной циркуляцией, которые были приняты в этой установке, хотя по условиям гидродинамики в связи с наличием сепараторов во втором контуре проблема надежности трубных систем, казалось бы, должна была решаться проще, чем в прямоточных генераторах.
Очень трудно решались проблемы уплотнений насосов первого контура. Разветвленность первого контура породила и проблему «подмораживания» сплава на отдельных участках, что потребовало принятия специальных мер конструктивного плана, а также привело к значительному усложнению эксплуатации установки.
Для решения этих и других проблем в отрасли была создана мощная экспериментальная база, десятки крупных и небольших стендов, реакторные петли и, наконец, в январе 1959 года в ФЭИ был введен в эксплуатацию полномасштабный стенд-прототип реакторной установки 27/ВТ. Его эксплуатация выявила две важнейшие проблемы.
Так, первая кампания эксплуатации стенда завершилась вполне успешно, однако разборка активной зоны после второй кампании показала наличие большого количества шлаков. Этот факт показал недооценку научным руководителем и проектировщиками важности решения проблемы теплоносителя, вследствие чего начались систематические научные исследования в этой области.
Вторая проблема заключалась в «подмораживании» теплоносителя на отдельных участках свинцово-висмутового контура, в частности, первый пуск стенда начался с «подмораживания» активной зоны. Для её решения также был запущен ряд НИР.
Еще одну опасность представлял высокорадиоактивный полоний, образующий в активной зоне. На стенде 27/ВТ в 60-х годах произошло несколько аварий с проливом радиоактивного теплоносителя, что потребовало отработки мероприятий и средств защиты персонала от полония, которые в дальнейшем были перенесены и на подводную лодку.
Разработка рабочих чертежей подводной лодки началась в 1956 году и велась в течение 1957 года. По их готовности в 1958 году была составлена вся техническая документация проекта, получившего индекс 645 (645 ЖМТ). Проект предусматривал, что главная энергетическая установка (ГЭУ) АПЛ проекта 645 мощностью 35 тыс. л.с. состоит из двухреакторной паропроизводящей установки (ППУ) и двухвальной паротурбинной установки. В состав ГЭУ входят два ядерных реактора ВТ-1 с жидкометаллическим теплоносителем суммарной мощностью 146 МВт.
Строительство лодки стартовало в сентябре 1957 года, корабль был заложен на заводе 402 (г. Северодвинск) в цехе 42. При разработке проекта новой лодки был внедрён ряд новых конструкторских решений и использованы новые материалы.
Атомная лодка проекта 645, получившая шифр К-27, была спущена на воду 1 апреля 1962 года. Сразу после спуска на воду начались швартовые испытания, которые проводились с 8 мая 1962 по 10 июня 1963 гг. Одновременно с этим велась достройка ПЛА, были проведены комплексные проверки систем, механизмов и вооружения корабля. При этом энергетическая установка в течение 1962 года ещё не была полностью собрана.
17 августа 1962 года началась загрузка топлива: в атомные реакторы были помещены выемные части с активными зонами. Наполнение первых контуров реактора теплоносителем было проведено 6-7 декабря, теплоноситель поддерживался в разогретом состоянии, и все системы и механизмы реактора работали на холостом ходу. До конца года оба реактора были запущены, и 8 января 1963 года началась обкатка механизмов первых контуров. На лодке работала испытательная партия, составленная из сотрудников СКБ-143, вместе с испытаниями проводилась сдача систем управления реактором и передача их под управление экипажа лодки.
22 июня 1963 года на АПЛ К-27 поднят Военно-морской флаг СССР, после чего лодка находилась в море на совместных заводских, ходовых и государственных испытаниях, которые успешно завершились 30 октября подписанием приёмного акта. В нем также было предложено организовать длительный автономный поход лодки К-27 для «более глубокого изучения эксплуатационных качеств лодки и её АЭУ».
За время сдаточных испытаний лодка прошла 5760 миль за 528 ходовых часов, что в 1,5 раза больше, чем у первенца атомного советского подводного флота АПЛ К-3, причем 3370 миль лодка прошла в подводном положении.
Эксплуатация лодки К-27 стала чередой рекордов по дальности походов, а также продолжительности и протяжённости подводного плавания. Техника обладала уникальными на тот момент свойствами и характеристиками, что позволяло показать потенциальному противнику превосходство советского оружия. При этом все системы корабля, в том числе и силовая установка, работали на пределе своих возможностей, и недооценка опасности такой эксплуатации, возможно, и привела, в конечном итоге, к аварии.
Первый поход К-27 начался 21 апреля 1964 года и длился 51 сутки. Задачей похода стало испытание лодки на предельных режимах для выявления возможностей лодки и проверке систем и механизмов корабля в условиях автономного плавания. В походе возникла нештатная ситуация с реактором левого борта подводной лодки: расплавленный металл попал в газовую систему первого контура и застыл там. В результате в системе произошло падение вакуума, а единственным способом устранения неисправности стала работа непосредственно на месте аварии, вблизи активной зоны реактора. Работы выполнил командир дивизиона капитан 3 ранга А.В. Шпаков, который разрезал дефектную трубку и вручную прочистил её, получив при этом значительную дозу радиации. Затем специалисты-сварщики заварили трубку, восстановив работоспособность реактора.
Наиболее экстремальные условия эксплуатации во время похода были в экваториальных водах, когда температура забортной воды превышала 25 град. Системы охлаждения реактора работали на пределе своих возможностей, при этом температура в реакторном и турбогенераторных отсеках была около 60 0C, а остальные отсеки лодки прогревались до температуры в 45 0C при влажности до 100 %. В походе лодка прошла 12 425 миль, и практически все они были пройдены под водой – на тот момент это был мировой рекорд.
Второй поход лодки начался 15 июля 1965 года и длился 60 суток. Задачей похода стало обозначение присутствия советского подводного флота в Средиземном море, где находился 6-й флот США. В походе случилось несколько нештатных ситуаций, в том числе одна «ядерная» – 25 августа произошло снижение мощности реактора в результате его «отравления» ксеноном, из-за чего энергетические установки корабля работали на 35-80 % мощности.
За время похода было пройдено 15 000 миль, и лодка вернулась на базу в Северодвинск для ремонта, в ходе которого было обнаружено большое количество трещин на легком корпусе лодки.
При подготовке к новому походу в январе-феврале 1967 года на лодке были установлены активные зоны с удвоенной длительностью компании. Операция перезарядки прошла с определёнными сложностями, так как атомоход был загрязнен радиоактивными элементами от первого до девятого отсека. 13 октября 1967 года состоялся выход подлодки в море для проверки систем и механизмов лодки. В море создалась аварийная ситуация, результатом которой стал заброс жидкометаллического сплава в газовую систему 1 контура реактора правого борта. Причиной инцидента стало окисление сплава свинец-висмут, в результате которого образовались шлаки, которые закупорили проход для теплоносителя. В результате два насоса были залиты застывшим радиоактивным сплавом. Для работы реактора потребовалось срочно устранить последствия, в результате ряд специалистов получил предельную годовую дозу радиации, и не был допущен к третьему походу.
Уборка радиоактивного сплава из отсека проводилась по возвращении на базу личным составом других боевых частей и дивизионов, а также вторым экипажем лодки. Для очистки необходимо было кувалдой и зубилами извлекать застывший среди трубопроводов реактора радиоактивный металл. Сроки работы из-за высокой радиоактивности были ограничены десятью минутами, моряки делали по два-три пятиминутных захода, но все равно получили высокие дозы радиоактивного облучения.
После окончания работ началась подготовка к походу. В рамках подготовки была проведена высокотемпературная регенерация сплава для устранения окисей, однако под давлением руководства Северного флота сроки работ были сокращены с затребованных трёх недель до одной.
24 мая 1968 года АПЛ К-27 вышла в Баренцево море для испытаний энергетической установки и отработки задач боевой подготовки. В 11:30 при выводе установок на режим полного хода (80 % мощности) мощность реактора левого борта самопроизвольно начала снижаться. Личный состав, не разобравшись в ситуации, попытался поднять мощность ядерного реактора, но безуспешно. В 12:00 уровень радиации в реакторном отсеке вырос до 150 Р/ч, произошёл выброс радиоактивных газов в помещения реакторного отсека, что являлось признаком повреждения ядерного топлива, и оператор сбросил аварийную защиту левого реактора. Как выяснилось позже, из-за нарушения теплоотвода от активной зоны разрушилось около 20 % тепловыделяющих элементов. Лодка всплыла, провентилировала заражённые отсеки и на одном реакторе правого борта, который работал на обе турбины, добралась до базы. Возвращение в базу стало последним самостоятельным походом лодки.
25 мая был создан штаб по ликвидации последствий аварии на лодке К-27, который принял решение с целью локализации зоны радиоактивного заражения и последствий радиоактивного загрязнения двигательной установки левого борта усилить защиту реактора и заложить аварийный отсек мешками со свинцовой дробью.
В начале июня 1968 года состояние лодки оценила специальная комиссия, которая приняла решение о расхолаживании реакторов. К 20 июня 1968 года машины и механизмы АПЛ были остановлены и законсервированы, лодка выведена из эксплуатации и поставлена на прикол в губе Гремихе.
В январе-феврале 1973 года на АПЛ К-27 был проведен важный эксперимент. Исправную ППУ правого борта успешно «разморозили» и вывели на мощность 20 % от номинальной с подачей пара. Эксперимент обосновал возможность восстанавливать работоспособность реактора с жидкометаллическим теплоносителем после долгого простоя.
В апреле 1980 года было решено законсервировать реакторный отсек лодки, чтобы затопить К-27 в море. С мая 1980 года лодка прошла докование на ЦС «Звездочка», где реакторные установки со всеми трубопроводами были заполнены специальным составом. Поверх этого отсек залили 270 тоннами битума, который полностью закрыл реакторы, чтобы препятствовать проникновению морской воды к радиоактивным частям лодки, вымыванию и заражению моря.
10 сентября 1981 года АПЛ К-27 была затоплена в Карском на глубине 75 метров.
Использование реактора с жидко-металлическим теплоносителем породило немало проблем. Так, например, для поддержания реактора в «горячем» состоянии в Западной Лице на берегу была построена котельная для подачи пара на подводные лодки, а также пришвартованы эсминец и плавбаза. Но в связи с низкой надежностью берегового комплекса подводные лодки «грелись» от своего ядерного реактора, который постоянно работал на минимально контролируемом уровне мощности.
Ещё в процессе конструирования было выявлено несовершенство конструкции реактора, поэтому против использования его в реальных условиях выступили несколько учёных. Так, один из ведущих специалистов СКБ-143 по энергетике Р.И. Симонов на научно-техническом совете по выдвижению на премию за разработку ППУ на ЖМТ попросил снять свою кандидатуру по причине того, что он считал применение этих установок ошибочным.
Тем не менее, созданный реактор ВТ-1 стал значительным шагом в деле развития корабельной атомной энергетики. Он показал принципиальную возможность реализации преимущества ППУ с ЖМТ и определил круг проблем, которые необходимо было решать в будущем при создании установок подобного типа.
Читайте также: