Петр Хохлов - Атомная энергия и флот

В результате испытаний, проведенных на прототипе «Марк-I», для подводной лодки «Наутилус» была создана энергетическая установка, получившая условное название «Марк-II» («S2W»). Сама лодка была заложена в г. Гротоне (штат Коннектикут) на судостроительной верфи «Электрик Боут» фирмы «Дженерал динамикс», а в январе 1954 года — спущена на воду. К моменту спуска готовность корабля была равна 60 процентам; на нем установили все механизмы, за исключением самого главного — реактора, который смонтировали позже — в течение февраля–марта 1954 года.

После окончания строительства, в конце сентября 1954 года, подводная лодка была передана командованию военно-морских сил для проведения всесторонних испытаний. Однако эти испытания затянулись вследствие разрыва вспомогательного сварного трубопровода вторичного парового контура. Лишь после того, как вся система паропроводов была снята и заменена бесшовными трубами, лодка вышла на ходовые испытания.

Первый этап испытаний происходил с 17 по 21 января 1955 года вблизи восточного побережья США, в районе острова Лонг-Айленд. За это время лодка прошла около 1000 миль, произвела 50 погружений, ее ядерный реактор проработал 148 часов. После докования лодки, в феврале, начался второй этап испытаний, в программу которого входили погружения на большую глубину, движение под водой на максимальных скоростях и торпедные стрельбы. Всего за время испытаний лодка прошла свыше 3000 миль, произвела 69 погружений, пробыв под водой в общей сложности 92 часа. Ее ядерный реактор проработал около 320 часов. По окончании испытаний подводная лодка «Наутилус» вошла в состав Атлантического флота США. В мае 1957 года «Наутилус» был передан на два месяца в состав американского Тихоокеанского флота для ознакомления его личного состава с особенностями использования атомных лодок.

За два года плавания, с 17 января 1955 по 5 февраля 1957 года, подводная лодка «Наутилус» находилась в море 5400 часов и прошла 60 120 миль, из которых 34 500 миль — в подводном положении. За это время она произвела 859 погружений.

В одном из походов «Наутилус» находился в море 206 часов, в том числе 84 часа под водой. В конце 1955 года лодка совершила переход в подводном положении из Гротона в Сан-Хуан (остров Пуэрто-Рико). Расстояние в 1300 миль она прошла со средней скоростью 16 узлов.

В марте 1957 года атомный реактор «Наутилуса» был остановлен. В нем заменили активную зону, в которую конструкторы внесли ряд усовершенствований, направленных на существенное увеличение срока службы тепловыделяющих элементов. Новая активная зона оказалась выполнена значительно проще, дешевле и надежнее. Она была предварительно проверена в установке «Марк-I» Аргоннской лабораторией во время 1600-часовых испытаний.

Атомная подводная лодка «Наутилус» летом 1958 года совершила подледное плавание в арктическом районе. Во время похода собирались данные для предсказания погоды и расчетов толщины и плотности шапки полярного льда. Лодка шла на глубине 60–75 метров, прошла подо льдом около 1000 миль и приблизилась к Северному полюсу на расстояние 180 миль.

Энергетическая установка «Наутилуса» может развивать суммарную мощность около 15 000–20 000 лошадиных сил, обеспечивая максимальную скорость подводного хода около 19–21 узла. Атомный реактор, установленный на лодке, работает на медленных нейтронах и охлаждается водой под давлением. Ядерное горючее — уран 238, обогащенный ураном 235. Расход горючего составляет около 450 граммов в месяц. Дальность плавания на эксплуатационных скоростях хода в 14–16 узлов — около 50 000 миль. На случай выхода из строя атомной силовой установки на лодке установлено два вспомогательных дизель-генератора, аккумуляторная батарея и два гребных электромотора сравнительно небольшой мощности. Экипаж «Наутилуса» состоит из 101 человека, в том числе 12 офицеров.

В атомной энергетической установке тепло образуется в реакторе, в котором происходит управляемая цепная реакция расщепления ядер урана. Вероятность расщепления изотопов урана 235 и урана 238 существенно зависит от скорости нейтронов, бомбардирующих ядра их атомов. Реакторы могут работать на быстрых промежуточных или медленных нейтронах. Замедление нейтронов осуществляется с помощью специальных замедлителей (графит, тяжелая вода), которые, почти не поглощая нейтронов, уменьшают их скорость. В настоящее время существуют два основных типа реакторов — гетерогенные и гомогенные. В первых замедлитель и расщепляемый материал помещаются отдельными блоками, а во вторых — в виде однородной смеси или раствора.

На подводной лодке «Наутилус» установлен гетерогенный реактор, работающий на медленных нейтронах. В качестве теплоносителя в нем используется обычная дистиллированная вода под давлением. Ядерным горючим служат сплавы урана 238, обогащенные ураном 235, которые отлиты в виде стержней, заключенных в циркониевую оболочку. В замедлителе стержни размещены соосно с охлаждающими трубками, через которые проходит теплоноситель, и вместе представляют собой пространственную решетку. Это — активная зона реактора. Она окружена слоем материала, обладающего способностью отражать нейтроны обратно в активную зону. Затем следует оболочка из углеродистой стали и так называемый первичный экран, предназначенные для поглощения проникающего через отражатель нейтронного потока и гамма-излучения.

При расщеплении ядерного горючего в реакторе выделяется тепловая энергия, которая передается теплоносителю (дистиллированной воде), прокачиваемой по замкнутому контуру специальным циркуляционным насосом. Из реактора горячая вода по трубопроводу поступает в парогенератор, где отдает свое тепло вторичному контуру. Из последнего вода поступает сначала в водосборник, после чего, пройдя через нижние части двух парогенераторов, поднимается вверх по трубкам, в которых происходит интенсивное ее кипение. Из парогенераторов пар поступает в расположенные над ними сепараторы, а затем по главным паропроводам, проходящим через водонепроницаемую переборку, — в машинный отсек. Пройдя через реактор, вода первичного контура становится радиоактивной, поэтому последний также окружен экраном (вторичным).

В парогенераторе, как и в обычном котле, пар образуется при давлении 17,6 кг/см 2и температуре 213 градусов, после чего он поступает в турбину, которая через редуктор вращает гребной вал, и к вспомогательным турбогенераторам. Отработанный пар попадает в конденсатор. Таким образом, получается замкнутый вторичный контур.