Петр Хохлов - Атомная энергия и флот

Основными требованиями, которым должна в той или иной степени удовлетворять любая энергетическая установка корабля, являются высокая удельная мощность на единицу ее веса, малый расход топлива, надежность и живучесть, маневренность и небольшая стоимость эксплуатации. Высокая удельная мощность установки позволит добиться дальнейшего увеличения скорости хода корабля без увеличения веса и габаритов этой установки, а надежность последней и малый расход топлива дадут возможность увеличить дальность и автономность плавания. Большое значение имеет также маневренность установки, так как от этого зависят тактические свойства корабля.

Вес современной паросиловой энергетической установки вместе с запасом топлива обычно составляет около 25 процентов от водоизмещения корабля, а на малых быстроходных кораблях — даже до 50 процентов. Максимальная скорость, которой достигают современные корабли (30–40 узлов), в настоящее время не может быть увеличена без дальнейшего значительного повышения мощности двигателей, а следовательно, и увеличения доли водоизмещения, приходящегося на энергетическую установку.

Применение на кораблях атомных двигателей позволит значительно повысить мощность установок без существенного изменения их веса и габаритов. Одной из особенностей ядерных реакторов по сравнению с обычными паровыми котлами является большое количество энергии, снимаемой с единицы их полезного объема. Так, если современный паровой котел дает не более 180 киловатт с 1 кубического метра, то ядерный реактор позволяет снимать с единицы объема в 100 раз больше энергии. Эта существенная разница в количестве энергии, снимаемой с единицы объема, позволяет сравнивать атомную энергетическую установку с реактивным двигателем самолета. Однако необходимость в защитном экране, предохраняющем обслуживающий личный состав от радиоактивных излучений, значительно увеличивает размеры и вес такой установки. В технической литературе имеются указания на возможность создания уже в настоящее время корабельной атомной энергетической установки с термодинамическим коэффициентом полезного действия 20–25 процентов, работающей на перегретом паре с температурой до 400 градусов. Вес подобной установки без защитного экрана не будет превышать 10 килограммов на лошадиную силу, а по размерам она может быть меньше, чем обычные корабельные паросиловые установки.

Автономность плавания современных кораблей ограничена количеством имеющегося на них топлива и его расходом, зависящим от скорости хода. Наибольшая дальность плавания корабля возможна только при экономическом ходе со сравнительно небольшой скоростью. Если скорость хода увеличивать, то эффективная мощность установки возрастает пропорционально кубу скорости. Расход же топлива в час прямо пропорционален мощности установки. Поэтому при увеличении скорости хода, например, в два раза расход топлива повышается в восемь раз. Но так как при увеличении скорости хода в два раза число пройденных в единицу времени миль увеличивается также вдвое, то дальность плавания корабля при заданном запасе топлива уменьшается в четыре раза.

В связи с этим интересно сравнить дальность плавания, а следовательно, и автономность кораблей с атомной энергетической установкой. Известно, что каждое ядро урана при делении освобождает энергию в 195–200 миллионов электроно-вольт. Таким образом, при расщеплении всех ядер 1 килограмма урана количество выделяемой энергии составит около 1000 киловатт в сутки. В соответствии с этим ежесуточный расход ядерного топлива военными кораблями различных классов, идущих со скоростью 30–35 узлов, при коэффициенте полезного действия установки 20 процентов составит: для эскадренного миноносца — 220 граммов в сутки, для крейсера — 550 граммов в сутки, для авианосца — 740 граммов в сутки. Эти цифры показывают, что корабли с атомными энергетическими установками смогут плавать, не нуждаясь в пополнении топлива, длительное время.

Во время работы в реакторе накапливаются «осколки» деления и продукты распада, которые поглощают нейтроны, в результате чего через определенное время может происходить затухание цепной реакции. Поэтому тепловыделяющие элементы периодически придется заменять. Промежуток времени, по истечении которого необходима будет такая замена, зависит от типа реактора, положения тепловыделяющих элементов в нем и вида топлива. Обычно смена тепловыделяющих элементов реактора производится после использования 10 процентов урана 235. Это означает, что если, например, топливом будет служить естественный уран в количестве 40 тонн, в котором урана 235 только 280 килограммов, то до смены топливных элементов можно использовать только 28 килограммов урана 235. Таким образом, при суточном расходе уранового топлива 0,74 килограмма в сутки линкор или авианосец с машинной установкой в 200 000 лошадиных сил и запасом уранового топлива в ядерном реакторе 40 тонн сможет плавать на полной скорости в 30 узлов в течение 38 суток после каждой новой смены топливных элементов. Дальность плавания на полной скорости достигнет 27 400 миль, тогда как для кораблей с обычными энергетическими установками эта цифра не превышает нескольких тысяч миль. Приведенные данные относятся к естественному урану. При использовании же для корабельных атомных энергетических установок обогащенного топлива дальность плавания с максимальной скоростью, вероятно, достигнет 50–60 тысяч миль.

Что же касается надежности и живучести атомных установок, то в этом отношении они ни в чем не уступают существующим обычным энергетическим установкам. Об этом свидетельствует, в частности, опыт успешно действующей в Советском Союзе атомной электростанции. Кроме того, защитный экран, обеспечивающий безопасность личного состава, одновременно повышает живучесть атомной энергетической установки, предохраняя ее от боевых повреждений.

Вполне очевидно, что на кораблях с атомными энергетическими установками не будет дымовых труб, системы воздухозабора для главных котлов, запасов мазута. Меньший объем будут иметь котельные установки. Вся главная энергетическая установка корабля будет надежно укрыта под бронированной обшивкой. Отсутствие воздухозаборных шахт и дымоходов главных котлов создаст новые возможности для организации противовоздушной обороны и защиты корабля от воздействия атомного оружия.

Небольшие размеры атомных энергетических установок, а также особенности управления ими позволяют считать эти установки более маневренными по сравнению с обычными паросиловыми. Расчеты показывают, что стоимость эксплуатации атомных энергетических установок значительно ниже стоимости эксплуатации корабельных установок, работающих на мазуте.