ПОДВОДНЫЕ ЛОДКИ С ГИБРИДНЫМИ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ УСТАНОВКАМИ

Николай Александрович Медведь

Современные неатомные подводные лодки (ПЛ) являются высокоэффективным средством вооруженной борьбы на море и представляют собой подвижные платформы, способные нести разнообразное оружие, а также совершать длительное плавание в отрыве от мест базирования. В настоящее время ПЛ российских и иностранных фирм в принципе мало отличаются друг от друга или, во всяком случае, сопоставимы между собой по архитектуре, водоизмещению, оснащению высокоточным оружием, включая ракеты различного класса, способные поражать любые морские и наземные цели. Эти ПЛ близки по живучести, надежности, возможностям радиоэлектронного вооружения и т.д.

Однако опыт показывает, что боевая эффективность дизельных подводных лодок в известной степени обесценивается из-за необходимости периодической подзарядки аккумуляторных батарей, что снижает скрытность их действий и повышает вероятность обнаружения. Так, дизельные подводные лодки ежесуточно затрачивают 2…5 ч на подзарядку батарей. Кроме того, ограниченность энергетических запасов дизельных ПЛ не позволяет использовать их в арктических районах, покрытых льдами.
Проблема увеличения продолжительности подводного плавания, исключающего необходимость частого подвсплытия для зарядки аккумуляторных батарей, может быть решена благодаря применению анаэробных энергетических установок мощностью 100…300 кВт, что повышает срок автономности неатомных ПЛ до 480…720 ч.

В соответствии с классификацией, принятой в ВМС западных стран, неатомные подводные лодки принято делить на три подкласса:

- класс "А" - классические ПЛ с дизель-электрической главной энергетической установкой (ГЭУ);

- класс "В" - подлодки с гибридной ГЭУ, включающей наряду с дизель-электрической установкой еще и дополнительную анаэробную (воздухонезависимую) подсистему;

- класс "С" - подлодки, оснащенные только специальной анаэробной ГЭУ.

Одними из первых боеспособных образцов ПЛ с гибридными ГЭУ являлись немецкие подлодки с так называемыми "парогазовыми турбинами Вальтера", работавшими на перекиси водорода. Германские подлодки XXVI серии с турбинами Вальтера были способны развивать подводную скорость до 24…25 узлов. Корабельного запаса перекиси хватало на шесть часов полного хода, а в остальное время использовалась обычная дизель-электрическая установка и устройство для обеспечения работы дизеля на перископной глубине (шнорхель). Лодки XXVI серии имели архитектурный облик, существенно отличавшийся от традиционных, ориентированный на уменьшение сопротивления в подводном положении. Они стали своего рода шедеврами военно-морской техники, хотя вступить в строй и участвовать в боевых действиях не успели, зато послужили ценным материалом для стран-победительниц в послевоенной модернизации подводных флотов.

В Советском Союзе накануне Великой Отечественной войны также экспериментировали с подлодками, оснащенными анаэробными энергетическими установками. Так, четырнадцатая подводная лодка типа "М" XII серии (до 1940 г. называлась С-92, а затем Р-1) вошла в историю как первая советская лодка с единым двигателем - дизелем, для функционирования которого в качестве окислителя использовался жидкий кислород, хранившийся при особо низкой температуре (-180°С). Разработка РЕДО (регенеративный единый двигатель особый) велась в 1935-1936 гг. по инициативе и под руководством С.А. Базилевского.

Подлодка С-92 на испытаниях в 1939 г. доказала возможность работы дизеля под водой по замкнутому циклу на протяжении 5,5 ч при мощности 185 л. с.

В июле 1946 г. вышло постановление Совета Министров СССР о развитии работ по созданию подводных лодок с "едиными" двигателями. В соответствии с постановлением началось проектирование опытной малой подводной лодки проекта 615 водоизмещением около 390 т, оснащенной "единым" двигателем, который был аналогичен по схеме двигателю лодки проекта 95. В 1955-1958 гг. на заводах № 196 и № 194 было построено 29 лодок этого типа. В процессе эксплуатации на лодках проекта А615 случилось несколько серьезных аварий. Как выяснилось, аварии возникали вследствие неучтенных особенностей энергетической установки и недостаточной подготовки личного состава, который нелестно отзывался о своих ПЛ, называя их "зажигалками".

Вторым из отобранных для реализации типов "единого" двигателя стала уже упомянутая парогазовая турбинная установка (ПГТУ) немецкого конструктора Вальтера. Ленинградское ЦКБ-18 в предэскизном проекте 616 воспроизвело германскую лодку XXVI серии. В 1947 г. на территории советской оккупационной зоны в Германии создали специальное конструкторское бюро под руководством А.А. Антипина, которое занималось восстановлением технической документации парогазовой турбинной установки. Параллельно в ЦКБ-18 началось проектирование подлодки проекта 617 с ПГТУ. При этом все оборудование, кроме ПГТУ, планировалось изготовить на отечественных заводах.

По проекту лодка водоизмещением около 950 т обладала способностью развивать скорость подводного хода до 20 узлов на протяжении 6 ч. Опытную лодку заложили 5 февраля 1951 г. на заводе № 196, а ее испытания завершились лишь 20 марта 1956 г. В 1956-1959 гг. подлодка C-99 совершила 98 выходов в море и прошла более 6800 миль, из них 315 - с ПГТУ. 17 мая 1959 г. на корабле произошла серьезная авария: при запуске ПГТУ на глубине 80 м в турбинном отсеке прогремел взрыв. Лодка всплыла на поверхность и своим ходом пришла на базу. После откачки воды из отсека было установлено, что несчастье произошло вследствие разложения перекиси при контакте с попавшей в клапан грязью.

Впоследствии в связи с успехами в создании атомных подводных лодок руководство советского ВМФ и отечественной судостроительной отрасли практически утратило интерес к неядерным "единым" двигателям для ПЛ. Лишь в первой половине семидесятых годов минувшего столетия работы в указанном направлении возобновились. На этот раз была предпринята попытка оснащения подлодки проекта 613 энергетической установкой с электрохимическим генератором мощностью 280 кВт. В 1988 г. подлодка "Катран" проекта 613Э успешно прошла расширенные государственные испытания и подтвердила принципиальную возможность создания и эффективного использования новой энергетики. Однако развал Советского Союза и последовавшие после этого события на несколько десятилетий отбросили создание отечественной ПЛ с электрохимическим генератором.

А конкуренты не дремали

В последнее десятилетие XX века в Германии, Швеции и Франции были созданы, прошли испытания и начали серийно выпускаться анаэробные энергоустановки на основе двигателей Стирлинга, парогазовых турбин и электрохимических генераторов. Так, германские компании Howaldtswerke-Deutsche Werft GmbH (HDW) и Thyssen Nordseewerke GmbH (TNSW) спроектировали и построили четыре подлодки типа 212 (U 31 - U 34, переданные флоту в 2005-07 гг.). В сентябре 2006 г. бундесмарине заказали еще две подлодки типа 212 со сроком их сдачи флоту в 2012-2013 гг.

Лодка типа 212 имеет подводное водоизмещение 1360 т, длину 53,5 м, ширину 6,8 м и высоту от киля до вершины ограждения выдвижных устройств 11,5 м. В одном из походов U 32 установила мировой рекорд длительности движения в подводном положении (без использования шнорхеля), оставаясь погруженной на протяжении двух недель.

Помимо ВМС Германии, аналогичными подлодками решили обзавестись и итальянские моряки. Фирма Fincantieri по германской лицензии построила в 2005-2007 гг. две лодки (S526 Salvatore Todaro и S527 Scire). В марте 2008 г. итальянское правительство приняло решение заказать еще две подлодки типа 212.

Несколько измененным и усовершенствованным типом германской подлодки с электрохимическими генераторами является проект 214, предложенный немецкими фирмами ВМС Греции. При стандартном водоизмещении 1700 т и длине 65 м лодка способна погружаться на глубину 400 м и несет вооружение из восьми 533-мм торпедных аппаратов. Греческое правительство заказало в Германии три лодки указанного типа. Успешно завершились переговоры о постройке четвертой подлодки Katsonis со сроком готовности в 2012 г.

Обладающая мощной судостроительной промышленностью Южная Корея предпочла закупить в Германии лицензию на постройку трех лодок типа 214. Их изготовление ведется фирмой Hyundai Heavy Industries; первая лодка Admiral Sohn Won-il была передана флоту в декабре 2007 г., а две другие - Jung Ji и Ahn Jung-geun планируется закончить постройкой в 2008 и 2009 гг., соответственно. В настоящее время в правительстве Южной Кореи идут дебаты о целесообразности постройки еще трех ПЛ типа 214. Ценными особенностями лодок этого типа считаются возможность пуска крылатых ракет из торпедных аппаратов из-под воды и наличие двух электрохимических генераторов типа Siemens PEM мощностью по 120 кВт, что позволяет осуществлять движение под водой со скоростью 3…5 узлов на протяжении двух недель.

Свой вклад в создание воздухонезависимых энергетических установок для ПЛ внесли и французы. Так, группой фирм, входящих в кораблестроительный концерн DCN, для французской подводной лодки "Скорпен" (тип Agosta-90B, подводное водоизмещение 1760 т, длина 67 м) была разработана парогенераторная анаэробная ЭУ типа MESMA (Module D'Energie Sous Marine Autonome).

Три подводные лодки типа Agosta-90B были заказаны ВМС Пакистана в 1994 г. Две первые субмарины, Khalid (S137) и Saad (S138) первоначально не были оборудованы анаэробной ЭУ; головной лодкой с такой системой стала третья ПЛ - Hamza (S139).
Существуют проекты оснащения подлодок гибридными энергетическими установками с включением в их состав маломощных атомных реакторов. Подводные лодки, оснащенные малогабаритными ядерными реакторами, по существу, останутся дизельными. Эти установки фирма предполагает поставлять в виде отдельной секции, полностью подготовленной к врезке в корпуса существующих ПЛ или к сборке строящихся. Один из вариантов переоборудования предлагался применительно к подводным лодкам типа "Виктория".

Пожалуй, наиболее впечатляющих результатов в разработке анаэробных установок достиг шведский концерн Kockums Submarin Systems. На французской ПЛ Saga и шведской ПЛ Naecken типа А14 в процессе модернизации были смонтированы двигатели Стирлинга V4-275R, которые использовались в качестве вспомогательных энергетических установок для экономического подводного хода. При переоборудовании в прочный корпус лодки ПЛ Naecken непосредственно за ограждением рубки была сделана вставка длиной около 8 м с двумя двигателями Стирлинга мощностью по 110 кВт, осуществляющими привод генераторов постоянного тока. Запас жидкого кислорода позволял лодке Naecken находиться под водой без всплытия до 14 суток.

Затем концерн Kockums Submarin Systems сделал еще более впечатляющий шаг, построив в 1992-1996 гг. три ПЛ класса Gotland (тип А19). Энергетическая установка подлодок включала обычные дизели и два двигателя Стирлинга V4-275R мощностью по 75 кВт. Длина субмарин - 60,4 м, подводное водоизмещение - 1599 т.

Самый многообещающий проект шведов связан с перспективной подводной лодкой Viking. Это название выбрано не случайно. В реализации проекта должны участвовать еще две скандинавские страны - Норвегия и Дания. Фирма Kokums в содружестве с норвежской и датской судостроительными компаниями образовали консорциум для практической работы над проектом. Всего планировалось построить 12 субмарин нового поколения. По мнению ведущих специалистов, эта была бы лучшая неатомная подводная лодка начала XXI века. На ней планировалось установить единый двигатель Стирлинга большой мощности (ориентировочно 800 кВт). Однако сегодня судьба "Викинга" оказалась в руках Европейской судостроительной компании, контролируемой немецкими концернами. А они, разумеется, не слишком-то заинтересованы в успехе скандинавов, своих прямых конкурентов.

На помощь скандинавам нежданно-негаданно пришли японските ВМС, которые еще в 1997 г. спустили на воду субмарину S 589 Asashio, на которой в порядке эксперимента смонтировали два двигателя Стирлинга. После завершения цикла испытаний японские адмиралы приняли решение о постройке уже целой серии ПЛ класса Soryu, первая из которых должна вступить в строй в марте 2009 г. Эти лодки значительно крупнее немецких и шведских (подводное водоизмещение 4200 т, длина 84 м, экипаж 65 человек).

И наконец, последними из мировых держав окончательный выбор по типу анаэробной установки сделали американцы. Их решение однозначное - двигатели Стирлинга. Для этого в 2005 г. ВМС США взяли в лизинг шведскую подводную лодку типа Gotland, оснащенную вспомогательной воздухонезависимой установкой Стирлинга. Как сообщает журнал Jane's Defence Weekly, субмарину предполагали использовать для отработки противолодочных операций кораблями американского флота. Лодка была приписана к военно-морской базе Сан-Диего (штат Калифорния), где находится Командование противолодочной войны. Отметим, что ВМС США в последнее время вновь стали проявлять повышенное внимание противолодочной обороне. Это объясняется стремительным ростом военно-морских сил Народно-освободительной армии Китая и, прежде всего, количественным увеличением и повышением качества подводного флота КНР.

Подводная лодка типа Gotland нужна США и для освоения современных технологий неатомного подводного судостроения, утраченных в Соединенных Штатах. В 2006 г. американская корпорация Northrop Grumman и шведская фирма Kokums, построившая ПЛ типа Gotland, подписали соглашение о сотрудничестве. В рамках этого сотрудничества американские специалисты получат возможность в деталях изучить конструкцию новейшей субмарины шведского флота. А помогут им в этом шведские моряки, которые будут нести службу на лодке вместе с американскими коллегами.

По мнению ведущих специалистов, субмарины с гибридными ЭУ уже в настоящее время по своим характеристикам не только приблизились к атомоходам, но по некоторым показателями даже превосходят их. Так, в ходе двух учений в Атлантике, прошедших в 2003 г., шведская подводная лодка Halland с анаэробными двигателями Стирлинга "победила" в дуэльной ситуации испанскую субмарину с обычной дизель-электрической установкой, а затем и французскую атомную лодку. Она же в Средиземном море одержала верх в "схватке" с американской атомной подводной лодкой Huston. При этом необходимо отметить, что малошумный и высокоэффективный Halland стоит в 4,5 раза дешевле своих атомных соперников.

Достоинства гибридных ЭУ

Учитывая приблизительно одинаковый уровень совершенства оружия и радиоэлектронного вооружения большинства ПЛ западноевропейских стран - основных поставщиков ПЛ на мировом рынке, конкурентоспособность перспективных ПЛ будет во многом определяться типом двигателя, примененного в анаэробной ЭУ.

От всех известных преобразователей энергии прямого цикла (дизелей, паровых и газовых турбин, карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, ЭХГ и др.), которые могут использоваться в составе анаэробных установок, двигатели Стирлинга выгодно отличаются целым рядом качеств, которые обуславливают перспективу их применения на неатомных ПЛ: практическая бесшумность в работе из-за отсутствия взрывных процессов в цилиндрах двигателя и клапанного механизма газораспределения и достаточно плавного протекания рабочего цикла при относительно равномерном крутящем моменте, что напрямую влияет на акустическую скрытность ПЛ - главную составляющую обобщенного показателя - "скрытность ПЛ"; высокий к.п.д. (до 40 %), что значительно выше соответствующего показателя лучших образцов дизелей и карбюраторных ДВС; возможность использования в качестве горючего нескольких типов углеводородного топлива (соляровое топливо, сжиженный природный газ, керосин и др.); эксплуатация двигателей Стирлинга, работающих на традиционном топливе, не требует создания сложной береговой инфраструктуры (в отличие от электрохимических генераторов); моторесурс современных двигателей Стирлинга составляет 20...50 тыс. часов, что в 3…8 раз превышает срок жизни топливных элементов (около 6 тыс. часов); при сроке эксплуатации ПЛ порядка 25...30 лет применение двигателей Стирлинга позволит сократить необходимое количество подводных лодок на 35…40 % по сравнению с потребным числом лодок с электрохимическими генераторами (из-за более высокой надежности).

По мнению ряда иностранных и отечественных специалистов, двигатель Стирлинга является наиболее конкурентоспособным типом двигателя для анаэробных энергетических установок неатомных ПЛ в силу указанных выше преимуществ. Более того, если сегодня разрабатываются установки, увеличивающие подводную автономность до 30...45 суток на режимах экономического хода, то в недалеком будущем двигатель Стирлинга можно рассматривать как единый всережимный источник энергии, обеспечивающий как подводный, так и надводный ход во всем диапазоне нагрузок.

Преимущества двигателей Стирлинга по сравнению с другими преобразователями энергии прямого цикла позволяют рекомендовать его как универсальный двигатель для всех типов неатомных ПЛ малого, среднего и большого водоизмещения.

Отечественный ВМФ заинтересован в создании ПЛ с анаэробными ЭУ для использования их на Балтийском и Черном и морях, где использование атомоходов исключено по политическим мотивам. Общая потребность ВМФ в таких подлодках ориентировочно составляет 10-20 единиц. Весьма крупным рынком сбыта неатомных ПЛ с двигателями Стирлинга в недалеком будущем станет международный рынок вооружений, где начиная с 2005 гг. наблюдается устойчивое повышение спроса на подобные ПЛ со стороны стран Латинской Америки, Юго-Восточной Азии, Ближнего и Среднего Востока. В целом, ориентировочная рыночная ниша составляет от 300 до 400 ПЛ при средней стоимости ПЛ около $300...400 млн.

В настоящее время неатомные ПЛ входят в состав 30 флотов зарубежных стран. Учитывая, что срок службы этих лодок оценивается около 30 лет и то, что большинство из них было построено не позднее конца восьмидесятых годов минувшего века, можно ожидать, что с 2010 г. многие перечисленные страны задумаются о приобретении новых неатомных ПЛ вместо устаревших кораблей, исчерпавших свой ресурс.

[Напоминаем, что Интернет-вариант статьи сильно сокращен. Ред.]