А.А.Виноградов, к.т.н., гендиректор и главный конструктор проектов АО «СИЛА ОКЕАНОВ» г. Шатура, Россия

Настоящая статья касается перспектив применения турбо-ядерных реактивных движителей (ТЯ-РД) различных конструкций при создании подводных и надводных судов и кораблей. Главной отличительной особенностью ТЯ-РД является то, что он выполнен в корпусе, рассчитанном на давление погружения, а также то, что он является управляемым и полностью автономным устройством, которое присоединяется к корпусу судна на кронштейне - подвеске, исполняя роль дополнительного движителя судна.

ТЯ-РД позволяет увеличить скорость хода и манёвренность практически любого судна или корабля, вплоть до возможности быстрого разворота на месте. Информация как в предшествующих, так и в этой статье может быть полезна реальным инженерам и конструкторам новой техники для понимания того, какую военную технику для ВМФ делают сегодня и собираются создавать в ближайшей перспективе. И главное, какую действительно инновационную технику можно уже сегодня создать за те же деньги и в те же сроки. Только надо напрячь мозги и потрудиться. Это новая платформа для развития малой энергетики и транспортных силовых установок на базе безопасного ядерного реактора.

  Прошел саммит Президентов США и России. «Топор войны» как бы спрятан в чулан. Теперь два мощных государства не враги, а соперники. Президент России В.В.Путин призвал отказаться от неэффективных старых решений.

Представим себе Незнайку (герой писателя Н.Носова), который решил создавать инновационную технику для будущего соперничества. Незнайка первым делом создал свою государственную структуру - «Главное управление Незнайки и друзей» (ГУНиД). По Уставу цель этой государственной структуры создавать новую инновационную технику и вооружения для своего города, дабы городу не слыть в миру слабым. При этом, чтобы и сам Незнайка не был в убытке и по деньгам, и по славе умненького политического деятеля и менеджера.

«Мы создаём свою, капиталистическую свободную, честную и справедливую державу» - сказал Незнайка (далее по тексту - Н). «Разве капитализм может быть честным и справедливым априори? Последние действия соперника продемонстрировали, что такое демократия! И что такое соблюдение международного права» - высказался Технарь (далее по тексту - Т).

Н возразил: «Главное всем о справедливости говорить, всем и постоянно, тогда и население привыкнет к тому, что наш капитализм - это самый лучший государственный строй на планете. Мы создаём самую лучшую во всём мире военную технику. Мы заботимся о развитии техники и всеобщем благополучии. Мы впереди планеты всей».

Н: «Так, что есть у нас новенького из инновационного?». Т: «Да всё то, что придумали до настоящего момента в технике Винтик и Шпунтик. Художник Тюбик, музыканты и другие не в счет, политологи и др. вообще - балаболы». Н: «Винтик и Шпунтик, это что, частники, физические лица? Надо у них всё отобрать и передать государственным структурам, пусть проектируют и изготавливают! Частникам нет места в военных разработках за деньги бюджета. По этому поводу мой первый Указ».

Т: «Так ведь государственники за последнее время вообще ничего нового не изобрели!». Н: «Ничего страшного, возьмут идеи, патенты и изобретения Винтика и Шпунтика, и доведут их до готового изделия». Т: «А если не смогут?». Н: «Как не смогут? Мы же им платим деньги налогоплательщиков. Значит должны сделать из изъятых патентов «мировую клубничку» в военной технике. А что? Они вообще превратились в morons (дебилов)? Как такое могло случиться? Ведь все государственные структуры пропитаны американскими консультантами. И многие сегодняшние управленцы были обучены в заграничных бизнес-школах, например, университета Чикаго по специальности "мастер делового администрирования". Да, не забудьте напомнить государственникам о том, что мы покупаем у них изделия, а они должны нам за это cash back. Уж очень хороший этот официальный механизм придумали банкиры! И не используйте cash-starved банки (банки с малым объёмом налички). А у частных фирм все подходящие нам изобретения, патенты и идеи надо изъять тихо и бесплатно, даже копейки им не платить. Об этом мой негласный второй Указ».

Т: «Но ведь при капитализме так поступать нельзя». Н: «Ничего, у нас свой капитализм. Ведь на частников у нас нет рычагов, чтобы по-честному платили cash back».

Н напряг государственный умище: «Частники пусть зарабатывают деньги сами на мировом рынке, на наших соперниках и партнерах. На них не введут санкции. Ведь если что-то толковое сотворят на идеях наших изобретателей или китайцы, или американцы, или французы, то потом мы посмотрим, как это использовать нам для себя. Наших изобретателей мы всегда успеем обозвать изменниками и пособниками в утечке гостайны».

Nакая же ситуация сложилась в судостроении и атомной промышленности. Деньги - только своим. В этой связи предлагаем всем заинтересованным инженерам и конструкторам использовать наши идеи и технические решения, кроме тех, которые уже применяются нашими партнёрами. На рис. 1 представлен вариант компоновки нового турбо-ядерного реактивного движителя ТЯ-РД.

Рис. 1. Где: 1 - корпус несущий давление погружения; 2 - внутренний объём заполненный газом - рабочим телом 2-го контура; 3 - активная зона (АкЗ) ядерного реактора (ЯР); 4 - теплообменник, в 1-ом контуре жидкометаллический теплоноситель (ЖМТ), во 2-м контуре газ; 5 - циркуляционный насос ЖМТ, 6 - теплообменник для охлаждения газа выхлопа турбины и отвода тепла в забортную воду; 7 - газовая турбина; 8 - компрессор газа трёхступенчатый; 9 - закрылки водозаборника; 10 - вал; 11 - сальник вала; 12 - водяная турбина - центробежный насос; 13 - трубопровод напорный реактивного водяного сопла; 14 - контейнер аварийного сброса ядерного топлива («гробик»). На рис. не показаны элементы «ноу-хау» и управления.

В этом варианте ТЯ-РД в качестве источника тепла применён один быстрый реактор с ЖМТ с двухконтурной схемой передачи тепла рабочему телу для газовой турбины. В качестве ЖМТ в 1-ом контуре использован сплав свинца с компонентами, во 2-ом контуре в качестве рабочего тела турбины использован углекислый газ СО2 сверхкритических параметров. ТЯ-РД поставляется с завода изготовителя в т.н. «замороженном состоянии», при котором ЖТМ находится в 1-ом контуре в затвердевшем виде. Внутрь корпуса закачен СО2 до соответствующего давления. В таком состоянии ТЯ-РД может находиться длительное время на складе, и в этом же состоянии он поступает потребителю.

Запуск ТЯ-РД в рабочее состояние производится путём движения его в воде со скоростью 8-10 м/с, что соответствует примерно скорости судна 16-20 узлов. При этом крылья водозаборника открываются, и обеспечивается поступление набегающего потока забортной воды на вход водяной турбины - центробежного насоса, который осуществляет прокрутку вала до требуемых оборотов. Конструкция водяной турбины и газового компрессора исключат помпаж (hunting, surge) и гидроудар при запуске. Компрессор, забирая газ из корпуса, сжимает его, в результате чего газ нагревается до температуры примерно 450 0С и поступает на вход теплообменника. Далее происходит прогрев теплообменника до полного расплавления ЖТН в 1-ом контуре. Расплавление ЖТН в АкЗ может производиться реакторным разогревом. Конструкции теплообменника, АкЗ и шаровых твэлов и пэлов позволяют затвердевать и расплавляться ЖТН прямо в контуре.

Время запуска ТЯ-РД в работу определяется временем разогрева ЖТН, которое составляет примерно 1 - 3 час в зависимости от температуры контура с которой начали разогрев. При необходимости ядерный реактор может быть выведен на минимально контролируемый уровень (МКУ) мощности или вообще остановлен до состояния затвердевания ЖТН. В случае аварийного перегрева ядерного топлива и АкЗ, механическая система производит раскрытие створок в нижней части АкЗ и шаровые твэлы и пэлы вместе с ЖТН выводятся в спецконтейнер «гробик». Объёмная форма «гробика» исключает продолжение цепной реакции деления ядерного топлива и осуществляет сброс остаточного тепловыделения в забортную воду через стенку корпуса за счет только теплопроводности.

Такая система аварийного расхолаживания ядерного топлива исключает вероятность расплавления АкЗ в случаях с нарушением циркуляции ЖТН. Ядерные реакторы с такой системой расхолаживания ядерного топлива являются безопасными. В случае аварийного останова ТЯ-РД подлежит замене и в дальнейшем восстановлению на заводе-изготовителе. Ожидается, что ТЯ-РД может создавать тягу примерно до 1,2 миллиона Ньютон (как, например, тяга у АПЛ «Вирджиния», 2004 года, класс SSN_774 США, поколение 4) и иметь срок непрерывной работы около 25000 часов.

На рис. 2 представлен вариант компоновки нового турбо-двуядерного реактивного движителя Т2Я-РД.

Рис. 2. Где: 1 - корпус несущий давление погружения; 2 - внутренний объём заполненный газом - рабочим телом газовой турбины; 3 - трубопроводы подвода газа сверхкритического давления; 4 - активная зона (АкЗ) ядерного реактора №1 (ЯР1); 5 - АкЗ ядерного реактора №2 (ЯР2); 6 - теплообменник для охлаждения газа выхлопа турбины и отвода тепла в забортную воду; 7 - газовая турбина; 8 - компрессор газа трёхступенчатый; 9 - закрылки водозаборника; 10 - вал; 11 - сальник вала; 12 - водяная турбина - центробежный насос; 13 - трубопровод напорный реактивного водяного сопла; 14 - контейнеры аварийного сброса ядерного топлива («гробики»); 15 - свинцовый экран АкЗ; 16 - расположение каналов системы управления и защиты реактора. На рис. не показаны элементы «ноу-хау».

В отличие от двухконтурного исполнения с одним реактором Т2Я-РД имеет значительно меньшую массу и габариты, а также, из «замороженного состояния» время вывода двух реакторов на полную мощность составляет секунды. Силовая часть реактивного двуядерного движителя практически повторяет конструкцию ТЯ-РД. Тем не менее, существуют отличия, связанные с быстрым запуском. В общем случае Т2Я-РД предусмотрено использовать в беспилотных подводных аппаратах (БПА) как разовое устройство. Запуск в работу БПА может производиться с его носителя, например, с катера или подводной лодки.

Манипулятором из мокрого грузового отсека подводной лодки, двигающейся под водой со скоростью 16-20 узлов, выводится БПА соосно в поток обтекаемой забортной воды. После раскрытия закрылок водозаборника, происходит запуск Т2Я-РД и БПА манипулятор отпускает в самостоятельный ход. Но можно запускать Т2Я-РД путем десантирования с парашюта. Падая с высоты около 100 м, вертикальный вход БПА в воду позволяет напором воды, поступающей через открытые закрылки водозаборника, кратковременно прокрутить вал и за это время запустить турбину и реакторы.

После выполнения задания БПА возвращается в заданную точку акватории океана, где его ждет вспомогательное судно, которое вылавливает БПА и отвозит на переработку. После останова реакторов повторный их пуск невозможен, поскольку шаровые твэлы высыпаются в «гробики» вместе с расплавленным сплавом свинца, который до момента слива создавал вокруг АкЗ защитную рубашку. Остаточное тепловыделение снимается в «гробиках» за счет теплопроводности свинца, заполняющего все зазоры в плотной засыпке между шаровыми твэлами и пэлами в «гробиках». Объёмная форма «гробика» исключает продолжение цепной реакции деления ядерного топлива и осуществляет сброс остаточного тепловыделения в забортную воду через стенку корпуса за счет только теплопроводности.

Такая система аварийного расхолаживания ядерного топлива исключает вероятность его расплавления и АкЗ в случаях с нарушением циркуляции ЖТН. Ядерные реакторы с такой системой раздельного расхолаживания ядерного топлива и АкЗ являются безопасными. В случае аварийного останова ядерного реактора Т2Я-РД подлежит замене и, в дальнейшем, восстановлению на заводе-изготовителе, если конечно БПА не разрушился при исполнении задания. Ожидается, что ТЯ-РД может создавать тягу примерно до 1 миллиона Ньютонов  и иметь срок непрерывной работы около 25000 часов.

В последующей статье будет раскрыты некоторые особенности активной зоны ядерного реактора, который применяется в ТЯ-РД и Е2Я-РД. А также способ укрощения неповоротливых АПЛ, таких как, «Вирджиния», «Юрий Долгорукий», проектов «Ясень» и «Хаски» и «Колумбия». Цель укрощения - создать условия для экипажа АПЛ не исполнения приказа пуска баллистической ракеты с борта в сторону противника. Для получения интересующей Вас информации обращайтесь письменно заказным письмом в НАО «СИЛА ОКЕАНОВ» по адресу: ул. Ботино, дом 26А, г. Шатура Московской обл., 140700, Россия. Для открытой переписки можно пользоваться эл. почтой E-m: c.pluton@yandex.ru .

Литература:

1. Н. И. Кошкин, Е. Н. Васильчикова. Элементарная физика. Справочник/ - М.: АО «СТОЛЕТИЕ», 1995 – 304 с. Илл.