Атомная подводная лодка

Атомная подводная лодка — это корабль, работающий на атомной энергии, который перемещается в основном под водой, но также и на поверхности океана. Раньше на обычных подводных лодках использовались дизельные двигатели, которым требовался воздух для движения по поверхности воды, и электродвигатели с батарейным питанием для движения под ней. Ограниченный срок службы электрических батарей означал, что даже самая совершенная обычная подводная лодка могла оставаться под водой только в течение нескольких дней на малой скорости и всего несколько часов на максимальной скорости. С другой стороны, атомные подводные лодки могут оставаться под водой несколько месяцев. Эта способность в сочетании с передовыми технологиями вооружения делает атомные подводные лодки одним из самых полезных военных кораблей, когда-либо построенных.

История

Первое серьезное предложение о корабле, предназначенном для подводного плавания, было сделано английским математиком Уильямом Борном в 1578 году. Борн предложил использовать два корпуса, один из дерева, а другой из кожи, но это устройство так и не было построено. Первая действующая подводная лодка была построена голландским изобретателем Корнелисом Дреббелем в 1620 году.Используя конструкцию, аналогичную той, что была предложена Борном, это устройство приводилось в движение под поверхностью Темзы восемью деревянными веслами.

В начале восемнадцатого века было построено несколько небольших подводных лодок с использованием аналогичных конструкций. В 1747 году неизвестный изобретатель предложил прикрепить к подводной лодке мешки из козьей кожи. Наполнение мешков водой опускало подводную лодку, а выброс воды из мешков поднимал ее. Та же основная концепция используется в современных балластных цистернах.

Подводная лодка впервые использовалась в боевых действиях во время американской революции. черепаха, разработанный студентом Йельского университета Дэвидом Бушнеллом, попытался прикрепить взрывчатку к британскому военному кораблю, но не смог пробить медную обшивку корпуса корабля. В 1801 году американский изобретатель Роберт Фултон построил Наутилус, подводная лодка, построенная из медных листов поверх железных ребер. Наутилус, который мог нести экипаж из четырех человек, успешно потопил корабли на испытаниях, но был отвергнут как Францией, так и Англией. Фултон работал над паровой подводной лодкой, которая могла нести экипаж из ста человек, когда он умер в 1815 году.

Во время Гражданской войны в США Гораций Л. Ханли финансировал строительство подводных лодок для Конфедерации. Третий из этих судов, Х. Л. Ханли, атаковал и потопил корабль Союза хаусатонический 17 февраля 1864 г., но сам был разрушен в результате взрыва.

В конце девятнадцатого века в США и Европе было построено множество подводных лодок. Методы движения подводной лодки эволюционировали от ручных винтов к паровым двигателям, бензиновым двигателям и электродвигателям. Подводные лодки с дизельными двигателями для надводного хода и электрическими батареями для подводного хода успешно применялись в Первой и Второй мировых войнах.

Развитие ядерной энергетики после Второй мировой войны произвело революцию в технологии подводных лодок. Под руководством Хаймана Риковера, инженера и офицера ВМС США, американские изобретатели Росс Ганн и Филип Абельсон разработали Наутилус, первая атомная подводная лодка, спущенная на воду в 1954 году. К 1959 году некоторые атомные подводные лодки, известные как стратегические подводные лодки, использовались для перевозки ракет с ядерными боеголовками. Другие атомные подводные лодки, известные как ударные подводные лодки, предназначались для потопления вражеских кораблей и подводных лодок. Стратегические подводные лодки и ударные подводные лодки стали жизненно важной частью военно-морских сил во всем мире. Первое применение атомной подводной лодки в активных боевых действиях состоялось в 1982 г., когда британская ударная подводная лодка Завоеватель потопил аргентинский корабль Генерал Бельграно во время конфликта из-за Фолклендских островов.

Роберт Фултон

Роберт Фултон, наиболее известный своими работами в области технологии пароходов, родился в Маленькой Британии, штат Пенсильвания, в 1765 году. В детстве Фултон любил строить механические устройства. Его интерес обратился к искусству, когда он повзрослел, и, хотя ему удавалось поддерживать себя за счет продажи портретов и технических рисунков, общий отклик, полученный на его работу, был разочаровывающим и убедил его сосредоточиться на своих инженерных навыках.

В 1797 году, исследуя каналы в Париже, Франция, Роберт Фултон увлекся идеей «погружающейся лодки» или подводной лодки и начал проектировать ее, основываясь на идеях американского изобретателя Дэвида Бушнелла. Фултон обратился к французскому правительству, находившемуся в то время в состоянии войны с Англией, с предложением использовать его подводную лодку для размещения пороховых мин на днище британских военных кораблей. После некоторых уговоров французы согласились профинансировать разработку лодок, и в 1800 году Фултон спустил на воду первую подводную лодку, Наутилус, в Руане.

Судно овальной формы длиной 24,5 фута (7,5 м) плыло над водой, как обычный корабль, но мачту и парус можно было положить на палубу, когда судно было погружено на глубину 25 футов (7,6 м). наполняя его полый металлический киль водой. План Фултона состоял в том, чтобы вбить шип из металлической боевой рубки в днище целевого корабля.Мина замедленного действия, прикрепленная к шипу, была предназначена для взрыва, когда подводная лодка выходит за пределы досягаемости. Хотя система работала во время испытаний, британские военные корабли были намного быстрее, чем шлюп, использовавшийся в экспериментах, и поэтому им удалось ускользнуть от более медленной подводной лодки. Французы прекратили финансирование проекта после неудачной боевой попытки, но британцы, посчитавшие технологию многообещающей, переманили Фултона на свою сторону. К сожалению, в очередной раз подводная лодка хорошо зарекомендовала себя на испытаниях, но в практических условиях показала себя неудовлетворительно. После неудачи в Трафальгарской битве (1805 г.) британцы тоже отказались от проекта.

После этих событий неустрашимый «Фултон» обратился к новой области исследований — к парам. Через свои контакты в Париже Фултон познакомился с Робертом Ливингстоном (1746–1813), американским министром иностранных дел во Франции, который также владел 20-летней монополией на паровое судоходство в штате Нью-Йорк. В 1802 году они решили создать деловое партнерство. В следующем году они спустили на Сену пароход, спроектированный американцем Джоном Фитчем.

Фултон вернулся в Нью-Йорк позже в 1803 году, чтобы продолжить разработку своих проектов. После четырех лет работы Фултон запустил Клермон, Паровое судно со скоростью почти пять миль в час. Партнерство между Фултоном и Ливингстоном процветало, и Фултон, наконец, добился признанного успеха.

Настойчивость Фултона и вера в его идеи помогли пароходам стать основным средством передвижения по рекам в Соединенных Штатах и ​​привели к значительному сокращению внутренних транспортных расходов.

Сырье

Основным материалом, из которого изготавливается атомная подводная лодка, является сталь. Сталь используется для изготовления внутреннего корпуса, в котором находится экипаж и все внутренние устройства подводной лодки, а также внешнего корпуса. Между двумя корпусами находятся балластные цистерны, которые набирают воду, чтобы подводная лодка тонула, и выбрасывают воду, чтобы подводная лодка поднималась.

Типичная подводная лодка.

Помимо стали, различные детали атомной подводной лодки изготавливаются из других металлов, таких как медь, алюминий, латунь. Другие материалы, используемые для производства тысяч компонентов, из которых состоит полностью оборудованная атомная подводная лодка, включают стекло и пластик. Электронное оборудование включает полупроводники, такие как кремний и германий. Ядерный реактор, питающий подводную лодку, использует в качестве источника энергии уран или какой-либо другой радиоактивный элемент.

Производство
Процесс

Подготовка к производству

• 1 Поскольку атомные подводные лодки производятся только для использования в военных целях, решение об их строительстве принимает национальное правительство. В Соединенных Штатах Отдел подводных боевых действий ВМФ отвечает за запрос на изготовление группы подводных лодок, известной как полет.
• 2 Военно-морской флот принимает заявки от тысяч компаний на производство множества компонентов, из которых состоит атомная подводная лодка. Корпус подводной лодки обычно изготавливается подразделением электрических лодок корпорации General Dynamics. (Первоначальная компания Electric Boat Company построила первые подводные лодки, используемые ВМС США в 1900 году.)
• 3 Финансирование атомных подводных лодок включено в оборонный бюджет, представляемый Президентом Конгрессу. В случае одобрения начинается производственный процесс. Ядерный реактор поставлен в рамках государственного проекта Naval Reactor. Методы, используемые для производства этих ядерных реакторов, тщательно охраняются, и их раскрытие будет считаться нарушением национальной безопасности.

Изготовление корпуса

• 4 Стальные листы толщиной примерно 2–3 дюйма (5,1–7,6 см) приобретаются у производителей стали. Эти пластины вырезаются до нужного размера с помощью ацетиленовых горелок.
• 5 Нарезанные стальные листы перемещаются между большими металлическими роликами под тоннами давления. Катки, каждый диаметром около 28 дюймов (71,1 см) и длиной около 15 футов (4,6 м), установлены так, что один ролик опирается на два других.Когда стальной лист движется под верхним роликом и над двумя нижними роликами, он изгибается в кривую. Пластину раскатывают взад и вперед, пока не будет получена желаемая кривизна.
• 6 Изогнутые стальные пластины размещены вокруг деревянного шаблона, очерчивающего форму корпуса. Затем их вручную сваривают вместе, чтобы сформировать секцию корпуса. Секция поднимается краном и размещается рядом с другой секцией. Две секции медленно прокатываются под автоматическим сварочным аппаратом, который склеивает их вместе. Вращающиеся секции несколько раз перемещаются под сварочным аппаратом, в результате чего получается чрезвычайно прочный шов.
• 7 Сварные секции усиливаются за счет приваривания вокруг них изогнутых Т-образных стальных ребер. Они производятся путем нагрева

Производство подводной лодки очень сложное и использует как ручные, так и автоматизированные процессы. Большие листы стали свернуты и сварены в форме внутреннего и внешнего корпусов. Леса возводятся во время производства, поэтому доступ к ним остается свободным. Каждый аспект производства проверяется инспекцией и мерами контроля качества. Например, сварные стальные компоненты проверяются с помощью рентгеновских лучей. Трубы заполнены гелием для проверки герметичности. В результате считается, что программа военно-морских реакторов имеет лучшие показатели безопасности среди всех ядерно-энергетических программ.

Отделка экстерьера

• 10 Внешние компоненты, такие как рули и гребные винты, изготавливаются с использованием различных методов металлообработки. Одним из важных методов, используемых для многих металлических компонентов, является литье в песчаные формы. Этот процесс включает изготовление деревянной или пластиковой модели желаемой детали. Затем модель окружают плотно утрамбованным затвердевшим песком, помещенным в форму. Половины формы разделены, что позволяет снять модель. Форма желаемой детали остается в виде полости в затвердевшем песке. В полость заливают расплавленный металл и дают ему остыть, в результате чего получается нужная деталь.
• 11 Корпус окружен лесами, что позволяет рабочим добраться до всех его частей.Внешние компоненты приварены или прикреплены иным образом. Некоторые компоненты, такие как гидроакустическое оборудование, крепятся к корпусу, а затем покрываются гладкими стальными листами, чтобы уменьшить трение во время подводного плавания.

Отделка интерьера

• 12 Крупное оборудование размещается внутри корпуса по мере его постройки. Меньшее оборудование вносится во внутренний корпус после его завершения. Подводная лодка спускается до того, как будет установлена ​​большая часть внутреннего оборудования. После церемонии спуска подводную лодку отбуксируют в достроечный док, где продолжаются работы по внутренней отделке. Устанавливаются жизненно важные компоненты, такие как перископы, шноркели, двигатели и электронное оборудование. В это время также устанавливается оборудование для комфорта экипажа, такое как холодильники, электроплиты, кондиционеры, стиральные машины.
• 13 Ядерный реактор начинает работать, когда подводная лодка начинает свои первые ходовые испытания. Экипаж проходит обучение во время круиза по Атлантическому океану. Оружие запускается и испытывается, часто в водах у острова Андрос на Багамах. Подводная лодка официально введена в эксплуатацию на церемонии, которая меняет ее обозначение с «Предварительно-эксплуатационная установка» (PCU) на «Корабль Соединенных Штатов» (USS). Затем подводная лодка проходит круиз по приспособляемости перед тем, как войти в действующую службу.

Контроль качества

Жизненно важная роль, которую она играет в национальной обороне, тот факт, что жизнь ее экипажа зависит от ее надлежащего функционирования, и опасности, присущие ее ядерному реактору, делают контроль качества более важным для атомной подводной лодки, чем почти для любого другого промышленного продукта. Перед началом строительства материалы, которые будут использоваться для создания различных компонентов, проверяются на наличие структурных дефектов. Ранее, когда предлагался новый проект атомной подводной лодки, была построена масштабная модель, чтобы увидеть, можно ли внести какие-либо улучшения. Были сделаны масштабные чертежи нового дизайна, а затем расширены до полноразмерных бумажных шаблонов, что позволило внимательно изучить мелкие детали.Был сделан полноразмерный макет интерьера, чтобы дать строителям возможность скорректировать расположение компонентов, чтобы сэкономить место или сделать их более доступными. В настоящее время моделирование конструкции, модификация и симуляция совершенствуются за счет использования компьютеров.

Когда стальные листы разрезаются и прокатываются для формирования корпуса, их проверяют, чтобы убедиться, что все размеры соответствуют точности с точностью до одной шестнадцатой дюйма (0,16 см); для более мелких деталей может потребоваться точность в пределах одной десятитысячной дюйма (0,00025 см) или меньше. Надлежащая сварка всех стальных компонентов проверяется с помощью рентгеновских лучей. Трубы осматривают, заполняя их гелием и проверяя на герметичность. Каждый инструмент тестируется, чтобы убедиться, что он работает должным образом. В частности, ядерный реактор подвергается строгим испытаниям, чтобы убедиться в его безопасности. В результате этих мер предосторожности считается, что программа военно-морских реакторов имеет наилучшие показатели безопасности среди всех ядерно-энергетических программ.

После того, как подводная лодка сдана в эксплуатацию, она проходит пробный рейс, чтобы посмотреть, как она будет работать в условиях военного времени. Проверяется скорость и маневренность подводной лодки, чтобы убедиться, что она соответствует необходимым требованиям.

Побочные продукты/отходы

Наибольшую озабоченность при обращении с отходами, производимыми атомными подводными лодками, вызывают радиоактивные отходы, производимые ядерными реакторами. Хотя отходов, производимых атомной подводной лодкой, намного меньше, чем отходов, производимых более крупной атомной электростанцией, существуют аналогичные проблемы с утилизацией. Программа Naval Reactors имеет отличный опыт безопасного хранения радиоактивных отходов. Некоторые защитники окружающей среды, однако, выразили обеспокоенность по поводу возможности выброса радиоактивных материалов, если атомная подводная лодка будет потоплена случайно или во время военных операций.

Будущее

Ожидается, что атомные подводные лодки еще долгие годы останутся важной частью систем морской обороны.В будущих проектах будут представлены новые способы повышения скорости и глубины погружения атомных подводных лодок. Исследования также приведут к улучшению способности обнаруживать вражеские корабли, оставаясь при этом незамеченными. С распадом Советского Союза, что привело к сокращению оборонных бюджетов, ВМС США столкнулись с проблемой снижения стоимости атомных подводных лодок при сохранении их эффективности. С этой целью в 1990-х годах была разработана программа «Новая ударная подводная лодка» с целью замены больших и дорогих подводных лодок. Морской волк ударные подводные лодки с меньшими, менее дорогими, но столь же эффективными атомными подводными лодками.

Где узнать больше

Книги

Клэнси, Том. Подводная лодка: экскурсия по ядерному боевому кораблю. Беркли, 1993 год.

Периодика

Джордж, Гленн Р. и Лиза Мегаргл Джордж. «Программа морских реакторов: от Наутилуса до тысячелетия». Ядерные новости (октябрь 1998 г.): 26–33.

Ньюман, Ричард Дж. «Выход на поверхность». Новости США и мировой отчет (6 апреля 1998 г.): 28–31.

Уилсон, Джим. «Беги тихо, беги глубоко». Популярная механика (январь 1998 г.): 62–66.

Другой

«Атомные подводные лодки мира». 24 января 1998 г. http://www.shima.demon.co.uk/sublist.htm/.

— Роза Секрет