Google+
Мир Алексея Пехова: Хроники Сиалы HELLBOY КЛАССИКИ. КЛИФФОРД САЙМАК МИРЫ. «ВАВИЛОН 5»
Версия для печатиФутурология: Футурология. Ядерные корабли «на гражданке»
Кратко о статье: Атомные силовые установки широко используются в подводном флоте и в военном деле, но в значительно меньшей степени распространены на обычных судах. Интересно, почему?..

Надводный атом

ЯДЕРНЫЕ КОРАБЛИ «НА ГРАЖДАНКЕ»

Минут через двадцать адского движения «Державино» содрогалось, стонало и молило о пощаде, а мы дергались на крыльях мостика от сотрясений, как китайские болванчики, под аккомпанемент свирепого рыка: «Сократить дистанцию!» Так вот, минут через двадцать мы со смертным ужасом увидели, что атомоход встал! Встал перед нами так неподвижно, будто упер форштевень в мыс Баранова!

Виктор Конецкий «Вчерашние заботы»

Так повелось, что технические новшества, прежде чем войти в гражданскую жизнь, испытываются военными. Вероятно, это правильно: военные привыкли к риску. Но испытания ядерных двигателей несколько затянулись. Уже почти шесть десятилетий атомные силовые установки используются в подводном флоте и отлично себя зарекомендовали. Имеют они успех и над водой — если речь об авианосцах. А вот мирное применение реакторов на судах всё ещё ограничивается единичными случаями.

КОЛЕМ ЛЁД!

Собственно, первым в истории судном с ядерной силовой установкой стал советский ледокол «Ленин», спущенный на воду 5 декабря 1957 года. Его создание было закономерным: ядерная установка при всей её сложности и дороговизне имела ряд неоспоримых преимуществ применительно именно к ледокольному флоту. Ледоколам нередко приходилось производить сложные, крайне длинные рейсы без возможности зай ти в порт и дозаправиться, при этом расход энергии при прохождении через лёд был значительно выше, чем у обычного судна. Мирный атом позволил сделать ледокол, способный много лет служить без дозаправок и требовать при этом минимального обслуживания. Кстати, с теми же целями и примерно в то же время разрабатывался проект атомного поезда для сибирских просторов, — но реализован не был.

По ходовым показателям «Ленин» нисколько не уступал рядовым «коллегам»: два реактора по 32,4 МВт (проще говоря, по 44 000 л.с.) позволяли кораблю водоизмещением 16 тысяч тонн развивать скорость 18 узлов по чистой воде или преодолевать льды полутораметровой толщины. Именно толщина проходимых льдов стала основным фактором, повлекшим за собой строительство «Ленина»: при прохождении ледовых полей расход горючего огромен и в условиях Северного морского пути достигает 10 тысяч тонн за навигацию. Ядерное топливо обходится в четыре, а с учётом затрат на доставку солярки в порты Крайнего Севера — даже в восемь раз дешевле.

Дополнительное достоинство атомного ледокола — его исключительная надёжность. По сравнению с дизелем ядерная силовая установка, несмотря на использование при её производстве технологий, в середине прошлого века ещё считавшихся высокими, достаточно проста в обслуживании, ремонтопригодна и лишена агрегатов, склонных к внезапному отказу.

Легендарный ледокол «Ленин» во льдах Северного морского пути

«Арктика», родоначальник одноимённой серии атомных ледоколов

Шестнадцать лет эксплуатации «Ленина» продемонстрировали исключительную эффективность атомных ледоколов (правда, спустя восемь лет после спуска на воду, в 1966 году, атомоходу потребовался капремонт, в ходе которого поставили новую двухреакторную установку: ядерная физика в те времена развивалась с такой же скоростью, с какой сегодня — компьютерные технологии). Так или иначе, перед инженерами встала задача перевести советский ледокольный флот на атом

Массовый проект атомных ледоколов получил общее название «Арктика» — по имени «первенца». Первая «Арктика» сошла со стапелей 26 декабря 1972 года, а за ней последовало ещё шесть атомоходов-близнецов. От «Ленина» новый тип судов отличался, во-первых, увеличенным в полтора раза водоизмещением, а во-вторых, невероятно (не только по советским меркам) роскошными условиями для проживания экипажа. В трюмах корабля размещались волейбольная площадка, две сауны и бассейн. Правда, без вышки для прыжков в воду (позже эта недоработка была учтена при конструировании подводных лодок проекта 941 — и это не шутка).

В принципе, предусматривалось и военное применение атомного ледокола. На борту имелись платформы для монтажа ракетных и артиллерийских установок. Два вертолётных ангара могли быть заняты боевыми противолодочными машинами. А наличие стоматологического кабинета позволяло проводить жёсткий допрос захваченных вражеских агентов без переправки их на «большую землю».

Ледокол «Ямал» (спущен на воду в 1992 году) — главный оплот мирового арктического туризма

Благодаря низкой осадке ледокол «Таймыр» способен работать в устьях полярных рек

Оборудование корабля бассейном и волейбольной площадкой, впрочем, объяснялось просто. Ледокол не берёт грузы (точнее, берёт их очень редко, мало и в случае крайней необходимости), и на борту остаётся слишком много свободного места, которое нужно чем-то занять. Главной же изюминкой конструкции стали два 171-мегаваттных реактора, позволявшие ледоколам типа «Арктика» развивать скорость 20 узлов при использовании силовой установки всего на 50% мощности. Даже при работе реакторов в «полнакала» для корабля не были препятствием ледовые поля 2,8-метровой толщины. Поистине же богатырский запас мощности требовался для прорыва торосов. Обычно плавучие льды Арктики имеют толщину не более двух с половиной метров, но, наползая друг на друга, они образуют протяжённые баррикады высотой до шести метров. К примеру, летом 1983 года в ледовый плен попал караван из пятидесяти советских судов, сопровождавшихся тремя ледоколами — двумя дизельными и атомоходом «Ленин». И только «Арктика» сумела пробиться на помощь.

Но мощность реакторов не всегда была решающим преимуществом, и стране требовались не только гиганты класса «Арктика». В 1989 и 1990 годах ледокольный флот был пополнен атомоходами «Таймыр» и «Вайгач» более скромного класса, водоизмещение которых составляло 21 тысячу тонн, а скорость — 18.5 узла. Ледоколы этого типа отличались небольшой осадкой, и это было продиктовано суровой необходимостью. К концу 1980-х проблема поддержания круглогодичной навигации в северных морях была практически решена, но огромные «Арктики» не могли войти в устья скованных льдом сибирских рек, на берегах которых находились важнейшие северные порты. Для этого и понадобились два маленьких ледокола.

Собственно, это всё: «Ленин», два ледокола с низкой осадкой и шесть «Арктик» плюс ледокольный транспортник «Севморпуть», о котором мы поговорим позже. Больше в СССР атомные ледоколы не строились, да и нигде в мире тоже. Вообще, Советский Союз стал единственной страной, отправившей атомный реактор на службу северному мореплаванию. Почему? Да потому что в подобных кораблях по-настоящему нуждались только северные страны, — но ни у Скандинавии, ни у Канады не было средств и технических возможностей для реализации подобных проектов. А США, видимо, посчитали, что на Аляске переживут и без атомоходов.

Последний ледокол серии «Арктика» — «50 лет Победы» — был спущен на воду в 1993 году и введён в эксплуатацию в 2007-м. Сегодня это флагман российского атомного флота

Последним, уже в 2007 году, в строй вступил шестой ледокол типа «Арктика» — «50 лет Победы» (стоит заметить, что он был спущен на воду ещё 29 декабря 1993 года, просто испытания затянулись из-за известных событий в стране). Корабль, строившийся по улучшенному проекту, отличался — и отличается по сей день — от «коллег» увеличенным до 25 тысяч тонн водоизмещением, повышенной до 21 узла скоростью, полимерным покрытием корпуса, снижающим трение, а главное — способностью крушить лёд не только на переднем, но и на заднем ходу без риска повредить винты и рули.

Из десяти построенных советских атомоходов выведены из состава флота три — остальные пока продолжают нести службу. Длительная пауза в строительстве ледоколов, взятая на рубеже веков, объяснялась сомнениями в необходимости новых кораблей этого типа. В этот период грузооборот на Северном морском пути упал вшестеро — до уровня примерно в миллион тонн; семи атомных гигантов вполне хватало. Но в последние годы поток российских и иностранных судов, следующих из Европы в порты Дальнего Востока через Северный морской путь, стал быстро нарастать. Ожидается, что уже в конце этого десятилетия объём одних лишь транзитных пере возок достигнет 25 миллионов тонн. Потребность в мощных атомных кораблях, способных проводить сквозь льды караваны контейнеровозов, появилась вновь.

Помимо вреда, тяжёлый кризис, охвативший страну в конце прошлого века, принёс атомному флоту и пользу. Невозможность использовать ледоколы по прямому назначению привела к тому, что их стали эксплуатировать в качестве круизных лайнеров, доставляющих любителей морозной экзотики к Северному полюсу, — так в 1989 году родился арктический туризм. Основным «туроператором» стал ледокол «Ямал», совершивший на сегодняшний день целых 46 рейсов к полюсу.

Туризм позволяет оправдать любые затраты. Несмотря на то, что стоимость круиза на ледоколе чрезвычайно высока, спрос устойчиво превышает предложение. Сделать путешествия к «макушке Земли» более доступными и комфортными позволит строительство специального ледокольного лайнера, способного перевозить не десятки, а сотни пассажиров. Но до этого дело пока не дошло.

Атомный ледокол — не только «коренной житель», но и пленник северных морей. Форма корпуса, оптимальная для продавливания ледовых полей, плохо подходит для плавания в условиях тропических тайфунов. Кроме того, окончательное охлаждение реактора, то есть отвод избыточного, утекающего мимо парогенератора тепла, осуществляется забортной водой, и эта система рассчитана на использование воды, температура которой близка к точке замерзания. При плюс 20° она просто не будет работать.

ДВИГАТЕЛЬ АТОМОХОДА

Сердце судовой ядерной силовой установки — реактор, внутри которого располагаются содержащие уран стержни и протекает цепная реакция. Выделяющееся при этом тепло уносит теплоноситель первичного контура. Чаще всего это вода под давлением около 100 атмосфер, которое позволяет ей оставаться жидкой даже при температуре 278 градусов Цельсия. В более компактных установках для охлаждения реактора применяется жидкий натрий.

Раскалённый теплоноситель поступает в парогенератор, разогревая до точки кипения воду во вторичном контуре. Турбину вращает уже безопасный, не радиоактивный пар, образовавшийся из воды, которая не проходила сквозь реактор и не подвергалась облучению. Присоединённый к турбине генератор вырабатывает ток, питающий электроприводы гребных винтов.

Реактор атомохода «Ленин». Снаружи ничего интересного, если честно, не видно

ДВИГАТЕЛЬ ТОРГОВЛИ

Создание атомных ледоколов полностью себя оправдало, — но таких кораблей требуется немного. Логично предположить, что надёжный и экономичный атомный двигатель принёс бы больше пользы человечеству, если бы устанавливался на торговых судах, которых по морям плавают многие тысячи. Эту гипотезу решились проверить американцы, построив в 1964 году «Саванну» — изящный, напоминающий обводами яхту грузопассажирский атомоход водоизмещением 13,6 тысяч тонн, реактор которого мощностью 74 МВт обеспечивал кораблю прекрасный 24-узловой ход. Судно могло принять на борт 8500 тонн груза и 60 пассажиров. Правда, оборудовать корабль бассейном или хотя бы стоматологическим кабинетом конструкторы не догадались.

Атомоход, строительство которого финансировалось правительством США, видевшим в его благородных очертаниях ненавязчивую рекламу мирного атома, не оправдал надежд. Реклама вышла так себе: проработав восемь лет, «Саванна» принесла лишь убытки. Высокая скорость оказалась не слишком полезной для торгового судна, теряющего массу времени на погрузку в портах. Не имела «Саванна» и преимуществ в грузоподъёмности: если бы реактор с защитой весил меньше, чем дизель вместе с запасом горючего, то на борт пришлось бы принять балласт, покрывающий эту разницу, иначе центр тяжести судна сместился бы вверх, уменьшая остойчивость. Каюты же постоянно пустовали, потому что торговое судно не могло следовать по туристическим маршрутам, а люди, отправляющиеся в деловые поездки, предпочитали более быстрый транспорт.

Атомный ледокол-лихтеровоз «Севморпуть» огромен, поскольку при меньших размерах не смог бы принять груз, — а реактору требуется место, да и корпус ледокола громоздкий и тяжёлый. Жаль, что эта мощь простаивает впустую…

В результате экономия горючего не покрывала огромные накладные расходы. Эксплуатация атомохода требовала создания специальной инфраструктуры. Немалые средства поглощались курсами, где проходили подготовку члены экипажа, и административным аппаратом, который согласовывал заход корабля в иностранные порты. Но самое главное: для судна, которое часто заходит в порты, становится бесполезным основное преимущество атомного реактора — возможность длительного путешествия без дозаправок.

Не сложилась судьба и у немецкого атомохода «Отто Ганн», бороздившего моря с 1968 по 1979 год. Судно с водоизмещением 17 тысяч тонн, мощностью реактора 38 МВт и скоростью 17 узлов рассматривалось как «торгово-исследовательское», так как, помимо экипажа и груза, могло принять на борт 35 учёных. Используясь в основном в качестве океанографического корабля и почти никогда не заполняя трюмы товарами, «Отто Ганн» проделал огромный путь по морям планеты, доказав надёжность и безопасность ядерного двигателя. Но реальную пользу атомной силовой установки для торгового или исследовательского судна немцам продемонстрировать так и не удалось. Впоследствии атомоход переделали в обычный контейнеровоз, а три года назад списали и разрезали на металл.

При конструировании «Саванны» повышенное внимание уделялось эстетике. Сегодня нечеловеческой красоты торговая атомная яхта ждёт, когда её превратят в плавучий музей

Немецкий «Отто Ганн» — судно как судно, внешне — ничего особенного. Из всех атомных кораблей у него наименее завидная судьба: он был банально порезан на металл после окончания срока эксплуатации

ЗАЩИТА РЕАКТОРА

Ядерные силовые установки гражданских судов отличаются от реакторов подводных лодок повышенным уровнем противорадиационной защиты. Трюмы транспортов и ледоколов вместительны. Отсутствие жёстких ограничений по весу и по объёму позволяет окружить активную зону «коконом» из метра бетона и 20 сантиметров свинца. Вторая такая же стена, дополнительно усиленная 10 сантиметрами полиэтилена, располагается снаружи первой и окружает парогенератор.

Радиация представляет собой поток образующихся при распаде ядер урана электронов, альфа-частиц (ядер гелия), гамма-квантов (обладающих высокой энергией фотонов) и нейтронов. Первые две составляющие полностью поглощаются даже несколькими сантиметрами воздуха. Для того же, чтобы остановить гамма-лучи, требуются тяжёлые металлы. Но свинец слишком мягок, и потому нужен железобетонный саркофаг, который не столько экранирует радиацию, сколько служит опорой свинцовому слою.

Нейтроны проходят и сквозь свинец. В отличие от гамма-квантов, они лишь многократно отражаются от ядер металла, но не поглощаются ими. Для нейтронного потока не прозрачен лишь водород. При столкновении с равным по весу ядром атома водорода — протоном — нейтрон разом отдаёт ему весь свой импульс. По этой причине реактор и требуется окружать ещё и слоем полиэтилена, полимера, в кубическом сантиметре которого атомов водорода намного больше, чем даже в чистом сжиженном водороде.

Общий вес ядерного судового двигателя достигает 3000 тонн. Из них 97% приходится на защиту. Поскольку масса защиты слабо зависит от мощности реактора, строить небольшие атомоходы нецелесообразно

Самой странной историей атомохода стали «приключения» японского «Муцу». Миниатюрный атомоход водоизмещением 8,5 тысяч тонн и мощностью реактора 7,5 МВт был спущен на воду ещё в 1964 году, но достраивали и доделывали его ещё почти тридцать лет! Лишь в 1991 году строительство завершилось, состоялась пара пробных плаваний, а затем работы над судном плавно перетекли на стадию дезактивации и демонтажа. Таким образом, японцы достигли тех же результатов, что и американские судостроители, выяснив, что никакого толку от атомохода в торговом флоте нет, но ценой куда меньших финансовых затрат.

Наконец, уже упомянутый советский грузовой атомоход «Севморпуть» был введён в строй в 1988 году. Огромный — 62 тысячи тонн — корабль принадлежал к уникальному классу: ледоколлихтеровоз. Следуя по чистой воде со скоростью 21 узел и самостоятельно пробиваясь через ледовые поля толщиной до 1,5 метра он перевозил до 30 тысяч тонн на 74 баржах, размещённых в затопляемых трюмах. Назначением «Севморпути» было снабжение поселений на побережье Ледовитого океана, не располагающих пристанями, к которым могли бы причалить корабли с большой осадкой.

Эксплуатация «Севморпути» получила неоднозначную оценку. С одной стороны, атомный лихтеровоз показал себя очень экономичным, отлично приспособленным к условиям ледовых морей транспортом, обладающим к тому же уникальными возможностями. С другой стороны, Советский Союз просто не располагал соответствующим грузоподъёмности ледокола количеством труднодоступных посёлков в Арктике — так много товаров на севере было не нужно. Быстро исправить ситуацию не удалось, а в девяностые годы работы стало ещё меньше. Встал вопрос об утилизации ненужного корабля. Лишь недавнее оживление экономики на Крайнем Севере позволило хотя бы отчасти обеспечить «Севморпуть» заказами. Но и это не помогло — 21 июля 2012 года лихтеровоз всё-таки исключили из состава флота и поставили на прикол. Может быть, временно.

Пятнадцать лет назад японское исследовательское судно «Мирай» несло на себе ядерный реактор. Сегодня ничего не напоминает об амбициозном проекте прошлого

ПЛАВУЧИЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Казалось бы, всё: тринадцать гражданских атомных кораблей перечислены, писать больше не о чем. Но это заблуждение. В частности, в период Великой депрессии 1930-х был зафиксирован курьёзный факт: забастовки сотрудников электростанций не заставили свет в окнах лондонских домов погаснуть. Войдя в Темзу, подводные лодки Королевского флота подключили свои дизельные генераторы к городской сети. Разумеется, в недрах современных атомных субмарин кроется куда больший потенциал. Наиболее мощные экземпляры вполне способны конкурировать с наземными электростанциями.

Собственно, первая плавучая атомная электростанция MH-1A была построена ещё в 1966 году американцами на базе транспортника Sturgis (бывший Charles H. Cugle типа «Либерти») путём замены дизельного двигателя на реактор мощностью 10 МВт. В 1968-м корабль был отбуксирован в зону Панамского канала, и в течение десяти лет неказистая посудина, сошедшая со стапелей ещё в военное время, снабжала энергией шлюзовые насосы, пока на берегу достраивалась электростанция достаточной мощности.

Несмотря на удовлетворительные результаты эксплуатации MH-1A, в XX веке концепция плавучей АЭС признания не получила. Однако в наши дни она считается одним из наиболее перспективных направлений развития атомной энергетики. В 2013 году должна войти в строй первая российская плавучая атомная электростанция — «Академик Ломоносов», а до 2015-го планируется спустить на воду ещё шесть кораблей этого типа.

Какими возможностями будет обладать несамоходное судно (по сути — баржа) водоизмещением 21 500 тонн с двумя реакторами мощностью 35 МВт на борту? Такая АЭС позволит обеспечить электроэнергией и теплом город с населением 200 тысяч человек. Преимущество плавающей электростанции в её мобильности — сложное и дорогостоящее оборудование не понадобится переправлять в удалённую местность и собирать там. Главное же и наиболее ценное достоинство ядерного реактора заключается в том, что он не будет потреблять 100 тысяч тонн угля и мазута в год. Соответственно, отпадает необходимость в транспортировке на большие расстояния огромной массы горючего.

С наибольшей вероятностью «Ломоносовы» будут применяться, конечно же, в Арктике, где в дешёвой энергии нуждаются доступные лишь по воздуху или по морю — в короткий период летней навигации — порты, а также новые, быстрорастущие объекты «Газпрома». Но интерес к разработке уже проявили Канада, Китай, Индонезия, Кабо-Верде, Аргентина, Малайзия, Алжир и Намибия.

Отдельного рассмотрения заслуживает вопрос безопасности плавучих АЭС. В этом плане они имеют целый ряд преимуществ по сравнению со стационарными. Кораблю не страшны землетрясения и даже цунами (если он успеет отойти от берега). В случае же пожара, столкновения и даже угрозы захвата плавучую станцию можно просто затопить. Благодаря толстой оболочке из бетона и стали сам реактор настолько прочен, что даже прямое попадание ракеты ему не повредит. Если же окажется разрушенным внешний контур охлаждения, забортная вода не даст реактору перегреться.

Проект плавучей атомной электростанции «Академик Ломоносов». Длина — 144 метра, ширина — 30 метров. Первый энергоблок уже спущен на воду, работы ведутся

В начале XXI века рассматривался проект по переоборудованию гигантских подводных лодок проекта 941 «Акула» в подлёдные рудовозы. Но наличие атомных ледоколов делает строительство транспортных субмарин экономически невыгодным

ПЕРСПЕКТИВЫ

С «мирным атомом» торговый флот никогда не связывал больших надежд. При современном уровне цен на энергоносители атомоход способен перевозить грузы вдвое дешевле, чем теплоход, — но морской транспорт и так совсем не дорог. Ядерный же двигатель создаст массу неприятных проблем — от запрета на заход судна в порты некоторых стран до угрозы захвата корабля террористами. По этой причине проекты атомных супертанкеров, рассматривавшиеся сорок лет назад, реализованы не были. Но уже в наши дни к идее строительства торговых атомоходов внезапно обратился Иран. Международные санкции закрывают кораблям этой страны вход в порты большинства стран мира. Для того же, чтобы торговать с оставшимся меньшинством, требуются танкеры, способные без дозаправки обогнуть планету.

Некоторый интерес к атомоходам проявляет российское Федеральное агентство по рыболовству. Оно рассматривает идею возобновить промысел криля в антарктических водах, около тридцати лет назад практически свёрнутый из-за дороговизны горючего. Оборудованные ядерными двигателями плавбазы могли бы решить эту проблему, если бы международные соглашения не закрывали им путь в безъядерную зону южнее 60 параллели.

***

Тем не менее на будущем атомного флота нельзя ставить крест. Более того, оно безоблачно, поскольку ядерная силовая установка превосходит в экономичности судовой дизель. По существу, она даже более экологична, так как загрязняет окружающую среду лишь в случае аварии, тогда как двигатель внутреннего сгорания делает это и в исправном состоянии. Хотя на пути широкого внедрения атомной энергии достаточно много психологических, политических и технологических препятствий, рано или поздно экономические соображения неизбежно восторжествуют.

Что почитать?
  • Виктор Конецкий «Вчерашние заботы»

Во что поиграть?
  • Cryostasis: Sleep of Reason (2012)

Комментарии к статье
Для написания комментария к статье необходимо зарегистрироваться и авторизоваться на форуме, после чего - перейти на сайт
РАССЫЛКА
Новости МФ
Подписаться
Статьи МФ
Подписаться
Новый номер
В ПРОДАЖЕ С
24 ноября 2015
ноябрь октябрь
МФ Опрос
[последний опрос] Что вы делаете на этом старом сайте?
наши издания

Mobi.ru - экспертный сайт о цифровой технике
www.Mobi.ru

Сайт журнала «Мир фантастики» — крупнейшего периодического издания в России, посвященного фэнтези и фантастике во всех проявлениях.

© 1997-2013 ООО «Игромедиа».
Воспроизведение материалов с данного сайта возможно с разрешения редакции Сайт оптимизирован под разрешение 1024х768.
Поиск Войти Зарегистрироваться