Атомная подводная лодка

<час />

Фон

Атомная подводная лодка - это корабль, работающий на атомной энергии, который перемещается в основном под водой, но также и по поверхности океана. Раньше на обычных подводных лодках использовались дизельные двигатели, которым для движения по поверхности воды требовался воздух, и электродвигатели с батарейным питанием для движения под ним. Ограниченный срок службы электрических батарей означал, что даже самая передовая обычная подводная лодка могла оставаться под водой только несколько дней на медленной 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 оружия делает атомные подводные лодки одними из самых полезных боевых кораблей из когда-либо построенных.

История

Первое серьезное предложение о корабле, предназначенном для плавания под водой, было сделано английским математиком Уильямом Борном в 1578 году. Борн предлагал использовать два корпуса, один из дерева и один из кожи, но это устройство так и не было построено. Первая рабочая подводная лодка была построена голландским изобретателем Корнелисом Дреббелем в 1620 году. Используя конструкцию, аналогичную предложенной Борном, это устройство приводилось в движение под поверхностью реки Темзы с помощью восьми деревянных весел.

В начале восемнадцатого века по аналогичной конструкции было построено несколько небольших подводных лодок. В 1747 году неизвестный изобретатель предложил прикрепить к подводной лодке сумки из козьей шкуры. Наполнение мешков водой привело бы к опусканию подводной лодки, а выброс воды из мешков - к ее подъему. 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 оболочку на корпусе корабля. В 1801 году американский изобретатель Роберт Фултон построил Наутилус подводная лодка, построенная из медных листов над железными ребрами. Наутилус который мог нести экипаж из четырех человек, успешно потопил корабли на испытаниях, но был отвергнут как Францией, так и Англией. Когда Фултон умер в 1815 году, он работал над паровой подводной лодкой, способной нести экипаж до ста человек.

Во время Гражданской войны в США Гораций Л. Ханли финансировал строительство подводных лодок для Конфедерации. Третье из этих судов, H. L. Hunley, атаковал и потопил корабль Союза Housatonic 17 февраля 1864 года, но сам был разрушен в результате взрыва.

В конце девятнадцатого века в США и Европе было построено множество подводных лодок. Способы передвижения подводной лодки эволюционировали от гребных винтов с ручным приводом до паровых двигателей, бензиновых двигателей и электродвигателей. Подводные лодки, использующие дизельные двигатели для надводного плавания и электрические батареи для подводного плавания, успешно использовались во время Первой и Второй мировых войн.

Развитие ядерной энергетики после Второй мировой войны произвело революцию в подводных технологиях. Под руководством Хаймана Риковера, инженера и офицера ВМС США, американские изобретатели Росс Ганн и Филип Абельсон разработали Nautilus, 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, были предназначены для потопления вражеских кораблей и подводных лодок. Стратегические подводные лодки и ударные подводные лодки стали важной частью военно-морских сил во всем мире. Первое использование атомной подводной лодки в боевых действиях произошло в 1982 году, когда британская ударная подводная лодка Conqueror затонул аргентинский корабль General Belgrano во время конфликта из-за Фолклендских островов.

Роберт Фултон

Роберт Фултон, наиболее известный своими работами в области пароходных технологий, родился в Маленькой Британии, штат Пенсильвания, в 1765 году. В детстве Фултон любил конструировать механические устройства. По мере взросления его интерес обратился к искусству, и, хотя ему удалось поддержать себя продажей портретов и технических рисунков, общий отклик, полученный его работой, 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, в то время находившемуся в состоянии войны с Англией, с предложением использовать его подводную лодку для установки пороховых мин на дно британских военных кораблей. После некоторых уговоров французы согласились профинансировать разработку лодок, и в 1800 году Фултон спустил на воду первую подводную лодку Nautilus . в Руане.

Судно овальной формы длиной 24,5 фута (7,5 м) плыло над водой, как обычное судно, но мачту и парус можно было положить ровно на палубу, когда судно погружалось на глубину 25 футов (7,6 м) под воду. наполняя водой его полый металлический киль. План Фултона состоял в том, чтобы вбить штырь из металлической боевой рубки в днище корабля-мишени. Мина с ограниченным временем 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 шлюпа, использованного в экспериментах, и, таким образом, сумели ускользнуть от более медленной подводной лодки. Французы прекратили финансирование проекта после неудачной попытки сражения, но англичане, считавшие технологию многообещающей, перевели Фултона на свою сторону. К сожалению, на испытаниях лодка в очередной раз отработала хорошо, но в практических ситуациях оказалась неудовлетворительной. После неудачи в Трафальгарской битве (1805 г.) англичане тоже отказались от проекта.

После этих событий неустрашимый Фултон обратился к новой области исследований - паровому производству. Через свои контакты в Париже Фултон познакомился с Робертом Ливингстоном (1746-1813), министром иностранных дел США во Франции, который также владел 20-летней монополией на пароходство в штате Нью-Йорк. В 1802 году они решили создать деловое партнерство. В следующем году они спустили на воду пароход по Сене, разработанный американским коллегой Джоном Фитчем.

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

Настойчивость и вера Фултона в свои идеи помогли пароходам стать основным средством передвижения по рекам в Соединенных Штатах и ​​привели к значительному сокращению расходов на внутренние перевозки.

Сырье

Основным материалом для изготовления атомной подводной лодки является сталь. Сталь используется для изготовления внутреннего корпуса, в котором находится экипаж и все внутренние механизмы подводной лодки, а также внешнего корпуса. Между двумя корпусами находятся балластные цистерны, которые забирают воду, заставляя подводную лодку тонуть, и выбрасывают воду, заставляя подводную лодку подниматься.

Типичная подводная лодка.

Помимо стали, различные части атомной подводной лодки сделаны из других металлов, таких как медь, алюминий и латунь. Другие материалы, используемые для производства тысяч компонентов, составляющих полностью оборудованную атомную подводную лодку, включают стекло и пластик. Электронное оборудование включает полупроводники, такие как кремний и германий. Ядерный реактор, питающий подводную лодку, зависит от урана или другого радиоактивного элемента как источника энергии.

Производственный
процесс

Подготовка к производству

• 1 Поскольку атомные подводные лодки производятся только для использования в военных целях, решение о их строительстве принимает национальное правительство. В Соединенных Штатах подразделение подводных боевых действий ВМФ отвечает за запрос на производство группы подводных лодок, известной как летная.
• 2 ВМФ принимает заявки от тысяч компаний на производство многих компонентов, из которых состоит атомная подводная лодка. Корпус подводной лодки обычно изготавливается подразделением Electric Boat Division корпорации General Dynamics. (Первоначальная компания Electric Boat Company изготовила первые подводные лодки, используемые ВМС США в 1900 году.)
• 3 Финансирование атомных подводных лодок включено в оборонный бюджет, представленный президентом Конгрессу. В случае утверждения начинается производственный процесс. Ядерный реактор поставляется в рамках государственного проекта «Морской реактор». Методы, используемые для производства этих ядерных реакторов, строго охраняются, и разглашение информации будет рассматриваться как нарушение национальной безопасности.

Изготовление корпуса

• 4 стальных листа толщиной примерно 2–3 дюйма (5,1–7,6 см) получают от производителей стали. Эти пластины нарезаются до нужного размера с помощью ацетиленовых горелок.
• 5 Обрезанные стальные пластины перемещаются между большими металлическими роликами под давлением нескольких тонн. Ролики, каждый диаметром около 28 дюймов (71,1 см) и длиной около 15 футов (4,6 м), установлены таким образом, что один ролик опирается на два других. По мере того, как стальная пластина движется под верхним роликом и над двумя нижними роликами, она изгибается по кривой. Пластину раскатывают вперед и назад, пока не будет получена желаемая кривизна.
• 6 Изогнутые стальные пластины размещены вокруг деревянного шаблона, определяющего форму корпуса. Затем они вручную свариваются, образуя секцию корпуса. Секцию поднимают краном и кладут рядом с другой секцией. Две секции медленно прокатываются под автоматическим сварочным аппаратом, который соединяет их вместе. Вращающиеся части несколько раз проходят под сварочным аппаратом, в результате получается очень прочный шов.
• 7 Сварные секции усилены сваркой изогнутых Т-образных стальных ребер вокруг них. Они сделаны путем нагрева Производство подводной лодки очень сложное и требует как ручных, так и автоматизированных процессов. Крупные листы стали прокатываются и свариваются по форме внутреннего и внешнего корпусов. Строительные леса возводятся в процессе производства, поэтому доступ к ним остается свободным. Каждый аспект производства проверяется осмотром и мерами контроля качества. Например, сварные стальные детали проверяются с помощью рентгеновских лучей. Трубы заполнены гелием для проверки на герметичность. В результате программа «Военно-морские реакторы» считается лучшей из всех ядерно-энергетических программ. прутки стали, пока они не станут достаточно мягкими, чтобы их можно было гнуть. Автоматические молоты ударяют по концам руля, создавая изгиб, соответствующий корпусу.
• 8 При сварке нескольких секций образуется внутренний корпус. Тот же процесс повторяется для формирования внешнего корпуса. Внутренний корпус приваривается к стальным ребрам, которые затем привариваются к внешнему корпусу. Стальные ребра разделяют два корпуса, оставляя место для балластных цистерн, контролирующих глубину подлодки. Внешний корпус простирается только до дна и боковых сторон внутреннего корпуса, что позволяет подводной лодке оставаться в вертикальном положении.
• 9 Между тем внутри внутреннего корпуса приварены стальные пластины, чтобы разделить подводную лодку на несколько водонепроницаемых отсеков. Также привариваются стальные палубы и переборки. Наружные сварочные швы отполированы высокоскоростными шлифовальными кругами, что делает их гладкими. Это не только улучшает поверхность для окраски, но также обеспечивает подводной лодке обтекаемую поверхность, которая испытывает небольшое трение во время движения. Затем корпус окрашивается слоями защитных покрытий.

Отделка экстерьера

• 10 Внешние компоненты, такие как рули и гребные винты, изготавливаются с использованием различных методов обработки металлов. Одним из важных методов, используемых для изготовления многих металлических деталей, является литье в песчаные формы. Этот процесс предполагает изготовление деревянной или пластиковой модели нужной детали. Затем модель окружают плотно набитым затвердевшим песком, помещенным в форму. Половинки формы разделяются, позволяя снять модель. Форма желаемой детали остается в виде полости в затвердевшем песке. Расплавленный металл заливают в полость и дают ему остыть, в результате чего получается желаемая деталь.
• 11 Корпус окружен строительными лесами, что позволяет рабочим добраться до всех его частей. Внешние компоненты приварены или прикреплены иным способом. Некоторые компоненты, такие как гидроакустическое оборудование, прикрепляются к корпусу, а затем покрываются гладкими стальными листами, чтобы уменьшить трение во время подводного плавания.

Отделка интерьера

• 12 Крупное оборудование размещается во внутреннем корпусе во время его постройки. Меньшее оборудование помещается во внутренний корпус после его завершения. Подводная лодка спускается на воду до того, как будет установлена ​​большая часть внутреннего оборудования. После церемонии спуска на воду подводную лодку отбуксируют в док-станцию, где продолжаются работы по внутреннему убранству. Установлены жизненно важные компоненты, такие как перископы, трубки, двигатели и электронное оборудование. Также установлено оборудование для комфорта экипажа, такое как холодильники, электроплиты, кондиционеры и стиральные машины.
• 13 Ядерный реактор начинает работать, подводная лодка начинает свои первые ходовые испытания. Экипаж проходит подготовку во время круиза по Атлантическому океану. Оружие запускается и испытывается, часто в водах у острова Андрос на Багамах. Подводная лодка официально вводится в эксплуатацию на церемонии, которая меняет ее обозначение с «Предпусковая установка» (PCU) на «Корабль Соединенных Штатов» (USS). Затем подводная лодка проходит круиз по обтяжке перед тем, как поступить на действительную 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 для почти любого другого производимого продукта. Перед началом строительства материалы, которые будут использоваться для создания различных компонентов, проверяются на предмет каких-либо 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, которые затем были расширены до полноразмерных бумажных шаблонов, что позволило внимательно изучить мелкие детали. Был создан полноразмерный макет интерьера, чтобы дать строителям возможность скорректировать расположение компонентов, чтобы сэкономить место или сделать их более доступными. В настоящее время моделирование, модификация и симуляция конструкции улучшаются за счет использования компьютеров.

Когда стальные пластины разрезаются и прокатываются для формирования корпуса, они проверяются, чтобы убедиться, что все размеры имеют точность в пределах одной шестнадцатой дюйма (0,16 см); более мелкие детали, возможно, должны иметь точность в пределах одной десятитысячной дюйма (0,00025 см) или меньше. Правильная сварка всех стальных компонентов проверяется с помощью рентгеновских лучей. Осмотр труб осуществляется путем заполнения их гелием и проверки на герметичность. Каждый инструмент проверяется на правильность работы. В частности, ядерный реактор проходит строгие испытания на безопасность. В результате этих мер предосторожности считается, что программа морских реакторов имеет лучшие показатели безопасности среди всех ядерно-энергетических программ.

После ввода в эксплуатацию подводная лодка проходит испытательный рейс, чтобы увидеть, как она будет работать в условиях военного времени. Скорость и маневренность подводной лодки проверяется на соответствие необходимым требованиям.

Побочные продукты / отходы

Наибольшую озабоченность при обращении с отходами, производимыми на атомных подводных лодках, вызывают радиоактивные отходы, производимые ядерными реакторами. Хотя отходов, производимых атомной подводной лодкой, намного меньше, чем отходов более крупной атомной электростанции, существуют аналогичные проблемы утилизации. Программа «Военно-морские реакторы» имеет отличный опыт безопасного хранения радиоактивных отходов. Некоторые экологи, однако, выразили обеспокоенность возможностью выброса радиоактивного материала, если атомная подводная лодка будет затоплена случайно или во время военных действий.

Будущее

Ожидается, что атомные подводные лодки останутся жизненно важной частью военно-морских систем обороны на долгие годы. В будущих проектах будут представлены новые способы повышения скорости и глубины атомных подводных лодок. Исследования также улучшат способность обнаруживать вражеские корабли, оставаясь незамеченными. С распадом Советского Союза, который привел 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 New Attack Submarine с целью замены больших и дорогих Seawolf атаковать подводные лодки меньшими, менее дорогими, но столь же эффективными атомными подводными лодками.