Вестник РАН, 2021, T. 91, № 6, стр. 503-519

Использование ядерных источников энергии на флоте, прежде всего подводном, позволило решить задачу, связанную с созданием двигателя, способного обеспечить кораблю принципиально новые качества. Время показало, что в сочетании с новыми видами вооружения ядерная энергетика коренным образом изменила стратегические, тактические и технические возможности подводного флота и его роль в Мировом океане, что привело к существенной корректировке военных доктрин ведущих стран.

Как и в разработке ядерного оружия, в создании атомной подводной лодки (АПЛ) нашей стране пришлось догонять США, которые опережали СССР на 4–5 лет благодаря строительству и вводу в строй своей первой АПЛ “Наутилус”, догонять самостоятельно, решая, при отсутствии аналогов, множество сложных научно-инженерных проблем.

Стартовым документом, положившим начало активных работ по созданию первой отечественной АПЛ, стало историческое постановление Совета министров СССР от 9 сентября 1952 г. Следует пояснить одну парадоксальную особенность этого постановления: в нём не были обозначены интересы ВМФ и участие флота в работах. Одна из причин такого необычного решения – весьма сдержанное отношение к созданию АПЛ главнокомандующего ВМФ адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова. Министр среднего машиностроения В.А. Малышев опасался, что консерватизм взглядов высшего командования ВМФ, проявившийся при рассмотрении предложений о начале работ по ядерной энергетической установке и АПЛ, сильно затруднит их разработку. Лично зная Н.Г. Кузнецова как человека высокообразованного и прогрессивного, мне трудно объяснить занятую им в тот период, мягко говоря, сдержанную позицию по этому вопросу.

История создания отечественного атомного подводного флота достаточно подробно описана во многих популярных и специальных изданиях. Поэтому основное содержание своего сообщения я хотел бы сосредоточить на роли науки в решении такой новой для того времени, сложной и многоплановой проблемы, какой была проблема создания атомной подводной лодки.

Традиция тесного творческого сотрудничества выдающихся отечественных учёных с флотом соблюдалась на протяжении всей истории его развития [1, 2]. Но особенно ярко эта связь проявилась в эпоху научно-технической революции, начало и бурное развитие которой пришлось на годы конфронтации между двумя противостоящими блоками мировых держав. Первое, что хотелось бы отметить: создание отечественного атомного подводного флота стало возможным лишь благодаря достигнутому в СССР высокому потенциалу фундаментальной науки, что потребовало концентрации новейших научных достижений в различных областях знаний, а также производственных и людских ресурсов. Этому способствовали прежде всего великие открытия в ядерной физике, которые послужили базой для создания корабельной ядерной энергетики, коренным образом изменившей облик подводного флота и повысившей его боевые возможности [3]. Решающую роль также сыграла передовая отечественная школа ядерной физики, сосредоточенная в ряде институтов АН СССР, и прежде всего в ленинградском Физико-техническом институте.

Особо хочу подчеркнуть, что корабельная ядерная энергетика, как и атомная подводная лодка в целом, – это наше национальное достижение. Если при создании атомного оружия разработчики имели возможность в какой-то мере опираться на материалы, предоставленные разведчиками, то при создании корабельных ядерных энергетических установок они действовали автономно. Это нашло отражение во многих, в том числе принципиальных, отличиях по ряду принятых конструктивных решений [4]. Например, подавляющее число АПЛ США построены по однокорпусной схеме, их энергетические установки, как правило, однореакторные и одновальные, а подавляющее количество наших АПЛ – двухкорпусные, двухреакторные и двухвальные. По-видимому, американские конструкторы были более уверены в надёжности выбранных ими материалов, оборудования и конструкций, преследуя как приоритетную цель достижение лучших виброакустических характеристик и более высокой скрытности АПЛ.

Многие решения, положенные в основу создания первой атомной подводной лодки, с позиции сегодняшнего дня представляются тривиальными. Однако в то время, когда они принимались, разработчики сталкивались с серьёзными трудностями из-за недостаточности научной базы и дефицита информации. На самом ответственном начальном этапе общее руководство работами по созданию АПЛ осуществлял заместитель председателя Совета министров СССР и одновременно министр судостроительной промышленности, а с августа 1953 г. – министр среднего машиностроения В.А. Малышев. Именно он на заседании секции № 8 Научно-технического совета Первого главного управления (НТС ПГУ) при Совете министров СССР поручил решение этой задачи А.П. Александрову, Д.И. Блохинцеву и Н.А. Доллежалю.

Уже первый шаг – выбор типа реактора для подводной лодки – оказался далеко не простым делом. Он усложнялся жёсткими весогабаритными ограничениями и специфическими условиями размещения ядерной энергетической установки на плавучей платформе. В частности, на начальной стадии работы всех беспокоило незнание того, как поведёт себя заполненная жидкостью активная зона в условиях качки, кренов и дифферентов. Ведь неизбежно возникающие при этом динамические реакции и инерционные эффекты могли нарушить не только плавный ход теплоносителя, но и нейтронный баланс активной зоны. Правда, после проведённого анализа и выполненных расчётов стало ясно, что опасения по этому поводу преувеличены. Силы инерции, возникавшие в условиях качки, столь малы по сравнению с общей массой покоя, что не было оснований их опасаться. И только через месяц после заседания секции № 8 НТС ПГУ А.П. Александров и его коллеги окончательно пришли к выводу, что реактор должен иметь водяной замедлитель, тепловой спектр нейтронов, а в качестве теплоносителя следует использовать ту же лёгкую воду под таким давлением, при котором будет обеспечен необходимый запас до кипения. Здесь уместно заметить, что до этого в нашей стране не было построено ни одного энергетического реактора такого типа. Так что предстоящая работа по созданию реактора с водой под давлением для первой атомной подводной лодки носила поистине пионерский характер.

Но это был не единственный вариант. Второй из предложенных проектов – реактор с жидкометаллическим теплоносителем. Его активно поддерживал Д.И. Блохинцев, в то время директор лаборатории “В”, на базе которой вскоре был создан Физико-энергетический институт в г. Обнинске. Позже эту идею реализовали под научным руководством А.И. Лейпунского в небольшой по количеству, но уникальной, единственной в мире серии атомных подводных лодок с реакторами на промежуточных нейтронах, охлаждаемых свинцово-висмутовым теплоносителем.

Что касается ядерной энергетической установки в целом, то с самого начала разработчики остановились на традиционной котлотурбинной схеме с получением пара в парогенераторе, нагреваемом водой первого контура.

При внешней схожести традиционных паросиловых и корабельных атомных энергетических установок (в обоих случаях есть источник тепла, парогенератор, насосы, сепараторы, конденсаторы, паровая турбина и т.д.) существует принципиальное различие в природе самого источника тепла. Применение ядерного реактора в качестве источника тепловой энергии потребовало изучения новых закономерностей теплообмена и гидродинамики.

Несмотря на то, что вода как теплоноситель использовалась в котельной технике давно, в атомной энергетике возникла необходимость обеспечить новые технологические требования и выявить новые закономерности при использовании воды в полях мощных излучений, при ранее не применявшихся материалах оболочек для форсированных тепловых потоков и новых формах проточного тракта. В проблеме теплопередачи от твэлов к теплоносителю потребовалось развить исследования по кризисам теплоотдачи в щелевых каналах сложной формы, определению коэффициентов теплоотдачи для новых геометрий и совокупности параметров, созданию и изучению роли различных интенсификаторов теплообмена.

В гидродинамике стали совершенно недостаточны одномерные и осреднённые подходы, когда для теплообменного аппарата определяются только перепады статического давления на участках проточного тракта и средние в сечениях скорости, то есть расходы. При этом возникла необходимость в разработке методов экспериментального исследования актуальных скоростей с выделением пульсационных составляющих и выявления источников и спектров пульсаций и вихревых структур, а также оптимизации в решении вопросов моделирования пульсационных течений, разработке численных методов расчёта трёхмерных течений, решений уравнений Рейнольдса и Новье-Стокса. Актуальным оказался и вопрос формирования безвихревого проточного тракта с обязательным выравниванием поля давлений в напорных и выходных коллекторах. Все эти сложные научные задачи были успешно решены в течение 10–12 лет творческими коллективами Физико-энергетического института, Центрального котлотурбинного института, Научно-исследовательского и конструкторского института энерготехники и других научных учреждений [2]. Нет возможности назвать всех специалистов, которые внесли вклад в исследование перечисленных проблем. Но в этом ряду особо следует отметить исключительную роль, которую сыграли работы членов нашей академии – академиков И.И. Новикова [5] и С.С. Кутателадзе [6].

Кстати, достаточно неожиданно конструкторы столкнулись с большими трудностями в решении проблемы надёжной работы парогенераторов. Важность этого элемента энергетической установки как связующего звена между первым радиоактивным и вторым контурами с самого начала была очевидной. В случае нарушения герметичности трубной системы парогенератора более высокое давление в первом контуре создаёт риск попадания воды в другие помещения подводной лодки и море. Поэтому к парогенератору предъявлялись высочайшие требования. Особенно важным оказался выбор материалов для труб парогенераторов. Конструкторское бюро Балтийского завода использовало различные сплавы, но положительного результата долго не удавалось получить. В конце концов проблему решили, основной вклад в общий успех внёс начальник специального КБ котлостроения Балтийского завода Г.А. Гасанов.

Масштабные научно-исследовательские работы были развёрнуты с целью повышения скорости хода подводных лодок и обеспечения их скрытности. По первой проблеме они шли в ряде ведущих научных учреждений гидродинамического профиля, но особенно активно – в Институте гидродинамики СО АН СССР под руководством академика М.А. Лаврентьева. Исследования нацеливались прежде всего на изучение пограничного слоя. В результате были разработаны методы оптимизации геометрических форм обтекаемого тела, а также принципы непосредственного воздействия на пограничный слой с целью снижения сопротивления движению. Многие из этих исследований носили новаторский характер, а ряд практических разработок, выполненных на основании полученных результатов, не имел аналогов в мировой практике [7].

Создание атомного флота потребовало выдвинуть в качестве первоочередной задачи обеспечение скрытности подводных лодок. Здесь необходимо отметить, что АПЛ первых поколений по многим определяющим тактико-техническим параметрам, таким как скорость хода, глубина погружения, состав и характеристики вооружения, живучесть, вполне отвечали требованиям времени. Однако, к сожалению, подводные лодки обладали высоким уровнем шумности, что снижало их скрытность. В этой связи задача улучшения акустических характеристик отечественных АПЛ приобрела особую значимость.

В ряду чрезвычайно сложных оказалась и проблема обеспечения скрытности подводных лодок и поиска эффективных средств их обнаружения, для решения которой необходимо было осуществить широкую программу фундаментальных и прикладных исследований. Из новых направлений в рамках этой программы можно отметить исследования процессов, возникавших при прохождении подводных лодок на поверхности, в приповерхностном слое и в толще океана, которые могут обнаруживаться средствами противолодочной обороны; разработку новых физических принципов создания корабельных, авиационных и космических систем обнаружения атомных подводных лодок по их кильватерному следу, а также по измерению параметров других сопутствующих физических полей. Конечным результатом этих исследований стала разработка практических методов снижения шумности отечественных АПЛ и создание приборов и систем обнаружения подводных лодок вероятного противника. Достигнутый в этих областях прогресс можно проиллюстрировать двумя цифрами. За 30 лет – с 1970 по 2000 г. – подводную шумность лодок удалось снизить в среднем в 1.5 раза, а звуковое давление – более чем в 4 раза [8].

Первостепенное значение для Военно-морского флота всегда имели проблемы связи. Их актуальность особенно возросла с появлением атомных подводных лодок с баллистическими ядерными ракетами и необходимостью достижения ими максимальной скрытности, что нельзя обеспечить при вынужденном их подвсплытии на сеансы связи с командным пунктом. Использование буксируемых антенн, выпускаемых на поверхность во время сеансов связи, также не приводило к нужному результату, так как их можно было обнаружить техническими средствами противолодочных поисковых сил. Для решения этой задачи была инициирована масштабная программа фундаментальных и прикладных исследований, научное руководство которыми возглавил крупнейший специалист в области радиотехники академик В.А. Котельников. Из наиболее важных исследований, выполненных в рамках этой программы, можно назвать, например, работы по созданию каналов связи в диапазоне сверхнизких частот, а также в диапазонах сейсмических и гидроакустических волн. Работы в области оптического (лазерного) излучения и создание лазерных линий связи открыли возможность обеспечения связи с подводными лодками, находящимися практически во всех районах Мирового океана [9].

Надо отметить, что решения возникавших в ходе строительства подводных лодок проблем стимулировали развитие самих фундаментальных наук. Так, исследования в области гидроакустики внесли серьёзный вклад в физику океана и значительно расширили наши представления о распространении звуковых волн в реальной водной среде. Сегодня этими вопросами занимаются большие группы учёных, в том числе коллектив специально созданного с этой целью Акустического института им. Н.Н. Андреева РАН.

Выдающимся научным достижением фундаментального характера стало открытие в 1946 г. сверхдальнего распространения звукового канала, сделанное Л.М. Бреховских, Л.Д. Розенбергом, Б.И. Карловым и Н.И. Сигачёвым в ходе организованной Военно-морским флотом первой гидроакустической экспедиции в Японское море. Это открытие сыграло большую роль как в обеспечении скрытности, так и в создании методов обнаружения АПЛ, а также нашло применение в решении навигационных задач и создании систем подводной связи [10].

Другой пример возникновения нового научного направления, стимулированного интересами совершенствования флота, связан с гравиметрией. Мощным толчком для её развития стали выдвинутые флотом повышенные требования к точности определения места старта и стартовой вертикали при пуске баллистических ракет с подводных лодок. Это, в свою очередь, потребовало детального изучения аномалий гравитационного поля Земли в Мировом океане, что оказалось очень сложной научной задачей и определило развитие специальных теоретических подходов, а также соответствующей экспериментальной техники. Исследования аномалий гравитационного поля Земли в Мировом океане относятся, по существу, к новым научным направлениям в гравиметрии [11].

Приведу ещё один пример. Плавание атомных подводных лодок в северных широтах выдвинуло задачу организации комплекса исследований по изучению арктических льдов – их толщины, в том числе аномальных отклонений от средних значений, структуры внутренней поверхности ледовых покрытий, механической прочности льдов, закономерностей расположения трещин и разводий и многих других свойств. Столь углублённое изучение арктических льдов выходило далеко за рамки обычных потребностей народного хозяйства и стимулировалось интересами повышения эффективности боевого применения подводных лодок в различных районах Арктического бассейна.

В тех же интересах были развёрнуты широкомасштабные исследования рельефа дна морей Арктического бассейна. Разработанный для решения данной задачи геофизический измерительный комплекс включал сейсмолокацию, эхолотирование и геомагнитные методы. В итоге удалось получить детальные карты рельефа дна Арктического бассейна. Результаты оказались настолько эффективными, что создалась довольно парадоксальная ситуация: рельеф дна Арктического бассейна сегодня изучен детальнее, чем рельеф дна других океанов [12].

Говоря о роли науки в создании отечественного атомного подводного флота, следует отметить исключительно большую роль академических научных советов как основных координирующих звеньев в обеспечении взаимодействия фундаментальной и прикладной науки, эффективном использовании научных достижений в строительстве подводных лодок, при создании для них новых образцов техники и вооружения. Особое значение имела деятельность Научного совета по комплексной проблеме “Гидрофизика”, созданного в 1967 г., первым председателем которого был академик Б.П. Константинов, а с 1970 г. его возглавлял академик А.П. Александров. С 2017 г. советом руководит вице-президент РАН В.Г. Бондур. Совет всегда занимался широким кругом вопросов, но в течение многих лет центральной оставалась проблема обеспечения скрытности наших лодок и разработки средств обнаружения подводных лодок вероятного противника. Научный совет по гидрофизике в высшей степени эффективно осуществлял координацию всех отечественных работ в этой области.

Решением многих актуальных проблем в интересах ВМФ занимался и Научный совет по проблемам гидродинамики, созданный в 1960 г. Первым его председателем стал академик М.А. Лаврентьев.

В конце 1970-х годов был образован Научный совет по проблемам связи с глубокопогружёнными подводными лодками, находящимися на боевой службе в районах боевого патрулирования, в организации которого, как и в его дальнейшей работе, большую роль сыграл председатель совета академик В.А. Котельников.

Проблемами применения вычислительной техники и использования математических методов, в том числе в интересах Военно-морского флота, занимался Научный совет по прикладным проблемам при президиуме Академии наук СССР, образованный в 1967 г. Его первым председателем стал известный специалист в области математики и кибернетики академик В.М. Глушков.

Военно-морской флот на протяжении всей истории своего развития был, да и сегодня остаётся наиболее наукоёмким видом Вооружённых сил. Поэтому неудивительно, что первая структура оборонного назначения в рамках Академии наук – созданная в 1964 г. Морская физическая секция, позже преобразованная в Секцию прикладных проблем Министерства обороны при Президиуме АН СССР, – имела военно-морскую направленность. Укомплектованная высокопрофессиональными офицерами-специалистами, относительно компактная по численности, секция зарекомендовала себя как эффективный инструмент стимулирования актуальных для флота фундаментальных исследований и внедрения их результатов в военное кораблестроение, в частности, в решение проблем атомного подводного кораблестроения.

Первая отечественная АПЛ (рис. 1), получившая тактический номер К-3, была спущена на воду в августе 1957 г., через 4.5 года после создания первой американской АПЛ “Наутилус”. Её опытная эксплуатация продолжалась до конца 1959 г. За это время было совершено три выхода в море, мощность установки поднималась до 80% от номинальной, проверялись и отрабатывались различные режимы эксплуатации. После завершения опытной эксплуатации К-3 начали использовать и для выполнения специальных заданий командования, и для несения службы на просторах Мирового океана – нового вида боевой деятельности ВМФ. В 1962 г. она совершила первый в истории отечественного подводного флота поход к Северному полюсу, пройдя подо льдами Арктики 1294 мили. До вывода из боевого состава ВМФ она прослужила без малого 30 лет, пройдя со времени окончания испытаний ядерной энергетической установки (ЯЭУ) в 1958 г. 128 443 мили.

Рис. 1.

Первая отечественная АПЛ “Ленинский комсомол”

Спуск на воду первой АПЛ послужил началом широкомасштабного строительства отечественного атомного, прежде всего подводного, флота. Из приведённых в таблице 1 сравнительных данных по количеству построенных в мире кораблей и судов с ЯЭУ [4] следует, что за период освоения и использования корабельной ядерной энергетики с середины 50-х годов ХХ в. ведущие государства мира создали к началу 2020 г. более 560 кораблей и судов с ЯЭУ, в России (СССР) – 250 АПЛ и 5 надводных кораблей с ЯЭУ, на которых эксплуатировалось более 450 ядерных реакторов, в том числе 9 с жидкометаллическим теплоносителем. Кроме этого, построено 11 судов ледового класса с ЯЭУ для единственного в мире отечественного атомного ледокольного флота. К началу 2020 г. в состав ВМС CША, Великобритании, Франции, Китая и Индии было принято более 290 кораблей с ЯЭУ. Около 93% построенных кораблей – это ракетные и многоцелевые подводные лодки, половина из них создана в СССР–России.

На рисунке 2 показана широта спектра применения атомных установок на военных и коммерческих объектах отечественного флота. Здесь представлены фотографии подводных лодок четвёртого поколения, первый в мире атомный ледокол “Ленин”, новейший атомный ледокол “Арктика”, атомный лихтеровоз и крейсер “Пётр Великий” с атомной установкой. Однако этим не исчерпывается всё многообразие, хотя и не всегда оправданное, построенных атомных кораблей и судов различного назначения. Некоторые из проектов положили начало строительству серийного ряда, другие носили прорывной характер.

Рис. 2.

Некоторые проекты АПЛ, надводных кораблей с ЯЭУ и атомных ледоколов

Но были и неудачные проекты, строительство которых ограничилось головными образцами. Примером может служить по-своему оригинальный проект подводной лодки 651Э со вспомогательной атомной установкой ВАУ-6 (рис. 3, 4). Энергетическая установка подводной лодки состояла из двух дизелей мощностью 4000 л.с. каждый, двух главных гребных электродвигателей мощностью по 5500 л.с., двух гребных электродвигателей экономического хода мощностью по 200 л.с. (на линии вала), вспомогательной атомной турбогенераторной установки мощностью 600 кВт с одним ядерным реактором кипящего типа и турбогенератором переменного тока. В апреле 1971 г. в Научно-исследовательском технологическом институте (г. Сосновый Бор Ленинградской обл.) был смонтирован наземный стенд-прототип корабельной ЯЭУ для проверки и отработки вспомогательной атомной установки (ВАУ). ВАУ разместили в отдельном отсеке-контейнере, корпус которого равнопрочен с прочным корпусом подводной лодки. Вспомогательная атомная установка обеспечивала подводной лодке экономическую подводную скорость в 4 узла и дальность плавания под водой до 7000 миль. Испытания АПЛ позволили проверить возможность и целесообразность применения энергетических установок типа ВАУ-6 в качестве вспомогательных источников электроэнергии дизель-электрических подводных лодок для увеличения дальности их непрерывного плавания в подводном положении.

Рис. 3.

АПЛ проекта 651Э

Рис. 4.

Схема расположения оборудования в установке ВАУ-6

1 – реактор; 2 – свинцовая защита; 3 – турбина; 4 – генератор; 5 – входной люк; 6 – сборник конденсата; 7 – блок защитный; 8 – бак железо-водной защиты.

Несмотря на успешное решение стоявших в ходе реализации этого проекта научных и инженерно-технических задач, в серию ядерные реакторы для дизельэлектрической подводной лодки не пошли. Углублённый анализ проектной документации и итогов проведённых испытаний позволил сделать заключение, что по совокупности технико-экономических, эксплуатационных и оперативно-тактических параметров серийное производство АПЛ данного проекта нецелесообразно. И всё же, отдавая должное учёным, конструкторам, рабочим и техникам, принимавшим участие в реализации этого незаурядного проекта, нельзя не отметить, что данное направление создания автономных малогабаритных транспортных ЯЭУ, до сих пор не имеющих мировых аналогов, является отечественным приоритетом [13].

Несомненно, прорывным по многим техническим характеристикам стала АПЛ проекта 661, которая по ряду объективных обстоятельств была реализована лишь в единственном экземпляре (рис. 5). Крупнейшим технологическим достижением можно назвать применение титана для сооружения столь масштабных объектов (длина АПЛ составляла 120 м). Строительство титановой подводной лодки потребовало решения многих научных и технологических проблем, а также глубокой реконструкции металлургической индустрии [14].

Рис. 5.

АПЛ проекта 661 (“Золотая рыбка”)

Реакторы, разработанные для лодки 661-го проекта, отличались рядом оригинальных особенностей, в частности, прокачка теплоносителя первого контура осуществлялась по схеме “труба в трубе”, что обеспечивало компактность ЯЭУ при высокой тепловой напряжённости. Для питания основных потребителей электрической энергии был принят переменный трёхфазный ток напряжением 380 В и частотой 50 Гц. Существенным нововведением стал отказ от использования дизель-генераторов: в качестве аварийного источника использовалась мощная аккумуляторная батарея, состоящая из двух групп серебряно-цинковых аккумуляторов. На борту корабля был установлен всеширотный навигационный комплекс, обеспечивавший подводное и подлёдное плавание.

Строительство AПЛ продолжалось почти 10 лет. Это объяснялось задержками в поставках титана, комплектующего оборудования, длительным циклом создания ракетного комплекса, принятого на вооружение лишь в 1968 г. Как оказалось, титановый корпус требует других методик расчётов прочности, нежели стальной – неучёт этого обстоятельства привёл к срыву гидравлических испытаний некоторых блоков корабля. К тому же лодка обошлась очень дорого, за что получила прозвище “Золотая рыбка”. Тем не менее на государственных испытаниях в 1969 г. она показала скорость подводного хода в 42 узла при 80% мощности главной энергетической установки, а после передачи подводной лодки флоту при испытаниях на мерной миле в 1971 г. она достигла на полной мощности реакторов скорости 44.7 узла. Подводная лодка проекта 661 занесена в Книгу рекордов Гиннесса как самая быстрая в мире. Ни одна АПЛ в мире до сих пор не превзошла это достижение.

Подводная лодка проекта 661 по своим ходовым и манёвренным качествам не имела аналогов ни в советском, ни в зарубежных флотах и послужила несомненным предшественником АПЛ второго и третьего поколений с крылатыми ракетами на борту и титановыми корпусами. Однако задержка с её вводом в строй, ряд тактических недостатков ракетного комплекса, высокая шумность, конструктивные недоработки отдельных приборов и недостаточный ресурс основных механизмов и оборудования корабля, ввод в строй АПЛ второго поколения других проектов привели к отказу от её серийного строительства. Атомная подводная лодка с крылатыми ракетами проекта 661 вошла в состав Северного флота и с января 1970 по декабрь 1971 г. находилась в опытной эксплуатации, после чего была переведена в боевой состав. Однако она совершила всего несколько боевых походов ввиду низкой надёжности механизмов и оборудования, прошла ряд длительных ремонтов. В 1988 г. её вывели в резерв, а в начале 1990-х годов списали из состава флота [15].

Своеобразной кульминацией интеграции науки и кораблестроения стало создание высокоавтоматизированных скоростных подводных лодок проекта 705 (рис. 6) с реактором на промежуточных нейтронах, охлаждаемым свинцово-висмутовым теплоносителем. Они предназначались для уничтожения подлодок противника во время их выхода из баз, на морском переходе и на позициях предполагаемого использования оружия против объектов на берегу. Субмарины могли привлекаться для уничтожения надводных кораблей и транспорта противника во всех районах Мирового океана, вплоть до Арктики [16]. Они обладали фантастическими скоростными и манёвренными характеристиками и множеством новшеств: титановый корпус, реактор на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем и полностью автоматизированное управление всеми системами корабля. И всё же основным элементом новизны, определившим судьбу всего проекта, стал выбор главной энергетической установки корабля. Разработчики остановились на компактном атомном реакторе на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем. Это позволило сэкономить около 300 т водоизмещения за счёт большей температуры пара и, следовательно, улучшить эффективность турбины. Первоначально предполагалось, что экипаж АПЛ будет состоять из 16 человек, но в дальнейшем, по требованию военно-морского флота, его численность была доведена до 29 человек (4 мичмана и 25 офицеров).

Рис. 6.

АПЛ проекта 705

Таким образом, Советскому Союзу удалось построить единственную в мире серию подводных АПЛ проектов 705 и 705К (7 единиц) с реакторами на промежуточных нейтронах и тяжёлым свинцово-висмутовым теплоносителем. Это был своего рода научно-технический прорыв. АПЛ проекта 705 опередила своё время на несколько десятилетий. Согласно западным публикациям – на 20 лет. Более корректно говорить об опережении на 30–40 лет, потому что в мире только сейчас по-настоящему оценили потенциальные достоинства этой ядерной технологии, в ряде стран начата разработка основанных на её базе энергоисточников малой и средней мощности коммерческого и оборонного назначения, в первую очередь для регионов, не имеющих централизованного электроснабжения.

С учётом принципиальной новизны энергетической установки и впервые использованной системы комплексной автоматизации можно говорить о том, что в основе АПЛ 705 лежали новейшие научно-технические достижения. Пожалуй, это единственный в нашей стране случай, когда научными руководителями проекта были сразу четыре академика – ведущие специалисты в своей области: Анатолий Петрович Александров – научный руководитель создания АПЛ в целом, Александр Ильич Лейпунский, отвечавший за ядерную энергетическую установку, Владимир Александрович Трапезников, руководивший автоматизацией управления, и Андроник Гевондович Иосифьян, ответственный за электрооборудование [17, 18]. Беспрецедентная концентрация на проекте выдающихся личностей и стоявших за ними научных коллективов, а также сосредоточение научно-производственного потенциала других ведущих советских институтов позволили создать установку и в целом подводную лодку, обогнавшую время.

К сожалению, во время эксплуатации подлодок проекта 705 проявились существенные недостатки, которые препятствовали их эффективному использованию. В частности, обозначились серьёзные трудности с обеспечением базирования АПЛ из-за необходимости постоянной поддержки в горячем состоянии первого контура реактора. Следовало проводить регулярные спецоперации по предотвращению окисления теплоносителя, периодическую регенерацию и постоянный контроль за состоянием сплава. Если бы не сложная экономическая ситуация, то недостатки свинцово-висмутового направления на подводном флоте, свойственные всякому начальному периоду новых разработок, можно было бы преодолеть, и лодки этого типа стали бы равноправной альтернативой в развитии отечественных АПЛ.

Данные по ежегодному и суммарному количеству АПЛ, вводимых в состав флотов государств, приведены на рисунках 7 и 8. В 1960–1970-е годы и в первой половине 1980-х годов на воду сходило максимальное количество (до 10 и более единиц) зарубежных и отечественных АПЛ. В отдельные годы в США вводили в строй по 17 АПЛ, в нашей стране – до 10–12 АПЛ. С середины 1970-х годов и до 2005 г. Россия (СССР) держала первенство по построенным субмаринам.

Рис. 7.

Ежегодное количество зарубежных и отечественных АПЛ, вводимых в состав флотов государств

Рис. 8.

Суммарное количество зарубежных и отечественных АПЛ, вводимых в состав флотов государств

На отечественных АПЛ периодически происходила смена поколений ядерных реакторов (рис. 9). Общая тенденция усовершенствований была связана с увеличением ресурса активных зон, последовательным переходом к блочной компоновке основного оборудования и ориентацией на создание унифицированных образцов. Эти изменения позволили повысить надёжность и ремонтопригодность агрегатов и систем, а также улучшить общие виброакустические характеристики АПЛ.

Рис. 9.

Количество ежегодно вводимых в эксплуатацию корабельных ЯЭУ отечественных АПЛ

В таблицах 2 и 3 представлены основные характеристики наших и зарубежных атомных подводных лодок – стратегических и многоцелевых. При этом для сравнения отобраны базовые проекты [4]. Итоговый вывод можно сформулировать так: отечественные подводные атомоходы создавались в русле мировых тенденций и практически по всем характеристикам не уступали зарубежным аналогам.

В то же время было бы неверным представлять процессы создания и последующей эксплуатации наших головных и серийных АПЛ как цепь непрерывных успехов [19]. На этом пути встречалось множество проблем, связанных прежде всего с принципиально новой энергетикой, приобретением опыта эксплуатации АПЛ, становлением новых отраслей промышленности – атомного машиностроения и атомного судостроения. Назову лишь две из них: малая продолжительность кампании активных зон реакторов и низкая работоспособность парогенераторов из-за потери герметичности их трубными поверхностями. Острота проблем определялась, в частности, тем, что они напрямую сказывались на боеспособности атомного подводного флота. Недоработки, наряду с недостаточной надёжностью отдельных элементов основного оборудования и корпусных конструкций, негативно влияли на показатели интенсивности эксплуатации атомных подводных лодок и надводных кораблей с ЯЭУ.

На рисунке 10 представлены результаты исследования интенсивности использования отечественных и зарубежных АПЛ и надводных кораблей и судов с ЯЭУ по состоянию на начало 2016 г. [20]. На рисунках 11 и 12 дано сравнение интенсивности использования ЯЭУ американских и отечественных подводных лодок и надводных кораблей, а также атомных ледоколов, которая значительно (в 3–4 раза) превышала интенсивность и наработку основного оборудования корабельных установок при сопоставимых сроках службы кораблей и судов с ЯЭУ. Интенсивность эксплуатации корабельных ядерных реакторов ВМС США в 2.5–3 раза выше интенсивности использования корабельных установок кораблей ВМФ. Более низкая интенсивность боевой службы наших АПЛ по сравнению с интенсивностью патрулирования АПЛ и надводных кораблей с ЯЭУ США объясняется меньшей продолжитель-ностью кампании активных зон отечественных реакторов, что требовало более частых перезагрузок ядерного топлива. Другая причина, по-видимому, связана с меньшей надёжностью основного оборудования и корпусных конструкций. Однако жёсткий режим секретности, который последовательно соблюдается на протяжении всей истории американского атомного флота, не позволяет произвести достоверное сопоставление наших и американских АПЛ и надводных кораблей с ЯЭУ по частоте и характеру отказов оборудования, а также по авариям, в том числе имеющим экологические последствия.

Рис. 10.

Усреднённая интенсивность ежегодной эксплуатации иностранных и отечественных корабельных и судовых реакторов

Рис. 11.

Распределение интенсивности боевых служб зарубежных ракетных АПЛ в 1981–2012 гг.

*ПЛАРБ – подводная лодка атомная с баллистическими ракетами подводного пуска

Рис. 12.

Распределение интенсивности боевых служб отечественных ракетных АПЛ в 1981–2012 гг.

В конце 1980-х годов начался массовый вывод атомных подводных лодок из боевого состава флота (рис. 13). Промышленная инфраструктура оказалась неподготовленной к их безопасной утилизации. Как результат – накопление хранящихся на плаву подводных лодок и многоотсечных реакторных блоков с отработавшим ядерным топливом. Пик этого накопления пришёлся на 1998 г., когда из 104 выведенных из состава Северного флота подводных лодок 79 оказались неутилизированными, причём 75 из них находились в отстое с топливом на борту.

Рис. 13.

Динамика вывода АПЛ из состава ВМФ и их утилизации

Успешному решению этой проблемы способствовало проведение ряда мероприятий. В 1998 г. государственным заказчиком-координатором комплексной утилизации атомных подводных лодок был назначен Минатом РФ. В 2003–2007 гг. в министерстве разработали Стратегический мастер-план (СМП) утилизации и экологической реабилитации выведенных из эксплуатации объектов атомного флота и их инфраструктуры в Северо-Западном регионе России – единую комплексную программу, обеспечивающую достижение научно обоснованных конечных целей и эффективное использование выделяемых ресурсов [21–23].

Обобщённый результат разработки Стратегического мастер-плана представлен на рисунке 14 в виде “дорожной карты”, на которой отображены все объекты утилизации (корабли, базы и пр.), и объекты инфраструктуры (заводы, хранилища, места переработки топлива и отходов), а также потоки продуктов утилизации в места безопасного хранения или окончательной изоляции. Реализация плана в целом проходила в соответствии с “дорожной картой”, хотя по ходу работ принимались необходимые корректирующие решения.

Рис. 14.

Стратегия высшего уровня – “дорожная карта” Стратегического мастер-плана

Сокращения: ТО – токсичные отходы, ОНАО – очень низкоактивные отходы, ПТБ – плавучая техническая база, РБ – реакторный блок, ВВР ОЯТ – отработавшее ядерное топливо водо-водяных реакторов, ЖМТ ОЯТ – отработавшее ядерное топливо реакторов с жидкометаллическим теплоносителем, БХ – блок хранения, образуемый из хранилища топлива на ПТБ, РП – реакторное помещение при утилизации надводных кораблей и ледоколов, СРЗ – судоремонтный завод, НК с ЯЭУ – надводный корабль с ядерной энергетической установкой

Данные по итогам выполненных к настоящему времени работ по утилизации кораблей и радиоэкологической реабилитации объектов обслуживающей их инфраструктуры представлены в таблице 4. На Северо-Западе утилизированы все атомные подводные лодки, входившие в первоначальный мастер-план (включая аварийные). В работе лишь три вновь выведенных из состава ВМФ корабля, и теперь их утилизация – уже рутинный процесс. Сходная ситуация и на Дальнем Востоке. На рисунке 15 показан масштаб проблемы ликвидации потенциальных угроз обширного радиационного загрязнения Северо-Западного региона. Более половины основного радиационного потенциала, накопленного в отработавшем ядерном топливе, удалено из региона, топливо переработано на Производственном объединении “Маяк”. Интенсивный вывоз отработавшего топлива из хранилища в губе Андреева продолжается и может быть завершён в текущем десятилетии.

Рис. 15.

Изменение радиационного потенциала от ОЯТ в Северо-Западном регионе РФ с начала и после завершения массовой утилизации

Строительство мощного отечественного атомного флота, создание масштабной инфраструктуры его обслуживания, успешная эксплуатация новой для флота техники способствовали решению возложенных на ВМФ стратегических и оперативно-тактических задач и обеспечили паритет в противостоянии с боевым потенциалом западного блока в годы холодной войны. Этому в немалой степени способствовала хорошо продуманная и чётко организованная упреждающая подготовка кадров. Основное внимание при этом было уделено подготовке высококвалифицированных инженерных кадров ядерно-энергетического профиля. Созданному незадолго до спуска на воду первой АПЛ Севастопольскому высшему военно-морскому инженерному училищу (СВВМИУ) было поручено начать подготовку инженерных кадров для атомных подводных лодок. Через год такая же задача была поставлена ленинградскому Высшему военно-морскому инженерному училищу им. Ф.Э. Дзержинского. Но по числу выпускаемых специалистов СВВМИУ в течение всех последующих лет оставалось основной базой подготовки инженерных кадров ядерного профиля для интенсивно создающегося советского атомного подводного флота. Иллюстрацией уровня подготовки инженерных кадров для АПЛ служит техническое оснащение училища. Здесь были построены единственный в мире в составе вуза учебно-исследовательский реактор ИР-100, учебно-лабораторный комплекс со всеми основными элементами ядерной энергетической установки АПЛ второго поколения (пр. 670), подкритическая уран-водная сборка с блоками из природного урана, мощный по тому времени вычислительный центр, опытовый гидродинамический бассейн, поточные аудитории, оснащённые индивидуальными электронными тренажерами, и множество других учебных и исследовательских установок и стендов. Учебный процесс сочетался с масштабной исследовательской работой, в которую активно вовлекались и курсанты. Неслучайно министр обороны маршал Советского Союза Д.Ф. Устинов своим приказом в 1983 г. объявил Севастопольское училище лучшим высшим военным учебным заведением страны.

Я начал с того, что Военно-морской флот встретил предложение Минсредмаша о разработке ядерной силовой установки для подводной лодки весьма сдержанно. Отношение ВМФ к работам по созданию подводной лодки с ядерной энергетической установкой резко изменилось после назначения главнокомандующим адмирала С.Г. Горшкова. Стране по-настоящему повезло, что именно в те годы Академию наук возглавлял Анатолий Петрович Александров, которого по праву называют отцом отечественного атомного флота, Военно-морской флот – адмирал флота Советского Союза Сергей Георгиевич Горшков, Министерство среднего машиностроения – Ефим Павлович Славский, Министерство судостроительной промышленности – Борис Евстафьевич Бутома. Все они, несомненно, были выдающимися государственными деятелями, талантливыми руководителями, яркими и неординарными личностями. Особо хотелось бы отметить исключительно слаженную работу Главкомата Военно-морского флота во главе с С.Г. Горшковым и возглавляемого академиком А.П. Александровым главного штаба отечественной науки – Академии наук СССР, чему в немалой степени способствовала и их личная дружба.

В 1980–1990-е годы в СССР/России удалось создать достаточно эффективную группировку ракетных подводных лодок стратегического назначения, образовавшую костяк морских сил стратегического ядерного сдерживания, и выработать действенные меры по обеспечению их боевой устойчивости (табл. 5) [24]. В свою очередь многоцелевые атомные подводные лодки, наряду с задачей обеспечения боевой устойчивости своих стратегических ракетных подводных лодок, были способны вести поиск и при обнаружении длительное слежение за ракетными подводными лодками вероятного противника.

Aтомный подводный флот осуществлял ядерное сдерживание и контролировал важные стратегические районы Мирового океана. В 1980–1990-х годах ВМФ СССР достиг стратегического паритета с ВМФ США и стал вторым флотом в мире. Подводный флот предотвратил возможность нападения на СССР и обеспечил сохранение мира или мирного сосуществования двух великих морских держав.

С началом 1990-х годов при вынужденном выводе в резерв большого количества кораблей баланс военно-морских потенциалов, соперничающих в Мировом океане стран, был резко нарушен, после чего понятие “ядерный паритет” потеряло военно-политический смысл. Реалии сегодняшнего дня говорят о том, что развитие подводных сил России как главного рода сил ВМФ постоянно находится в центре внимания всех структур, отвечающих за обороноспособность нашего Отечества. Объективные условия вооружённой борьбы в ядерной войне выдвигают в качестве одного из основных компонентов ударной силы ракетно-ядерный флот, где рационально сочетаются новейшие достижения науки и техники, огромная ударная мощь и мобильность, живучесть стратегических средств и высокая готовность к их немедленному использованию.

Работы по внедрению ЯЭУ на морские суда, корабли ВМС и глубоководные аппараты продолжаются, в том числе с отработкой основного оборудования на стендах, в Аргентине, Бразилии, Великобритании, Индии, Иране, Канаде, Китае, Пакистане, США, Франции, Японии и в других странах. К объективным преимуществам кораблей с ЯЭУ относят их повышенную скрытность и практическое отсутствие выбросов парниковых газов. Это позволяет говорить о том, что ядерная энергетика и в дальнейшем должна обеспечивать энергетические потребности кораблей океанской зоны.

Среди особенностей строящихся и проектируемых корабельных ЯЭУ следует назвать внедрение модернизированной, более компактной по конструкции реакторной установки, которая отличается меньшим числом компонентов и существенно большей энергонапряжённостью по сравнению с эксплуатируемыми установками; применение перспективных технологий, обеспечивающих значительное снижение стоимости технического обслуживания; повышение долговечности реакторного оборудования с учётом проектов, предусматривающих длительный (до 45–50 лет) срок службы корабля.

Перечислю основные тенденции развития корабельной ядерной энергетики: использование ЯЭУ с водо-водяными реакторами при их стендовой отработке на временных базах; унификация и эволюционное развитие ЯЭУ для большой серии кораблей; повышение надёжности и безопасности, улучшение вольтамперной характеристики корабельных ЯЭУ; увеличение продолжительности кампании активной зоны.

Опыт интенсивной эксплуатации и тенденции развития зарубежных корабельных ЯЭУ необходимо использовать для создания перспективных отечественных кораблей и судов при формировании их облика, а в последующем – основного реакторного и энергетического оборудования. При этом следует использовать наработки, направленные на повышение безопасности и надёжности эксплуатации корабельных систем и механизмов, оптимизацию их массогабаритных, виброакустических и экономических характеристик.

В заключение обобщим исторические уроки, полученные в ходе решения грандиозной задачи создания отечественного атомного флота, обеспечившего геополитический паритет в противостоянии нашей страны западному блоку:

• создание отечественного атомного флота стало возможным благодаря достигнутому в СССР высокому потенциалу в различных областях знаний, а также беспрецедентной концентрации производственных и людских ресурсов;

• создание принципиально новых образцов боевых и технических средств без учёта должного опыта позволило использовать нетрадиционные подходы, что стало определённым преимуществом, но было связано с риском принятия неоптимальных или даже ошибочных решений;

• в ходе технического прогресса, несомненно, к позитивным факторам можно отнести опережающую инициативу научных и производственных коллективов; рынок, потребитель прагматичны и даже консервативны, их интересы диктуются сегодняшним днём, в крайнем случае, ближайшими перспективами;

• к важным условиям реализации новых идей и решений относится продуманная и организованная система подготовки высококвалифицированных кадров;

• непродуманность и необеспеченность всех этапов жизненного цикла изделия чревата серьёзными проблемами и неизбежно ведёт к материальным издержкам;

• количество построенных АПЛ, несомненно, оказывает влияние на паритет военно-стратегических потенциалов противоборствующих группировок, в то же время непременное стремление опередить противника по количественным параметрам может привести к отставанию в ключевых технических и боевых характеристиках создаваемого изделия (виброакустика, скрытность, продолжительность кампании на одной загрузке активной зоны, надёжность и долговечность энергетической установки, общекорабельных систем и корпусных конструкций, коэффициент использования мощности и общее время пребывания АПЛ на боевой службе);

• важнейшее условие при реализации масштабных проектов – допускаемое целевым назначением ограничение номенклатуры проектов и унификация основного оборудования.