Смертоносные аккумуляторы
Мировой опыт эксплуатации подводных лодок (ПЛ), показывает, что аварии, связанные с различными техническими неисправностями и нарушениями требований эксплуатации аккумуляторных батарей (АБ), приводящие к пожарам и взрывам водорода, не являются крайне редким явлением в практике деятельности подводных флотов. За последние 70 лет они составляют не менее 3% от всех аварий и катастроф, происшедших на ПЛ.
Аварии и катастрофы с причинами подобного характера произошли в 1949–1988 годы на четырех дизель-электрических ПЛ ВМС США: «Кочино» (SS-345), «Помодон» (SS-486), «Грейбэк» (SSG-574) и «Боунфиш» (SS-582). Взрывы водорода и пожары в аккумуляторных ямах с жертвами среди подводников происходили на подводных лодках флотов и других стран, в том числе: подводная лодка ВМС Польши «Сеп» (тип «Ожел») – в 1974 году; подводная лодка ВМФ СССР М-258 (проект А-615) – в 1965 году; подводная лодка ВМС Франции «Дорис» (тип «Дафне») – в 1968 году; подводная лодка ВМС Великобритании «Альянс» (тип «Эмфион») – в 1971 году. Вполне вероятно, что именно по этой причине погибла в ноябре 2017 года и подлодка ВМС Аргентины «Сан-Хуан» (тип «Санта-Крус»).
Всего же за последние 70 лет на дизель-электрических подводных лодках (ДЭПЛ) произошло не менее восьми аварий, связанных со взрывом водорода, из которых две закончилась катастрофой. Так, 28 августа 1949 года на ДЭПЛ ВМС США «Кочино» из поврежденной аккумуляторной батареи произошла утечка водорода, что привело к взрыву и пожару. Около 14 часов моряки боролись за живучесть подводной лодки, но второй взрыв заставил их покинуть подводную лодку и эвакуироваться на ПЛ «Таск». Субмарина «Кочино» затонула на глубине 250 м. Более подробно аварии и катастрофы подобного рода рассмотрены в таблице.
Опыт ликвидации аварий, связанных со взрывом водорода на ПЛ, в различных флотах стран мира показывает, что сам факт взрыва, последующий пожар и их последствия, однако, редко приводит к катастрофе подводной лодки и потере всего экипажа. В большинстве случаев подводная лодка всплывает в надводное положение, пожар локализуются силами экипажа, а субмарина своим ходом или с помощью буксира переходит в безопасное место. При этом экипаж ПЛ в море может быть эвакуирован специально развернутыми спасательными силами или оказавшимися близко к аварии кораблями, гражданскими судами и даже подводными лодками.
Что же произошло с ДЭПЛ «Сан Хуан»
15 ноября 2017 года дизель-электрическая подводная лодка ВМС Аргентины «Сан-Хуан» вышла из порта Ушуайя с целью совершения межбазового перехода в пункт постоянного базирования в Мар-дель-Плата. На борту ДЭПЛ находились 44 подводника. В начале суток 15 ноября командир ДЭПЛ «Сан-Хуан» доложил на берег об аварии на борту ДЭПЛ и передал координаты своего местонахождения. Это был последний доклад с подводной лодки, когда она находилась в 240 милях от берега. С этого момента связь с подводной лодкой была потеряна.
По заявлению представителей ВМС Аргентины, причиной взрыва на борту пропавшей аргентинской подлодки «Сан-Хуан» могла быть высокая концентрация водорода. При этом возможность взрыва боезапаса (22 торпеды) аргентинской стороной исключалась по причине отсутствия торпед на борту ПЛ.
Ряд российских авторитетных военных экспертов согласились с этой версией и высказали предположение, что взрыв мог произойти из-за нарушений условий эксплуатации или неисправности самой аккумуляторной батареи (АБ). К первопричинам взрыва водорода, по опыту эксплуатации АБ, может в том числе относиться попадание на токоведущие части АБ морской воды, способной вызвать короткое замыкание и взрыв в условиях повышенной концентрации водорода в отсеках подводной лодки. Эта первопричина аварии на ПЛ «Сан-Хуан» рассматривается как наиболее вероятная.
Впоследствии ВМС Аргентины подтвердили первопричину аварии, сделав официальное заявление, что во время последнего сеанса связи командир аргентинской подлодки «Сан-Хуан» доложил о попадании воды в шнорхель во время зарядки аккумуляторных батарей, что привело к короткому замыканию в контактной группе АБ. Шнорхель – это выдвижное устройство подводной лодки, обеспечивающее работу дизеля под водой и использующееся для подачи в перископном положении атмосферного воздуха в дизельный отсек и удаления выхлопных газов дизелей (в отечественном флоте его называют РДП).
Военное ведомство Аргентины рассматривает и еще одну возможную причину аварии – техническую неисправность самой АБ. Так, ДЭПЛ «Сан-Хуан» в 2007–2014 годы прошла средний ремонт. В процессе ремонта были заменены двигатели и аккумуляторные батареи. Нетипично длительный срок среднего ремонта объясняется нехваткой финансовых средств и необходимого количества квалифицированного персонала. Более того, по сообщениям аргентинских СМИ, выяснилось, что при закупке аккумуляторов для подлодки «Сан-Хуан» были обнаружены нарушения. Проведенная Минобороны Аргентины проверка выявила, что была нарушена установленная процедура заключения контрактов на закупку аккумуляторов для подводной лодки «Сан-Хуан». В результате для подлодки были приобретены аккумуляторы с истекшим сроком гарантии. Вполне вероятно, что данные проблемы сказались на качестве ремонта электроэнергетической системы, а также подготовке ДЭПЛ «Сан-Хуан» к выходу в море.
В случае с ПЛ «Сан-Хуан» взрыв водорода вызвал и еще одну нештатную аварийную ситуацию – потерю герметичности корпуса, экстренное поступление морской воды в отсеки в результате взрыва водорода. В результате подводная лодка потеряла плавучесть и затонула. Таким образом, краткий обзор событий на ПЛ «Сан-Хуан» показал, что в короткий период на ней произошли как минимум три весьма опасные аварии. Две аварии АБ, связанные с попаданием через РДП морской воды на контакты АБ и последующим взрывом водорода, сопровождающимся пожаром. И одна авария, связанная с разгерметизацией корпуса ПЛ и поступлением морской воды в отсеки ПЛ, как следствие взрыва водородной смеси. Вся эта цепочка аварий и привела к катастрофе «Сан-Хуана».
Поскольку у ПЛ «Сан-Хаун» четыре отсека, а запас плавучести – не более 8–10%, то затопление любого из отсеков лишает ее возможности всплыть самостоятельно, даже с небольших глубин в несколько десятков метров. Если же подлодка провалилась за предельную глубину в районе океанской впадины и ее раздавило, шансов на спасение у экипажа не оставалось. Но ответить на вопрос, что же произошло на «Сан-Хуане», можно только после обнаружения ПЛ и осмотра внешней и внутренней части конструкции корпуса, а также всего оборудования ПЛ, изучения вещественных доказательств причин аварии, вахтенной документации, данных технического контроля и т.д.
На сегодня международная команда, участвующая в поисках пропавшей субмарины, насчитывает до 30 судов и самолетов, а также до 4 тыс. человек из 13 стран мира. Кроме России в поисковой операции участвуют Германия, Бразилия, Канада, Чили, Колумбия, Испания, США, Франция, Норвегия, Перу, Великобритания и Уругвай.
Россия направила в Аргентину специалистов 328-го экспедиционного поисково-спасательного отряда с телеуправляемым подводным аппаратом (ТПА) «Пантера Плюс» (опускается на глубину до 1 тыс. м), а также океанографическое исследовательское судно «Янтарь», оборудованное двумя глубоководными аппаратами, позволяющими проводить обследования на глубине до 6 тыс. м. За время участия в поисковых работах у побережья Аргентины специалистами службы поисковых и аварийно-спасательных работ ВМФ РФ, находящимися на борту буксира ВМС Аргентины «Ислас Мальвинас», произведено несколько десятков погружений ТПА «Пантера Плюс» на глубины от 125 до 1050 м для обследования дна. За этот период были обнаружены и классифицированы два затонувших рыболовецких траулера и два бетонных блока.
Как показывает опыт операций по поиску и спасению аварийных ПЛ различных стран, особенно много проблем возникает при их организации на начальном этапе. При этом теряется немало времени на оценку ситуации, различные консультации и согласования. А в этом деле, знает каждый подводник, дорога каждая минута. Лишняя потеря времени может обернуться потерей реальных возможностей спасти жизни подводников. В этой связи с целью повышения оперативности спасения аварийных подлодок без лишних согласований и консультаций в России предложили создать международный координационный центр по оказанию помощи аварийным ПЛ. Об этом заявлено на 54-м Международном конгрессе подводников, который прошел в июне 2017 года в Санкт-Петербурге. Все страны-участники, в том числе и Аргентина, российскую инициативу поддержали.
Важным практическим шагом по обеспечению этой идеи стало возрождение в России специализации водолазов-глубоководников. Научно-исследовательским институтом спасания и подводных технологий совместно с экспедиционным аварийно-спасательным отрядом ВМФ России начата подготовка водолазов-спасателей к погружению на глубины свыше 400 м. Практические погружения водолазов-глубоководников начнутся уже летом этого года.
Источник
Электроэнергетические системы на подводных лодках
С начала XX века для подводного хода субмарины применяли электродвигатели, которые запитывались от аккумуляторов. Зарядка аккумуляторов производилась в надводном положении электрогенераторами, приводимыми в действие дизельными двигателями.
Появление атомных подводных лодок (АПЛ) после Второй мировой войны не привело к прекращению строительства дизель-электрических субмарин. Более малошумные, дешевые, способные действовать на мелководье, неатомные подводные лодки до сих пор стоят на вооружении большинства флотов мира.
ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО
Электроэнергетическая система дизель-электрических подводных лодок (ДЭПЛ), в классической схеме, состоит из аккумуляторных батарей, дизель-генератора, гребного электродвигателя, вспомогательных двигателей и других потребителей электроэнергии.
Двигателем подводного хода ДЭПЛ всегда был электромотор, питающийся от аккумуляторных батарей. Он не требует кислорода для работы, безопасен и имеет приемлемые вес и габариты. Но серьезным ограничением его применения является малая емкость аккумуляторов. По этой причине запас непрерывного подводного хода ДЭПЛ ограничен и зависит от режима движения. При движении экономичным ходом батареи требуется подзаряжать каждые 300-350 миль. А при движении полным ходом – каждые 20-30 миль. Иными словами, субмарина может двигаться в подводном положении без подзарядки со скоростью 2-4 узла трое и более суток или часполтора со скоростью более 20 узлов.
Поскольку на габариты и вес подводных лодок наложены серьезные ограничения, электромоторы и дизели совмещают в себе разные функции. Электромотор может работать как обратимая машина. Он потребляет электричество при движении или вырабатывает его для зарядки аккумуляторов. Дизель может быть двигателем, приводящим в движение винт или электрогенератор, и может быть поршневым компрессором, если его вращает электромотор.
После 1950-х годов практически исчезли ДЭПЛ, в которых дизель работал бы непосредственно на винт. Гребной винт теперь приводится в движение исключительно электродвигателем. (Это не относится к АПЛ, гребные винты которых приводятся в движение паровой турбиной). Дизель вращает только электрогенератор. Такая схема позволяет эксплуатировать дизель в постоянном, оптимальном режиме работы и дает возможность разделить гребные электродвигатели (ГЭД) и генераторы. Использование этих устройств в индивидуальном режиме повышает КПД обоих, а значит, увеличивает запас подводного хода. К недостаткам следует отнести двойное преобразование энергии – сначала механической в электрическую, затем обратно – и связанные с этим потери. Но с этим приходится мириться, так как основным является режим зарядки аккумуляторов, а не режим расхода на ГЭД.
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ДЭПЛ
Как было указано, на всех современных ДЭПЛ используется полное электродвижение. На большинстве лодок с полным электродвижением ранее примелись два двигателя: главный и экономического хода. В современных проектах их роль играет один мотор с двумя режимами работы. Перезарядка батарей осуществляется в надводном положении или на перископной глубине при помощи шнорхеля – устройства для работы двигателя под водой (РДП). Новым этапом развития ДЭПЛ стало использование топливных элементов на основе различных химических соединений. Это позволило, в частности, увеличить в пять – десять раз дальность непрерывного подводного плавания экономическим ходом и снизить шумность субмарины. Тем не менее пока установки на топливных элементах не обеспечивают требуемые оперативно-тактические характеристики ПЛ, прежде всего в части, касающейся выполнения скоростных маневров при преследовании цели или уклонении от атаки противника. Поэтому современные субмарины оснащаются комбинированной двигательной установкой. Для движения на высоких скоростях под водой используются аккумуляторные батареи или топливные элементы, а для плавания в надводном положении – традиционная пара «дизель-генератор – электромотор».
АНАЭРОБНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
Дальнейшее развитие неатомных подводных лодок связано с использованием анаэробных (воздухонезависимых) энергетических установок. Существуют четыре основных типа анаэробных ЭУ: дизельный двигатель замкнутого цикла (ДЗЦ), двигатель Стирлинга (ДС), топливные элементы или электрохимический генератор (ЭХГ) и паротурбинная установка замкнутого цикла. Наиболее перспективным направлением считается использование двигателей Стирлинга. Применение этого двигателя значительно повышает время пребывания лодки в подводном положении без серьезных потерь в других показателях.
Разработка субмарин с вспомогательными воздухонезависимыми ЭУ начались более 30 лет назад, но таких лодок было построено чуть более десятка – это шведский проект «Готланд», французский «Сага», японский «Сорю».
В настоящее время все подводные лодки ВМС Швеции оснащены ДС, а шведские кораблестроители уже хорошо отработали технологию оснащения этими двигателями подводных лодок. Использование ДС позволяет находиться этим субмаринам под водой непрерывно до 20 суток.
Источник
Литийионные батареи: долгий путь в подводный флот
5 марта 2020 года в японском городе Кобе спустили на воду 11-ю подводную лодку серии «Сорю» (Soryu). Лодка войдет в состав военно-морских сил Японии под обозначением SS 511 Oryu. Новая японская дизель-электрическая подводная лодка стала первой боевой субмариной в мире, получившей литийионные аккумуляторные батареи, она же стала первой подобной лодкой в своей серии.
Как отмечают специалисты, за счет применения новых типов аккумуляторных батарей, которые давно прописались в смартфонах, японцы смогут отказаться от использования на подводных лодках не только традиционных свинцово-кислотных батарей, но и воздухонезависимых двигателей Стирлинга. Это очень любопытное и знаковое для подводного флота событие, так как даже сами воздухонезависимые энергетические установки в свое время стали настоящим прорывом для дизельных лодок, избавив подводные суда от необходимости часто подниматься на поверхность во время плавания. К слову, Россия так и не имеет ни одной серийной подводной лодки, оснащенной воздухонезависимой энергетической установкой.
Спущенная на воду новая японская подводная лодка с литийионными аккумуляторными батареями стала уже 11-й лодкой в серии. Помимо этого, в составе японского флота имеется 11 субмарин типа «Оясио» (в том числе две учебных лодки), которые также трудно отнести к старым моделям, так как лодки были спроектированы в 1990-е годы, а последняя из них передана флоту в 2008 году. Уже известно, что в скором времени японский флот получит еще одну субмарину проекта «Сорю» (лодка SS 512) с литийионными аккумуляторными батареями, после чего в Японии перейдут к постройке субмарин нового проекта, известного пока как 29SS (первая лодка SS 513). Всего же в составе японского флота теперь числится 22 подводных лодки, самая старая из которых вступила в строй в 1998 году.
Первая подводная лодка с литийионными аккумуляторными батареями
Торжественная церемония ввода в строй Морских сил самообороны Японии первой боевой подводной лодки с литийионными аккумуляторными батареями SS 511 Oryu прошла в городе Кобе 5 марта 2020 года. Церемония состоялась на предприятии Kobe Shipyard & Machinery Works, принадлежащем крупной корпорации Mitsubishi Heavy Industries, которая в Японии охватывает огромное количество промышленных сфер деятельности. Новая лодка стала уже 11-й в серии лодок типа «Soryu», а всего таких кораблей будет построено 12, из них две последних с литийионными батареями. Строительство лодки SS 511 Oryu началось в марте 2015 года, на воду лодка был спущена 4 октября 2018 года.
Известно, что строительство 11-й лодки обошлось японским налогоплательщикам в сумму, превышающую стоимость любой из десяти построенных лодок этого же проекта. Сообщается, что стоимость постройки субмарины SS 511 составила 64,4 миллиарда иен (примерно 566 миллионов долларов, по другим данным лодка стоила еще больше – 66 миллиардов иен). В любом случае, это на четверть больше, чем стоила десятая подводная лодка серии SS 510 Shoryu (51,7 миллиарда иен или 454 миллиона долларов). Почти вся разница в стоимости между десятой и одиннадцатой лодками серии приходится на стоимость новых литийионных батарей, а также переделку всей сопутствующей электросистемы субмарины и изменение проекта.
Двенадцатая из запланированных лодок серии «Сорю» должна войти в состав флота в 2021 году. Лодка SS-512 уже спущена на воду, это произошло еще в ноябре прошлого года. Обе лодки с литийионными батареями на ближайшие годы станут настоящим испытательным полигоном для проведения проверки аккумуляторов и их работы в реальных условиях эксплуатации, в том числе в условиях, приближенных к боевым. Результаты испытаний очень важны, так как позволят японским адмиралам скорректировать программы строительства и развития подводного флота, а также разработать проект ударных субмарин следующего поколения.
SS 511 Oryu бросает вызов традиционным субмаринам
Стоит отметить, что японский флот достаточно давно вынашивал планы по использованию литийионных батарей на подводных лодках. Появление лодки SS 511 Oryu стало кульминацией исследований и наработок, которые продолжались на протяжении нескольких десятилетий. Известно, что первые работы в этом направлении японские конструкторы начали еще в 1962 году, а первая литийионная батарея, предназначенная для размещения на борту субмарины, была готова в 1974 году.
Несмотря на эти успехи, первые батареи были далеки от идеала, не удовлетворяли заданным требованиям эксплуатации и не устраивали военных по многим параметрам. Одновременно с этим длительное время подобные аккумуляторные батареи были очень дорогими. На это накладывалась более высокая опасность таких аккумуляторов, которые были склонны к самовозгораниям и взрывам, что на борту субмарины чревато настоящей катастрофой. Сопутствующие риски и высокая цена в совокупности с еще недостаточно «зрелой» технологией заставили японских адмиралов обратить свое внимание на воздухонезависимые энергетические установки (ВНЭУ). В 1986 году было принято решение о разработке и строительстве подводных лодок с ВНЭУ системы Стирлинга, ориентируясь на успешный шведский опыт.
И все же день литийионных аккумуляторов на борту подводных лодок настал. Новые технологии могут существенно изменить весь подводный флот. Многие эксперты уже относят подобные дизель-электрические лодки к субмаринам пятого поколения. При этом для того чтобы перейти к использованию новых аккумуляторных батарей японским конструкторам пришлось существенно переработать проект лодок типа «Soryu». В первую очередь новые аккумуляторные батареи потребовали переработки проекта для сохранения остойчивости и балластировки лодок, так как установленные на первых 10 субмаринах серии свинцово-кислотные батареи существенно тяжелее литийионных. Более того, с новых подлодок часть веса и вовсе «ушла» за счет демонтажа двигателей Стирлинга.
В ходе работ инженерам пришлось полностью пересмотреть всю систему электропитания на борту SS 511 Oryu. Также на субмарине установили более мощные дизельгенераторы, предназначенные для подзарядки аккумуляторных батарей. Дополнительно конструкторам пришлось заняться переделкой шноркелей, это необходимо для наращивания объемов подачи воздуха и одновременно отвода выхлопных газов, так как скорость зарядки литийионных батарей заметно выше стандартных свинцово-кислотных.
Уже сегодня литийионные аккумуляторные батареи обеспечивают субмаринам продолжительность подводного хода, сопоставимую с лодками, использующими ВНЭУ. А в перспективе технические характеристики таких лодок только вырастут. В то же время высокая емкость батарей позволяет субмаринам длительное время передвигаться под водой с высокой скоростью – около 20 узлов. Высокая продолжительность подводного хода на большой скорости очень важный показатель для субмарин. Это может помочь и при выходе в атаку на надводную цель и при уклонении от атак противника. Чем быстрее лодка покинет опасный район, тем лучше.
Одновременно с этим, в отличие от подводных лодок, оснащенных ВНЭУ, новая субмарина в состоянии постоянно пополнять запас энергии в литийионных батареях, используя подзарядку батарей с применением устройства для работы двигателя под водой РДП. Также к достоинствам литийионных батарей относят более высокий срок их службы. Такие батареи не нуждаются в техническом обслуживании, а построенные с их помощью электросистемы проще в управлении и проектировании. Также литийионные батареи отличаются от свинцово-кислотных более коротким временем подзарядки из-за большей силы тока, что имеет очень важное значение для подводников.
Возможности подводных лодок типа «Сорю»
Дизель-электрические подводные лодки типа «Сорю» являются ударными субмаринами Морских сил самообороны Японии. Данные лодки считаются одними из самых современных и лучших в мире, они уже составляют костяк подводных сил японского флота. Новые японские лодки достаточно крупные, по водоизмещению они превосходят все серийные российские дизель-электрические подлодки проектов 677 «Лада», 636 «Варшавянка» и 877 «Палтус». Лодки типа «Сорю» считаются достаточно бесшумными, а по длительности плавания в подводном положении могут поспорить и с современными атомными субмаринами.
Субмарины типа Soryu стандартным надводным водоизмещением 2900 тонн и подводным – 4200 тонн строятся в Японии, начиная с 2005 года (заложена первая лодка серии). Длина подводных лодок «Сорю» составляет 84 метра, ширина – 9,1 метра, средняя осадка – 8,5 метра. Экипаж лодки состоит из 65 подводников (в том числе 9 офицеров).
Первые десять дизель-электрических подводных лодок, построенных по данному проекту, отличались комбинированной силовой установкой, состоящей из двух дизель-электрических установок Kawasaki 12V25/25SB мощностью 3900 л.с каждая и четырех двигателей Стирлинга Kawasaki Kockums V4-275R, развивающих максимальную мощность 8000 л.с (подводный ход). Силовая установка корабля работает на один гребной вал. Максимальная скорость надводного хода лодки составляет 13 узлов (примерно 24 км/ч), максимальная скорость подводного хода – 20 узлов (примерно 37 км/ч).
Рабочая глубина погружения подводных лодок типа «Сорю» составляет 275-300 метров. Автономность плавания – до 45 суток. Для лодок данного проекта, оснащенных воздухонезависимой энергетической установкой, дальность плавания оценочно составляет 6100 морских миль (примерно 11 300 км) при скорости хода 6,5 узла (примерно 12 км/ч). Сообщается, что новые подлодки, получающие литийионные аккумуляторные батареи, смогут находиться в подводном положении еще дольше, по сути, их возможности будут ограничиваться только запасом провизии и пресной воды на борту.
Основным вооружением лодок типа Soryu являются противокорабельные торпеды и ракеты. На субмарине имеется шесть 533-мм торпедных аппаратов HU-606. Боезапас лодки может состоять из 30 торпед «Тип 89». Современные торпеды развивают максимальную скорость 55 узлов (102 км/ч), на такой скорости торпеда может пройти под водой 39 км. Также данные торпедные аппараты могут использоваться для запуска противокорабельных американских ракет UGM-84 «Гарпун». Современные версии таких ракет могут поражать цели на удалении до 280 километров.
Источник