Глава 8 Вступая в атомный век
Глава 8
Вступая в атомный век
В этой главе
• Время распада атома.
• Строительство силовых установок.
• Монтаж силовой установки на подлодку.
• Идеальный испытательный стенд.
Радиоактивные или молекулярно нестабильные элементы были впервые открыты в 1895 году, когда Уильям Конрад Рентген открыл рентгеновские лучи. Год спустя Антони Анри Беккерель обнаружил, что соли урана можно использовать для получения изображений на фотографических пластинах. Но люди научились использовать радиоактивные материалы для получения энергии только более чем через 50 лет.
Сегодня большинство подлодок работают на атомной энергии. Метод вырабатывания энергии ядерным реактором без подачи воздуха позволяет современным подлодкам оставаться под водой в течение довольно длительного времени, не поднимаясь на поверхность. Подлодки больше похожи на рыб, чем на дельфинов.
Мы подробнее вернемся к вопросу получения ядерной энергии позже в той главе, но суть его состоит в следующем: ядерная энергия вырабатывается в результате выделения тепла, происходящего при распаде ядра радиоактивного элемента. Это тепло используется для превращения воды в пар. Пар приводит в движение турбину, присоединенную к генератору, который превращает энергию пара в электрическую энергию.
Ферми был первым
Возможность использования энергии таким образом была открыта 2 декабря 1942 года, когда Энрико Ферми впервые провел первую успешную цепную ядерную реакцию. Впервые эта технология была применена при изготовлении бомб, две из которых были сброшены на японские города Хиросима и Нагасаки, что приблизило конец Второй мировой войны.
Только по прошествии более 2 лет после окончания Второй мировой войны Американская комиссия по атомной энергии начала рассматривать возможность использования ядерной энергии в мирных целях, например, для выработки электроэнергии, для освещения городов или для питания мощных агрегатов.
Первый ядерный реактор, предназначенный для выработки электроэнергии, был запущен 20 декабря 1951 года. Однако он был довольно малым по размеру. Он мог давать энергию для 4 лампочек — это было что-то наподобие первого ядерного аккумулятора.
Первый ядерный реактор Энрико Ферми был назван «Чикагский ядерный реактор 1».
Производим электроэнергию
Сформированная комиссия по атомной энергетике разработала и начала осуществлять программу финансирования строительства ядерных установок, которые бы использовались как для государственных, так и для личных нужд. Некоторые считают, что использование атомной энергии до сих пор остается довольно противоречивым фактом, потому что последствия возможной ядерной катастрофы перевешивают чашу весов, на которой находятся все преимущества получения дешевой энергии.
Первая атомная электростанция была построена на побережье Камберлэнд в 1956 году и названа электростанцией «Калдер холл». В ней в качестве топлива использовался уран. Следующая крупная атомная электростанция была открыта годом позже в местечке Шиппингпорт, штат Пенсильвания.
В настоящее время исследования в области ядерной энергии привели к тому, что с её помощью можно эффективно бороться с раковыми опухолями, а также использовать в других сферах медицины. Промышленность использует радиацию для исследования структурной целостности стареющих зданий и сварных швов груб (см. главу 7, в которой рассказывается о катастрофе подлодки «Трэшер»). Радиоактивные материалы представляют пользу и для искусства: теперь стало возможно определить возраст древних находок, а также отличить подделку от оригинала.
Но как же мы прошли путь от наземных реакторов до использования атомной энергии в реакторах на подлодках? Этот, казалось бы, огромный скачок был проделан одним человеком, адмиралом Хьюменом Риковером (см. главу 9).
Вот так производится атомная энергия:
• Неустойчивые элементы (плутоний и уран) распадаются (их ядра распадаются) и высвобождают энергию.
• Энергия выделяется в форме тепла или термальной энергии.
• Вода, которая течёт по трубам вокруг урановых топливных модулей, поглощает это тепло.
• Вода превращается в пар, если это паровой реактор, или передаёт тепло вторичной водяной петле, которая вырабатывает пар. На этой стадии ядерный реактор становится огромным паровым котлом.
• Пар приводит в движение турбину, которая при вращении преобразует тепловую энергию пара в механическую энергию вала турбины, которая в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию в электрическом генераторе.
«Альбакор»
Перед тем как мы перейдем к рассказу об адмирале Риковере и первой атомной подлодке, мы поведаем вам о подлодке, которая явилась мостиком между архаичными судами времён Второй мировой войны и современными атомными подводными лодками. Знакомьтесь: «Альбакор».
Одной из подлодок, оказавших наибольшее влияние на развитие технологий в 1950-е годы, была подлодка «Альбакор». Это была экспериментальная подлодка. В процессе строительства этого судна конструкторы впервые применили очень много нововведений, которые сейчас являются стандартными компонентами современных подлодок. «Альбакор» был замечателен тем, что он представлял собой скорее вместилище достижений современных технологий, а не подводное судно. Особый дизайн корпуса подлодки снижал лобовое сопротивление, выжимая максимум скорости.
В современной истории подлодок «Альбакор» был переходным звеном между боевыми судами с возможностью погружения времён Второй мировой войны — которые были скорее судами, плававшими на поверхности и погружавшимися только тогда, когда им нужно было скрыться или нанести удар — и последовавшими за ними современными атомными подлодками.
Подлодки Второй мировой войны были предназначены для быстрого передвижения на поверхности. Их способность к быстрому передвижению заметно снижалась при погружении. Под поверхностью воды они не могли находиться долго и, подобно китам и дельфинам, были вынуждены периодически всплывать для забора воздуха.
Сталь HY-80 была на тот момент новейшим, самым твёрдым видом стали, известным человечеству. Своё название она получила из-за того, что может выдерживать давление 80 000 фунтов на квадратный дюйм поверхности, что составляет 52 320 тонн на квадратный метр. Предел прочности материала — это точка, до которой материал возвращает свою первоначальную форму после того, как воздействие на поверхность прекращается, а после нее начинает деформироваться, то есть изменяет форму, которую он имел до начала воздействия.
Быстро передвигаться под водой
Национальное научное общество подготовило анализ осуществимости данного проекта. Возможно ли построить подлодку, которая бы быстро передвигалась под водой; подлодку с овальным корпусом и выполненным одним винтом, расположенным вдоль оси из стали HY-80?
Начался спор между самыми светлыми умами современности, что же лучше использовать — одинарный или двойной винт. Было принято решение о строительстве опытной подлодки, на которой будут устанавливаться различные системы, а эксперты будут определять, какие же из них превосходят по своим характеристикам все остальные.
Королевские особы под водой: король Англии и испанская королевская чета совершили подводные морские путешествия на подлодках.
«Альбакор», опытный экземпляр
Строительство подлодки началось 15 марта 1952 года, она была спущена на воду 1 августа 1953 года, а поступила на вооружение 5 декабря того же года. В течение следующих 20 лет она служила по преимуществу опытной лабораторией для испытания многих новых компонентов подлодки.
Одним из самых примечательных нововведений, которые испытал на себе «Альбакор», была форма корпуса, напоминающая каплю. Эта форма корпуса оказалась настолько эффективной, что почти все современные проектировщики подлодок используют подобный дизайн. Тесты доказали, что подлодки в форме капли быстрее и маневреннее, чем подлодки с корпусами других форм.
Из-за того, что подлодку постоянно использовали для различного рода экспериментов, «Альбакор» плавал в различных модификациях за время своей службы. Когда она была впервые построена, у подлодки был один винт. В той модификации на подлодку также был установлен спинной руль с небольшими носовыми плавниками на задней части паруса. Поверхности управления продолжались до задней части винта.
Технические характеристики подлодки «Альбакор»:
• длина — 67,25 метра,
• ширина — 9,1 метра,
• осадка — 6,17 метра,
• водоизмещение (при погружении) — 1847 тонн; водоизмещение на поверхности — 1242 тонны,
• скорость на поверхности — 15 узлов; скорость при погружении — более 30 узлов,
• вооружение — нет,
• экипаж — 5 офицеров и 50 моряков.
На первой модификации «Альбакора» были установлены два дизельных двигателя. Они были присоединены к электродвигателю мощностью 7500 л/с и к валу винта. Когда подлодке требовалось передвигаться под водой, то аккумуляторные батареи поставляли необходимую мощность.
Подлодка подверглась доработкам в 1956 году. Теперь поверхности управления располагались перед винтом. Носовых плавников больше не было, а спинкой плавник был снят. Третья по счету модификация «Альбакора» была закончена в 1961 году, когда хвостовым плавникам была придана Х-образная форма. На корпус были установлены скоростные тормоза. Спинной плавник то снимали, то снова устанавливали обратно.
Новые хвостовые плавники были установлены в 1961 году, что придало подлодке больше маневренности. Повышение маневренности не прошло незаметно: экипаж отзывался о новой системе управления как о слишком сложной в обращении.
Позднее в 1960-х годах появилась четвёртая модификация «Альбакора». На ней были установлены аккумуляторные батареи нового образца и два винта, вращавшиеся в противоположных направлениях. Также был установлен ещё один электродвигатель. Дополнительный винт имел ещё один вал внутри первого. Эти изменения сделали «Альбакор» заметно быстроходнее.
«Альбакор» был использован для испытаний новой системы контроля балласта после катастрофы «Трэшера» в 1963 году, Подлодка продолжала активную деятельность вплоть до 1 сентября 1972 года, когда она была списана и послана в Филадельфию.
Она оставалась в Филадельфии до 1984 года. Затем её отбуксировали назад в Портсмут, штат Нью Шэмпшир, и превратили в музей. Теперь она «живёт» на расстоянии 400 метров от воды. Перевезти её так далеко по суше было непростым делом, к тому же при перевозке даже пришлось пересечь железнодорожный мост. Теперь она покоится на высоте 9 метров над землей в сухом резервуаре. Музей был открыт для посещения в 1985 году.
После путешествия на одной из ранних американских подлодок президент Теодор Рузвельт распорядился о повышении жалования служащим на подлодках.
Президент Гарри Трумэн совершил погружение на глубину 147 метров на захваченной немецкой подлодке.
Первым президентом, совершившим путешествие на борту подлодки, был Эйзенхауэр, который отправился на подлодке «Сивулф» из Ньюпорта, Род Айленд, 26 сентября 1957 года.
Первый «Альбакор»
«Альбакор» был назван в честь подлодки USS Albacore, которая затонула в Тихом океане во время Второй мировой войны с 86 членами экипажа на борту. Подлодка «Альбакор» под командованием покинула Перл Харбор 24 октября 1944 года, дозаправилась в Мидвэй 28 октября и в тот же день отправилась на свое одиннадцатое патрулирование. Больше о подлодке никто не слышал.
Район патрулирования подлодки — от северо-восточного побережья острова Хонсю до южного побережья острова Хоккайдо. Из-за опасности мин подлодке было приказано держаться подальше от мест, где глубина была меньше 100 морских саженей. Подлодка должна была отплыть из района дислоцирования на заходе 5 декабря 1944 года и ожидалась в Мидвэй 12 декабря. По информации японской стороны, подлодка затонула, после того как подорвалась на мине. Взрыв произошел 7 декабря 1944 года, когда подлодка находилась под водой. Морской патруль противника был свидетелем трагедии. С японского катера сообщили, что заметили большое масляное пятно, пузыри, поплавок, постельные принадлежности и различные припасы, — это все что осталось от подлодки после катастрофы.
Минимум того, что вам нужно знать:
• Энрико Ферми был первым ученым, осуществившим цепную ядерную реакцию.
• Первая крупная атомная электростанция была открыта в местечке Шиппингпорт, штат Пенсильвания.
• Благодаря использованию атомной энергии современные подлодки могут оставаться под водой в течение длительного времени. Они скорее похожи на рыб, чем на дельфинов.
• Конструкторы «Альбакора», устанавливая на подлодку различное оборудование, испытали очень много приборов, которые сейчас являются стандартными компонентами современных подлодок.
• «Альбакор» явился своеобразным мостиком между устаревшими судами времен Второй мировой войны и современными атомными подводными лодками.