За какими корабельными реакторами будущее?

В.В.Наумов, контр-адмирал в отставке

На начальном этапе создания атомных энергетических установок для подводных лодок одновременно велась разработка двух проектов реакторов – водо-водяных, аналогичных стационарным реакторам на первой АЭС, и жидкометаллических, где роль теплоносителя выполнял свинцово-висмутовый сплав.

Об опыте эксплуатации водо-водяных и жидкометаллических реакторов на советских атомных подводных лодках мы беседуем с В.В.Наумовым, контр-адмиралом в отставке, бывшим штурманом атомной подводной лодки «К-27» во втором экипаже, командиром АПЛ «К-104» 675 проекта, командиром головного ракетного подводного крейсера стратегического назначения «К-182» проекта 667 БД.

– Владлен Васильевич, как вы попали на атомный подводный флот?

– В 1962 году, когда американцы решили силой подавить революцию на Кубе, Советский Союз не мог не оказать поддержку молодому социалистическому государству. ВМФ СССР был приведен в боевую готовность. В район конфликта было направлено четыре дизельных подводных лодки 4й эскадры Северного флота. Походом командовал капитан I ранга Виталий Агафонов. Советские атомные подводные лодки в это время оказались не готовы к серьезному походу, в основном, в связи с проблемами ядерных энергетических установок. В поход пошли океанские дизельные подводные лодки 641 проекта, которые могли находиться под водой от 1 часа до 5 суток (на максимальном ходу 1 час, а при минимальной скорости – 5 суток), после чего должны были всплывать для подзарядки аккумуляторных батарей и могли быть легко обнаружены. Перед ними была поставлена задача в сжатые сроки скрытно пересечь Северную Атлантику, преодолев противолодочные рубежи НАТО, и проникнуть в новый пункт базирования в одной из бухт острова Куба. Смена задания с перехода на Кубу на патрулирование в Саргассовом море не упростила задачу. К тому времени США развернули стационарную систему дальнего гидроакустического наблюдения «Сосус», о которой мы не знали. С ее помощью американцы легко обнаруживали наши всплывающие лодки, и наводили на них маневренные противолодочные силы, имевшие отличные гидролокаторы, очень эффективные в глубоких равномерно прогретых морях. В результате три наших подводных лодки в ходе преследования кораблями и авиацией после полной разрядки аккумуляторных батарей всплыли. Помогая командиру рассчитать маневр отрыва от эсминцев на малых скоростях, я убедился в бесполезности таких попыток и оценил скоростные преимущества атомных лодок, способных не только легко оторваться от преследования, но и уклониться от обнаружения. Нам удалось оторваться от эсминца только после зарядки аккумуляторной батареи на повышенных скоростях и создания помехи гидролокатору эсминца за счет умельцев-акустиков, настроивших звукоподводную станцию связи на частоту гидролокатора. Не удивительно, что при первом же предложении я с радостью согласился перейти на атомную подводную лодку. Таким образом, я попал во второй экипаж «К27».

– Лодка «К27» была серийная, уже имевшая опыт эксплуатации?

– Нет. Эта лодка была опытовой. Уникальность этой лодки 645 проекта состояла в том, что ее главная энергетическая установка была сконструирована на базе реактора с жидкометаллическим теплоносителем (ЖМТ).

Работы над созданием реакторов с ЖМТ у нас в стране были начаты в 1950х гг. одновременно с работами по созданию водо-водяных реакторов для подводных лодок. Этой проблемой занимались ОКБ «Гидропресс», ОКБ в Горьком, позднее ФЭИ им. акад. А.И.Лейпунского, ГНИПКИИ «Атомэнергопроект», СПМБМ «Малахит», НПО «Аврора».

В 1963 г. подводная лодка «К27» с ЖМТ-реактором на промежуточных нейтронах была принята в состав ВМФ. Ей предстояло совершить длительный для того времени поход – 60 суток под водой в Средиземном море.

– Как вам – штурману «К27» – показались тактико-технические характеристики опытного корабля?

– Конечно, я оценил преимущества, которыми наделяла лодку атомная энергоустановка с ЖМТ-реактором: высокая скорость, более высокая маневренность, высокий уровень безопасности в связи с низким давлением в первом контуре реактора.

Наш командир П.Леонов, абсолютно убежденный в безопасности реактора, любил усаживать новичков и гостей «К27» на крышку работающего реактора, дабы передохнуть в процессе знакомства с кораблем. Впоследствии эта уверенность в полной безопасности реактора, переросшая в привычку, сыграет злую шутку с экипажем корабля.

– Но какие-то отрицательные моменты у ЖМТ-реактора были выявлены при сдаче и эксплуатации лодки?

– Отсутствие потенциальной опасности жесткого гамма-излучения притупляло бдительность экипажа и позволяло несколько небрежно относиться к работам с реактором. На первом контуре действующего реактора при отсутствии давления постоянно велись какие-то работы без боязни появления течи теплоносителя. Небольшая альфа-радиоактивность подводников не пугала. От альфа-частиц защищает даже газета, а дезактивацию одежды и обуви можно произвести мокрой тряпкой. Главная неприятность состояла в том, что жидкометаллический теплоноситель – эвтектический свинцово-висмутовый сплав надо было постоянно поддерживать в расплавленном состоянии. То есть, даже находясь в базе, реактор должен был работать на минимальной мощности для обогрева сплава. Значит, нужна была постоянная вахта, а также наличие постоянного источника пара на берегу на период ремонтных работ с ЯЭУ.

Очень слабо были изучены свойства свинцово-висмутового сплава, процессов образования в нем окислов и шлаков. Не было достоверного прогноза возможных из-за этой причины аварий, и не были определены порядок и периодичность регенерации сплава для борьбы со шлаками и окислами. То, что реактор постоянно работал в базе, всех нервировало. Один экипаж с постоянной вахтой не справлялся. Привлекался второй экипаж. Главную энергетическую установку обслуживала двойная команда операторов.

– Владлен Васильевич, на каждой лодке было по два экипажа?

– На каждую лодку должно быть два экипажа, как в ВМС США. В 1975 году в состав ВМФ вошло сразу четыре подводных ракетоносца 667 БД проекта, а вторых экипажей из экономии сформировали только три. Два экипажа на одном корабле создают возможность одновременной и качественной подготовки экипажей для своевременного взаимообеспечения послепоходового отдыха, очередного отпуска, межпоходовой подготовки в учебном центре. Они имеют возможность передавать корабль друг другу без постороннего вмешательства, всячески помогать один другому и являются настоящим коллективным рачительным хозяином корабля. Так было на «К182», где я был командиром первого экипажа. И корабль платил нам надежной службой. На корабле с одним экипажем периодически «хозяин» передает корабль «варягам» и, как правило, разным, которые заботятся о нем кратковременно, что губительно сказывается на состоянии материальной части, инструмента, запчастей и расходного материала.

– При обсуждении перспективности использования ЖМТ-реакторов неоднократно поднимался вопрос об активном полонии. Насколько он опасен для обслуживающего персонала лодки?

– Определенная проблема при эксплуатации реакторов со свинцово-висмутовым теплоносителем существует из-за наличия висмута в теплоносителе. При его облучении нейтронами образуется в небольших количествах радиоактивный газ полоний­210, который является источником альфа-частиц. Это создает определенную радиационную опасность на судне. С учетом накопленного опыта эксплуатации эта задача технически доработана и решена.

Созданы практически безопасные реакторы на быстрых нейтронах с внутренней самозащищенностью СВБР 75/100 (свинцово-висмутовый быстрый реактор с электрической мощностью 100 МВт), конструкция и технология которых практически исключают возможность аварийных ситуаций, создающих угрозу обслуживающему персоналу со стороны полония-210. Кстати, в аварийных ситуациях на подводных лодках 645, 705 и 705К проекта выделялся полоний-210, но при этом переоблучения и превышения допустимых доз у личного состава не было.

– Владлен Васильевич, как долго вы служили на этой лодке?

– Через три года я перешел на атомную подводную лодку «К-104» 675 проекта и перебрался в Западную Лицу.

А «К-27» с первым экипажем сходила в 60-дневный поход в Средиземное море – один из длительных походов того времени. Их встретили как героев. Серьезных проблем с реактором в походе не было. Возникшую непроходимость в одной из труб одного борта устранили прямо в походе, не выводя установку из строя. Разрезали трубу, паяльной лампой разогрели непроходимость и восстановили систему. Доложили наверх о хорошей ремонтопригодности установки. В середине 1965 г. АПЛ «К-27» под командованием П.Леонова (он стал уже командиром первого экипажа, И.И.Гуляев ушел на повышение) вышла во второй поход в Средиземное море. БЧ-5 руководил А.А.Иванов. Установка с ЖМТ отработала без аварий. После очередного ремонта, при котором вскрывался первый контур, и модернизации части корабельного оборудования, по мнению проектировщиков установки возникла необходимость очередной регенерации сплава теплоносителя.

– Существовала какая-то определенная периодичность регенерации сплава?

– Нет, на тот момент определенной инструкции разработано еще не было. Проектанты из ФЭИ и «Гидропресса» из физических соображений считали, что пора бы СВТ «почистить». Делать это можно было только при их участии. Что-то у проектантов по времени не сложилось, а лодке по графику нужно было выходить на боевую службу, предварительно совершив контрольный выход для проверки готовности экипажа. С согласия проектантов решили регенерацию ЖМТ произвести после контрольного выхода по прибытии представителей из ФЭИ.

Командир БЧ-5 А.А.Иванов высказывал пожелания провести регенерацию до выхода. Но юридических оснований, препятствующих выходу в море, не было. Материальная часть всех боевых частей была в строю, подготовленным личным составом корабль был полностью укомплектован. Все разрешения были подписаны. И лодка вышла в море.

В этом контрольном выходе на лодке находилось 127 человек. 24 мая в 11 часов 35 минут мощность реактора левого борта резко упала. И хотя истинную причину и характер развития аварии точно установить возможно только после вскрытия аварийного реактора, которое из-за высокой радиации не проводилось, наиболее вероятный ход аварии, по мнению проектантов, был следующий. Шлак или окислы теплоносителя закупорили каналы реактора. От температурного перегрева сгорело часть каналов реактора. И разносимый теплоносителем по первому контуру высокоактивный уран вызвал выброс радиации в реакторном и парогенераторном отсеке.

Получив доклад о снижении скорости из-за падения мощности, Леонов, не будучи специалистом в эксплуатации реактора, отдал приказ увеличить мощность. Операторы на ГЭУ стали ее поднимать, не выяснив причину падения. Потом дозиметрист доложил, что зашкалило приборы. Пока разбирались, что произошло, всплыли в надводное положение, продули отсеки. Но радиационная опасность объявлена не была из-за уверенности командира в отсутствии возможной гамма-активности на ЖМТ-реакторе. Объявили большую приборку и обед.

В результате переоблучился весь экипаж, но смертельную дозу получили только те, кто работал в аварийной зоне – в реакторном отсеке.

После швартовки у пирса командир «К-27» доложил командиру дивизии М.Г.Проскунову, что по походу замечаний нет, только у механиков какие-то проблемы с мощностью реактора левого борта. Но начальник медслужбы Б.И.Ефремов был иного мнения (обстановка на подводной лодке была явно ненормальная).

У подошедшего специалиста береговой службы по радиационной безопасности зашкалило прибор. Объявили боевую тревогу. Вывели лодки с соседних причалов.

На самой лодке оставили несколько человек, которые должны были произвести расхолаживание энергоустановки. Пятнадцать человек экипажа, наиболее тяжелых, отвезли в дивизионную санчасть. С остальными работали корабельные врачи. 27 мая в Гремиху приехали А.П.Александров и А.И.Лейпунский – разработчик установки, представители Минсудпрома, командования ВМФ.

Весь экипаж был отправлен в госпиталь ВМФ в Ленинград. В течение месяца умерло пять человек. Остальные были признаны годными для дальнейшего прохождения службы на АПЛ. Проработавшая более месяца комиссия приняла решение оставить лодку в Гремихе, усилив свинцовой дробью биологическую защиту реактора. На ней проводили технические эксперименты, и с реактором правого борта, в том числе. В сентябре 1982 г. лодку отбуксировали в Карское море и затопили на глубине чуть больше 30 метров. Проводил ее в последний путь командир БЧ-5 Алексей Иванов, содержавший лодку в образцовом порядке все эти двадцать лет.

– А где вы дальше проходили службу, на каких лодках?

– Я перешел помощником командира на «К-104», лодку проекта 675 с крылатыми ракетами. Там был реактор ВВР. Потом старпомом на АПЛ «К125», и снова уже в должности командира вернулся на «К-104». На АПЛ «К-104» был хороший, сплаванный экипаж. И когда в 1973 году меня забрали на новую стратегическую лодку 667 БД проекта, жалко было расставаться и с лодкой, и с экипажем. Сформированный экипаж новой лодки уже обучался в г.Палдиски. Там был создан прекрасный учебный центр с АЭУ для лодки 675 проекта.

Уже в 1980-х годах 667 проект был модернизирован. Пятой модернизацией проекта стали лодки проекта 667 БДРМ. Это не корабли, а сказка! Было построено семь таких кораблей. Именно они сейчас и плавают. На этом проекте производится запуск ракет с любого положения. При всплытии в высоких северных широтах проламывают лед до 1,5 метров толщиной.

– Владлен Васильевич, вы плавали на лодках и с ЖМТ-реактором, и с ВВР. Не могли бы вы их сравнить с точки зрения технических характеристик, безопасности эксплуатации?

– Я убедился в более высокой маневренности, меньшей энергонапряженности, более высокой радиоактивной безопасности, меньших габаритах АППУ с ЖМТ-реактором. Современные разработки реакторов с теплоносителем свинец-висмут лишены недостатков и недоработок, имевших место у реакторов на атомных лодках 645, 705 и 705К проектов.

Реактор СВБР-75/100 на быстрых нейтронах – унифицированная интегральная АЭУ со свинцово-висмутовым теплоносителем, обладает внутренней самозащищенностью, компактностью, высокой маневренностью и наивысшим КПД. Допускает режим многократного замораживания и размораживания теплоносителя, что в сочетании с компактностью делает эти ядерные энергоблоки транспортабельными в полном снаряжении и готовности к работе. В связи с низким давлением в первом контуре вплоть до атмосферного, изготовление реакторной установки не требует уникального машиностроительного оборудования в отличие от ВВР с их давлением в двести атмосфер при 3150С. В целом эти установки отличаются от АППУ с ВВР в лучшую сторону по ядерной и радиационной безопасности, по маневренности и КПД, по стоимости эксплуатации от создания до утилизации и захоронения.

При управлении кораблем особенно важно иметь преимущества в маневренности. Реакторная установка должна обеспечить быстрейшее изменение скорости корабля до максимальной или до заднего хода, крайне необходимых для уклонения от оружия противника, предотвращения столкновений с плавсредствами, кораблями и навигационными опасностями, для обеспечения быстрого всплытия аварийной подводной лодки. Для этого ППУ должна быстро наращивать мощность для обеспечения паром увеличивающих мощности турбин или турбогенераторов (на атомных ледоколах). На установках с ВВР допускается изменение мощности реактора не более 1% в секунду, а в последние годы, для повышения надежности активных зон рекомендовано изменение 0,1% в секунду.

Командуя атомоходами с ВВР, при проходе узкости, при швартовке, при выполнении сложных маневров, я вынужденно давал команду иметь запас мощности 20%. Это приводило к перерасходу ядерного горючего (20% вырабатываемого пара, минуя турбины, шли в конденсатор). На АПЛ такой перерасход мощности кратковременен. А вот на атомных ледоколах, которые при проводке судов во льдах производят до 60 реверсов в час, и бывает сутками вынуждены держать запас мощности 20%, такой перерасход значителен.

Подводные лодки «К-27» и последующие АПЛ-705 и 705К проекта с реакторами на промежуточных нейтронах и со свинец-висмутовым теплоносителем за счет возможности в 4 раза быстрей повышать мощность реакторов и большого запаса (по температуре) перегретого пара, в создании запаса мощности не нуждались. А маневренность реактора позволяла оставлять за кормой выпущенные по лодкам торпеды за счет почти мгновенного развития большой скорости. Остро нуждаясь в строительстве атомных ледоколов для спасения Северного морского пути, Минтранс до сих пор не заказал проработку СВБР-75/100 для ледокольных судовых энергоустановок.

– Какие организации сегодня занимаются работами по ЖМТ-реакторам?

– Учитывая опыт эксплуатации АЭУ с ЖМТ на АПЛ «К27» 645 проекта, АПЛ-705 и 705А проектов ряд организаций, в том числе ФЭИ им. акад. А.И.Лейпунского, ОКБ «Гидропресс», ГНИПКИИ «Атомэнергопроект», НПО «Аврора», Калужский турбинный завод, СПМБМ «Малахит» разработали концептуальный проект модульной АЭС с двумя блоками на базе модульных АППУ с многоцелевыми свинцово-висмутовыми реакторами на быстрых нейтронах (СВБР-75/100).

Этот проект заинтересовал Союз российских судовладельцев с целью его использования при освоении арктического шельфа и реализации Морской доктрины РФ на Северном морском пути. Создание атомных станций ограниченной мощности на реакторах ЖМТ для обеспечения электроэнергией и теплом северного и восточного побережья России позволит выполнить требования по экономичности, ядерной, радиационной и экологической безопасности, благодаря свойствам внутренней самозащищенности этих реакторов.

Они обеспечиваются меньшим оперативным запасом реактивности, применением химически пассивного по отношению к воздуху и воде теплоносителя, исключающего кризис теплоотвода и высокое давление в контуре, интегральной компоновкой, исключающей возможность потери теплоносителя, отсутствием жидких радиоактивных отходов, высокой надежностью активной зоны и т.д.

В июне 2006 г. НТС № 1 высоко оценил работу по созданию многоцелевого СВБР-75/100, подчеркнув монопольное владение Россией реакторной свинцово-висмутовой технологией. Было высказано опасение, что работы в этой области Японии, США, Кореи и Европы могут привести к утрате нашего приоритета.

Но, одобряя работу ФГУП ОКБ «Гидропресс», ФГУП ГНЦ РФФЭИ и ФГУП «Атомэнергопроект» по этому проекту, решение НТС свелось к предложению продолжить в 2007 году проработки опытно-промышленного энергоблока с РУ СВБР-75/100 с привязкой к конкретной площадке и рекомендации Росатому разработать технические требования к атомным энергоблокам регионального энергоснабжения.

Начало практического воплощения разработок в металл опять откладывается. Уникальный опыт 80 реакторолет эксплуатации РУ с теплоносителем свинец-висмут на АПЛ признается не в полной мере референтным, так как он отличается от режима эксплуатации и требований по ресурсу и безопасности в гражданской атомной энергетике. В результате потери еще 5–7 лет приоритет России в этой области будет безвозвратно утерян.

– Как известно, с декларации об окончании «холодной войны» началось резкое сокращение нашего Военно-морского флота и, в первую очередь, подводного. Но подводные лодки могут использоваться не только для боевого дежурства, но выполнять и мирные функции?

– Да, и уже выполняют. В 1978 году атомный ракетоносец 667 БДР проекта «К-441» совершил поход подо льдами по периметру Северного Ледовитого океана, совмещая боевую задачу с гидрологическим исследованием океана по маршруту перехода.

В 1995 году с «К-44» с помощью баллистической ракеты за полчаса с Баренцева моря на Камчатку доставлены научная аппаратура и почта. В 1998 году с «К-407» из подводного положения запущен искусственный спутник Земли «Турбасат­Н».

Используя опыт АПЛ в плавании подо льдами, всплытии в разводьях и с продавливанием льда, подводные атомные транспорты и танкеры специальной постройки могут обеспечивать экономную и эффективную доставку полярных экспедиций (со всем оборудованием) в точки их базирования, осуществлять трансарктическую транспортировку грузов между странами западного и восточного полушария.

Огромный опыт, наработанный за время создания и эксплуатации российского подводного флота, по многим своим технологиям опередившего научную и техническую мысль западных специалистов, должен работать на благо своей страны и в XXI веке.

Подготовила Тамара Девятова

Журнал «Атомная стратегия» № 26, ноябрь 2006 г.

назад

Материалы из архива

2.2006 Энергетика России: проблемы и перспективы

Ф.М.Митенков, академик РАН, научный руководитель ФГУП «ОКБМ» В конце минувшего года состоялась научная секция общего собрания Российской Академии наук, посвященная состоянию энергетики России, ее проблемам и перспективам развития. Актуальность и важность этой темы подчеркивается уже тем, что чуть ли не впервые сессия Академии наук носила столь целенаправленный и достаточно полный конкретизированный характер обсуждения вопросов энергетического обеспечения страны.

5.2009 Перспектива развития энергетики с точки зрения науки

Н.Н.Пономарев-Степной, вице-президент Курчатовского института, академик РАН: - Наверное, 47 лет назад… я летал на самолете с атомным реактором. Вы знаете, тогда действительно атомная отрасль накопила очень могучие силы и мозговые, и интеллектуальные, и производство, и хотела попробовать эти силы в самых разных направлениях. В том числе, это атомный самолет, атомная ракета, т.е. ракета с ядерным двигателем, и космические установки… Я назову это ближайшее время…

5.2009 Русский инновационный манифест

Мы забыли о творчестве. Потребительская экономика низвела многих из нас до уровня офисного и окологосударственного планктона. Мы перестали изобретать, рваться к звездам, писать хорошие стихи. Мы стали скучными. Это тоже возможная траектория развития человечества, но она быстро заканчивается – без прометеевского начала, без божественного одарения людей технологиями и ремеслами нам остается только прозябать в брендированном транснациональными корпорациями загоне.