Lielākā daļa mūsdienu zemūdenes ir aprīkotas ar dīzeļelektrostacijām. Šādām ierīcēm ir raksturīgi trūkumi, tāpēc tiek meklētas ērtas un izdevīgas alternatīvas. Kā liecina prakse, mūsdienu tehnoloģiju līmenis ļauj izveidot efektīvas spēkstacijas zemūdenēm, kas nav kodolenerģijas, un mēs runājam par dažādu arhitektūru sistēmām.
Problēmas un risinājumi
Dīzeļelektrisko zemūdenes galvenais trūkums ir nepieciešamība regulāri uzlādēt akumulatorus, izmantojot dīzeļģeneratoru. Lai to izdarītu, zemūdenei ir jāpeld virspusē vai jāpārvietojas periskopa dziļumā - tas palielina iespējamību, ka ienaidnieks to atklās. Tajā pašā laikā niršanas ilgums uz baterijām parasti nepārsniedz vairākas dienas.
Acīmredzama alternatīva dīzeļdegvielai ir atomelektrostacija, taču tās izmantošana ne vienmēr ir iespējama un pamatota sarežģītības un augsto izmaksu dēļ. Šajā sakarā jau vairākus gadu desmitus tiek pētīts jautājums par no gaisa neatkarīgu elektrostaciju (VNEU) izveidi ar vēlamajām īpašībām un bez dīzeļelektrisko sistēmu trūkumiem. Vairākas šāda veida tehnoloģijas ir sekmīgi nodotas ekspluatācijā, un tuvākajā laikā ir sagaidāma citu nodošana ekspluatācijā.
Kopumā VNEU izveidei ir vairākas pieejas. Pirmais ietver dīzeļģeneratora pārbūvi, izmantojot citu motoru, kas ir mazāk prasīgs ienākošajam gaisam. Otrais piedāvā elektroenerģijas ražošanu, izmantojot t.s. degvielas šūnas. Trešais ir uzlabot baterijas, t.sk. līdz savas paaudzes noraidīšanai.
Stērlinga alternatīva
Pirmā ekspluatācijā nodotā zemūdene bez kodolenerģijas ar pilnvērtīgu VNEU 1996. gadā bija zviedru kuģis Gotland. Šīs zemūdenes garums bija 60 m, un tās tilpums bija 1600 tonnas, un tajā atradās arī 6 divu kalibru torpēdu caurules. Tās spēkstacija tika uzbūvēta, pamatojoties uz standarta dīzeļelektrisko un papildināta ar jaunām sastāvdaļām.
Virsmas darbību un elektroenerģijas ražošanu nodrošina divi MTU 16V-396 dīzeļi un pāris Hedemora V12A / 15-Ub ģeneratoru. Dzenskrūvi visos režīmos vada elektromotors. Iegremdētā stāvoklī zemūdene dīzeļdzinēju vietā iedarbina Stirlinga dzinēju, kura tips ir Kockums v4-275R, izmantojot šķidro degvielu un sašķidrināto skābekli. Pēdējā rezerve ļauj uzturēties zem ūdens līdz 30 dienām bez nepieciešamības pacelties. Turklāt Stirlinga dzinējs ir mazāk trokšņains un neatklāj arī zemūdeni.
Pēc Gotlandes projekta tika uzbūvētas trīs jaunas zemūdenes; otrā un trešā ēka tika nodota ekspluatācijā 1997. gadā. 2000. gadu sākumā tika īstenots projekts ar Södermanland kodu. Tas paredzēja modernizēt divas Västergötland tipa dīzeļelektriskās zemūdenes, uzstādot Gotlandes projektu VNEU. Japāna sāka interesēties par notikumiem Zviedrijā. Saskaņā ar licenci viņa samontēja VNEU "Soryu" tipa zemūdenēm. Lielo izmēru un pārvietošanas dēļ japāņu zemūdenes vienlaikus pārvadā četrus v4-275R dzinējus.
Zemūdens turbīnas
Projekta Scorpène izstrādes laikā franču kuģu būvētāji piedāvāja savu VNEU versiju, kuras pamatā ir alternatīvs dzinējs. Šāda instalācija ar nosaukumu Module d'Energie Sous-Marine Autonome (MESMA) tika piedāvāta potenciālajiem klientiem, lai to izmantotu jaunuzceltajās zemūdenēs.
MESMA projekts ierosināja īpašu tvaika turbīnu dzinēju, ko darbina etanols un saspiests gaiss. Bija paredzēts, ka, sadedzinot alkohola un gaisa maisījumu, radīsies tvaiks ģeneratoru darbinošai turbīnai. Sadegšanas produktus oglekļa dioksīda un ūdens tvaiku veidā zem augsta spiediena tika ierosināts izvadīt aiz borta visā darbības dziļumā. Saskaņā ar aprēķiniem zemūdene Scorpène ar VNEU MESMA varētu palikt zem ūdens līdz 21 dienai.
Rūpnīca MESMA tika piedāvāta dažādiem klientiem. Piemēram, to bija plānots izmantot Skorpēna-Kalvari projektā Indijai. Tomēr izmēģinājuma rūpnīca uzrādīja nepietiekamu sniegumu, un interese par projektu tika krasi samazināta. Rezultātā jaunās Francijas dīzeļelektriskās zemūdenes joprojām ir aprīkotas ar dīzeļdzinējiem - lai gan izstrādātāji jau ir paziņojuši par jaunu modernizāciju, ieviešot citus daudzsološus risinājumus.
Krievijas kuģu būvētāji 2019. gadā paziņoja par principiāli jauna VNEU izstrādi, pamatojoties uz slēgta cikla gāzes turbīnu dzinēju. Tas ietver sašķidrināta skābekļa tvertnes: tas iztvaiko un tiek piegādāts motoram. Izplūdes gāzes tiek ierosināts sasaldēt un izmest tikai tad, ja tās atrodas drošā vietā. Līdzīgs VNEU tiek izstrādāts projekta P-750B ietvaros.
Kurināmā elements
Līdz deviņdesmito gadu beigām Vācija bija izveidojusi savu VNEU versiju. 1998. gadā sāka būvēt jaunā tipa 212 projekta zemūdeni, kas aprīkota ar līdzīgu sistēmu. Vācijas projektā tika izmantota Siemens SINAVY sistēma, kas apvieno elektromotoru un ūdeņraža degvielas elementus. Kustībai pa virsmu tika saglabāts dīzeļģenerators.
SINAVY kompleksā ietilpst Siemens PEM protonu apmaiņas kurināmā elementi, kuru pamatā ir sašķidrināta skābekļa tvertnes metāla hidrīds. Lai nodrošinātu lielāku drošību, metāla hidrīda un skābekļa tvertnes atrodas telpā starp izturīgo un vieglo korpusu. VNEU darbības laikā no metāla hidrīda iegūtais ūdeņradis kopā ar skābekli tiek padots uz īpašām membrānām un elektrodiem, kur rodas strāva.
Zemūdenes "212" autonomija sasniedz 30 dienas. Svarīga VNEU SINAVY priekšrocība ir gandrīz pilnīga trokšņa neesamība darbības laikā ar pietiekami augstu veiktspēju. Tajā pašā laikā to ir grūti ražot un ekspluatēt, un tam ir arī citi trūkumi.
Vācijas Jūras spēkiem tika uzbūvētas sešas 212 zemūdenes. 2006.-2017. četri no šiem kuģiem sāka ekspluatēt Spānijas flotē. Pamatojoties uz "212", tika izveidots projekts "214", kas paredz saglabāt esošo VNEU. Šādas zemūdenes ir ļoti populāras starptautiskajā tirgū. Saņemti pasūtījumi no četrām valstīm vairāk nekā 20 laivām. 15 kuģi jau ir uzbūvēti un piegādāti klientiem.
Jāatzīmē, ka VNEU, kuras pamatā ir kurināmā elementi, tiek izstrādāts ne tikai Vācijā. Paralēli projektam MESMA Francijā tika izstrādāts zemūdenes Scorpène variants ar kurināmā elementu izmantošanu. Tieši šīs zemūdenes tika pārdotas Indijai. Tagad tiek veidoti jaunas paaudzes elementi. Iepriekš tika ziņots, ka tās kurināmā elementi tiek izstrādāti Krievijā. Šāda veida VNEU jau ir izturējis stenda testus, un nākotnē tas tiks pārbaudīts uz eksperimentāla kuģa.
Ar akumulatoru darbināma zemūdene
Būtībā jaunu dzinēju un paaudzes līdzekļu parādīšanās neizslēdz nepieciešamību tālāk attīstīt esošās tehnoloģijas un agregātus. Tādējādi jau zināmu un apgūtu veidu akumulatori saglabā augstu vērtību. Daudzsološos projektos tos pat uzskata par vienīgo enerģijas avotu visām sistēmām.
Japānas kuģu būvē vērojami kuriozi procesi. Japāna bija viena no pirmajām valstīm, kas apguvusi VNEU ar Stērlinga dzinēju, bet 2015. un 2017. gadā. divas modificētā Soryu projekta zemūdenes tika uzliktas bez šādām sistēmām. Vieta standarta baterijām un VNEU vienībām tika dota mūsdienu litija jonu baterijām. Šī iemesla dēļ niršanas ilgums ir dubultojies, salīdzinot ar iepriekšējās paaudzes akumulatoriem.
Kopš 2018notiek jaunā Taigei projekta zemūdenes būvniecība, kas sākotnēji tika izstrādāta, izmantojot dīzeļelektrisko instalāciju un litija jonu akumulatorus. Jaunā projekta vadošais kuģis jau ir palaists ūdenī, un kopš pagājušā gada tiek būvēti vēl divi korpusi. Kopumā no 2022. gada plānots uzbūvēt septiņas zemūdenes ar pieņemšanu ekspluatācijā.
Ir daudz īpaši mazu zemūdenes projektu, kas aprīkoti tikai ar baterijām. Nākotnē šī arhitektūra var atrast pielietojumu "lielos" projektos. Nesen franču kuģu būvētāji prezentēja koncepcijas projektu SMX31E, kas apvieno daudzus drosmīgākos lēmumus. Jo īpaši zemūdene saņēma tikai baterijas ar to izvietojumu visos pieejamajos apjomos, t.sk. starp izturīgiem un viegliem korpusiem. Pirms došanās jūrā, akumulatori jāuzlādē pie pamatnes.
Tiek lēsts, ka pilnībā uzlādēts SMX31E varēs palikt iegremdēts 30-60 dienas atkarībā no braukšanas ātruma un kopējā enerģijas patēriņa. Tajā pašā laikā plānots nodrošināt visu standarta un papildu ierīču, kompleksu utt.
Evolūcijas procesā
Tādējādi pēdējās desmitgadēs VNEU jomā ir panākts ievērojams progress zemūdenēm, kas nav kodolenerģija. Ir izstrādāti, pārbaudīti, ieviesti projektos un nodoti ekspluatācijā dažādi šādu sistēmu varianti ar noteiktām iezīmēm un priekšrocībām. Tomēr pat jaunākajām no gaisa neatkarīgajām iekārtām ir daži trūkumi. To ražošana un ekspluatācija joprojām ir sarežģīta un dārga.
Neskatoties uz priekšrocībām taktiskajos un tehniskajos raksturlielumos, zemūdenes ar VNEU vēl nevar aizstāt "tradicionālās" arhitektūras dīzeļelektriskās zemūdenes. Turklāt pēdējie izstrādā un izmanto arī vismodernākās tehnoloģijas un komponentus. Spilgts piemērs šādai konkurencei starp dažādām klasēm ir Japānas zemūdens flotes attīstība, kas atgriezās dīzeļelektriskajā shēmā jaunā tehniskā līmenī.
Acīmredzot pārskatāmā nākotnē turpināsies konkurence starp no gaisa neatkarīgām un dīzeļelektriskajām iekārtām-un vēl nav skaidra favorīta. Tajā pašā laikā ir acīmredzams, ka ieguvēji ir pasaules jūras spēki. Viņi iegūst iespēju izvēlēties labāko variantu spēkstacijai, kas vislabāk atbilst visām prasībām.
