А. М. Антонов, Журнал "Судостроение" №10'1995

  
 В июне 1963 г. на ходовые испытания вышла новая советская атомная подводная лодка «К-27». Внешне она почти не отличалась от серийных атомных ПЛ I поколения проекта 627А. Даже справочник «Jane's Figthing Ships» никак не выделил ее и причислил к классу «November» (по зарубежной классификации ПЛ проектов 627 и 627А). И все же «К-27» имела кардинальное отличие. Это была первая в Советском Союзе опытная ПЛ пр. 645 с перепроизводящей установкой (ППУ), в ядерных реакторах которой использовался жидко-металлический теплоноситель.

Подводное кораблестроение осваивало ядерную энергетику. Шел поиск наиболее перспективных направлений создания корабельных атомных энергетических установок (АЭУ). Наиболее приемлемыми считались два альтернативных варианта: водо-водяная установка и установка с жидкометаллическим теплоносителем (ЖМТ).

По сравнению с водой жидкометаллический теплоноситель не требовал создания в I контуре высокого давления для удержания жидкой фазы. Это означало, что в корабельных реакторах будет достаточно иметь в I контуре давление порядка 10—20 кгс/см2 вместо необходимых для водо-водяных установок 200—250 кгс/см2. Снижение давления обусловливало упрощение и экономию массы корабельной АЭУ. Большим достоинством установок с жидкометаллическим теплоносителем считалась возможность получения во II контуре пара с более высокими параметрами, то есть с большими температурой и давлением. Это позволяло повысить коэффициент полезного действия (КПД) АЭУ и сократить массогабаритные характеристики паротурбинной установки.

История создания отечественных ПЛ с реакторами на жидкометаллическом теплоносителе ведет отсчет с сентября 1952 г., когда по решению правительства СССР началось проектирование первой отечественной атомной подлодки (Судостроение. 1995. № 7). В качестве основного тогда был выбран вариант водо-водяной АЭУ, но работы по корабельному реактору с ЖМТ не прекратили. Их осуществлял Физико-энергетический институт (ФЭИ) под научным руководством академика Академии наук Украинской ССР А. И. Лейпунского. Непосредственную разработку жидкомсталлической ППУ, получившей обозначение ВТ, пело ОКБ «Гидропресс» Подольского машиностроительного завода им. Орджоникидзе под руководством главного конструктора Б. М. Шолковича.

В качестве теплоносителя отечественные физики выбрали эвтектический сплав свинец-висмут, который хотя и уступал натрию по теплофизическим свойствам, но был значительно менее химически активен и опасен в случае аварии. Таким образом удалось избежать ряда проблем, с которыми столкнулись американцы, сделавшие ставку на теплоноситель из щелочных металлов *.

---

* В мае 1955 г. в Вест-Милтоне (штат Нью-Йорк) в США вступил в действие наземный прототип корабельного реактора на промежуточных нейтронах с натриевым теплоносителем «Марк А». А в январе 1957 г. через два года после «Наутилуса» в Гротопе (штат Коннектикут) на верфи фирмы «Дженерал Дайнемикс Корпорейшн» начались испытания второй атомной ПЛ ВМС США «Сивулф» (SSN—575) с ППУ типа S-2G, работавшей на жидком натрии. Однако большие термические напряжения в трубной системе парогенераторов и коррозионное воздействие натрия на сталь привели к образованию трещин в трубных досках пароперегревателя и испарителя. Пароперегреватель пришлось отключить. В итоге мощность АЭУ снизилась на 20%, и ПЛ смогла развить лишь 90% от расчетной скорости хода. Затем, из-за потери плотности трубок I контура и разрыва трубок II контура, на ПЛ произошла утечка радиоактивного натрия, приведшая к человеческим жертвам. Тем не менее на первом этапе своей службы «Сивулф» с натриевым реактором прошел 71 611 миль (из-них 57118 — под водой). В декабре 1958 г. жидкометаллическую ППУ заменили водо-водяной.

---

ППУ типа ВТ существенно отличалась от водо-водяной установки ВМ-А. Реактор РМ-1 с жидкометалличоскнм теплоносителем относился к классу гомогенных (то есть таких реакторов, у которых ядерное горючее и замедлитель нейтронов находятся в смеси, образуя однородную для нейтронов среду) и работал на нейтронах промежуточной энергии. В ППУ ВМ-А применялся гетерогенный реактор (с разделенными ядерным горючим и замедлителем) на тепловых нейтронах. Соответственно, реакторы установок ВТ и ВМ-А имели различную конструкцию. Реактор РМ-1 считался более простым и обещал быть более надежным.

Значительно отличались друг от друга парогенераторы этих двух установок. Использование в I контуре ППУ типа ВТ более низкого давления, чем во втором, исключало распространение радиоактивности при нарушении плотности парогенераторов. Кроме того, предусматривался доступ к трубным поверхностям парогенераторов для глушения отдельных трубок в случае их выхода из строя. Таким образом решалась проблема, которая в начальный период эксплуатации стала бичом ПЛ I поколения, имевших водо-водяные реакторы.

Но использование жидкометаллического теплоносителя имело и свою оборотную сторону. При эксплуатации ПЛ необходимо было постоянно поддерживать сплав в жидком (разогретом) состоянии. Во избежание его замораживания установка не могла быть просто заглушена (остановлена), как это делалось на ПЛ с водо-водяными реакторами. Придя в базу, ПЛ должна была подключиться к базовой системе парового обогрева I контура, и только после этого реактор мог быть заглушен. Это значительно усложняло и удорожало систему базирования. Кроме того, поскольку часть оборудования ППУ все же оставалась в работе даже в базе, происходило непроизводительное расходование моторесурса корабельных механизмов.

В октябре 1955 г. Совет Министров СССР принял постановление о разработке опытной атомной ПЛ пр. 645 с жидко-металлической ППУ типа ВТ. В общетехническом плане ПЛ пр. 645 сохранила родство с первой атомной ПЛ и, по существу, являлась модификацией проекта 627. Поэтому работы по ее проектированию начались в СКБ-143 сразу со стадии технического проекта. Главным конструктором ПЛ стал А. К. Назаров, которого в СКБ-143 пригласил начальник бюро и главный конструктор пр. 627 В. Н. Перегудов, курировавший работы по ПЛ с жидкометаллической АЭУ на начальном этапе работ в 1952—1955 гг.

Согласно первоначальному замыслу предполагалось, что для большей сопоставимости жидкометаллическая и водо-водяная ППУ будут иметь равную мощность и будут установлены на ПЛ одного проекта. Соответственно разработка ППУ типа ВТ ориентировалась на размещение ее оборудования в пятом (реакторном) отсеке ПЛ проекта 627. Сохранялась и единая структурная схема всей энергетической установки ПЛ — двухвальная, с двумя реакторами, двумя главными турбозубчатыми агрегатами (ГТЗА) и двумя гребными электродвигателями.

Однако в полной мере достичь идентичности главных энергетических установок не удалось, так как на ПЛ пр. 645 было решено применить автономные турбогенераторы вместо навешенных, имевших привод от главных турбин. Этим достигалась независимость электроэнергстической системы ПЛ от режима использования ГТЗА, а с ГТЗА снимались ограничения по маневрированию ходом. Исключалась ситуация, характерная для других атомных ПЛ I поколения, когда при уменьшении хода и реверсах питание электрооборудования приходилось переводить на аккумуляторную батарею. Благодаря автономным турбсгенераторам ПЛ пр. 645 приобрела возможность движения в турбогенераторном режиме под гребными электродвигателями и обеспечивались стояночные (стоповые) режимы, отличавшиеся большей экономичностью и скрытностью.

Для размещения автономных турбогенераторов потребовалась перекомпоновка энергетических отсеков по сравнению с ПЛ проектов 627 и 627А. Между реакторным и турбинным отсеками был введен новый отсек — отсек автономных турбогенераторов.
 

АПЛ пр. 645: Продольный разрез и план.

В результате разработки проекта ПЛ и главной энергетической установки выяснилось, что масса жидкометаллической ППУ типа ВТ с учетом всех вспомогательных систем, системы биологической защиты и фундаментов под оборудование на 13,5% превосходит массу водо-водяпой ППУ ПЛ пр. 627А. При этом массы ГТЗА обеих ПЛ остались практически равными, а масса турбогенераторной установки возросла в 4 раза. В итоге ПЛ пр. 645 имела на 20% более тяжелую главную энергетическую установку (ГЭУ), чем серийная ПЛ проекта 627А, что частично компенсировалось за счет отказа от установки резервных дизель-генераторов с запасом топлива.

В конструкции корпуса, по настоянию моряков, на ПЛ пр. 645 были применены плоские межотсечные переборки, рассчитанные на давление 10 кгс/см2 и обеспечивающие условия для всплытия с грунта аварийной ПЛ с затопленным отсеком с глубин до 100 м. В результате потребовалась дополнительная перекомпоновка отсеков, масса переборок возросла на 46 т, а вероятность покладки на грунт на глубинах до 100 м и последующего спасения аварийной ПЛ в океане осталась весьма незначительной.

Несмотря на большое внешнее сходство с серийными лодками пр. 627А, ПЛ пр. 645 отличалась по составу и размещению технических средств. На ней впервые внедрили механизацию и дистанционное управление перезарядкой торпедных аппаратов, сократив время приготовления всех торпедных аппаратов к очередному выстрелу с нескольких часов до полутора десятка минут.

Большое внимание уделялось оптимальному размещению средств наблюдения. Излучающая антенна гидролокационной станции «Арктика-M» заняла место над торпедными аппаратами, а шумопеленгаторная антенна станции МГ-10 — под ними в более защищенной от помех нижней части корпуса. Изменились обводы носовой оконечности. Это стало главным внешним отличием ПЛ пр. 645 от серийных лодок пр. 627А. Дополнительно установили второй перископ.

Совершенствовалось размещение оборудования в отсеках ПЛ и в помещениях боевых постов. Конструкторам удалось найти и отработать на натурных макетах более удачную компоновку носовых отсеков, сделать центральный пост более просторным и удобным для управления кораблем.

Для снижения магнитного поля легкий корпус впервые выполнялся из новой маломагнитпой стали. Это позволило вдвое уменьшить размагничивающее устройство и количество кабелей его обмоток.

Главным наблюдающим по пр. 645 была А. Н. Донченко — инженер-капитан 1 ранга, единственная женщина, занимавшая когда-либо подобную должность. Впоследствии главным наблюдающим стал капитан 2 ранга А. С. Губкин.

Разработка технического проекта 645 завершилась в 1956 г. По своим тактико-техническим элементам ПЛ пр. 645 была близка к серийным ПЛ пр. 627А. Не уступала она и американской атомной ПЛ «Сивулф», а по скорости хода и глубине погружения даже превосходила ее (см. таблицу).

В течение следующего 1957 г. СКБ-143 разработало рабочие чертежи ПЛ, а в 1958 г. выпустило техническую документацию по проекту (кораблестроительные расчеты, инструкции по эксплуатации и т. д.), что позволило в сентябре 1957 г. приступить к строительству корабля на заводе № 402 в том же цехе № 42, что и ПЛ проектов 627 и 627А под руководством главного строителя корабля А. А. Овчинникова.

Официальная церемония закладки будущей «К-27» (такой тактический номер получила ПЛ пр. 645) состоялась 15 июня 1958 г. Первоначально намечалось сдать ПЛ флоту уже
в конце I960 г., однако задержка готовности паропроизводящей установки сдерживала постройку корабля. Дорабатывавшееся оборудование поступало с опозданием до 6—8 мес. против плановых сроков. 

Тактико-технические элементы атомных подводных лодок ВМФ СССР и ВМС США

Тактико-технические элементы	Опытная атомная ПЛ пр. 645 СССР, 1963 г.	Атомная ПЛ «Сивулф» (SSN-575) США, 1957 г.
Длина наибольшая, м	109,8	103,2
Ширина наибольшая, м	8,3	9,1
Осадка средняя, м	5,83	6,6
Водоизмещение, м3:
нормальное	3414	3475
полное подводное	5078	ок. 4700
Запас плавучести, %	28	18
Глубина погружения, м	300	210 *1
Скорость хода, уз.:
надводного	15	20
полного подводного	29 *2	22
Энергетическая установка:
тип	ВТ	S-2G
теплоноситель	Сплав Pb — BI	Натрий
мощность на валу, л. с.	2X17500	2X7500
Автономность, сут	50	60
Комплектация, чел.	105	105
Вооружение:
торпедные аппараты калибра 533 мм, ед.	8	6
боекомплект торпед калибра 533 мм, ед.	20	21
*1 Рабочая (оперативная) глубина погружения. *2 При сдаче ПЛ была достигнута скорость 30,2 уз.

 

Полностью поставка оборудования АЭУ была завершена только в начале 1962 г. В результате спуск на воду ПЛ состоялся лишь 1 апреля 1962 г., а в мае начались швартовные испытания по проверке общекорабельных систем, механизмов и вооружения.

Параллельно велись работы по приготовлению и вводу в действие АЭУ корабля. Кульминация этого этапа наступила в начале декабря, когда установки приняли сплав, приготовленный и доведенный до необходимых кондиций на заводе № 402. После этого начался весьма ответственный период эксплуатации ППУ—принятый сплав требовал поддержания в разогретом состоянии и готовности к работе вспомогательных механизмов АЭУ. Вскоре были осуществлены физические пуски обоих реакторов.

С первых дней нового 1963 г. начались испытания главной энергетической установки, проводившиеся испытательной партией, ядро которой составили специалисты СКБ-143. При этом они непосредственно выполняли функции сдаточных операторов АЭУ и вспомогательных систем.

А летом 1963 г. «К-27» под командованием капитана 1 ранга И. И. Гуляева вышла в море на испытания. Для сокращения сроков сдачи ПЛ заводские ходовые и государственные испытания были совмещены. Принимала лодку специально назначенная Правительственная комиссия под председательством вице-адмирала Г. Н. Холостякова.

На испытаниях ПЛ практически полностью подтвердила выполнение условий договорной спецификации. Выявленные недостатки и неисправности были оперативно устранены заводскими специалистами. 30 октября 1963 г. Правительственная комиссия подписала приемный акт опытной атомной ПЛ «К-27» пр. 645 и рекомендовала применение АЭУ со сплавом свинец-висмут на ПЛ новых проектов, а в качестве ближайшего шага предложила организовать длительный автономный поход «К-27» с целью более глубокого изучения эксплуатационных качеств лодки и её АЭУ. Только в период сдаточных испытаний без особых осложнений «К-27» прошла за 528 ходовых часов 5760 миль (в 1,5 раза больше, чем «К-3»), из них 3370 миль (59%) в подводном положении.

За успешное выполнение работ в 1964 г. главному конструктору ПЛ А. К. Назарову в составе группы создателей корабля и его АЭУ была присвоена Ленинская премия.

После сдачи ПЛ вступила в состав Северного флота и перешла к месту своего постоянного базирования в Иоканьгу, где построили специальную котельную, необходимую для поддержания в межпоходовый период теплоносителя в разогретом состоянии.

Первый поход «К-27» носил испытательный характер. Предстояло проверить механизмы и технические средства корабля в работе в течение полной автономности в различных климатических зонах, определить оптимальные режимы использования АЭУ. Поэтому курс «К-27» был проложен из Арктики в экваториальную часть Атлантики. Необычные задачи похода расширили состав экипажа ПЛ. Кроме штатного личного состава в поход шли председатель Правительственной комиссии вице-адмирал Г. Н. Холостяков (руководитель похода), контр-адмирал И. Д. Дорофеев и другие представители флота, а также группа специалистов промышленнссти, в которую входили главный конструктор ПЛ А. К. Назаров и ведущий конструктор СКБ-143 Г. Д. Морозкин, возглавлявший при сдаче ПЛ испытательную партию энергетической установки.

«К-27» вышла в море 21 апреля и вернулась в базу через 51 сутки 11 июня 1964 г. За 1240 ходовых часов она прошла 12425 миль, из них 12278 (99%) —под водой. В походе энергетическая установка устойчиво работала во всех широтах, в том числе в экваториальных, где температура воды доходила до +25 — + 27 град С, и системы охлаждения действовали на пределе своих возможностей. Результаты этого похода еще более укрепили уверенность моряков в большей надежности и безопасности ППУ с жидкометаллическим теплоносителем.

К-27, АПЛ пр. 645

В октябре 1965 г. «К-27», совершив как и «Сивулф», два автономных похода и оставив за кормой более 44 тыс миль, вернулась для ремонта в Северодвинск. Предстояло также частично обновить электронное вооружение ПЛ. При доковании корабля осенью 1966 г., когда плановый ремонт уже подходил к концу, выяснилось, что легкий корпус, выполненный из маломагнитной стали, имеет многочисленные трещины, которые скрывались под гидроакустическим покрытием. Сказалась недостаточно отработанная технология изготовления новой стали и конструкций из нее. Объем и продолжительность ремонта значительно возросли.

В начале 1967 г. выполнили перегрузку активных зон, а летом установки вновь приняли сплав. Только в сентябре 1967 г., почти через два года после начала ремонта, «К-27» возвратилась в состав Северного флота и приступила к отработке задач боевой подготовки.

И тут началась цепь неудач, приведших к трагедии. 13 октября, когда ПЛ находилась в море, произошел заброс сплава в газовую систему I контура реактора правого борта. Его причиной стали отложения шлаков (окислов сплава свинец— висмут), закупоривавшие проход для теплоносителя, которой стал поступать в газовую систему. В результате этой аварии два насоса оказались залитыми застывшим сплавом. Пришлось вывести из работы ППУ правого борта, а ПЛ прервать поход и вернуться в свою базу.

21 мая 1968 г. «К-27» вновь вышла в море для отработки задач боевой подготовки и испытаний АЭУ. 24 мая около 12 ч дня во время вывода установок на режим полного хода случилась авария с реактором левого борта. В результате нарушения теплоотвода от активной зоны произошли перегрев и разрушение тепловыделяющих элементов. Это привело к выносу радиоактивных продуктов в контур сплава и газовый контур, выбросу радиоактивного газа в реакторный отсек. Авария сопровождалась резким ростом гамма-активности.

В 12 ч 15 мин ПЛ всплыла в надводное положение. ППУ левого борта была заглушена, и последующий шестичасовом переход в базу совершался при работе реактора правого борта на обе турбины. Большинство участников похода получило значительные дозы облучения и было госпитализировано. Жизнь 9 человек спасти не удалось.

В начале июня 1968 г. корабль обследовала специальная комиссия, которая пришла к выводу о необходимости проведения расхолаживания реакторов и замораживания сплава в реакторах обоих бортов. По существу, это был смертный приговор «К-27»—после замораживания сплава ввести реакторы в действие становилось практически невозможно. Но комиссия пошла на этот вынужденный шаг из-за тяжелой радиационной обстановки, сохранявшейся на корабле.

К 20 июня 1968 г. необходимые операции по расхолаживанию ППУ и замораживанию сплава завершились. Все механизмы ПЛ были выведены из действия и закопсервпрованы. «К-27» была переведена в отстой на длительное хранение.

Какое-то время конструкторы и моряки еще рассматривали различные варианты возвращения подводной лодки в строй. Изучалась возможность использования «К-27» с одним восстановленным реактором правого борта, вариант вырезки аварийного отсека и замены жидкомсталлической ППУ водо-водяными установками типа ВМ-А. По в этот период на флот уже начали поступать более современные атомные ПЛ II поколения, и дорогостоящая операция восстановления «К-27» была признана нецелесообразной.

Выведенная из состава флота «К-27» почти 13 лет находилась в отстое, ожидая своей участи. Проблема заключалась в том, что не было берегового могильника, способного принять для захоронения столь крупногабаритный объект как реакторный отсек ПЛ. Кроме того, работам по утилизации ПЛ препятствовала сложная радиационная обстановка в реакторном отсеке и значительное количество радиоактивных элементов, вынесенных из реактора.

Тем временем дальнейшее содержание ПЛ па плаву становилось все более опасным — корабль не ремонтировался и (фактически не обслуживался, цистерны главного балласта теряли герметичность, и ПЛ могла затонуть прямо у причала. Поэтому в апреле 1980 г. было решено провести консервацию реакторного отсека и затем затопить «К-27» в отдаленном районе у восточного побережья Новой Земли. Несомненно, это было не лучшее, но вынужденное решение. Аналогичным образом в этот период поступали и другие страны.

В мае 1981 г. ПЛ поставили в док северодвинского предприятия «Звездочка». Полости оборудования ППУ и ее трубопроводы были заполнены специальным составом, который после затвердевания предотвращал вымывание и выход из реактора радиоактивных материалов. Свободные объемы отсека и цистерну водо-свинцовой защиты заполнили битумом. Всего в отсек было залито около 270 т битума, который полностью закрыл реакторы. Этим достигалось полное исключение попадания воды к загрязненному оборудованию и последующего заражения окружающей среды в месте затопления ПЛ.

Консервация реакторного отсека позволила довести уровни проникающего излучения на поверхности легкого корпуса до фоновых значений.

Для сохранения плавучести ПЛ во время буксировки через неспокойное Баренцево море четыре цистерны главного балласта заполнили вспененным полистиролом.

Все операции были выполнены предприятием «Звездочка» в течение лета, и вскоре «К-27» отправилась в свой последний путь. Силами ВМФ она была отбуксирована в Карское море и осенью 1981 г. затоплена у Новой Земли на глубине около 75 м.

Такова судьба подводной лодки «К-27» пр. 645 — корабля, открывшего нашему флоту дорогу к использованию паро-производящих установок с жидкометаллическим теплоносителем. Несмотря на короткую жизнь и трагический финал, эта лодка выполнила возлагавшиеся на нее задачи опытного корабля. В отличие от американцев, не сумевших решить проблемы использования теплоносителя из щелочного металла, отечественная ППУ со сплавом свинец—висмут не только подтвердила свою работоспособность, но и доказала, что может успешно конкурировать по эксплуатационным качествам с водо-водяными установками.