Корабли и история. Книга четвертая

С момента появления первых подводных лодок делались попытки превратить их в настоящие подводные корабли, в первую очередь за счет обеспечения работы их силовых установок без доступа атмосферного воздуха. Применение аккумуляторных батарей для подводной работы гребных электродвигателей только частично решали эту проблему. До появление атомных силовых установок, сделавших время пребывания лодок под водой практически неограниченным, предлагалось множество различных, часто довольно экзотических, а то и просто фантастических, проектов. Только немногие из них оказались осуществленными. Однако в последнее время внимание специалистов к неатомным анаэробным силовым установкам для подводных лодок с использованием последних достижений науки и техники снова оживилось.

Примером этого могут являться немецкие подводные лодки с электрохимическими генераторами типа U212, шведские ПЛ с двигателями Стирлинга, француские проекты лодок типа “Agosta-90” и “Scorpene” с установкой “MESMA” и другие. Хотя в России и СССР также успешно велись и ведутся в настоящее время работы в этой области, об этом известно немного.

Подводные лодки с двигателями внутреннего сгорания замкнутого цикла

Первым в России (и в мире) осуществленным проектом подводной лодкой с единым двигателем внутреннего сгорания стала вошедшая в 1908 году в состав ВМФ лодка “Почтовый”. В начале ХХ века в России в связи с возможной войной с Японией велось активное строительство боевых кораблей, в том числе и на добровольные пожертвования населения. Санкт-петербургский Металлический завод заказал известному инженеру и ученому С. К. Джевецкому проект подводной лодки, пригодной для перевозки по железной дороге, и обратился к председателю Особого комитета по усилению военного флота на добровольные пожертвования с предложением построить ее.

В марте 1904 года Особый комитет одобрил проект лодки и выделил на ее строительство 400 000 рублей, полученных от пожертвований почтовых работников (поэтому она получила название “Почтовый”). В 1905 году после утверждения проекта Морским техническим комитетом лодка была заложена на стапеле Металлического завода. В середине октября 1906 года завод уведомил Морское министерство о готовности ее к началу испытаний.

Подводная лодка «Почтовый»

(из архива автора)

Новая лодка имела однокорпусную конструкцию со следующими тактико-техническими характеристиками: водоизмещение надводное – 134 тонны, подводное – 148,7 т, запас плавучести – 9 %, длина – 36 метров, ширина – 3,2 м, осадка – 2,85 м, рабочая глубина погружения – 30 м. Вооружения состояло из четырех палубных решетчатых торпедных аппаратов конструкции С. К. Джевецкого. Время погружения составляло от 7 до 20 минут, всплытия – около 2 минут. Экипаж лодки состоял из 14 человек.

Отличительной особенностью “Почтового” являлась силовая установка – единая для надводного и подводного плавания. Она состояла из двух главных четырехцилиндровых четырехтактных бензиновых двигателей фирмы “Панар энд Левассер” мощностью по 130 лошадиных сил при 800 об/мин, работавшие через фрикционные муфты и цепные передачи на один гребной вал. Для работы на задний ход служила реверсивная муфта.

Четырехтактный двухцилиндровый бензиновый двигатель “Панар энд Левассер” мощностью 5 л.с. при 800 об/мин служил для привода динамо-машины (30 А, 115 В), питавшей системы освещения, зарядки аккумуляторной батареи (6 элементов общей емкостью 24 Ампер/час), катушек зажигания главных двигателей и электрокипятильник для воды.

Аналогичный бензомотор приводил в действие рулевую машинку (так называемый “механический штурвал”) при надводном ходе лодки. Под водой вертикальным рулем управляли только вручную.

Запас воздуха (10 м³) хранился под давлением 200 кг/см² в 45 баллонах и пополнялся в надводном положении от двух компрессоров с приводом от бензинового двигателя “Панар энд Левассер” мощностью 60 л.с. при 800 об/мин. Воздух из баллонов, понизив свое давление в детандере до 18 кг/см², подогревался выхлопными газами главного двигателя и поступал к пятицилиндровому пневматическому двигателю мощностью 60 л.с. при 500 об/мин, приводившему в действие газовый компрессор производительностью 15 м³/мин при давлении 1,2 кг/см², откачивавшему за борт отработанные газы двигателей при подводном плавании. Это означало, что максимальная глубина, на которой могли работать двигатели, не превышала 12 метров. Отработанный воздух пневмодвигателя поступал в машинное отделение и засасывался работающими бензомоторами.

В подводном положении работали только левый главный двигатель, развивающий мощность 80–90 л.с., и мотор динамо-машины, так как газовый компрессор не обеспечивал удаление большего объема отработанных газов, а воздуха, подаваемого пневмодвигателем, не хватало для работы двух главных моторов. Выхлопные газы в подводном положении отводились в расположенный в надстройке глушитель объемом 10 м³, откуда забирались компрессором и удалялись за борт через проходившие под килем две трубы с множеством отверстий.

Схема действия энергетической установки “Почтового” в подводном положении.

(В. А. Баданин. Подводные лодки с единым двигателем)

Силовая установка “Почтового” имела ряд недостатков: при ходе лодки под водой на поверхности оставался след из пузырьков выхлопных газов и масла, при изменении глубины погружения соответственно менялись режим работы газового компрессора и масса потребляемого пневмодвигателем воздуха, что приводило к колебаниям давления внутри лодки, отрицательно сказываясь на самочувствии членов экипажа.

Приемные испытания лодки начались в сентябре 1907 года в Финском заливе и часто прерывались из-за различных неполадок. Долго не удавалось достичь проектной подводной скорости (6 узлов) и продолжительности подводного плавания (2,5 часа).

Лодка была принята приемной комиссией только осенью 1908 года. В ходе испытаний удалось достичь дальности надводного плавания 340 миль при скорости 11,6 узла, подводной – 27 миль при 6,16 узла. В 1909 году “Почтовый” вошел в состав Учебного отряда подводного плавания.

Конструктивные недостатки лодки и критический износ части ее механизмов привели к тому, что в августе 1913 года было принято решение об исключении ее из состава флота.

Следует отметить интересный проект модернизации силовой установки “Почтового”, разработанный в 1912 году мичманом М. Н. Никольским. Он предложил применить для работы двигателей чистый кислород вместо воздуха, что позволило бы резко увеличить дальность подводного плавания (в 5–6 раз по его расчетам). Предложение заключалось в том, что выхлопные газы двигателя охлаждались, очищались от водяных паров и других примесей, обогащались кислородом и вновь подавались на всасывание двигателя. Избы-ток газов периодически откачивался за борт компрессором.

Работавшие по этому принципу опытные установки с бензиновым двигателем и дизелем были испытаны на стенде и показали удовлетворительные результаты. Однако в связи с началом первой мировой войны дальнейшие работы были прекращены.

Осенью 1914 года “Почтовому” выпала довольно неожиданная служба-на нем проверялось действие подводных взрывов на подводные лодки. В середине 20-х годов лодку разобрали на металл.

К идее единого двигателя для подводных лодок вновь вернулись в 30-х годах, при этом наиболее приемлимым считался дизель, работающий в подводном положении с использованием чистого кислорода. Длительное время решением этой проблемы занимался конструктор С. А. Базилевский. В 1935 году он предложил проект единой энергетической установки подводной лодки РЕДО (Регенеративный Единый Двигатель Особого назначения), которая обеспечивала работу теплового двигателя в подводном положении по замкнутому газокислородному циклу. Базилевский впервые выдинул идею о возможности использования для этого жидкого кислорода.

Принцип РЕДО состоял в том, что в подводном положении выхлопные газы поступали в газовый охладитель, в котором происходило их охлаждение и отделение конденсата и механических примесей. После добавления к газу необходимого количества кислорода, смесь поступала во всасывающий коллектор дизеля. Азот, составляющий основную часть воздуха и являющийся балластом в рабочем процессом двигателя, постепенно заменялся углекислым газом, излишки которого удалялись из системы.

Схема РЕДО подводной лодки Р-1

(В. А. Баданин. Подводные лодки с единым двигателем)

Предложения Базилевского было принято и в 1936–1938 были проведены стендовые испытания дизелей, работающих по схеме РЕДО, на заводе № 196. В общей сложности установка РЕДО на стенде отработала 35 часов.

После получения положительных результатов испытаний, Народный комиссариат обороны принял решение о строительстве трех опытных подводных лодок с едиными энергетическими установками, в том числе одной оборудованной по системе РЕДО. Ожидалось, что может быть достигнута подводная продолжительность плавания 15 часов при скорости 10 узлов. Под эту установку выделили малую подводную лодку XII серии со строительным номером С-92 (в 1940 году она получила наименование Р-1) из числа строившихся на заводе № 196. Одновременно началось формирование ее экипажа.

Нормальное надводное водоизмещение однокорпусной, шестиотсечной, цельносварной, одновальной лодки составляло 209 тонн, подводное – 260 т, запас плавучести 24 %, длина – 44,5 метра, ширина – 3,3 м, осадка – 2,85 м. Надводная максимальная скорость – 13 узлов, подводная – 9,75 узла. Подводная дальность плавания при скорости 9,75 узла достигала 115 миль, при 4-х узлах – 315 миль. Время непрерывного пребывания под водой – 80 часов. Навигационное оборудование, вооружение и средства связи не отличались от других лодок XII серии. Экипаж состоял из 16 человек.

В качестве главной силовой установки был установлен дизель 28-КРНС-8 мощностью 800 л.с., созданный Коломенским машиностроительным заводом на основе серийного лодочного дизеля 38-К-8, работавший на винт регулируемого шага. С целью снижения шумности двигатель был установлен на плавающую раму с резиновыми амортизаторами и соединялся с гребным валом при помощи эластичной муфты. Гребной электродвигатель и стандартная лодочная аккумуляторная батарея на С-92 отсутствовали. Снабжение электроэнергией на ходу осуществлялось от генератора мощностью 40 кВт, который приводился от гребного вала через ременную передачу, а на стоянке от небольшой аккумуляторной батареи.

Две цистерны для хранения жидкого кислорода емкостью по 4 тонны размещались во 2-м и 4-м отсеках вместо аккумуляторной батареи. При их изготовлении много времени ушло на подбор стойкого к низким температурам (-183ºС) материала, обладающего необходимой прочностью и большим коэффициентом линейного расширения. Для пополнения запасов жидкого кислорода была установлена кислородная станция системы “Линдэ” производительностью 40 кг в час.

Отбор избытка отработанных газов осуществлялся приводившимся от главного двигателя компрессором с максимальным давлением нагнетания 225 кг/см², служившим также для пополнения запаса воздуха высокого давления. Для исключения появления пузырькового следа от выхлопных газов на поверхности воды предусматривалось сжижать содержащийся в них углекислый газ под давлением 60–110 кг/см² и хранить его в 78 баллонах емкостью по 68 литров. Периодически углекислота из баллонов сбрасывалась за борт.

5 октября 1938 года начались швартовные испытания энергетической установки. Установка работала надежно только на малых оборотах, при их увеличении возникали различные неполадки, в основном в системах подачи кислорода и сжижения углекислоты, а иногда случались и взрывы. Загазованность дизельного 5-го отсека выхлопными газами и парами масла и топлива вынудили перейти на дистанционное управление установкой из 4-го отсека. Не удалось добиться газонепроницаемости и самого дизельного отсека, что приводило к фильтрации углекислого газа в 4-й и 6-й отсеки, где его концентрация быстро достигала предельно допустимой нормы (5 %), заставляя прекращать испытания.

25 ноября 1938 года приступили к ходовым испытаниям С-92, в ходе которых было израсходовано 357 т жидкого кислорода. Из-за постоянных неполадок приходилось возвращаться на завод для их устранения. В связи с Великой отечественной войной работы по РЕДО были прекращены и С-92 была законсервирована. В 1949 году на лодке, получившей наименование М-92, начались работы по испытаниям единой энергетической установки другого типа – ЕД-ВВД.

Схема установки ЕД-ВВД подводной лодки М-92

(В. А. Баданин. Подводные лодки с единым двигателем)

Схема ЕД-ВВД (единый двигатель в выхлопом в воду, дизельный) была предложена конструктором Б. Д. Злотопольским. Принципиальное отличие этой установки от РЕДО заключалось в способе удаления части выхлопных газов из системы замкнутого цикла: после охлаждения отработанных газов (избыток газа непрерывно откачивался компрес-сором высокого давления за борт в струю гребного винта) и присадки к ним кислорода газокислородная смесь возвращалась непосредственно во всасывающий коллектор дизеля. Азот в рабочей газовой смеси постепенно полностью замещался углекислым газом.

Дальнейшую разработку этой схемы продолжили в СКБ-143 в конце 40-х годов, основываясь на результатах исследований, опровергнувших мнение о плохой растворимости выхлопных газов в морской воде. В отличие от азота углекислый газ может хорошо растворятся не только в пресной, но и в соленой воде.

Работы по переоборудованию М-92 велись на заводе № 196 на протяжении всего 1949 года. Были демонтированы углекислотный блок и его баллоны. Вместо кислородной станции был установлен воздушный электрокомпрессор, позволявший во время его работы попутно уменьшать давление в дизельном отсеке по сравнению со смежными, исключая таким образом их загазованность. Демонтировали одну из кислородных цистерн и разместили вместо нее типовую лодочную аккумуляторную батарею из 56 элементов, что обеспечило бесперебойное электроснабжение всех потребителей.

Швартовные испытания установки ЕД-ВВД дали хорошие результаты. Резко повысилась ее эксплуатационная надежность по сравнению с РЕДО, уменьшилась взрывоопасность, улучшилась обитаемость. В 1951–1952 годах были проведены государственные испытания М-92. Работа установки в целом оценивалась положительно, но существовали сомнения в ее бесследности. Так как явных преимуществ по сравнению с установкой ЕД-ХПИ, испытания которой проводились в это время, ЕД-ВВД не имел, в 1952 году было решено дальнейшие работы в этой области прекратить. Позднее М-92 разобрали на металл.

Проект единой энергетической установки ЕД-ХПИ (единый двигатель с химпоглоти-телем известковым) был предложен в конце 30-х годов ОКБ-196 Народного комиссариата внутренних дел (НКВД), размещенным на территории завода № 196. Разработал проект и руководил его практическим осуществлением инженер-конструктор В. С. Дмитриевский.

При работе такой установки по замкнутому циклу отработанный газ дизеля поступал в газоохладитель, откуда после охлаждения и очистки от водяных паров и механических примесей направлялся в в фильтр с химическим поглотителем, в котором поглощался углекислый газ. Очищенные от углекислоты и избытка влаги газы смешивались с газообразным кислородом и полученная смесь, близкая по своему составу к атмосферному воздуху, поступала в дизельный отсек и засасывалась работающим двигателем.

Технический проект 95 экспериментальной подводной лодки с ЕД-ХПИ разрабатывался под руководством главного конструктора А. С. Кассациера. В начале 1939 года этот проект был утвержден, а 16 ноября того же года на заводе № 196 заложили лодку М-401 (заводской номер С-135) по этому проекту. Одновременно на стенде-натурном дизельном отсеке с главным двигателем и всеми механизмами, системами и устройствами, обеспечивающим его работу по замкнутому циклу, велись испытания установки с ЕД-ХПИ.

Конструктор А. С. Кассациер

(из архива автора)

По конструкции М-401 была полуторакорпусной, двухвальной, четырехотсечной. Надводное водоизмещение составляло 101,9 т, запас плавучести – 37 %, длина – 37,3 м, ширина – 3,3 м, осадка – 1,73 м, глубина погружения предельная – 60 м, автономность – 5 суток, время непрерывного пребывания под водой – 80 часов, запас топлива – 5,5 т, жидкого кислорода – 1,65 т. Вооружение состояло из двух торпедных аппаратов и 45-мм орудия. Наибольшая скорость надводного хода 23 узла, подводного 14,5 узла, экономического – 14 и 4 узла соответственно. Дальность плавания экономическим ходом по проекту составляла 900/350 миль. Экипаж – 9 человек.

Энергетическая установка располагалась в двух отсеках (3-й и 4-й). Она состояла из двух быстроходных двенадцатицилиндровых нереверсивных дизелей М-50Р мощностью по 1000 л.с. при 1700 об/мин, каждый из которых работал на свой вал через реверсивно-разобщительную муфту, цистерны с жидким кислородом, двух газовых фильтров с твердым известковым химическим поглотителем емкостью по 2 тонны, двух газоохладителей, испарителя и подогревателя кислорода и другого оборудования.

В 3-м отсеке располагался и вспомогательный дизель (48 л.с. при 1600 об/мин), соединенный с главным электрогенератором (11 кВт) и через разобшительно-реверсивную муфту с правой линией вала. Он также мог работать по замкнутому циклу. В 4-м отсеке был размещен вспомогательный электрогенератор (6,9 кВт), соединенный с воздушным компрессором высокого давления и через разобщительную муфту – с левым гребным валом. Имелась стартерная аккумуляторная батарея.

Все механизмы и устройства дизельных отсеков имели дистанционное валиковое управление из центрального поста (ЦП), расположенного во втором отсеке. Во время работы дизелей по замкнутому циклу пребывание людей в машинных отсека без изолирующих дыхательных аппаратов запрещалось. Это требование было вызвано наличием там токсичных окислов азота и угарного газа. Из ЦП с помощью гидравлических приводов управляли кингстонами и клапанами вентиляции цистерн главного балласта, подъемом перископа и запорным клинкетом на газовыхлопном трубопроводе дизелей. Электрическое управление вертикальным и горизонтальными рулями осуществлялось с помощью одного манипулятора (единой рукоятки управления).

Схема установки ЕД-ХПИ М-401

(В. А. Баданин. Подводные лодки с единым двигателем)

М-401 спустили на воду 1 июня 1941 года и после начала войны перевезли на барже по внутренним водным путям на Каспийское море, в Баку. Здесь, базируясь на судоремонтные мастерские военного порта, вели наладочные работы и испытания необычного корабля. Ходовые испытания удалось завершить только 10 июня 1945 года.

В процессе испытаний много времени уходило на наладку устойчивой работы энергоустановки по замкнутому циклу, так как автоматических регуляторов подачи кислорода и газоанализаторов тогда еще не существовало. Подача кислорода регулировалась вручную, исходя из давления в дизельных отсеках, а также изменения цвета газовой среды в них (за ним оператор наблюдал через иллюминаторы в переборке отсека). Это требовало от обслуживающего персонала высокой квалификации и большого опыта.

В ходе испытаний произошло несколько небольших взрывов, приводивших к пожарам в дизельных отсеках. По мнению многих специалистов, это было следствием накопления паров горючесмазочных материалов в сочетании с повышенным содержанием подаваемого в отсек кислорода. Только позднее, после гибели лодки М-256 проекта А615, были проведены серьезные исследования причин взрывов на переоборудованной под испытательный стенд подводной лодке М-257 того же типа. Их результаты оказались совершенно неожиданными для специалистов.

Наиболее тяжелая авария произошла в ходе ходовых испытаний 23 ноября 1942 года. Лодка уже несколько часов находилась в подводном положении, достигнув скорости около 13 узлов, когда из-за заклинивания клапана подачи кислорода в открытом положении давление в носовом дизельном отсеке начало быстро расти и вскоре там вспыхнул пожар, который распространился на центральный пост. Лодка всплыла, кислород был стравлен за борт. От полученных ожогов погиб конструктор ЕД-ХПИ В. С. Дмитриевский, лодка получила серьезные повреждения, устранение которых в тяжелых условиях военного времени затянулось надолго.

10 июня 1945 года начались государственные испытания М-401, которые продолжались до конца года. Лодка совершила 74 выхода в море, 68 погружений, прошла 2800 миль, из них 360 миль под водой. В 1946 году лодка вошла в состав ВМФ и ее по железной дороге доставили в Ленинград. В акте государственной приемки отмечались ее существенные недостатки, такие как малая автономность, высокая шумность и малый моторесурс дизелей (всего 150 часов), плохая обитаемость и другие. В дальнейшем лодку использовали для проведения различных испытаний, в том числе автоматических газоанализаторов и способов снижения шумности и подготовки специалистов. Впоследствие лодку перевели в Кронштадт и установили на территории соединения подводных лодок.

В 1948 году создатели ЕД-ХПИ и М-401 стали лауреатами Сталинской премии, а наиболее ативные участники испытаний новой подводной лодки были награждены орденами и медалями.

В июле 1946 года вышло правительственное постановление “О мерах по дальнейшему развитию работ в области создания подводных лодок с единым двигателем”, на основании которого в декабре того же года группа конструкторов ЦКБ-18 под руководством А. С. Кассациера начала разрабатывать проект 615 с ЕД-ХПИ, используя результаты испытаний лодок Р-1 и М-401.

В ноябре 1948 года технический проект нового корабля был утвержден Советом Министров СССР. На заводе “Судомех” построили натурный деревянный макет лодки с целью выбора оптимального варианта размещения оборудования, механизмов и систем, в апреле 1949 года принятый специальный комиссией.

Подводная лодка М-254 проекта 615 была заложена на заводе № 196 17 марта 1950 года и спущена на воду 31 августа того же года. Она имела следующие тактико-технические характеристики: длина наибольшая – 56,6 м, ширина – 4,44 м, осадка – 2,78 м, нормальное водоизмещение – 392 т, запас плавучести – 25,8 %, рабочая глубина погружения – 100 м, предельная – 120 м, время непрерывного плавания под водой экономическим ходом (3,5 узла) – 100 часов, наибольшая надводная скорость – 17,2 узла, подводная – 15,44 узла, автономность – 10 суток, дальность плавания наибольшей подводной скоростью – 47,6 мили, экономической подводной (2,5 узла) – 325 миль, надводной скоростью (9,1 узла) – 1700 миль. Запас топлива составлял 19,5 т, жидкого кислорода – 8,6 т, химического поглотителя – 14,4 т. Вооружение состояло из четырех 533-мм торпедных аппаратов (без запасных торпед) и спаренной 25-мм артиллерийской установки. Экипаж – 29 человек.

М-254 по конструкции была полуторакорпусной и являлась развитием ПЛ типа “М” XV серии. Предусматривалась ее транспортировка на специальных транспортерах по железной дороге. Легкий и прочный корпус были цельносварными из стали СХЛ-4, ограждение боевой рубки выполнено из алюминиевого сплава. Прочный корпус разделялся плоскими водонепроницаемыми переборками на семь отсеков.

Лодка была трехвальной. На бортовые валы через реверсивно-разобщительные муфты работали размещенные в 5-м отсеке дизели М-50 (900 л.с., 1600 об/мин), с увеличенным до 500 часов моторесурсом, на средний – четырехтактный нереверсивный шестицилиндровый дизель 32Д (900 л.с. при 675 об/мин), находившийся в 6-м отсеке, и расположенный в 7-м отсеке гребной электродвигатель ПГ-106 мощностью 78 л.с. при 290 об/мин. 32Д, соединенный с гребным валом через шинно-пневматическую муфту, имел повышенный моторесурс и обеспечивал длительное плавание в надводном и подводном положении, под РДП и зарядку аккумуляторной батареи типа 23-МУ (60 элементов). Дизели М-50 использовались в качестве форсажных и для маневрирования.

Дизели размещались в газоплотных выгородках, что обеспечивало проход личного состава через дизельные отсеки при работе двигателей по замкнутому циклу. Для предотвращения попадания токсичных газов в обитаемые помещения в выгородках поддерживалось разряжение 100–500 мм водяного столба через трубопровод снятия давления (ТСД) с помощью компрессора, который отсасывал воздух из выгородок в два баллона емкостью по 68 литров. Для очистки газовой среды машинных выгородок от вредных газов после остановки двигателей в подводном положении имелась специальная система с вентилятором и фильтрами (РВ – регенерация выгородок). Управление дизелями осуществлялось дистанционно с помощью валиковых приводов из соседних отсеков. Для снижения шумности дизели были установлены на звукоизолирующих амортизаторах.

Сжиженный кислород хранился в двух латунных цистернах емкостью по 4,3 т и рабочим давлением 13 кг/см². Над кислородными цистернами располагались 2 газовых фильтра емкостью по 7,2 т твердого известкового химического поглотителя.

Необходимый уровень содержания кислорода в машинных выгородках поддерживался с помощью автоматического дозировочного регулятора (АРМ), разработанного ЦНИИ имени академика А. Н. Крылова. Процентное содержание кислорода непрерывно контролировалось при помощи электрических кислородных газоанализаторов, созданных Ленинградским технологическим институтом.

Швартовные испытания М-254 проводились с сентября 1950 до июня 1951 года. Энергетическая установка работала по замкнутому циклу устойчиво и надежно, обеспечивая заданные режимы. В июне 1951 года начались ходовые испытания, которые проводились в Финском заливе и Южной Балтике до апреля следующего года. После проведения государственных испытаний 30 мая 1953 года новая лодка вошла в состав ВМФ.

В ходе испытаний выявились некоторые существенные отклонения от проектных значений: скорость в надводном положении оказалась на 0,8 узла меньше, чем планировалось, а экономическая дальность плавания (под средним дизелем) меньше на 1000 миль, что объяснялось дополнительным сопротивлением движению корабля из-за стопорения бортовых винтов, вместо их свободного вращения, предусмотренного проектом. Дальность плавания подводным экономическим ходом 3,6 узла оказалась на 20 миль меньше. В тоже время максимальная подводная скорость была на 0,44 узла выше расчетной.

Крупным недостатком являлась повышенная естественная испаряемость жидкого кислорода, вследствие чего непрерывная расчетная дальность подводного плавания обеспечивалась только в течение первых 5 суток после погрузки кислорода. За время государственных испытаний М-254 на склады ВМФ в Лиепае заводом было отправлено 533 т жидкого кислорода. В Лиепаю прибыло 276 т, а на лодку было выдано 133 т. Из этого количества по прямому назначению было использовано только 20 тонн – около 4,5 % от отгруженного с завода-поставщика кислорода.

Сложности возникли с проведением испытаний для определения полной подводной автономности лодки, которая по расчетам составляла не менее 100 часов. Они требовали постоянного контроля содержания окислов азота и окиси углерода в отсеках, но газоанализаторов непрерывного действия для их определения еще не существовало.

Было решено провести эти испытания на швартовых у причала с задраенными входными люками при работе среднего дизеля по замкнутому циклу до полного срабатывания химпоглотителя и включенных средствах регенерации воздуха. Отобранные из отсеков пробы воздуха шлюзовались через рубочный люк наверх для производства анализов в береговой лаборатории. Только после разработки опытного образца переносного газоанализатора в ноябре 1953 года были выполнены ходовые испытания на полную сточасовую автономность.

Как и прежде, на лодке иногда происходили небольшие взрывы (“хлопки”), сопровож-давшиеся пожарами. Тем не менее, М-254 продолжала выполнять задачи по проведению дальнейших испытаний и подготовки экипажей для строившихся в это время ПЛ проекта А615. В 1958 году лодку передали в Кронштадтский учебный отряд, а в 60-х годах установили на территории Военно-морского училища подводного плавания имени Ленинского комсомола в качестве учебно-тренировочного комплекса.

Опытная подводная лодка М-254 в ходе эксплуатации не имела аварий, связанных с работой двигателей по замкнутому циклу. С августа 1951 года по октябрь 1955 года лодка прошла в надводном положении 15 000 миль, в подводном – 1481 милю.

Успешные испытания М-254 позволили перейти к созданию серийных боевых лодок с единым двигателем. 31 июля 1953 года правительство приняло решение о строительстве ПЛ проекта А615 в количестве 35 единиц по откорректированному проекту 615 (М-254). Проект А615 создавался конструкторским коллективом под руководством А. С. Кассациера. Корректировка проекта в основном заключалась в следующем:

• увеличен срок хранения жидкого кислорода за счет замены двух кислородных цистерн на одну той же емкости и уменьшения таким образом площади поверхности испарения, а также улучшения теплоизоляции цистерны;

• увеличена дальность плавания экономической скоростью (надводной с 1700 до 3150 миль, подводной с 47,6 до 56 миль) путем увеличения запасов топлива (на 3,8 т) и химпоглотителя (на 0,5 т), а также установки редукторов новой конструкции на бортовых линиях валов, допускающих их свободное вращение при неработающих двигателях;

• главные двигатели М-50 заменены на двигатели М-50П с повышенным до 600 часов моторесурсом за счет уменьшения их мощности с 900 до 700 л.с.;

• увеличена мощность гребного электродвигателя до 100 л.с. при 305 об/мин, что позволило увеличить подводную скорость под гребным электродвигателем и уменьшить время зарядки аккумуляторной батареи;

• установлена воздушно-пенная система пожаротушения ВПЛ-52 и система водяного орошения в машинных выгородках и 4-м отсеке;

• численность экипажа увеличена с 29 до 33 человек с одновременным улучшением обитаемости за счет более рациональному размещению оборудования.

Все это привело к увеличению нормального водоизмещения до 405,8 т, а осадки – до 3,59 м. Максимальная скорость в надводном положении уменьшилась с 17,2 до 16 узлов, а в подводном – с 15,44 до 15 узлов.

Схема энергоустановки ПЛ типа А615

(«Военный парад»)

Вооружение лодок А615 сохранилось аналогичным М-254. В 1956 году артиллерийские установки на всех лодках были демонтированы. ПЛ нового типа имели современное для того времени электронное оборудование: гирокомпас “Гиря”, гидроакустическую станцию “Тамир-5Л”, шумопеленгатор “Марс-16КИГ”, радиолокационную станцию “Флаг”, эхолот “НЭЛ-4уг”, лаг “ГОМ-III”.

В сентябре 1953 года на заводе № 196 было заложено сразу пять лодок новой серии (всего здесь было построено 23 лодки этого типа). Кроме того, они строились и на Адмиралтейском заводе (№ 194) в Ленинграде (6 единиц). Изучался вопрос о строительстве лодок А615 на заводе № 302 “Ленинская кузница” в Киеве, но от этой идеи отказались – габариты лодок не позволяли им проходить под мостами на Днепре.

16 сентября 1954 года была спущена на воду М-255, а 1 октября начались ее швартовные испытания. Для организации подготовки экипажей и обеспечения испытаний в Ленинграде был сформирован дивизион строящихся подводных лодок. В течение 1955 года ходовые и государственные испытания прошли пять подводных лодок. 10 декабря 1955 года был подписан приемный акт головной ПЛ новой серии М-255. Новые лодки входили в состав Балтийского и Черноморского флотов. Последняя ПЛ типа А615 вступила в строй 27 декабря 1958 года (М-301).

ПЛ типа А615

(из архива автора)

Серьезное внимание было уделено проверке живучести лодок и их энергетических установок при воздействии внешних взрывов. В сентябре-ноябре 1955 года провели испытания с помощью глубинных бомб натурного макета 4-го отсека с заполненной жидким кислородом цистерной, а в июле 1958 года – подводной лодки М-258 путем подрыва глубинных бомб на расстоянии 45–80 метров от борта. При этом работоспособность энергетической установки сохранялась.

Для заправки лодок А615 кислородом и химпоглотителем на Выборгском судостроительном заводе построили несколько морских несамоходных барж водоизмещением 439 тонн. Они обеспечивали хранение 90 тонн жидкого кислорода в течение 11 суток без потерь в атмосферу и 32 т химпоглотителя. Для передачи полного запаса кислорода на лодку требовалось всего 2 часа.

Сотрудники ЦКБ-18 продолжали вести работы по усовершенствованию энергоустановок с единым двигателем и созданию новых подводных лодок с такими установками (проекты 630, 637, 660).

Однако, эксплуатация новых ПЛ вызвала много трудностей и многие подводники от-носились к ним весьма скептически. Основными причинами являлась их пожаровзрывоопасность и высокая шумность при ходе под дизелями, что при возросших возможностях гидроакустических систем делало успешное боевое применение этих лодок весьма проблематичным. Подводники называли эти лодки “зажигалками”, а председатель Государственной комиссии по приему лодок от промышленности известный подводник Н. А. Лунин шутливо величал себя “пожарным председателем”. Дошло до того, что в 1956 году 12 командиров балтийских лодок типа А615 направили коллективное письмо в Центральный комитет Коммунистической партии с предложением приостановить дальнейшее строительство таких лодок до решения вопросов безопасности ЕД-ХПИ.

Без детального разбора причин взрывов и пожаров главный конструктор Кассациер и его заместители придерживались мнения, что аварии происходят из-за повышенного содержания кислорода в газовой среде при работе по замкнутому циклу и наличия паров масла и топлива, то-есть по вине личного состава лодок. В результате этого, ЦКБ-18 разработало инструкции, согласно которым оптимальное содержание кислорода в машинных выгородках в подводном положении должно составлять 19–24 % и не превышать 26 %, нижний предел не оговаривался. В период 1955–1957 годов пожары и взрывы в машинных выгородках при работе энергоустановки по замкнутому циклу произошли на четырех лодках А615. В двух случаях это привело к гибели людей.

Так, 12 августа 1956 года в Финском заливе на М-259 при следовании в подводном положении при работающем дизеле 32Д, произошел взрыв в его выгородке. От полученных травм и отравления газами погибли четыре члена экипажа. Анализ газов в баллонах системы снятия давления с выгородок показал, что содержание кислорода в них было около 7 %, что явно противоречило общепринятой теории.

Но самая тяжелая авария произошла 26 сентября 1957 года на ПЛ М-256 в районе Таллина в ходе испытаний для замеров скорости в подводном положении. В 4-м и 5-м отсеках вспыхнул пожар, лодка всплыла и затонула через 3 часа 48 минут. Из-за штормовой погоды (сила ветра составляла 7–8 баллов) и низкой температуры воды (около 4ºС) удалось спасти только семь членов экипажа М-256. Это привело к временному прекращению с января 1958 года плавания на режимах замкнутого цикла.

Для выяснения причин взрывов и пожаров наконец-то приняли решение об исследовании работы энергоустановки замкнутого цикла на плавучем стенде. Для этого использовали переоборудованную М-257, установленную на понтонах у причала. Посты управления ее энергетической установкой вынесли на верхнюю палубу, штатную цистерну с жидким кислородом установили на причале, неподалеку от лодки, отсеки оборудовали системой пожаротушения с дистанционным управлением. В прочном корпусе на подволоке машинных выгородок вырезали окна, куда вставили предохранительные латунные мембраны. Нагрузка двигателей имитировалась установленными вместо винтов гидротормозами.

Испытания проводились в 1958 году, при этом проверялись различные режимы работы дизелей при изменении концентрации кислорода в выгородках до создания экстремальных условий, приводящих к взрывам и пожарам. Испытания показали, что единственная причина взрывов в машинных выгородках – работа дизелей по замкнутому циклу при низкой концентрации кислорода в газовой смеси (ниже 15 %). В этих условиях в выхлопных газах образуется значительное количество окиси углерода, водорода, углеводородов, которые могут образовывать взрывоопасные смеси.

Эти испытания, а также предыдущий опыт эксплуатации ПЛ с едиными двигателями, привели к выводам о необходимости дооборудования лодок надежными защитными устройствами для предупреждения взрывов и пожаров, автоматическими приборами измерения содержания газов, высоконадежными системами пожаротушения. Был определен оптимальный рабочий диапазон состава газовой смеси при работе по замкнутому циклу. В марте 1959 года на лодках начали модернизационные работы, а в июле 1959 года запрет на плавание в режиме замкнутого цикла был снят.

В конце 60-х годов ПЛ типа А615 начали выводить в резерв и с 1973 года их выходы в море прекратились. К концу 80-х годов они были разделаны на металл. Сохранились только две лодки этого типа, которые установлена как памятники в Одессе (Украина) и Краснодаре (Россия).

Малые сроки хранения жидкого кислорода в связи с его большой испаряемостью ограничивали автономность подводных лодок с едиными двигателями. Для решения этой проблемы в 1954–1955 годах в ЦКБ-18 был выполнен технический проект 637 с дизельной установкой, в которой использовался новый принцип обогащения газовой смеси кислородом и поглощения углекислого газа с применением единого компонента-надперекиси натрия (продукт Б-2). Этот компонент представлял собой твердые гранулы, содержащие связанный кислород и и поглотитель углекислого газа.

Лодка проекта 637 незначительно отличалась от А615 – изменения коснулись только оборудования 4-го отсека, где вместо кислородной цистерны и известковых газовых фильтров размещались бункеры с продуктом Б-2 и устройства для регенерации выхлоп-ных газов дизелей. При контакте с забортной водой продукт Б-2 разлагался на кислород и водный раствор поглотителя углекислого газа.

Схема установки ПЛ проекта 637

(В. А. Баданин. Подводные лодки с единым двигателем)

Для испытания новой установки было решено переоборудовать недостроенную ПЛ М-361 типа А615. Предполагалось, что ее наибольшая дальность плавания в подводном по-ложении при скорости 15 узлов увеличится до 80 миль, при экономической скорости 3,5 узла дальность плавания в подводном положении составит 350 миль. Переоборудование проводилось на Адмиралтейском заводе в 1958–1959 годах и летом 1959 года начались ее наладочные испытания. Но в мае 1960 года все работы по проекту 637 были прекращены и впоследствие лодку передали Ленинградскому высшему военно-морскому инженерному училищу имени Ленина.

Подводные лодки с парогазовыми турбинами (ПГТУ)

В 1933 году немецкий инженер профессор Гельмут Вальтер (Hellmuth Walter) предложил командованию германского военно-морского флота проект подводной лодки с дизелем замкнутого цикла. Особенностью этого проекта являлось то, что источником кислорода являлась концентрированная перекись водорода (Н₂О₂). При разложении с помощью катализатора 1 килограмма 80 % Н₂О₂ выделяется 0,38 кг кислорода, что достаточно для сжигания 0,1 кг топлива.

В дальнейшем Вальтер решил перейти к применению парогазовых турбин в качестве силовых установок подводных лодок. При этом использовалось свойство перекиси водорода выделять большое количество тепла при разложении (552 ккал/кг для 80 % перекиси), образовывая водокислородную парогазовую смесь с температурой около 485ºС. Эта смесь может непосредственно использоваться в качестве рабочего тела в турбине (“холодный” процесс). При “горячем” процессе в парогазовую смесь впрыскивается топливо, которое самовоспламеняется. Температура парогаза повышалась до 2100ºС и для его снижения до 550ºС в камеру сгорания впрыскивалась вода, при этом также почти вдвое увеличивался объем парогазовой смеси, на котором работала турбина.

В 1936 году опытный образец турбины мощностью 4000 лошадиных сил, использовавший “горячий” процесс, был построен и испытан на стенде фирмой Germania Werft. В 1939–1940 годах эта же фирма построила экспериментальную подводную лодку V80 водоизмещением 80 тонн с парогазовой турбиной Вальтера мощностью 2000 л.с., использовавшую “холодный” процесс. На испытаниях в Данцигском заливе летом 1940 года V80 достигла невиданной скорости – 28,1 узла.

Полученные результаты превзошли все ожидания и заинтересовали военно-морские круги Германии, которые приняли решение о незамедлительном строительстве подводных лодок с ПГТУ в большом количестве. В созданном для этого специальном конструкторском бюро велись интенсивные работы по их созданию. Во время войны был разработан ряд проектов ПЛ с ПГТУ, создана парогазовая турбина для них мощностью 2500 л.с., велись работы по созданию турбины мощностью 7500 л.с. Всего было построено 8 лодок с ПГТУ трех типов (V80, U792-U795, U1405-U1407), но участия в боевых действиях они так и не приняли и были затоплены своими экипажами перед капитуляцией Германии.

Впоследствии, U1406 и U1407 были подняты англичанами, из которых U1407 они оставили себе, а U1406 передали американцам. Сразу после окончания второй мировой войны страны-победительницы, воспользовавшись трофейными подводными лодками, документацией к ним, оставшимся техническим оборудованием, с привлечением немецких специалистов и на базе уже достигнутых результатов, продолжили исследовательские работы по совершенствованию парогазовой турбинной установки с перекисью водорода. Такие исследования проводились в Англии, США, СССР и Швеции.

В Англию доставили и самого конструктора – Вальтера, принявшего участие в восстановлении и проведении крупномасштабных испытаний U1407. На основе анализа испытаний в 1956–1958 годах в Англии были построены две опытные подводные лодки с ПГТУ – “Explorer” и “Excalibur”. Они подтвердили недостатки, имевшие место на германских ПЛ с установкой Вальтера – взрывопожароопасность, большой расход перекиси водорода и высокая стоимость установки. Поэтому было принять решение о нецелесообразности применения ПГТУ на подводных лодках.

Работы по применению перекиси водорода для окисления топлива в СССР начались еще в конце 1944 года на стенде судостроительного завода № 196. В августе 1945 года в ЦНИИ-45 (ЦНИИ – Центральный научно-исследовательский институт) была сформирована группа специалистов различных направлений, которая была направлена в Германию для проведения технической разведки. Одной из задач группы было и ознакомление с энергетическими установками подводных лодок, для чего она посетила фирму “Брюнер-Канис-Редер” в Дрездене, где испытывались различные механизмы для ПЛ, в том числе и с ПГТУ, “Блакенбург/Н”-конструкторское бюро, которое занималось разработкой проектов энергоустановок ПЛ с ПГТУ, здесь же изготавливались и ПГТУ.

Летом 1945 года приказом народного комиссара военно-морского флота Н. Г. Кузнецова в Берлине создается конструкторское бюро военно-морского флота (КБ ВМФ), подчинявшееся начальнику Управления кораблестроения ВМФ. КБ ВМФ имело отделение в Блакенбурге, задачей которого являлся сбор сведений о подводных лодках XXVI серии с ПГТУ. Это отделение возглавлял немецкий специалист Ф. Статешный, бывший во время войны одним из заместителей профессора Вальтера. Сотрудникам этого КБ удалось разыскать часть чертежей и деталей одной из лодок XXVI серии, в том числе и парогазовую турбину.

В 1947 году на территории Германии создается конструкторское бюро, возглавляемое начальником ЦКБ-18 А. А. Антипиным (“Бюро Антипина”) для организации и выполнения работ по восстановлению технической документации и самой ПГТУ. В это бюро перешла и группа Статешного. Вся разрабатываемая документация, оборудование, изготовленное немецкими фирмами, технические описания и инструкции по эксплуатации ПГТУ переправлялись в Ленинград. Удалось восстановить эскизные проекты подводной лодки XXVI серии и ее энергоустановки, на различных заводах отыскали уникальные детали установки.

В 1948 году “Бюро Антипина” было переведено в Ленинград и преобразовано в Специальное конструкторское бюро № 143 (СКБ-143, в настоящее время Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения “Малахит”). Группа немецких специалистов в составе десяти человек во главе со Статешным с 1948 по 1951 год принимала участие в стендовой отработке ПГТУ в Ленинграде. Двое из них, в том числе и Ф. Статешный, оставались в СССР до конца 1953 года.

Удалось полностью восстановить ПГТУ германской подводной лодки XXVI серии, при этом недостающие узлы изготовили на отечественных заводах. Далее принимается решение о разработке ПЛ проекта 617 с такой установкой. Разработку технического проекта поручили ЦКБ-18 (главный конструктор А. А. Антипин), а СКБ-143 занималось проектированием энергетической установки. В мае 1948 года все работы по проекту 617 передали в СКБ-143, куда перевели сотрудников бюро Антипина и специалистов из других проектных организаций.

Опытную подводную лодку проекта 617 под номером С-99 заложили 5 февраля 1951 года на заводе № 196 “Судомех” в Ленинграде. Сразу же был сформирован ее экипаж, в который отбирали лучших специалистов, в особенности для электромеханической боевой части.

Схема энергоустановки с ПГТУ подводной лодки С-99 проекта 617

(В. А. Баданин. Подводные лодки с единым двигателем)

С-99 имела следующие тактико-технические характеристики: нормальное водоизмещение – 950 тонн, запас плавучести – 28 %, наибольшую длину – 62,2 метра, ширину – 6,08 м, среднюю осадку – 5,08 м, глубину погружения предельную – 200 м, рабочую – 170 м, автономность – 45 суток, экипаж – 51 человек, максимальную скорость в надводном положении – 11 узлов, дальность плавания экономическим ходом 8,5 узлов в надводном положении под дизелем – 8500 миль, под РДП скоростью 5,8 узла – 8000 миль, максимальную скорость в подводном положении под ПГТУ – 20 узлов, под гребным электродвигателем – 9,3 узла, дальность плавания в подводном положении под ПГТУ при скорости 14,2 узла – 198 миль, время непрерывного пребывания под водой – 200 часов. Вооружение состояло из шести торпедных аппаратов с шестью запасными торпедами.

Лодка была двухкорпусная, прочный корпус из стали СХЛ-4 делился водонепроницаемыми переборками на 6 отсеков. Для достижения высокой подводной скорости особое внимание было уделено снижению сопротивления движению: корпус имел относительно малое удлинение (L/B=10,2), эллипсоидальное сечение миделя, небольшое, хорошо обтекаемое ограждение входного люка (боевая рубка отсутствовала) и выдвижных устройств, была уменьшена площадь вырезов в легком корпусе.

Энергетическое оборудование состояло из дизель-электрической установки и ПГТУ, предназначенной только для движения в подводном положении с большой скоростью (10–20 узлов). ПГТУ располагалась в 5-м (турбинном отсеке), который при работе турбины герметизировался и покидался личным составом. Управление установкой осуществлялось с поста в 4-м отсеке. Обе установки работали на одну линию вала через двухступенчатый редуктор (электродвигатель экономического хода соединялся с гребным валом напрямую).

Дизель-электрическая установка включала в себя дизель 8Ч 23/30 мощностью 600 л.с. при 1000 об/мин, работавший на винт в надводном положении и под РДП и приводивший генератор ПГ-100, который использовался также в качестве гребного электродвигателя (540 л.с., 7675 об/мин), вспомогательный дизель-генератор мощностью 450 л.с., 1000 об/мин (дизель 6Ч 23/30 и генератор ПГ-107); электродвигатель экономического хода ПГ-105 мощностью 200 л.с. при 160 об/мин, аккумуляторной батареи типа 26 СУ из 112 элементов. Запас дизельного топлива составлял 88,5 тонны.

В состав ПГТУ входила турбина мощностью 7250 л.с. при 9500 об/мин, работавшая на гребной вал через двухступенчатый редуктор, камера разложения, камера сгорания, конденсатор смешения и компрессор высокого давления. Маловодная перекись водорода концентрации 80 % (“продукт 030”) в количестве 103,4 т хранилась в межкорпусном пространстве в 32 эластичных синтетических емкостях. Топливом для ПГТУ (13,9 т) служил специальный керосин ТК-8А, хранившийся в двух цистернах вне прочного корпуса. Оба реагента подавались в систему энергоустановки давлением забортной воды.

Установка работала по следующей схеме: перекись водорода подавалась в камеру разложения, где она с помощью специального окисного катализатора разлагалась на газообразный кислород (37 %) и водяной пар (63 %). Далее парокислородная смесь с тем-пературой около 485ºС поступала в камеру сгорания, куда одновременно подавались топ-ливо и питательная вода для снижения температуры продуктов горения с 2000 до 550ºС. Парогазовая смесь из камеры сгорания (15 % углекислого газа и 85 % водяного пара), пройдя через тепловой аккумулятор (сепаратор), поступала в турбину с постоянной температурой 550ºС и переменным, в зависимости от нагрузки турбины, давлением (номинальное давление 21 кг/см²). Отработанная парогазовая смесь из турбины направлялась в конденсатор смешения, в котором она охлаждалась, перемешиваясь с питательной водой, подаваемой в конденсатор.

Углекислый газ из газосборника конденсатора отсасывался винтовым компрессором и отводился за борт. Вследствие сравнительно большого расхода перекиси водорода и топлива, для компенсации изменяющейся нагрузки лодки автоматически осуществлялся дозированный прием забортной воды в цистерну замещения.

ПГТУ была расчитана на длительную работу при полной нагрузке на глубинах от 30 до 120 метров и кратковременную (в течение 5 минут) на глубинах до 160 м. Форсированный пуск установки из холодного состояния с выходом на полную мощность осуществлялся за 9 минут 30 секунд.

5 февраля 1952 года С-99 была спущена на воду, а 16 июня начались швартовные испытания. При этом не обошлось без различных неполадок. В некоторые эластичные емкости с “продуктом 030” попадала забортная вода и их пришлось заменить на емкости советского производства, были случаи возгорания и даже “хлопки” – небольшие взрывы в турбинном отсеке. Испытания проводились в основном в Южной Балтике, в районе Лиепайской военно-морской базы, где была построена и заправочная станция с хранилищем перекиси водорода.

К проведению государственных испытаний лодку предъявили только 21 апреля 1955 года. 20 марта 1956 года испытания завершились. В приемном акте государственной комиссии отмечалось: “На подводной лодке достигнута впервые скорость полного подводного хода 20 узлов в течение 6-ти часов”. Вместе с тем перечислялся ряд недостатков, в основном связанных с взрывопожароопасностью энергоустановки и повышенным уровнем подводного шума при движении лодки под ПГТУ (до 136 дБ на расстоянии 50 м от лодки).

Послеиспытательную ревизию (ремонт) механизмов предполагали закончить в конце лета 1957 года, но в связи с аварийными происшедствиями, связанными с работой ПГТУ, С-99 вступила в опытную эксплуатацию в составе Ломоносовского дивизиона подводных лодок только в мае 1958 года. Наиболее серьезными происшедствиями явились два взрыва и пожара в 5-м отсеке (конец 1957 года). Причиной было незначительное смещение зубчатых колес главного редуктора, что при работе ПГТУ приводило к взрыву паров масла в нем.

Затем около года С-99 отрабатывала учебные задачи, включая плавание под ПГТУ на всех режимах и использование торпедного оружия, в Финском заливе, районе острова Готланд и в Южной Балтике. Механизмы лодки работали без замечаний, аварийных ситуаций не возникало.

Полностью закончив отработку всех задач “Курса боевой подготовки”, С-99 завершила период опытной эксплуатации. К этому времени был полностью выработан моторесурс механизмов и устройств ПГТУ и подводную лодку предполагалось поставить на завод № 196 для ремонта.

Перед постановкой лодки в ремонт было решено провести ряд дополнительных испытаний ПГТУ, что было вызвано разработкой ЦКБ-18 усовершенствованного проекта 643 подводной лодки с такой установкой. Эта лодка водоизмещением 1865 т с подводной скоростью 22 узла должна была иметь подводную дальность плавания экономическим ходом 2330 миль. Это достигалось применением дизеля, работающего по циклу академика Чудакова. При работе по этому циклу в дизель поступает вместо атмосферного воздуха кислород, получаемый путем разложения перекиси водорода.

19 мая 1959 года С-99 с членами созданой для испытаний комиссии на борту вышла в море для проверки запуска турбины на глубинах, значительно превышавших те, на которых она запускалась ранее. При запуске турбины на глубине 80 метров в турбинном отсеке произошел сильный взрыв, лодка без хода с нарастающим дифферентом на корму стала погружаться. Была объявлена аварийная тревога и начали аварийное продувание всего главного балласта. Погружение ПЛ приостановилось на глубине 115–120 метров с дифферентом около 20º на корму и она начала всплывать. После всплытия в надводное положение было установлено, что 5-й отсек полностью затоплен, был обнаружен разрыв легкого корпуса по левому борту, где находились три цистерны главного балласта. Диф-ферент на корму постепенно возрастал, но путем постоянного продувания балластных цистерн удалось ограничить его шестью градусами. Из-за повреждения трубопровода сис-темы смазки линии гребного вала нельзя было использовать главный дизель и лодка двигалась под гребным электродвигателем экономического хода с питанием от вспомога-тельного дизель-генератора. При этом скорость составляла около 5 узлов.

Через 12 часов после аварии С-99 в сопровождении надводных кораблей пришла в Лиепаю. Только здесь с помощью плавучего подъемного крана, приподнявшего корму (кормовой входной люк из-за дифферента находился под водой), удалось освободить заблокированных в 6-м отсеке трех членов экипажа лодки.

При осмотре выяснилось, что произошел взрыв перекиси водорода в погрузочном трубопроводе диаметром 60 милимметров. Причиной взрыва была окалина и другие загрязнения, скопившиеся в трубопроводе и вызвавшие разложение перекиси водорода, что было подтверждено проведенными в конце 1959 года в Кронштадте испытаниями. Взрыв повредил легкий и прочный корпуса, трубопроводы и различное оборудование.

Так как в это время уже проходили испытания первой советской атомной подводной лодки К-3, работы над лодками с ПГТУ были прекращены. С-99 не восстанавливалась и была списана в начале 60-х годов, а впоследствие разобрана на металл.

Подводные лодки с электрохимическими генераторами

Следующим этапом в развитии силовых установок подводных лодок стало применение электрохимических генераторов (ЭХГ). ЭХГ состоит из батареи топливных элементов, в которых происходит прямое преобразование химической энергии, выделяющейся при реакции кислорода и водорода, в электрическую. При этом достигается высокий коэффициент полезного действия (70–80 %). Принцип действия топливного элемента виден из прилагаемого рисунка.

Принцип действия топливного элемента (ЦКБ “Рубин”)

Работы над ЭХГ для подводных лодок начались в СССР еще в 60-х годах ХХ века. В начале 70-х годов Центральное конструкторское бюро (ЦКБ) “Лазурит” (город Горький) выполнило проработки проекта 947 подводной лодки с воздухонезависимой (анаэробной) силовой установкой, в частности, с применением электрохимического генератора водородно-кислородного типа.

В связи с этим, 11 апреля 1974 года правительственная комиссия по военно-промышленным вопросам приняла постановление о проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию такой установки. Ее разработчиками стали научно-производственное объединение (НПО) “Квант” и НПО “Криогенмаш”.

Для испытаний ЭХГ, изучения условий ее надежной работы и, в первую очередь, пожаровзрывобезопасности, предусматривалось создание наземных и плавучих стендов в Горьком (судостроительный завод “Красное Сормово”), Балашихе, Видном и Приозерске.

Для морских испытаний опытной установки на заводе “Красное Сормово” в 1978–1987 годах была переоборудована построенная в 1955 году подводная лодка С-273 проекта 613 (“Whiskey” по классификации НАТО). Опытная подводная лодка получила обозначение проект 613Э “Катран”. Свое первое погружение она осуществила летом 1987 года. Одновременно на военно-морской базе в Палдиски (Эстония) создавался береговой комплекс для обеспечения испытаний и обслуживания, в первую очередь заправки жидкими кислородом и водородом, ПЛ 613Э.

ПЛ С-273 проекта 613Э “Катран” во время ходовых испытаний

(из архива автора)

Опытный электрохимический генератор “ЭХГ-280” имел мощностью 280 кВт. Топливные элементы представляли собой керамические пористые пластины с вкраплением благородных металлов, помещенные в электролит – раствор щелочи калия. В поры одного электрода подавался водород, в поры другого – кислород. В результате реакции, кроме электрического тока, образовывались тепло и вода. Для охлаждения электродов к ним подводились дистиллированная вода, а полученная в ходе химического процесса вода собиралась в цистернах отработанной воды.

Реагенты для работы ЭХГ-280 (4 тонны водорода и 32 тонны кислорода) хранились в сжиженном состоянии в четырех, размещенных в надстройке, криогенных цистернах – водород при -252ºС, а кислород при-165ºС. Погрузка этих реагентов занимала более 160 часов. Для обеспечения пожаровзрывобезопасности ЭХГ была смонтирована специальная азотно-фреоновая система.

Расширенные межведомственные испытания силовой установки с ЭХГ, смонтированной на подводной лодке 613Э, проводились специальной комиссией, созданной совместным решением Военно-морского флота и Министерства судостроительной промышленности, в течение 6 месяцев, начиная с 26 октября 1988 года. Морские испытания проводились как в условиях базы, так и в море, в надводном и подводном положениях.

Генератор “ЭХГ-280” показал устойчивую работу на полных и долевых режимах нагрузки. Наибольшая скорость подводного хода составила 5,6 узла. При скорости 2,5 узла продолжительность непрерывного подводного плавания составляла около 30 суток, вмес-то 3–4 суток у лодок проекта 613.

С-273 в Ленинграде в ожидании разделки на металл. Хорошо видны цистерны для жидких кислорода и водорода (Н. Г. Масловатый)

Созданию установок с ЭХГ в СССР придавалось большое значение. В 1978 году специальным постановлением правительства функции головного разработчика таких установок были возложены на Специальное конструкторское бюро котлостроения (СКБК). На первом этапе (1978–1986 года) СКБК разработало энергетические установки с ЭХГ для малой подводной лодки “Пиранья”, глубоководного подводного аппарата “Поиск-6” и подводного средства движения “Сирена-К”.

Создаваемая по заказу Министерства обороны энергетическая установка для “Пираньи” (шифр “Кристалл-20”) имела мощность 130 кВт и представляла собой первое поколение российских корабельных энергоустановок с ЭХГ. В ее создании приняли участие почти 30 предприятий, были использованы разработки для космических программ, выполненные Уральским электрохимическим комбинатом (ЭХГ “Фотон”) и научно-производственным объединением “Энергия” (создатель энергоустановки с ЭХГ для космического аппарата многоразового действия “Буран”).

Особое внимание было уделено различным вариантам хранения водорода и кислорода. Были рассмотрены: балонное хранение реагентов в газообразном состоянии под давлением 40 Мпа; связанное хранение водорода в составе боргидрата натрия и гидрореагирующих соединений, а кислорода – в составе перекиси водорода и перманганатов калия и натрия; криогенное хранение водорода и кислорода; связанное хранение водорода в интерметаллидных соединениях.

В 1991 году в полном объме были завершены работы по созданию установки “Кристалл-20” и она была сдана межведомственной комиссии. Однако, в связи с распадом Советского Союза и прекращения финансирования, работы по созданию “Пираньи” с ЭХГ были прекращены.

С 1991 года СКБК и Уральский электрохимический комбинат ведут работы по созданию энергоустановок второго поколения “Кристалл-27” и “Кристалл-27Э” с криогенным хранением кислорода, интерметаллидным хранением водорода и низкотемпературным электрохимическим генератором. Они предназначены для установки как на подводных лодках новых типов (головные дизель-электрические лодки четвертого поколения проектов 677 “Лада” для российского ВМФ и “Амур-1650” (проект 677Э), предназначенный на экспорт, строятся с 1997 года “Адмиралтейскими верфями” в Санкт-Петербурге), так и для модернизации лодок проектов 877 и 636 (“Кило”).

Один из вариантов “Кристалла 27Э”, предназначенный для ПЛ типа “Амур”, обеспечивает увеличение подводной автономности на 15–45 суток в режиме экономического хода. Стоимость установки составит 15–20 % от стоимости самой лодки.

С 1998 года проектирование установок с ЭХГ для ПЛ типов “Лада”, “Амур” и “Кило” ведутся также Центральным конструкторским бюро (ЦКБ) морской техники “Рубин” совместно с научно-производственным объединением “Энергия” имени С. П. Королева. Ими предлагается установка РЭУ-99 мощностью 300 кВт с криогенным хранением реагентов и к.п.д. 70 %. Она занимает отсек длиной 9,8 метра и обеспечивает дальность подводного плавания не менее 20 суток. Удельный расход кислорода составляет 0,336 кг/кВт/час, водорода-0,042 кг/кВт/час. Возможно также интерметаллидное хранение водорода.

В 2012 году на международной военно-морской выставке во Франции «Евронаваль-2012» генеральный директор «Рособоронэкспорта» Анатолий Исайкин заявил, что в ЦКБ морской техники «Рубин» спроектирована подводная лодка «Амур-950». Эту лодку водоизмещением менее 1 тысячи тонн предполагается оснастить ВНЭУ с электрохимическими генераторами разработки «Рубина» мощностью 400 МВт, что позволит ПЛ непрерывно находиться в подводном положении до двух недель. При этом водород для установки будет получаться непосредственно из дизельного топлива.

В конце 2014 года гендиректор ЦКБ МТ «Рубин» Игорь Вильнит заявил СМИ, что «опытный образец ВНЭУ создан, он работает. Далее пойдет создание ВНЭУ для применения ее на корабле». А командование ВМФ утверждало, что в 2015 году первая ВНЭУ будет установлена на подводной лодке проекта 677 «Лада», а с 2017 года Россия приступает к строительству неатомных подлодок нового поколения с анаэробной установкой.

ПЛ проекта 677 «Лада»

Скорее всего, проект оснащения лодок проекта 677 «Лада» ВНЭУ осуществлен не будет, а поэтому ЦКБ «Рубин» по заказу Минобороны РФ приступило к разработке проекта неатомной подводной лодки типа «Калина» с анаэробной (воздухонезависимой) силовой установкой и литий-ионной аккумуляторной батареей.

Создание воздухонезависимой силовой установки для неатомных подлодок пятого поколения проекта «Калина» близится к завершению, говорится в отчете Центрального конструкторского бюро «Рубин» за 2015 год: «Бюро успешно продолжает работу по оснащению неатомных подводных лодок воздухонезависимыми энергетическими установками (ВНЭУ) с риформингом дизельного топлива и электрохимическими генераторами. Такая энергоустановка позволит неатомной подводной лодке находиться в подводном положении в течение всей автономности продолжительностью более месяца. В настоящее время ведётся строительство специального плавучего стенда для испытаний корабельного образца ВНЭУ в морских условиях.»

Осенью прошлого года (2013 – автор) мы опробовали установку на опытной подлодке «Саров» в акватории Белого моря. Были выявлены определенные проблемы в работе ВНЭУ, ненадежность некоторых узлов и агрегатов. До июня все недостатки устраним, – сказал «Известиям» собеседник в главкомате ВМФ. Генеральный директор ЦКБ «Рубин» Игорь Вильнит заявил, что в 2016 году должны быть проведены морские испытания ВНЭУ.

Опытная ПЛ «Саров» (www.forums.airbase.ru)

Опытно-конструкторские работы (ОКР) по неатомной подводной лодке пятого поколения «Калина» завершатся в рамках госпрограммы вооружения (ГПВ) 2018–2025, сообщил на конференции в рамках военно-морского салона в Санкт-Петербурге замглавкома ВМФ по вооружению вице-адмирал Виктор Бурсук (03.07.2017). Усовершенствованный вариант проекта 677, известный под шифром «Калина», будет оснащен воздухонезависимой энергетической установкой, которая позволяет увеличить продолжительность пребывания дизель-электрической субмарины под водой без всплытия для зарядки аккумуляторных батарей с 3–5 до 20 и более суток.

Модель ВНЭУ с электрохимическими генераторами ЦКБ «Рубин»

Опытный образец БТЭ-50К разработан и изготовлен в филиале «ЦНИИ СЭТ» ФГУП «Крыловский государственный научный центр» по Государственному контракту с Минпромторгом России в рамках ОКР по созданию модульной неатомной воздухонезависимой энергетической установки с электрохимическим генератором на базе твердополимерных топливных элементов (ТПТЭ), работающей на конвертированном дизельном топливе и оснащенной системой утилизации отработанных продуктов окисления для морской техники нового поколения. Батареи типа БТЭ-50, работающие на водороде и кислороде (воздухе), являются основой воздухонезависимых энергоустановок мегаваттного класса и представляет собой отечественный инновационный продукт водородной энергетики. Испытания проводились с участием руководства ФГУП «Крыловский государственный научный центр» и представителей Минпромторга РФ, а также приглашенных заинтересованных организаций – ОАО «ОСК», ОАО «ЦКБ МТ «Рубин», ОАО «Адмиралтейские верфи», ОАО ЦКБ «Лазурит», СПбГМТУ, ОАО «НИПОМ» и «Национальной ассоциации водородной энергетики» (НП «НАВЭ»).

Первую ВНЭУ планируется установить на перспективной НАПЛ «Калина». Высокопоставленный представитель командования ВМФ России в июле 2015 года сказал, что новейшая неатомная подлодка «Калина» пятого поколения с анаэробной (воздухонезависимой) энергетической установкой (ВНЭУ) будет заложена после 2020 года. «Мы работаем над проектом «Калина», и сразу после 2020 года головная лодка будет заложена», – сказал он. Было отмечено, что пока мощность анаэробной установки, разрабатываемая ЦКБ «Рубин», недостаточна для полноценной работы двигателя подлодки. Но такая установка будет построена в 2018 года.

К марту 2016 года проект новейшей неатомной подводной лодки 5-го поколения «Калина» был разработан, но не утвержден Минобороны (ВМФ). Строительство новейших неатомных подлодок (НАПЛ) проекта «Калина» и их количество будет определено новой государственной программой вооружений (ГПВ) России до 2025 года. (http://bastion-karpenko.ru).

Модернизированную батарею БТЭ-50К-Э на основе твердотопливных элементов планируют испытать до 2020 года. Ее мощность вырастет с 50 до 100 кВт. Батарея входит в состав модулей электрической мощностью 250–450 кВт, состоящих из электрохимического генератора и конвертора углеводородного топлива.

Батарея БТЭ-50К-Э (FlotPro)

В последнее время проекты ПЛ с воздухонезависимыми установками с ЭХГ предлагают и другие российские конструкторские бюро. Так, ЦКБ “Лазурит” разрабатывает такие лодки водоизмещением от 1000 до 4000 тонн. Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения “Малахит” выполнило разработки малых подводных лодок семейства “Кронверк” водоизмещением 160–950 тонн, которые могут оснащаться ЭХГ или газотурбинными установками замкнутого цикла.

В апреле 2018 года на сайте «Военное обозрение» появилось сообщение, что «КБ «Малахит» провело успешные испытания образца воздухонезависимой энергетической установки (ВНЭУ) с газотурбинным двигателем, которая предназначена для малых подводных лодок, разрабатываемых по проекту «Пиранья-Т», сообщили в конструкторском бюро.» Макетный образец ВНЭУ с газотурбинным двигателем замкнутого цикла успешно испытан – говорится в сообщении «Малахита». Отмечается также, что уже определена кооперация предприятий, с которыми создадут опытный образец ВНЭУ. В июне 2017 года сообщалось, что подлодки «Лада» первыми получат новейший двигатель. Позже стало известно, что будет отремонтирована и модернизирована подлодка «Санкт-Петербург».

Схема ВНЭУ ПЛ типа «Пиранья-Т»

(КБ «Малахит»)

СКБК планировал разработку корабельных энергетических установок с ЭХГ третьего поколения для оснащения подводных лодок после 2010 года. В отличие от прежних типов установок этого типа, предназначенных для использования в качестве вспомогательных для обеспечения экономического хода, ЭУ с ЭХГ третьего поколения будут представлять собой единый всережимный двигатель, позволяющий увеличить подводную автономность подводных лодок до 60–90 суток и в максимальной степени приблизить их по этому параметру к атомным ПЛ. СКБК утверждает, что, при наличии заказа, оно способно в течение 2–4 лет спроектировать, изготовить и поставить ЭУ с ЭХГ мощностью 100–4000 кВт.

СКБК ведет работы по созданию ЭХГ новых типов, в частности с твердоокисным электролитом, работающие на натуральном газе и воздухе, и по получению водорода на борту корабля из углеводородного топлива.

В последние годы в России снова вернулись к созданию сверхмалых подводных лодок, на этот раз с ВНЭУ. К настоящему моменту разработаны два проекта таких ПЛ. Подводная лодка проекта 650 «Суперпиранья-1» имеет водоизмещение 720 тонн. Экипаж – 9 человек и 6 боевых пловцов. Благодаря ВНЭУ непрерывная дальность подводного плавания может составить 1200 миль подлодка. Предельная глубина погружения «Суперпераньи-1» – 300 метров Эта подлодка может нести четыре торпеды калибра 533 мм или восемь торпед калибра 400 мм. Также в торпедных аппаратах возможно размещение крылатых ракет «Калибр» или «Оникс».

В государственную программу вооружений на 2018–2025 годы включена еще одна сверхмалая подводная лодка проекта 750 под названием «Суперперанья-2». Разработка проекта этой подводной лодки в настоящее время завершена, и подлодка полностью готова к серийному выпуску. Водоизмещение «Суперпераньи-2» составляет 950 тонн. Экипаж – 9 человек и 6 боевых пловцов. Вооружение состоит из четырех ракет семейства «Калибр» или «Оникс» в вертикальных пусковых установках, четырех торпед (или ракет) калибра 533 мм или восьми торпед калибра 400 мм (или ракет). Воздухонезависимая энергетическая установка – электрохимический генератор нового поколения, разработанный Уральским электрохимическим комбинатом обеспечит дальность подводного плавания до 1500 миль.

Перспективным направлением в области создания анаэробных энергетических установок является также использование в них двигателей Стирлинга. Б есшумность в работе, высокий к.п.д. (до 40 %), многотопливность и значительный моторесурс современных двигателей Стирлинга (около 60 тыс. часов), позволяют рекомендовать его как универсальный двигатель для всех типов неатомных подводных лодок – малого, среднего и большого водоизмещения.

Инновационно-исследовательский центр «Стирлинг-технологии» является единственной в России компанией, специалисты которой имеют многолетний опыт проектирования анаэробных установок с двигателями Стирлинга для специальных объектов различного функционального назначения: объектов космического назначения, подводных технических средств и др.

Специалистами компании разработана анаэробная энергетическая установка для перспективной подводной лодки на основе двигателя Стирлинга и сжиженного природного газа в качестве горючего. Анаэробные энергетические установки на основе двигателей Стирлинга, созданные специалистами ООО «ИИЦ «Стирлинг-технологии» защищены патентами РФ.

Однако, «воз и ныне там» – несмотря на победные реляции различных инстанций, ни одна подводная лодка с ВНЭУ для российского флота так и не была построена. Согласно самым радужным перспективам, первая работоспособная лодочная установка с электрохимическими элементами появится не ранее 2021–2022 годов. И это при том, что субмарины с различными типами анаэробных силовых установок уже много лет строятся серийно в Швеции, Германии, Китае, Японии и других странах!