Лодочный реактор ВМ-А стал базисом для развития подводного атомного флота. В установках второго поколения, ВМ-4 и В-5, были учтены все ошибки предыдущего проекта и использованы новейшие материалы, конструкции и приборы. Судьба этих реакторов сложилась по-разному.
Главными требованиями к подводным лодкам нового поколения были повышение надежности и живучести, а также уменьшение габаритов ядерной установки. Основанием для начала работ стало постановление ЦК КПСС и Совмина СССР, принятое в августе 1958 года.
С самого начала проектирование под научным руководством Анатолия Александрова шло по двум альтернативным направлениям. Сектору «Б» ОКБ завода № 92 (ныне ОКБМ им. Африкантова) поручили перейти на совершенно новые конструкторские решения, исключающие недостатки предыдущего проекта. Этот реактор получил индекс ВМ‑4. Вторым направлением занялся НИИ‑8 (ныне НИКИЭТ им. Доллежаля). Его задачей было максимально модернизировать узкие места реактора ВМ-А, сохранив основные схемно-компоновочные решения. Этому реактору присвоили индекс В‑5.
Три проекта с ВМ‑4
Конструкторы ОКБ завода № 92 сделали выбор в пользу блочной конструкции паропроизводящей установки с водяным теплоносителем. В ППУ такого типа было два блочных узла: реактор — парогенератор с соединением по принципу «труба в трубе» и парогенератор — насос первого контура.
Основным техническим решением было двухреакторное исполнение ядерной паропроизводящей установки с побортным расположением групп основного оборудования. Установку ВМ‑4 подстраивали сразу под три проекта АПЛ разных конструкторских бюро. ППУ для подлодок проекта 671 получила индекс ОК‑300, для 670-го — ОК‑350, для 667-го — ОК‑700. Основное оборудование было практически полностью унифицировано, различалось лишь количество петель (четыре или пять на один реактор) и привязки к фундаментным конструкциям реакторных отсеков.
На подлодке проекта 667 было два реактора мощностью 90 МВт каждый
На АПЛ проекта 670 устанавливали один реактор мощностью 90 МВт и одну турбину, на АПЛ проекта 671 — два реактора по 72 МВт и одну турбину, на АПЛ проекта 667 — два реактора по 90 МВт и две турбины.
Создание этих надежных в эксплуатации ППУ с минимальными габаритами и массой стало возможно благодаря компактному расположению оборудования вокруг реактора. Одновременно его использовали как элемент биологической защиты. Существенное сокращение протяженности систем первого контура и сварных швов значительно повысило надежность.
Установки изготавливали с прочно-плотными корпусами, рассчитанными на давление первого контура. Так, корпуса и днища реакторов ОК‑300 и ОК‑350 делали из перлитных сталей и сваривали автоматической сваркой. Внутри корпус покрывали антикоррозионной наплавкой.
Была принята однозаходная схема циркуляции теплоносителя через активную зону, что упростило конструкцию внутреннего блока реактора и сделало возможным использование естественной циркуляции теплоносителя для расхолаживания реактора.
В активной зоне использовали стержневые и двухкольцевые твэлы с ураном обогащением 21 % (зона с двухкольцевыми твэлами оказалась единственной, которая полностью вырабатывала свой энергоресурс). Проектный цикл перезарядки составлял восемь лет.
Монтаж под присмотром спецбригад
Опыт создания подлодок первого поколения показал, что монтаж ППУ из-за тесноты в реакторном отсеке — самый трудный этап. Новая компоновка позволила перенести многие монтажные работы на предстапельные участки, что сократило срок монтажа и повысило его качество. Наблюдали за сборкой бригады шефмонтажа, присланные из ОКБ. Но это не стало стопроцентной гарантией исключения инцидентов на суше — они случались, в том числе и ядерно опасные.
Имели место и другие происшествия. Так, в ноябре 1966 года на Севмашпредприятии при гидроиспытаниях реактора для АПЛ проекта 667 в аппарате волгоградского завода «Баррикады» обнаружили грязь и металлическую стружку. Случай был квалифицирован как ЧП, так как он ставил под сомнение отсутствие посторонних предметов в другом оборудовании. Началась проверка всех ранее смонтированных реакторов, из-за чего была отложена сдача ряда подлодок проектов 670 и 667. Инцидент завершился выпуском нормативного документа, регулирующего порядок закрытия и вскрытия оборудования первого контура атомного подводного флота.
В начале 1970-х годов выявились два серьезных недостатка ППУ типа ВМ‑4: преждевременная разгерметизация твэлов стержневого типа и образование трещин в стояках крышек реактора. Конструкцию крышки усовершенствовали и разработали новые конструкции активной зоны с модернизированными стержневыми и кольцевыми твэлами.
В ходе эксплуатации ядерные установки продемонстрировали значительно возросшую надежность систем и оборудования. При более интенсивной по сравнению с первым поколением лодок эксплуатации количество отказов или неисправностей оборудования было в десятки раз меньше.
«Ерш», «Скат» и «Навага»
АПЛ проекта 671 («Ерш») создавалась как лодка — охотник на американские субмарины с баллистическими ракетами. Головной корабль К‑38 был заложен в апреле 1963 года в Ленинграде на Ново-Адмиралтейском заводе. Использование одного гребного вала позволило уменьшить водоизмещение и шумность и получить значительно более высокую, чем у зарубежных аналогов, подводную скорость. 5 ноября 1967 года К‑38 вошла в состав Северного флота. Всего было построено 15 «Ершей», основная их часть служила на Северном флоте.
АПЛ проекта 670 («Скат») предназначалась для уничтожения кораблей, идущих в составе конвоев, в основном авианосцев. Строил «Скаты» завод «Красное Сормово» в Горьком. Подлодка имела двухкорпусную архитектуру с веретенообразными обводами легкого корпуса, имеющего в носовой части эллиптическое сечение, обусловленное размещением ракетного вооружения. Первая АПЛ была спущена на воду 2 августа 1966 года. Приемный акт по головному кораблю К‑43 серии 670 был подписан 6 ноября 1967 года. Всего построено 11 лодок проекта 670.
АПЛ проекта 667 создавалась как носитель баллистических ракет с ядерной боеголовкой. После решения правительства о смене используемого вооружения проект получил индекс 667А («Навага»). Новые ракетоносцы стали именоваться РПКСН — ракетный подводный крейсер стратегического назначения. Лодка была двухкорпусной. Носовая оконечность имела овальную форму, кормовая — веретенообразную. Прочный корпус цилиндрического сечения диаметром 9,4 м разделялся на 10 отсеков, реакторным был седьмой. Главная энергоустановка номинальной мощностью 52 тыс. л. с. состояла из автономных блоков правого и левого борта. В состав каждого блока входил водо-водяной реактор ВМ‑4-2 (ОК‑700), паротурбинная установка с турбозубчатым агрегатом и турбогенератор.
Строительство подводных лодок по проекту 667А велось быстрыми темпами. Первую АПЛ К‑137 заложили на Северном машиностроительном заводе 9 ноября 1964 года. Спуск на воду состоялся 28 августа 1966 года, а 1 сентября начались сдаточные испытания. К‑137 вступила в строй 5 ноября 1967 года. Серия 667А стала самой многочисленной из всех проектов советских АПЛ и имела большое количество модификаций. С 1967 по 1974 год было построено 34 судна проектов 667А и 667АУ.
Субмарина проекта 671 («Ёрш») создавалась как лодка-охотник
Все лодки проектов 671, 670 и 667 были выведены из состава флота в 1989–1997 годы.
В‑5 для «Анчара»
НИИ‑8 еще с 1955 года занимался разработкой установки ВК с водо-водяным реактором для АПЛ проекта 639. Ее особенностями были размещение в активной зоне нескольких легких органов компенсации избыточного запаса реактивности, одноходовая схема движения воды в активной зоне, объединение в блок основного оборудования установки и др. Фактически установка ВК являла собой конструкцию первой блочной паропроизводящей установки, доказавшей в дальнейшем свою эффективность.
В 1958 году работы по проекту 639 были прекращены, и все идеи специалисты НИИ‑8 использовали для создания реакторной установки второго поколения для АПЛ проекта 661. Боевым назначением новой подводной лодки была борьба со скоростными кораблями охранения и авианосцами.
Технический проект ППУ В‑5 был подготовлен НИИ‑8 совместно с ЛИПАН в ноябре 1959 года. Двухреакторная установка отличалась рядом новых технических решений. Так, наиболее крупное оборудование и часть радиационной защиты размещались на фундаментных балках, не присоединенных к прочному корпусу лодки, что снижало динамическое воздействие на оборудование. В качестве основного материала радиационной защиты применили серпентинитовый бетон. Кроме того, для установки разработали единую систему контроля дистанционного и автоматического управления.
При разработке проекта В‑5 впервые в практике НИИ‑8 для сложных многовариантных расчетов активной зоны использовали электронно-вычислительные машины.
В декабре 1963 года опытную лодку проекта 661 («Анчар») заложили в Северодвинске, строительство растянулось на пять лет. Главная причина отставания от графика заключалась в том, что корпус должен был быть из титана, производство которого в СССР только налаживалось.
Реактор правого борта с погруженной активной частью
Ядерные реакторные установки на лодке располагались в пятом отсеке. Главная энергетическая установка состояла из двух автономных групп — правого и левого борта. Каждая группа включала в себя атомную паропроизводящую установку В‑5 с реактором, турбозубчатый агрегат и автономный турбогенератор. Номинальная тепловая мощность одного реактора была 177,4 МВт.
Водо-водяной реактор и размещенные вокруг него секции прямоточных парогенераторов с их гидрокамерами соединялись патрубками «труба в трубе». Плотная компоновка и размещение оборудования затрудняли обеспечение ремонта, и задача сохранения работоспособности установки при отказах секций парогенератора решалась за счет возможности отсечения секций в ремонтные периоды. Агрегатирование каждой из двух ППУ с конструкторской точки зрения отличалось исключительной оригинальностью и смелостью проектных решений.
Первая блочная ППУ В‑5 по удельной массе в два раза, а по насыщенности энергоотсека в 2,5–3 раза превосходила лучшие достигнутые к этому времени показатели.
Судьба «Золотой рыбки»
В декабре 1968 года АПЛ спустили на воду, а через год, после испытаний, передали флоту. Во время государственных ходовых испытаний лодка продемонстрировала уникальные качества. На 80 % номинальной мощности реакторов была развита скорость подводного хода 42 узла, а во время опытной эксплуатации на полной мощности ЯЭУ — 44,7 узла, что по сей день мировой рекорд.
Опытная эксплуатация завершилась в декабре 1971 года. АПЛ с индексом К‑162 (с 1978 года — К‑222) в сентябре того же года заступила на боевое дежурство и прошла в район экватора от Гренландского моря до Бразильской котловины. Подлодка «вела» американский авианосец «Саратога», он несколько раз пытался оторваться, но сделать это так и не смог. Более того, атомная подлодка, осуществляя маневры, иногда опережала «Саратогу». За два с половиной месяца похода АПЛ поднималась на поверхность всего лишь раз.
Вот только из-за титанового корпуса лодка проекта 661 оказалась очень дорогой, за что и была прозвана «Золотой рыбкой». По той же причине не пошла в серию, оставшись единственным кораблем этого проекта. Прослужила в составе ВМФ до 1998 года.
Страна Росатом