В апреле 1998 года британская газета «Санди таймс» опубликовала сенсационное сообщение вот какого рода. Российский Военно-морской флот разрабатывает… бетонированную подводную лодку. Новые подлодки будут плавать на не доступных до этого глубинах и нападать на надводные корабли с помощью вертикально запускаемых торпед. Их бетонированные корпуса и бесшумные двигательные системы делают их не видимыми для локаторов.
Полагают, что русские близки к завершению создания бетонированных подводных лодок и, возможно, уже имеют опытные образцы, писала «Санди таймс».
Оснащенные аккумуляторами двигатели смоделированы с самолетных газовых турбин – засасывают воду впереди судна и под высоким давлением выбрасывают ее за корму, создавая тем самым движущую силу. Они также могут поворачиваться, чтобы обеспечить подъем со дна моря, как сопла самолета «Харриер». Аккумуляторы будут помещены в бетонированный корпус, в отличие от обычных подводных лодок их вес не ограничен.
Бетонированные подводные лодки требуют минимального экипажа, который будет управлять ими из отсека размером с мини-автобус.
Главным оружием таких подводных лодок будет реактивная торпеда «Шквал»…
Согласитесь, словосочетание «бетонный корабль» чем-то напоминает «плывущий топор». Да, бетонных линкоров, авианосцев, крейсеров не существует. Но в гражданском судостроении этот материал прижился прочно. Понтоны, причалы, дебаркадеры, баржи, наконец, крейсерские яхты из бетона, точнее – железобетона, давно уже не новость.
Строительный материал из цемента, песка и гравия не ржавеет, предельно просто формуется, легко поддается ремонту. Хорошо защищает от радиации (это свойство значительно улучшается при внесении в бетон определенных добавок) и отлично работает «на сжатие». А уж цемент для срочной заделки подводных пробоин имеется на каждом корабле.
Правда, бетон отвратительно держит изгибающие и разрывающие нагрузки, что и ограничивает размеры бетонных (правильнее – армоцементных) судов. Однако корпус корабля испытывает такие нагрузки только при волнении, подводная же лодка на глубине от него избавлена.
Так что, если вдуматься, строить подводные лодки из бетона есть смысл.
С виду такая лодка может напоминать толстобрюхий самолет с короткими крыльями. В воде большие и не нужны – водная среда в 800 раз плотнее воздушной. В носу логично расположить отсек управления, в корме – рули и водометные движители. Тут же поблизости разместятся и насосы с электродвигателями, которые будут питаться от аккумуляторных батарей, занимающих всю нижнюю часть подлодки. Ну а в центре разместятся пусковые шахты ракет-торпед.
Схема бетонной подлодки.
Цифрами обозначены: 1 – рули управления; 2 – движитель-водомет;3 – бетонный корпус, армированный кевларом; 4 – сенсоры слежения за окружающей обстановкой; 5 – боевой отсек с ракетами-торпедами;6 – отсек электронного оборудования; 7 – пост управления; 8 – аппаратура контроля; 9 – батареи; 10 – трубы водометов; 11 – турбины;12 – балластные цистерны; 13 – аэродинамические плоскости, облегчающие подлодке маневры на глубине; 14 – генераторы; 15 – акустические датчики
Постройка же такого корабля представляется так. На берегу может быть вырыт соответствующих размеров и формы котлован, в нем устанавливаются отсеки, арматура – и все заливается бетоном. После его схватывания вокруг «изделия» отрывается котлован большего размера, зачищается внешняя поверхность лодки, а потом удаляется перемычка, а импровизированный док заполняется водой, и бетонная подлодка отправляется в первое плавание.
В общем, как видите, получается дешево и сердито…
Правда, кроме преимуществ, в подобном проекте есть и свои недостатки. Бетон – материал очень тяжелый, а одним из важнейших качеств подводной лодки является ее скорость в подводном положении. Существует два главных способа повышения скорости подлодок. Первый – это повышение мощности энергетических установок и их эффективности, второй – совершенствование гидродинамики корпусов, что уменьшит сопротивление движению.
Наиболее перспективным источником энергии для субмарин ныне считается газоохлаждаемый атомный реактор. Как тут не вспомнить капитана Немо, получавшего электроэнергию прямо из воды, за счет разницы температур верхних и нижних слоев. Однако на практике подобные системы все еще обладают чрезвычайно низким коэффициентом полезного действия. Поэтому многие конструкторы питают большие надежды на гидрореактивные двигатели, которые будут работать за счет непосредственного нагрева забортной воды до состояния пара при протекании через вторичный контур ядерного реактора.
Второй способ увеличения скорости, как уже говорилось, предполагает уменьшение гидродинамического сопротивления корпуса лодки. Поначалу для этого конструкторы копировали формы лучших пловцов океана – китов, акул, дельфинов. Но здесь уже почти достигнут предел возможных усовершенствований. Поэтому ныне специалисты ищут пути улучшения гидродинамических свойств корпуса за счет его покрытия.
Дело в том, что ученые установили: те же дельфины развивают скорость, в 8—10 раз превышающую их мускульные возможности. Каким образом? Полагают, что этому способствуют особое строение кожи дельфина и физиологический механизм регулирования ее упругости. То есть, говоря иначе, морские животные умеют превращать вихревой (турбулентный) поток жидкости, обтекающей тело, в ламинарный (слоистый). А это на порядок снижает энергетические затраты на преодоление сопротивления.
Понятное дело, даже если обить снаружи всю лодку дельфиньей или акульей кожей, толку от этого не будет. Поэтому приходится идти обходным путем. Гидродинамики предлагают попросту удалять вихри с поверхности лодки, отсасывая их вместе с водой из пограничного слоя. Подобный способ уже испытывается в авиации и показывает неплохие результаты. А законы аэро- и гидродинамики во многом схожи.
Кстати, в середине прошлого века, когда самолеты начали штурм звукового барьера, в судостроении произошла своя революция – появились первые корабли на подводных крыльях. Примерно в то же время нашелся в нашей стране и человек, который аналогичным образом решил задачу ускорения движения и подводных лодок. Михаил Меркулов, специалист из Института гидродинамики в Киеве, предположил, что решение проблемы скорости любого подводного объекта лежит в феномене, называемом кавитацией.
Слово это дословно переводится как «формирование пустот». Обозначают же им в данном случае вот какое явление.
Тщательные гидродинамические исследования, проведенные Меркуловым и его предшественниками, показали: при быстром движении тела сквозь жидкость давление ее в различных точках тела становится… меньше. Причем чем большую скорость набирает тело, тем ниже становится давление. Потому что в данных условиях жидкость, по существу, перестает быть таковой. Молекулы воды при скоростном движении объекта настолько взбудораживаются им, что образуют бесчисленное количество микроскопических пузырьков водяного пара.
Правда, поначалу кавитация оказалась просто стихийным бедствием для моряков: пузырьки, бесконтрольно образовывающиеся в насосах, турбинах и пропеллерах подводных аппаратов, нарушают схему движения потока и снижают КПД двигателя. Более того, иногда они создают ударные волны, способные покалечить корпус корабля или подлодки.
Однако в изобретательском деле давно известен принцип: если ты не можешь избавиться от какого-то вредного явления, попробуй обратить его на пользу. В данном случае кавитацию постарались превратить в. сверхкавитацию. Оказалось, что при определенных условиях можно из множества маленьких пузырьков получить один огромный пузырь. Создается газовая полость, в которой может поместиться полностью весь движущийся объект.
Кстати, впервые подобный феномен был описан еще Исааком Ньютоном в 1687 году. Однако реально создавать условия сверхкавитации по своему усмотрению исследователи научились лишь в XX веке. Оказалось, для этого подводный объект должен двигаться со скоростью не менее 80 км/ч. При этом поверхностное трение жидкости почти исчезнет, поскольку аппарат практически полностью окутывается газовой рубашкой.
Впрочем, одно дело – получить какой-то эффект в лаборатории, изучить его, так сказать, под микроскопом, и совсем другое – применить на практике.
Первыми это, как уже говорилось, удалось сделать Михаилу Меркулову и его коллегам. Советские конструкторы использовали сверхкавитацию прежде всего при создании супербыстрых торпед.
Хотя сами по себе торпеды намного меньше подлодок, а движутся быстрее субмарин, и с ними пришлось немало повозиться, прежде чем грозные снаряды начали передвигаться под водой на больших скоростях.
В данном случае инженеры, во-первых, должны были решить проблему подводного движителя. Обычные винты тут не работают, так как в воду погружен только нос объекта. В конце концов конструкторы догадались установить на подводные аппараты… ракетные двигатели. Они ведь обычно работают в вакууме, так что отсутствие воды для них благо, а не помеха в работе.
Во-вторых, нужно было подобрать или даже создать сверхпрочные материалы, которые бы могли предотвратить деформацию носа объекта под воздействием очень высоких давлений.
В-третьих, когда аппарат достигал предельной скорости, образуемая воздушная полость уже не могла охватить всю торпеду – «пузырь» как бы не поспевал за ней; в итоге появились проблемы с устойчивостью. Пришлось пойти на хитрость и создать впереди дополнительную полость, выводя часть выхлопных газов подводной ракеты через нос.
В итоге к 1977 году наши конструкторы создали торпеду «Шквал», способную развивать до 500 км/ч. Слухи о ее существовании просочились за рубеж. Но западные эксперты долгое время не верили им, пока в 1995 году британский военный журнал «Интернейшенл Дефенс Ревю» не подтвердил авторитетно: уникальная разработка действительно существует. А пару месяцев спустя Москва продемонстрировала один из прототипов «Шквала» на выставке оружия в Абу-Даби.
Было показано, как торпеда выстреливается из подводной лодки с помощью специальной механической катапульты. Это придает ей мощный первоначальный толчок, позволяющий образовать сверхкавитационную полость и включить ракетный двигатель.
Тем не менее технология создания торпед типа «Шквал», некоторые конструктивные особенности ее до сих пор держатся в секрете.
Спохватившиеся американцы, в свою очередь, стали интенсивно разрабатывать подобные аппараты. Говорят, несколько лет назад им удалось разогнать небольшое подводное тело до скорости 5400 км/ч!
Спуск на воду подводной лодки-малютки
Однако зарубежным специалистам явно не хватает опыта, накопленного российскими инженерами. Поэтому не случайно вокруг «Шквала» все время идет какая-то подозрительная возня, разведслужбы норовят похитить секреты ракеты-торпеды. Нашумевший судебный процесс над Эдмондом Полпом – лишнее тому свидетельство.
Тем не менее сегодня некоторые зарубежные источники утверждают, что достижения русских превзойдены. Американцы сосредоточили свое внимание на «подводных пулях» – особых снарядах, которые могут передвигаться в воде вообще без двигателей.
Так, в 1997 году исследователи из Центра военно-морского подводного вооружения в Чайна-Лейк, Калифорния, объявили о создании новой сверхзвуковой системы обезвреживания мин. Снаряд без двигателя, с тщательно спроектированным плоским носом, выстреливается из подводного орудия и переходит звуковой барьер, заставляя детонировать окрестные мины.
Очевидно, тут есть свои хитрости. Ведь если выстрелить в воду обычным снарядом из артиллерийского орудия, то сила торможения воды остановит его через считаные метры.
Впрочем, отсутствие двигателя все же приводит к небольшой дальности полета снаряда. Тем не менее данная технология, по словам ее создателей, позволяет достичь скорости 2500 м/с, что является рекордным достижением даже для самолетов.
Ныне инженеры убеждены, что фундаментальных причин, мешающих создать подводные аппараты, которые смогут двигаться быстрее пули, не существует. Нужно лишь решить ряд технических проблем.
Прежде всего нужна мощная и компактная двигательная установка, приспособленная для данных конкретных условий. Многие специалисты полагают, что большие перспективы тут имеет ракетный двигатель, использующий в качестве топлива… алюминиевый порошок. Правда, до недавних пор подобные попытки особого успеха не имели. Нынешняя же обещает стать удачнее хотя бы потому, что алюминиевая пудра будет применена не в двигателе внутреннего сгорания и не для выработки электричества, а в качестве топлива ракетного двигателя. Причем в качестве окислителя тогда может быть использована забортная вода, так что объемные резервуары с кислородом уже не понадобятся.
Однако поверхность алюминия быстро окисляется. Это предохраняет алюминиевые изделия от коррозии и обычно считается полезным свойством данного металла. Но окисная пленка мешает горению алюминия, поэтому приходится принимать специальные меры. Например, порошок алюминия вводят непосредственно в водоворот воды, где и происходит горение.
Согласитесь, пламя в воде – не такое уж обычное явление, и его придется детально исследовать. Кроме того, необходимо подумать и о том, как удалять из двигателя расплавленный алюминий, образующийся в качестве побочного продукта реакции.
Впрочем, ракеты на горящем алюминии хороши только для коротких расстояний. А для дальних подводных путешествий, видимо, придется использовать ядерный реактор. Говорят, с его помощью сверхзвуковая субмарина сможет пересечь Атлантику менее чем за час. Если, конечно, не наткнется на какое-то препятствие по дороге. Дело в том, что пока сверхкавитационные объекты плохо поддаются управлению.
Впрочем, специалисты полагают, что подобные трудности – явление преодолимое. И в будущем им удастся создать не только сверхскоростные, но и высокоманевренные подлодки. Причем на борту их, вполне возможно, вообще не будет экипажей.
Беспилотные летательные аппараты – уже не новость. Все больше конструкторов утверждаются в мысли, что человек на борту летательного аппарата – скорее помеха ему, чем помощник. Людям свойственно ошибаться, уставать, они плохо переносят перегрузки, не могут обходиться без кислорода и т. д. Вслед за создателями авиационной техники над созданием субмарин-автоматов задумались и кораблестроители. Прежде всего они, как и их авиационные коллеги, решили использовать подводных роботов для разведки.
Весьма оригинальна даже сама схема подводного аппарата «Спрей», созданного совместными усилиями Океанографического института Вуд-Холл в Массачусеттсе и Скрипссовского института океанографии в Калифорнии. У двухметрового крылатого аппарата нет ни привычных гребных винтов, ни гибкого хвоста, ни даже плавников. По внешнему виду он весьма напоминает крылатую ракету. Но реактивная тяга здесь тоже не используется. Продвигается же «Спрей», управляемый бортовым компьютером, ныряя и выныривая. При этом происходит следующее.
Для нырка забортной водой заполняется носовая балластная цистерна. Кроме того, смещается к носу и один из трех блоков электрических батарей. Угол погружения регулируется поворотом стабилизаторов крыльев, так что «Спрей» сначала движется вперед-вниз.
По достижении заданной глубины компьютер дает команду на продувание балластных цистерн и сдвиг блока батарей назад. Получив дифферент на корму, «Спрей» начинает всплывать, двигаясь вперед-вверх. Затем цикл повторяется.
Как показали испытания, большой скорости, конечно, таким образом не разовьешь – нынешний прототип подводного робота, к примеру, проходит всего полмили в час. Зато такой способ весьма экономичен и позволяет с одним комплектом батарей проплыть 2484 мили – расстояние от южной оконечности Гренландии до побережья Испании.
Если испытания окажутся удачными, то к 2011 году собратья «Спрея» могут появиться во многих морях и океанах Земли. Их задача: во время своих неспешных путешествий определять соленость морской воды, ее температуру, содержание в ней планктона и другие данные. Полученные сведения тут же передаются по радио на спутник. Со спутника же с помощью системы GPS ведутся определение координат каждого подводного робота и корректировка его курса.
Накопленный опыт затем может быть использован для управления и более крупными подводными лодками без экипажей. В частности, специалисты утверждают, что через 15–20 лет в британских и американских ВМС ядерные субмарины с экипажами уступят место подлодкам-роботам, которые призваны совершить революцию в морских сражениях.
Согласно планам Минобороны Великобритании на XXI век, у обычных подлодок с экипажами останутся лишь функции управления подводными соединениями боевых роботов и транспортные миссии. По словам представителей британского оборонного ведомства, субмарины класса «Эстьют» («Проницательный»), которые начали поступать на службу в ВМС Великобритании в 2005 году, – последние боевые подлодки с экипажами.
Словом, нынешний размах замыслов британских военных и инженеров-конструкторов резко контрастирует со взглядами их коллег на заре рождения королевского подводного флота. Ведь сто лет назад, когда появилась первая подлодка «Холланд-1», субмарины рассматривались британцами как «очень спорное» и малоперспективное направление.