Начало нового тысячелетия стало своеобразным рубежом в истории развития военных флотов. Изменившаяся после распада Советского Союза и развала «советского блока» военно-политическая обстановка в мире привела к смене курса в развитии военно-морских сил ведущих государств. Сегодня военный флот рассматривается уже не только как один из компонентов, составляющих ядерные силы сдерживания. Основная ставка делается на универсализацию военных флотов. На смену старым кораблям, способным выполнять ограниченные тактические задачи, приходят новые универсальные корабли, обладающие большими техническими возможностями и оснащенные современными огневыми средствами борьбы.
Технический прогресс влечет за собой появление новых технологий. Соответственно происходит развитие средств вооружения, изменение военной тактики и стратегии. Так было, так есть и так будет всегда. Военный флот в этом плане всегда находился на первых позициях, являясь самым передовым и технически совершенным видом вооружения. Ушли в историю те времена, когда одной из главных составляющих военной мощи флота являлось количество. Эпоха парусников завершилась появлением паровой машины и брони. На смену парусным армадам пришли боевые эскадры, состоящие из стальных бронированных монстров. Военный корабль превратился в сложнейший технический механизм, где на небольшом и ограниченном пространстве сосредоточена масса агрегатов и машин, устройств и снаряжения.
Вместе с совершенствованием двигательной установки, шел прогресс в средствах вооружения и защиты. Первоначально артиллерия была основой ударной мощи военного корабля. Появление нарезной артиллерии и увеличение калибра артиллерийских орудий неизбежно влекло за собой утолщение брони. Чем больше становился калибр корабельных орудий, тем толще был броневой пояс. Соответственно увеличивалось водоизмещение военных судов. Соперничество брони и снаряда продолжалось вплоть до середины XX века. Артиллерийская дуэль главных сил флота лежала в основе линейной тактики. Главная задача противоборствующих сторон во время боевых столкновений заключалась в нанесении противнику большего урона. С выходом на сцену минно-торпедного оружия и появление авиации положило конец господствующему положению артиллерии на флоте. Превосходство на море теперь не зависело от количества линкоров и крейсеров. Требовались новые боевые суда и плавсредства, специально предназначенные для выполнения определенных боевых задач на море.
Сначала появляются подводные лодки, минные заградители и торпедные катера. Чуть позже на арену морских сражений выходят авианосцы. Торпеда и самолет становятся основными средствами ведения войны на море. Военный флот превращается в универсальный вид вооруженных сил, способный решать различные боевые тактические задачи и выполнять стратегические функции. Вторая Мировая война внесла свои коррективы в развитие военно-морских вооружений, а последующая «холодная война» привела к изменению политики использования военных флотов. Ушли в историю линейные корабли. Крейсера утратили свое лидирующее положение на флоте. Вторая половина XX века стала эрой господства авианосцев и подводных лодок. Ракетное оружие и авиация практически вытеснили артиллерию с флота, отведя ее второстепенные роли. Следом за пушками отошла на задний план и броня. Залогом высокой эффективности военного флота стали мощность вооружения, скрытность, большая дальность хода и техническая оснащенность. Современные флоты перестали быть молчаливым орудием демонстрации силы на море, став инструментом проведения внешней политики.
Концепция военного флота будущего – наличие новых и современных боевых кораблей
В нынешней военно-политической обстановке все больше и больше стран делают ставку на усиление собственных военно-морских сил. Даже небольшие страны, имеющие выход к морю, стремятся обзавестись собственными ВМС. Военный флот на сегодняшний день становится едва ли не единственным средством предупредить внешнюю агрессию и обеспечить сохранность морских рубежей. К тому же новые технологии сегодня позволяют строить корабли умеренного водоизмещения, оснастив их при этом всеми доступными средствами вооружения, связи и обнаружения.
В период «холодной войны» появились новые классы военных кораблей. Сегодня вместо торпедных катеров появились ракетные катера и катер, вооруженный противокорабельными ракетами. Небольшие по размерам и водоизмещению такие суда являются полноценным боевыми единицами, способными на равных тягаться с более крупными судами. Подводные лодки разделились на два класса — стратегические подводные ракетоносцы и торпедные подводные лодки с атомной или с обычной двигательной установкой. И те, и другие обладают достаточной огневой мощью, способной не только стереть с лица земли целые города, но и нанести точечные удары по противнику в любой точке земного шара, как на суше, так и на море.
На смену линкорам и крейсерам приходят суда новых классов. За рубежом строятся фрегаты и корветы. Вместе с авианосцами и подводными лодками эти суда составляют основу современных флотов иностранных государств. В составе флотов наряду с ударными силами появляются крупные десантные суда – вертолетоносцы, строятся и спускаются на воду суда специального назначения. Если в США основная ставка делается на авианосный флот, то в таких странах как Великобритания, Франция, Япония и Китай основными боевыми судами становятся эсминцы, фрегаты и корветы. Советский Союза в попытке добиться военного паритета с Соединенными Штатами и блоком НАТО, строит для нужд своего ВМФ Большие Противолодочные Корабли (БПК), Тяжелые Авианесущие Крейсера (ТАКР), сторожевые корабли.
Новые военные суда кардинально отличаются от своих предшественников набором средств вооружения и тактико-техническими характеристиками. Теперь каждый отдельно взятый боевой корабль – это самостоятельная боевая единица флота, которая способна выполнять огромный объем работы. К примеру:
Концепция развития флотов свидетельствует о том, что военные суда должны выполнять широкий спектр боевых задач тактического плана. Происходит отход от концепции строительства крупных и дорогостоящих кораблей, отдавая предпочтение строительству универсальных судов, меньших по размеру и водоизмещению.
Россия, став преемницей СССР, унаследовала большую часть военных кораблей ВМФ Советского Союза, некогда считавшегося одним из самых могущественных в мире. Большая часть кораблей представляла собой суда постройки середины 70-х -начала 80-х годов. Это были современные и мощные суда для своего времени, строящиеся серийно. Немало военных кораблей досталось в недостроенном виде, оставаясь на верфях судостроительных заводов. Сложная экономическая обстановка в стране, сложившаяся в 90-е годы, привела к тому, что большая часть плавсостава советского военного флота утратила свою боевую ценность. Некоторые суда просто устарели морально и были разобраны на металлолом. Другие корабли, спущенные на воду совсем недавно, продолжали оставаться в составе флота РФ, доживая свой век.
Государство в те годы было не в состоянии поддерживать в рабочем и в боевом состоянии огромный военный флот. К тому же, стремительное развитие техники, наметившееся в конце 90-х годов, привело к тому, что основная масса советских БПК, авианесущих крейсеров, крейсеров, эсминцев, тральщиков и подводного флота одновременно оказалась устаревшей. Российскому флоту для того, что бы сохранить за собой статус морской державы в срочном порядке требовались новые могучие и мощные боевые корабли.
Стартом нового этапа по восстановлению боеспособности российского флота стала программа военного кораблестроения ПВК 2050, принятая весной 2014 года. Пункты и положения программы указывают пути развития отечественного военно-морского флота, примерный состав флота, определяют предварительную сумму расходов на разработку проектов и строительство новых судов. Предполагается, что на восстановление былой мощи отечественных флотов, на приведение их в соответствие с требованиями времени, будет потрачена колоссальная сумма, более 8 млрд. рублей по нынешнему курсу. Эта сумма рассчитана с учетом того, что списочный состав флота России к 2050 году должен быть представлен 600 судами различных классов, включая ударные силы и корабли боевого и технического обеспечения.
В программе приведены основные параметры военного корабля будущего для отечественного флота. Акцент делается на внедрение совершенно новой концепции строительства судов. Здесь учитываются новая архитектура корабля, универсальность и огромная энерговооруженность. Большая часть новых проектов боевых судов должна быть ориентирована на создание беспилотных средств обнаружения и вооруженной борьбы, где исключается человеческий фактор.
Следует отметить, что до недавнего времени новые боевые суда ВМФ Российской Федерации являлись последующим развитием проектов, созданных еще в советский период. Началу реализации новой концепции строительства океанского флота положили проекты и технические решения, разработанные в Крыловском государственном научном центре. Именно здесь родился первый эскизный проект корабля будущего для российского военного флота. Следующим этапом стала концепция перспективного эсминца «Лидер», который должен был дать старт началу строительства военных судов нового поколения. Если с эсминцем типа «Лидер» решение дальше чертежей и расчетов не продвинулось, то в другом направлении заметен явный прогресс.
На базе технической документации, разработанной в Крыловском ГНЦ, сегодня уже активно продолжается работа над другими перспективными кораблями дальней морской зоны. Речь идет о фрегатах проекта 22350, которыми присвоены имена видных советских адмиралов. В ближайшее время ожидается ввод новых кораблей в строй.
Всего в соответствии с реализацией предыдущих судостроительных программ планируется до 2019 года передать в состав флота до 50 новых военных кораблей различных классов.
Делая отступление от реализации программы будущего развития флота, не лишним будет сказать о реализации ранее принятых программ развития флота. Параллельно с созданием кораблей дальней морской зоны идет обновления парка десантных судов. Большой десантный корабль «Иван Грен» стал ответом российской оборонки на отказ Франции передать России большие десантные корабли-доки типа «Мистраль». На ведущих верфях страны, в Калининграде, в Санкт-Петербурге и на Дальнем Востоке идет строительство современных океанских судов. На них планируется установить новые противокорабельные комплексы «Оникс», которые могут одновременно наносить удары по любым целям на расстоянии до 2500 км.
В Зеленодольске идет строительство малых ракетных кораблей, класса корвет. Вооруженные ракетами «Калибр» эти суда нанесли ракетный удар по силам Исламского Государства на территории Сирии осенью 2015 года. Современные военные корабли для российского ВМФ построены с учетом технологии «стелс» и вооружаются отечественными новейшими ракетными комплексами.
Активно идет пополнение состава флота подводными лодками с дизельными двигателями проекта 636 типа «Варшавянка» и подлодок улучшенной модификации «Амур». На сегодняшний день флот уже получил 6 судов подобного класса. До 2021 года планируется передать еще 6 однотипных судов. Планируется начать строительство новой подводной многоцелевой лодки типа «Хаски» и другого подводного корабля типа «Калина».
Отдельной строкой идет восстановление ракетно-ядерного щита России, строительство атомных подводных ракетоносцев. Три ПЛАРБ проекта 935 «Борей» уже вошли в строй ядерных сил флота в период с 2012 по 2014 год. Ведется перевооружение ракетами «Калибр-ПЛ» четырех атомных ракетных крейсеров типа «Атлант», готовых до 2020 года составить основную ударную мощь Тихоокеанского флота.
Пытаясь представить, как могут выглядеть и на что будут способны морские военные суда следующих поколений, руководство Министерства обороны Великобритании получило группе проектировщиков и конструкторов под названием Startpoint разработать проект подобного судна. И, можно заметить, что продукт этого мысленного эксперимента способен поразить воображение любого неискушенного человека.
Как и следовало ожидать, судно Dreadnought 2050, названное так в честь британского военного корабля 1905 года, имеет весь необходимый набор футуристических принадлежностей, которыми должен обладать военный корабль 21-го века. Большинство технологий, которые требуются для создания такого судна, уже существуют в реальности, а те, которые еще не существуют — будут разработаны в весьма недалеком будущем.
Dreadnought 2050 — военный корабль будущего
Проектировщики не определили точных размеров , но указали, что он имеет команду порядка 50 человек и способен заменить собой современный военный корабль, имеющий команду в 200 человек. Исходя из этого можно предположить, что по классу корабль Dreadnought 2050 будет сопоставим с типом эскадренных миноносцев типа «Замволт» (Zumwalt-class destroyer), водоизмещением в 15 тысяч тонн.
В качестве источника энергии в судне Dreadnought 2050 будет использоваться ректор термоядерного синтеза, работающий на водороде. Если это окажется неосуществимым к 2050 году, то основой силовой установки судна станут высокоэффективные и тихие турбины, которые будут обеспечивать энергией электродвигатели бесшумных водометных двигателей и прочие системы судна.
Dreadnought 2050 — военный корабль будущего
Корпус корабля Dreadnought 2050, построен по схеме тримарана, что позволит ему соблюдать устойчивость при движении на максимальной скорости в условиях сильного волнения. Материалом для корпуса являются новые сверхпрочные, легковесные сплавы и композитные материалы, а подводная часть корабля покрыта слоем графена, особой формы углерода, что позволяет кардинально уменьшить трение корпуса об воду. В задней части корпуса корабля есть выдвижная аппарель, по которой корабль может выпускать морскую пехоту, запускать летающие, плавающие и подводные , несущие различные виды вооружения. Для пополнения «запасов» этих беспилотников на корабле есть специальная мастерская, оборудованная , имеющая запасы необходимых материалов и готовых узлов, в том числе и электроники.
Dreadnought 2050 — военный корабль будущего
Центральной достопримечательностью рубки управления кораблем Dreadnought 2050, которая похожа на рубку космического корабля из какого-нибудь фантастического фильма, является большой голографический дисплей. На этом дисплее в удобном и понятном виде отображается оперативная и тактическая информация, получаемая из морских глубин, с поверхности моря и из космоса. Тщательно продуманный интерфейс и другие средства автоматизации позволяют капитану и еще 5 офицерам полностью держать корабль под контролем, а с остальными задачами справляется команда из 50 человек, в то время, как для обслуживания сходного по классу судна в настоящее время требуется команда из 200 человек.
Dreadnought 2050 — военный корабль будущего
Корабль имеет только одно орудие — электромагнитную рельсовую пушку, параметры которой не очень отличаются от пушек, которые испытывает сейчас Научно-исследовательское управление ВМС США (Office of Naval Research), и которые способны стрелять специализированными снарядами на расстояние до 200 километров. Для защиты от малых судов используется , а для поражения больших кораблей и подводных лодок у корабля есть торпеды, способные развивать скорость порядка 300 узлов за счет использования явления суперкавитации и графенового покрытия.
В случае необходимости корабль Dreadnought 2050 может выпустить в небо специальный зонд, связанный с кораблем тросом из углеродных нанотрубок и сверхпроводящим кабелем с криогенным охлаждением. Для работы датчиков систем дальнего обнаружения не требуется много энергии, но большое количество энергии требуется мощному лазеру с большим радиусом действия, установленном на этом зонде, который является одной из самых мощных частей «ударного кулака» этого корабля.
Dreadnought 2050 — военный корабль будущего
«Некоторые из футуристических технологий призваны раздвинуть границы современной науки и техники. И мы не видим никаких причин для того, чтобы не включить эти технологии в наш проект» — рассказывает Мюр Макдоналд (Muir Macdonald), руководитель Startpoint, — «Все самые интересные новшества в военно-морских технологиях, датчики, беспилотники, лазеры и рельсовые оружия нуждаются в больших количествах энергии. Большие суда могут вырабатывать необходимое количество энергии, что увеличивает не только их смертоносность, но и жизнеспособность. Пока эти ультрасовременные технологии кажутся чем-то из разряда научной фантастики, но в будущем они станут доступней и позволят выполнять различные задачи с меньшими затратами трудовых ресурсов и финансов».
Перспектива появления на боевых кораблях будущего вооружения, построенного на новых физических принципах, повышает интерес военных моряков к теме электродвижения. Идея включить оружие и силовую установку корабля в единый контур на основе электрической энергии - вот, собственно, что дает дополнительные аргументы сторонникам «полного электродвижения». Соответственно, данная тема становится важным направлением работы инженеров-конструкторов, занятых на предприятиях отечественной судостроительной промышленности.«Системы вооружения, построенные на новых физических принципах» - это некое общее широкое определение, под которое попадают, в частности, перспективные комплексы, что используют электромагнитный импульс для временного или даже перманентного вывода из строя радиолокационных станций, вычислительных машин и прочих радиотехнических и цифровых систем вражеских кораблей. Кроме того, возможно использование электроэнергии корабля для запуска и разгона некоего снаряда. Важно, что подобные системы требуют большого запаса электроэнергии на борту корабля и возможности его восстановления/поддержания без захода на базу.«Полное электродвижение» реализуется, когда винт (или иной движитель) на всех режимах движения судна приводится в действие только электромотором. Если на борту присутствует механический источник (дизель, турбина и т. п.), имеющий возможность крутить вал винта (обычно на больших ходах), то имеет место «прямой привод со вспомогательным электродвигателем», простыми словами, «частичное электродвижение».«Полное электродвижение», построенное с преобразованием механической энергии в электрическую, а затем обратно в механическую, снижает общий КПД. Этот факт приходится учитывать и кораблестроителям, и военным морякам. Представляется, что применительно к созданию надводного корабля следующего поколения подход был согласно решаемым им задачам. Ожидаемое появление электромагнитных пушек (для крейсеров, эсминцев) и катапульт (на авианосцах) как бы делает некоторые потери энергии при преобразовании из одного вида в другой оправданными.Батарея Ion-Lithium
В этой связи, а также учитывая тенденцию на увеличение общего энергопотребления различными системами корабля (включая РЛС, ГАК, БИУС и т. п.), конструкторам приходится более внимательно относиться к теме выработки и сохранения электрической энергии. Передовые в научно-техническом отношении государства мира активно ведут работы по литиевым батареям повышенной емкости. В этой области отечественные специалисты достигли обнадеживающих результатов, включая применение на флоте. В частности, о завершении разработки и испытаний йон-литиевой батареи для подводных лодок сообщало Центральное конструкторское бюро морской техники «Рубин» - создатель субмарин проектов 955 «Борей», 677 «Лада» и других.
Заметим, что аккумуляторы с биркой Ion-Lithium давно и широко применяются в портативных устройствах (мобильные телефоны и т. п.) и хорошо себя зарекомендовали. Однако пока не нашли своего места в военно-морском деле. Между тем они обладают рядом преимуществ перед классическими кислотными батареями, включая повышенную емкость, способность выдерживать повышенные токи разряда и зарядки, длительный жизненный цикл, меньшие расходы в ходе эксплуатации и так далее.Исторический аспект
Наши соотечественники были среди первых, кто на надводных судах опробовал тяговый электромотор. Его конструкция была предложена русским физиком Борисом Семеновичем Якоби. Использовался прогулочный катер вместимостью 12 пассажиров, который в ходе испытаний прошел несколько десятков километров. Сохранился текст донесения Крузенштерна графу Уварову, в котором, в частности, говорится: «13 сентября 1838 года на Неве был произведен опыт плавания судна, приводимого в движение электромагнитной силой». Стоит отметить, что на катере не было альтернативной силовой установки, а значит, на нем был реализован принцип «полного электродвижения». Так что это направление в судостроении никак нельзя считать чем-то совершенно новым.Следующим интересным этапом в истории отечественного судостроения стала постройка в начале прошлого века теплохода «Вандал» с дизель-электрической силовой установкой конструкции Константина Петровича Боклевского. Выбранная схема (дизель приводил в действие электрогенератор, тот заряжал батарею, а затем ток шел на электродвигатель постоянного тока) имела КПД менее 85%. Продолжительное время судно находилось в активной эксплуатации и было списано после революции из-за износа и повреждений. В 50-е годы Советский Союз построил серию дизель-электроходов. Подобные суда нашли распространение и продолжают применяться в коммерческом судоходстве. У современных электроходов КПД на несколько процентов выше, чем у «Вандала».
Сегодня электромоторы применяются на судах и в качестве вспомогательного движителя, и в составе главной энергетической установки. Поскольку современные двигатели - высокооборотные, приходится между ними и винтом устанавливать понижающий редуктор, потери мощности в котором составляют порядка 2%. А в случае электрической системы приходится применять генераторы и преобразователи частоты с общим КПД менее 90%. Это ниже, чем у «чисто механической» системы (например, газовая турбина и главный турбозубчатый агрегат). Словом, в экономическом плане электродвижение невыгодно.Если изобретение гребного электродвигателя дало резкий толчок развитию подводного судостроения, то применительно к боевым надводным кораблям оно решило лишь вспомогательные задачи. Между тем энтузиасты более широкого использования «электромагнитной силы» не переводятся. Стремясь вызвать интерес к теме, они вводят новые термины типа «расширенное применение электродвижения» и тому подобное.
Стремление описать очередным красивым словосочетанием давно известное направление у специалистов вызывает улыбку и очередной раз доказывает справедливость популярного в народе утверждения, что «новое есть хорошо забытое старое». Вместе с тем нельзя не отметить и положительные моменты, характерные для электродвижения.Противолодочный корабль
Для военных моряков важно всемерное снижение демаскирующих признаков, а гребной электродвигатель (ГЭД) считается самым малошумным из всех распространенных типов судовых силовых установок. Правда, для надводного корабля снижение акустического поля не столь актуально, как для подводного. Поскольку основным демаскирующим фактором выступает заметность в радиолокационном (радиоволны отражаются от борта и надстроек) и инфракрасном полях (силовая установка на основе двигателей внутреннего сгорания).
Пожалуй, наиболее актуальным снижение собственного гидроакустического поля представляется применительно к случаю противолодочного (или сторожевого) корабля. Как правило, поиск вражеских субмарин ведется в режиме малого и среднего хода (не более 15 узлов) при помощи гидроакустических комплексов с буксируемыми, погружаемыми и подкильевыми антеннами, дальность действия которых зависит от шумового и вибрационного «портретов» корабля-носителя.Известны примеры того, как отдельные конструкторы пытаются снизить акустические признаки корабля путем сокращения длины валов, утверждая, что это достигается путем грамотного размещения элементов силовой установки внутри корпуса и надстройки. Некоторые из таких решений нашли применение на английских эсминцах тип 45 Daring с силовой установкой из двух газовых турбин Rolls-Royce, пары дизель-генераторов Wärtsilä и электродвигателей Converteam.
Для Королевского флота построено шесть таких ЭМ в период с 2003 по 2013 год. Все генераторы корабля вырабатывают переменный ток, что облегчает конструкцию и управление ими (создать генераторы повышенной мощности на постоянном токе пока не представляется возможным). Для преобразования переменного тока в постоянный (ГЭД работают на постоянном токе) используются трансформаторы, по одному на каждый электромотор.США ведет строительство эсминцев нового поколения Zumwalt с 2008 года. Энергетическая установка включает газовые турбины и асинхронные электродвигатели мощностью 36,5 МВт и рабочим напряжением 6600 В. На третий корабль DDG-1002 Lyndon B. Johnson планируется установить высокотемпературный сверхпроводимый синхронный двигатель с постоянными магнитами мощностью 36,5 МВт и частотой вращения вала два оборота в секунду. Начальная эксплуатация головного DDG-1000 Zumwalt с октября прошлого года сопровождается многочисленными поломками. Главная энергетическая установка вышла из строя 22 ноября 2016 года, когда эсминец проходил Панамский канал. Обездвиженный корабль пришлось буксировать на базу при помощи обычных судов, не обремененных многомиллионными силовыми установками новомодного типа.«Частичное электродвижение»
Понимая, что на большом ходу (свыше 18 узлов) кардинально снизить шумность корабля не получится (из-за явления кавитации винтов и по другим причинам), известные отечественные конструкторы противолодочных кораблей более благосклонно относятся к применению так называемого «частичного электродвижения». Отметим, что первое слово в данном сочетании снимает глубокий налет «научности» и «инновационности», столь желанный для ушей чиновников высоко уровня и изобретателей, жаждущих славы и денег, а потому воспринимается ими негативно.Вместе с тем с практической точки зрения именно «частичное электродвижение» представляет наиболее интересное направление для боевых кораблей. Помимо снижения шума, оно также дает возможность повысить маневренные качества судов, особенно при прохождении узкостей, швартовке и т. п. Применение электродвигателя в качестве маневрового средства желательно, коль скоро можно легко задавать/изменять частоту и направление вращения гребного вала и, следовательно, скорость и направление движения корабля. В настоящее время вспомогательные электромоторы широко применяются на плавкранах, паромах, буксирах и ледоколах.
Реализация подхода «частичное электродвижение» на ударном корабле (например, класса «эскадренный миноносец») может найти свое воплощение в том, что на борту сохранятся маршевые газовые турбины (они обеспечат высокий КПД). А в ситуации «погони» будут дополнительно задействованы электродвигатели (возможно, в связке с дизель-генераторами), которые можно будет использовать также для маневрирования и/или на режиме «тихого хода», когда требуется обеспечить лучшие условия работы гидроакустики.Азиподы
Несмотря на многие затрудняющие факторы, энтузиасты упорно продвигают идеи электровижения и даже настаивают на полном отказе от классических гребных винтов в пользу так называемых «винторулевых комплексов» (ВРК). Одним из вариантов их исполнения является использование тягового электромотора в погруженном контейнере-обтекателе (podded drive), вынесенном за пределы корпуса судна.Примером ВРК является так называемый азипод, предложенный инженерами фирмы ABB. Подобные решение практикуются ими с начала 90-х годов прошлого века. Слово происходит от патентованного английского «сокращения» Azipod (azimuthing podded propulsion system), указывающего на систему обеспечения движения путем пространственного ориентирования контейнера-обтекателя с гребным электродвигателем.Азиподы всячески расхваливаются создателями, которые неустанно совершенствуют их воплощения в металле. Среди достоинств данного вида ВРК отмечаются: возможность полного разворота по горизонтали (на угол 360 градусов) и реверсирования винта (винтов), что выражается в заметном повышении маневренных свойств судна-носителя, особенно при движении в порту.Для перспективного авианосца ВМС Франции рассматривался вариант комбинированной дизель-электрической/газотурбинной энергетической установки по схеме CODLAG из двух «эшелонов», каждый включает маршевую газовую турбину мощностью 40 МВт, два дизель-генератора на 9-11 МВт, два индукционных ГЭД по 20 МВт. Однако от строительства подобного корабля французские военные моряки отказались, решив потратить бюджет флота на десантные вертолетоносцы Mistral с дизель-электрической силовой установкой, включающей РВК с ГЭД мощностью по 7 МВт. Считается, что российский интерес к Mistral был вызван в том числе и наличием у него продвинутого варианта азиподов, который мог впоследствии найти применение на кораблях ВМФ России других проектов.
Известно, что системы электродвижения применяются на морском транспорте вооружений «Академик Ковалев». Он был построен северодвинским ЦС «Звездочка» и принят флотом в декабре 2015 года. Особенностью проекта 20181 разработки ЦМКБ «Алмаз» выступает движительная система: дизель-генераторы вырабатывают электрический ток, питающий электродвигатели в составе ориентируемых винторулевых комплексов.Благодаря ВРК транспорт вооружений обладает повышенной маневренностью и может удерживать заданный курс при значительном волнении моря, что позволяет ему успешно решать задачи, поставленные командованием ВМФ. В настоящее время ЦС «Звездочка» ведет постройку второго корабля проекта «Академик Макеев».
Какими станут боевые корабли будущего? Пока первые прототипы и опубликованные эскизы вызывают в памяти образы то старинных броненосцев, то океанских транспортов из фантастических фильмов. Но внешний вид все же не главное.
Устремления инженерной мысли в области проектирования боевых надводных кораблей являются отражением военно-политических концепций соответствующих стран. Первое, что бросается в глаза, – это всеобщая мода на малую заметность, или технологии «стелс». Именно эти технологии придают кораблям футуристический вид, и первым в этом ряду стоит шведский корвет Visby, спущенный на воду еще в 2000 году. Характерный угловатый дизайн, затрудняющий радиолокацию, легкий корпус из композитного пластика, минимум выступающих элементов.
Шведская концепция заключалась в том, что юркий и малозаметный корвет гораздо быстрее обнаружит в прибрежных водах вражескую цель и уничтожит ее, чем будет обнаружен и уничтожен сам. В январском номере «ПМ» писала о новейшем российском корвете проекта 20380, в котором также применены композиты и элементы технологии «стелс».
В основе дизайна USS Independence лежит конструкция скоростного парома Benchijigua Express, разработанного австралийской фирмой Austal. В наши дни гражданское судостроение нередко технологически опережает военное.
К далеким берегам
Строго говоря, LCS – это два разных проекта. Один – разработка корпорации Lockheed Martin, монокорпусный корабль. Первенцем проекта в 2006 году стал USS Freedom. Второй вариант LCS, детище General Dynamics, – тримаран (номер один в серии – USS Independence). Первоначально ВМС США планировали сделать выбор из этих двух концепций, но затем было решено достраивать новыми кораблями обе линейки.
Вместе с тем, поскольку известные оружейные корпорации выполняли схожее техзадание, параметры и возможности двух типов LCS оказались довольно близки. Главное, на что сразу обращаешь внимание, – это весьма приличный для корабля прибрежной зоны запас хода. У локхидовского Freedom – 3500 морских миль на скорости 18 узлов, у Independence – 4300, это почти 8000 км. Автономность – 21 день. Второе – максимальная скорость, составляющая порядка 45 узлов (83 км/ч) и обеспечиваемая водометными двигателями. Это значительно превосходит показатели Visby (35 узлов) и упоминавшегося российского корвета проекта 20380 (27 узлов).
Речь тут явно идет о чем-то большем, чем просто замена устаревшим корветам и минным тральщикам, особенно если вспомнить, что на момент спуска на воду USS Freedom стал представителем единственного введенного в строй за все предыдущие 20 лет класса американских боевых кораблей.
Появление легких скоростных кораблей, близких по классу к корветам, стало результатом осознания новой реальности. А реальность была такова, что АУГ, тяжелые крейсеры и эсминцы хорошо подходили для демонстрации силы в эпоху холодной войны, но для конфликтов малой интенсивности нужны были более тонкие и дешевые инструменты. Среди американских военных аналитиков родилась даже концепция «уличного бойца» – недорогого, небольшого, специализированного корабля, который сможет действовать на мелководье в прибрежной зоне противника.
Идея LCS близка к этой концепции – Freedom или Independence легко себе представить выполняющими задачи где-нибудь у берегов Персидского залива. Там такие суда могли бы охотиться за дизельными подводными лодками и скоростными ракетными катерами (на которые возлагает надежды Иран), освобождать акваторию от мин, вести разведку и в итоге расчищать путь для крупномасштабного вторжения с моря.
Простые превращения
А что же со специализацией? Эта проблема легко решается за счет модульности, конструктивно заложенной в оба проекта LCS. Модульность – это, очевидно, еще один базовый тренд развития как надводных, так и подводных боевых кораблей. В применении к кораблям прибрежной зоны это означает возможность оснащения их (в зависимости от предстоящей операции) модулем для борьбы с минами, модулем для противолодочных операций или модулем для противодействия противнику, находящемуся на поверхности воды или суши.
Модули размещаются в специальных контейнерах, которые легко монтируются на корабле, а при необходимости быстро заменяются другими. В модули входит разнообразная разведывательная аппаратура: например, для обнаружения мин используется роботизированный автономный зонд, в противолодочной борьбе применяются подводные датчики и системы воздушного базирования: LCS способен нести на палубе пару вертолетов MH-60R, а также БПЛА.
В «пакет» противодействия противнику на поверхности входит 30-мм пушка mk46, производящая 200 выстрелов в минуту, а также пусковые установки NLOS (выстрел за пределы видимости) с высокоточными ракетами.
Интегральная надстройка и необычный корпус сделают эсминцы с ракетным вооружением класса Zumwalt похожими на подводные лодки. Возможно, они смогут вести бой в полупогруженном состоянии для обеспечения большей малозаметности.
Характерно, что к этому эсминцу, который впервые за сто с лишним лет будет построен по схеме с расширяющимся книзу корпусом (а-ля крейсер «Аврора»), особый интерес проявило командование морской пехоты США. «Морпехи» рассматривают Zumwalt как мощное средство поддержки морского десанта. Корабль мог бы помочь десанту ракетными и артиллерийскими ударами в тыл противника, а также обеспечил бы противовоздушную оборону места проведения операции. Высказывалось даже предположение о том, что эсминец класса Zumwalt способен выступать в качестве опорного элемента действующей в прибрежных водах противника группы LCS типа Freedom или Independence.
Ради операций в прибрежной зоне особое внимание уделено малозаметности, чем, собственно, и продиктован необычный дизайн корабля. И это при том, что Zumwalt (водоизмещение 14 500 т) фактически имеет размеры линейного крейсера и значительно больше близкого по классу эсминца с ракетным вооружением типа Arleigh Burke. Zumwalt несет на себе вертолет и три многофункциональных беспилотника MQ-8 Fire Scout, построенных по вертолетной схеме (такими же оснащены и LCS).
В конструкции эсминца просматривается еще одна интересная тенденция в кораблестроении – переход на единый электрический источник. Два газотурбинных двигателя Rolls-Royce Marine Trent 30 раскручивают генераторы Curtiss-Wright, а уже этим электричеством питаются двигатели, вращающие винты. Кроме того, возможно, в будущем от электричества будут запитываться различные перспективные системы вооружений вроде рейлганов.
Корабль роботов
Британская BAE Systems, как правило, активно участвует в крупных американских оборонных проектах, однако имеет и свои разработки, вполне отвечающие современным высокотехнологичным тенденциям. В частности, примерно с 2012 года на вооружение Королевского ВМФ Великобритании должен встать «глобальный боевой корабль типа 26» (Global Combat ShipType 26).
«Тип 26» по водоизмещению относится к фрегатам (то есть он больше корвета и меньше эсминца), и ему предстоит со временем стать «рабочей лошадкой» флота, что предполагает высокую степень многофункциональности. Это будет достигнуто, естественно, с помощью модульной конструкции – корабль легко переоборудовать под борьбу с пиратством, гуманитарную операцию или задачу установления блокады побережья.
Британия отличается весьма продвинутыми разработками. В дополнение к высокотехнологичным эсминцам «тип 45» создается «тип 26» – фрегат, получивший название «Глобальный боевой корабль».
Но, пожалуй, самой забавной английской концепцией надводного корабля будущего (это тоже проект BAE, правда, сроки его реализации неясны) можно считать так называемый UXV Combatant. Этот корабль размером с эсминец призван стать плавучей базой, ориентированной на работу с беспилотными аппаратами, как летающими, так и плавающими.
Перспектива того, что на боевых кораблях будущего будет установлено вооружение, построенное на новых физических принципах, способствует тому, что интерес военных моряков к теме электродвижения растет. Сама идея, которая предполагает объединение силовой установки корабля и его вооружения в единый контур на основе электрической энергии представляется очень заманчивой . А значит, данная тема все более плотно исследуется инженерами и конструкторами, в том числе и на российских предприятиях судостроительной отрасли.
Системами вооружений, построенными на новых физических принципах, можно назвать, в частности, перспективные комплексы, которые используют электромагнитный импульс для временного или даже перманентного вывода из строя РЛС, радиотехнических и цифровых систем, вычислительных машин вражеских кораблей. Помимо этого возможным представляется использование электроэнергии корабля для запуска и разгона снаряда (рельсотрон). Не стоит лишь забывать о том, что все подобные системы требуют очень больших запасов электрической энергии на борту корабля, а также возможности ее восстановления или поддержания на требуемом уровне без захода судна на базу.
В наши дни электромоторы применяются на боевых кораблях и в составе главной энергетической установки, и в качестве вспомогательного движителя. Так как современные двигатели являются высокооборотными, приходится между ними и винтом размещать понижающий редуктор, потери мощности в нем могут доходить до 2%. А в случае электрической системы приходится использовать преобразователи частоты и генераторы с общим КПД менее 90%. Это ниже, чем у «чисто механической» системы (к примеру, газовая турбина и главный турбозубчатый агрегат). Поэтому в экономическом плане электродвижение представляется невыгодным.
В свое время изобретение гребного электродвигателя дало достаточно резкий скачок всему развитию подводного судостроения, тогда как применительно к надводным боевым судам оно решает лишь вспомогательные задачи. Несмотря на это энтузиасты более широкого применения на флоте «электромагнитной силы» никуда не исчезают. Стремясь подогреть к данной теме интерес, они вводят в обращение новые термины, к примеру, «расширенное применение электродвижения».
Реализовать полное электродвижение возможно лишь тогда, когда винт (или другой движитель) на всех режимах движения корабля приводится в действие лишь электромотором . В том случае, если на борту судна имеются механические источники энергии (турбина, дизельный двигатель и т.д.), обладающие возможностью крутить вал винта (чаще всего на больших ходах), то можно говорить о «прямом приводе со вспомогательным электродвигателем», или «частичным электродвижением».
«Полное электродвижение», которое построено на преобразовании механической энергии в электрическую, а затем снова в механическую энергию, понижает общий КПД. Это необходимо учитывать и кораблестроителям, и военным морякам. Представляется, что ожидаемое появление электромагнитных пушек (на фрегатах, корветах и эсминцах) и катапульт (на авианосцах) сделает некоторые потери энергии, возникающие при ее преобразовании из одного вида в другой, оправданными и возможными.
В связи с общей тенденцией на рост энергопотребления разнообразными системами кораблей (включая РЛС, БИУС, ГАК и другими) конструкторам требуется все более внимательно подходить к вопросу выработки и сохранения электроэнергии. В этом плане передовые в научно-техническом отношении страны мира довольно активно ведут работы по созданию литий-ионных батарей повышенной емкости. Есть свои успехи в этой области и в России.
Стоит отметить, что сам литий-ионный аккумулятор (Li-ion) впервые был выпущен компанией Sony еще в 1991 году, однако длительное время эти аккумуляторы использовались лишь в гражданской сфере. Данный тип аккумулятора сегодня очень широко распространен во всей бытовой технике и электронике, находя также применение и в качестве накопителя энергии в различных энергетических системах, и в качестве источника энергии в электромобилях. Сегодня это наиболее популярный вид аккумулятора для таких устройств, как ноутбуки, мобильные телефоны, цифровые видеокамеры и фотоаппараты, а также электромобили.
Литий-ионные аккумуляторы очень хорошо зарекомендовали себя в работе, но до недавнего времени им не находилось применения на флоте. Несмотря на то, что подобные аккумуляторы обладают рядом важных преимуществ перед классическими кислотными батареями, включая способность выдерживать повышенные токи разряда и зарядки, повышенную емкость, болей долгий жизненный цикл, меньшие расходы в ходе эксплуатации и т.д.
Естественно, все это не могло остаться в стороне от конструкторов военно-морской техники. К примеру, в конце 2014 года российское ЦКБ «Рубин», специализирующееся на проектировании подводных лодок и ведущее в нашей стране бюро подводного кораблестроения, заявило об успешном проведении цикла испытаний новых литий-ионных батарей, предназначенных для неатомных подводных лодок. Об этом журналистам рассказывал тогда генеральный директор ЦКБ «Рубин» Игорь Вильнит. Подобные батареи значительно увеличивают автономность подлодок, обладая большим сроком службы, а также не требуют для обслуживания и работы сложного оборудования.
В то же время в российском флоте применяются аккумуляторные батареи, срок действия которых ограничен, а цена, по оценкам экспертов, может достигать 300 млн. рублей. По словам Андрея Дьячкова, ранее возглавлявшего ЦКБ «Рубин», современные литий-ионные аккумуляторные батареи позволят увеличить время нахождения подводных лодок под водой минимум в 1,4 раза, в то время как потенциал данной технической идеи используется в настоящее время лишь на 35-40%, сообщало РИА Новости.
Направление является перспективным для флота, это давно заметили во всем мире. По информации ресурса shephardmedia.com, в марте 2020 года Военно-морские силы самообороны Японии собираются ввести в строй первую в мире неатомную подлодку (11-я в серии субмарин типа Soryu), которая получит литий-ионные аккумуляторные батареи. Это позволит японцам отказаться от использования на подлодках не только традиционных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, но и воздухонезависимых двигателей Стирлинга.
Японская неатомная подводная лодка SS 503 Hakuryū типа Soryu.
Согласно словам вице-адмирала в отставке Масао Кобаяси, использование литиево-ионных аккумуляторных батарей «должно драматически изменить действия неатомных подводных лодок». Такие батареи обеспечивают субмаринам продолжительность подводного хода, которая сопоставима с продолжительностью хода при использовании воздухонезависимых энергетических установок (ВНЭУ) на небольших скоростях, однако при этом за счет высокой емкости они могут обеспечить довольно высокую продолжительность подводного хода и на больших скоростях, что особенно важно для подлодок при выходе их в атаку или при уклонении от противника. При этом в отличие от ВНЭУ, подводная лодка в состоянии постоянно пополнять запас энергии в литиево-ионных батареях за счет подзарядки батарей с использованием устройства РДП (устройство для работы двигателя под водой).
Согласно словам вице-адмирала Кобаяси, литиево-ионные батареи также отличаются более коротким временем подзарядки в сравнении со свинцово-кислотными батареями, это достигается за счет большей силы заряда тока. Также такие аккумуляторы долговечнее, а электрические схемы с их использованием проще в построении электрических сетей и управлении. Оборотной стороной медали называют высокую стоимость литиево-ионных батарей. Так контрактная цена 11-й субмарины типа Soryu составляет 64,4 миллиарда иен (порядка 566 миллионов долларов), против 51,7 миллиарда иен (454 миллиона долларов) у десятой лодки этого же типа. Почти вся разница в цене субмарин придется на литий-ионные аккумуляторные батареи и соответствующие электросистемы.
Для военных моряков очень большое значение имеет уменьшение демаскирующих признаков. Лучше всего этому способствует использование гребного электродвигателя (ГЭД), который считается наиболее малошумным из всех распространенных сегодня корабельных силовых установок. Правда, для надводного судна снижение акустического поля является не таким актуальным, как для подводного флота. Все дело в том, что главным демаскирующим фактором для надводных кораблей является заметность в радиолокационном (радиоволны хорошо отражаются от надстроек и борта), а также инфракрасном полях (силовая установка, построенная на основе двигателя внутреннего сгорания).
Поэтому для надводных кораблей наиболее актуальным уменьшение гидроакустического поля представляется для специализированных судов - противолодочных (сторожевых) кораблей. Чаще всего они ведут поиск вражеских субмарин в режиме малого и среднего хода - не более 15 узлов (около 28 км/ч) с помощью гидроакустических комплексов с буксируемыми, погружаемыми и подкильевыми антеннами. Дальность действия таких антенн напрямую зависит от вибрационного и шумового «портретов» корабля-носителя, чем ниже скорость движения судна, тем эффективнее работают антенны.
Модель ГЭД
Именно меньшая шумность - основное достоинство установок с электродвижением. Никакую другую энергетическую установку невозможно сделать менее шумной, чем установку с электродвигателем. При этом существенный вклад в общий шумовой «фон» корабля вносит гребной вал, который жестко связан через редуктор с основными двигателями. Для снижения этого шума используются специальные муфты. Помимо этого вибрация двигателей передается и на обшивку корпуса судна (корабельные двигатели, редукторы, механизмы ставят на фундамент, который жестко связан с набором корпуса, а тот в свою очередь - с обшивкой корпуса). Именно обшивка корабля излучает колебания во внешнюю среду (в воду), а это и является источником шума, который называют структурным. Для снижения «структурного шума» широко практикуется установка всех механизмов на амортизаторы.
В энергетических установках с полным электродвижением гребной вал никак не связан с основным (для него) источником шума - главным двигателем, так как на всех режимах хода он вращается лишь электродвигателем. Помимо этого в «электрической» главной энергетической установке генератор вместе с первичным двигателем можно расположить даже в надстройке корабля (к примеру, так размещена часть дизель-генераторов на британских фрегатах проекта 23), максимальным образом удалив их от наружной обшивки судна.
Правда, на скорости движения более 15 узлов все преимущества электродвижения в плане бесшумности такого хода заканчиваются. Это происходит из-за того, что главной составляющей подводного шума (на некотором удалении от судна) становится шум от кавитации гребного винта. Поэтому на боевых кораблях имеет смысл бороться со снижением шума от ГЭУ лишь на скоростях до 15 узлов. Поэтому и применение электродвижения можно использовать лишь для обеспечения кораблю поискового хода, что и подходит противолодочным судам.
Сегодня известны примеры, когда отдельные конструкторы пытались снизить акустическую заметность боевых кораблей при помощи сокращения длины валов, утверждая, что такое решение достигается с помощью грамотного размещения элементов силовой установки внутри корпуса боевого корабля и надстройки. Некоторые из таких решений действительно были реализованы на практике, к примеру, на британских , силовая установка которых состоит из 2-х газовых турбин Rolls-Royce, пары дизель-генераторов Wärtsilä, а также электродвигателей Converteam. Для КВМС с 2003 по 2011 год было построено 6 таких эсминцев.
Эсминец тип 45 Daring
В США активно ведется строительство перспективных эсминцев нового поколения, получивших обозначение . Работы стартовали еще в 2008 году, головной корабль серии вступил в строй в октябре 2016 года. Энергетическая установка корабля включает газовые турбины и асинхронные электродвигатели мощностью 36,5 МВт с рабочим напряжением 6600 В. На третий корабль серии DDG-1002 Lyndon B. Johnson планируется поставить высокотемпературный сверхпроводимый синхронный двигатель с постоянными магнитами, его мощность составит те же 36,5 МВт, а частота вращения вала - 2 оборота в секунду.
В то же время начальная эксплуатация эсминца нового поколения продемонстрировала всему миру, что он еще ненадежен и страдает от детских болезней, его эксплуатация сопровождается многочисленными поломками. Так 22 ноября 2016 года ГЭУ эсминца Zumwalt вышла из строя в тот момент, когда он проходил Панамский канал. Обездвиженный корабль пришлось буксировать на базу с помощью самых обыкновенных буксиров, которые не обременены силовыми установками нового типа.
Еще одним положительным качеством электродвижения помимо снижения шумности, можно назвать повышение маневренности судов . Как у газовой турбины, так и у дизеля существует значение минимальной мощности, следовательно, есть и минимальное значение устойчивой скорости хода. В то время как при помощи электродвигателя можно достаточно легко менять частоту и направление вращения гребного вала, а значит скорость и направление движения судна. Благодаря этому главная энергетическая установка с электродвигателем уже достаточно давно применяется на тех кораблях, которые по своему назначению должны обладать максимально возможной маневренностью: буксиры, паромы, ледоколы, плавучие краны и т.п.
В перспективе еще одним несомненным плюсом электродвижения для боевых кораблей может стать отказ от использования гребных валов. Начиная с 1992 года в качестве гребных электродвигателей (ГЭД) начали довольно широко использоваться винто-рулевые комплексы (ВРК) с погруженным гребным двигателем (podded drive), в которых ГЭД был вынесен за пределы корпуса корабля и установлен в подводной капсуле (коконе), обладающей высокими гидродинамическими свойствами.
Azipod - azimuthing podded propulsion system
Типовые ВРК создают или с одним упорным, или с двумя соосными (тяговым и упорным) винтами. В нашей стране наибольшее распространение получили финские системы под обозначением «Азипод» (Azipod - azimuthing podded propulsion system) с одним упорным винтом и ГЭД мощностью от 1,5 до 4,5 МВт. Основными достоинствами ВРК называют: возможность разворота капсулы в горизонтальной плоскости сразу на 360 градусов, то есть реверс направления вращения винта на 100% мощности; валопровод и возможность функционирования винта фиксированного шага на небольших скоростях (до 0,1 от нормальной). Помимо этого ВРК позволяет значительно снизить уровень вибрации и шума силовой энергетической установки, а также установить электроэнергетическое оборудование в труднодоступных для размещения груза местах, это, в свою очередь, позволяет конструкторам более рационально использовать полезное пространство корабля.
Самым эффективным источником тока для ВРК называют сеть переменного тока, которая позволяет не только повысить экономичность и надежность главной энергетической установки, но и использовать для привода винта асинхронные двигатели, оснащенные короткозамкнутым ротором и не требующие обслуживания в процессе эксплуатации. Для того чтобы улучшить пусковые качества асинхронного привода, достаточно часто применяются глубокопазные и двухклеточные роторы специального исполнения. Частоту вращения винта в системах, называемых Azipod, можно регулировать при помощи тиристорных преобразователей частоты. Использование ВРК на практике существенно повышает маневренность кораблей и позволяет даже довольно крупным из них обходиться в порту без помощи со стороны буксиров. Помимо этого отсутствие гребных валов повышает полезный объем в корпусе судна.
Известно, что системы электродвижения были применены на российском транспорте вооружений «Академик Ковалев», который был построен на ЦС «Звездочка» в Северодвинске и принят в состав флота в декабре 2015 года. Особенностью корабля проекта 20180ТВ, созданного специалистами ЦМКБ «Алмаз», стала его движительная установка: дизель-генераторы корабля вырабатывают электричество, которое питает электродвигатели в составе ориентируемых винторулевых комплексов. Благодаря наличию на корабле ВРК, этот транспорт вооружений отличается повышенной маневренностью, он может удерживать заданный курс при существенном волнении на море и успешно решать задачи, поставленные перед ним командованием ВМФ. В настоящее время ЦС «Звездочка» осуществляет постройку второго корабля в рамках того же проекта.
Специалисты считают, что подводные и надводные корабли с электродвижением, наиболее распространенные уже сегодня, в дальнейшем будут лишь совершенствоваться, особенно с учетом все более широкого применения винто-рулевых комплексов. При этом в будущем электродвижение на кораблях военно-морского флота во всех странах мира будет приобретать все больший размах.
