Секреты скорости: история первого в СССР ракетного крейсера с ядерным реактором

В 1961 году американский флот пополнился атомным ракетным крейсером Long Beach. Конечно, советское руководство начало готовить ответные меры. В сентябре 1969-го было решено построить первый в СССР надводный военный корабль с ядерной энергетической установкой — тоже ракетный крейсер. Флагман серии получил название «Киров». В первый поход он отправился в 1980 году.

Разработку крейсера проекта 1144 «Орлан» поручили Северному проектно-конструкторскому бюро (СПКБ, Ленинград), строительство, испытание и сдачу — Балтийскому судостроительному заводу. В 1971 году вышло постановление ЦК КПСС и Совмина СССР о создании ядерной энергетической установки для корабля. Научное руководство проектированием осуществлял Институт атомной энергии им. Курчатова. Межведомственную комиссию по проблемам реактора возглавил академик Анатолий Александров.

Маленький, но мощный

Как показали первые проработки, для тяжелого атомного крейсера требовалась двухреакторная ядерная паропроизводящая установка (ЯППУ) мощностью не менее 300 МВт, что более чем втрое превышало мощность установок, стоящих в то время на АПЛ второго поколения, и вдвое — ледокольных ЯППУ. Нужен был новый проект, который в будущем подошел бы и для атомных авианосцев.

Созданием реактора (позже его назвали КН-3) занялось ОКБМ. Рабочий проект, отвечавший требованиям того времени к ядерным энергоустановкам надводных судов, был подготовлен в 1972 году. Наряду с глубокой многовариантной проработкой конструкторских решений на основе прототипов и расчетным обоснованием все новые решения по оборудованию и его отдельным узлам осваивались на опытном производстве. Затем испытывались в лабораторных условиях, подвергались исследованию и анализу, по результатам проводились конструктивные доработки или корректировки расчетных программ.

Учитывая опыт создания и эксплуатации ледокольных ЯППУ ОК-150 и ОК-900, а также принимая во внимание многолетний опыт разработки, постройки и эксплуатации аналогичных установок, за основу приняли водо-водяной тип реактора.

Важнейшими требованиями к создаваемой ЯППУ с учетом ее существенного влияния на водоизмещение и мореходные качества надводного корабля были компактность и минимально возможная масса реактора, поэтому за основу взяли четырехпетлевую блочную конструктивно-компоновочную схему. Предложенная ОКБМ оригинальная конструкция позволила реализовать основные требования технического задания: снизить массо-габаритные характеристики ЯППУ при упрощении конструкции и существенном увеличении мощности.

Новые стали, новые твэлы

Повышенные требования к ядерной безопасности ЯППУ определили ряд специфических требований к конструкции систем управления защитой, среди которых основным было обеспечение «самохода» — при обесточивании электродвигателя и прибора управления компенсирующие решетки входили в активную зону реактора под действием собственного веса.

В КН-3 изначально был заложен принцип саморегулирования за счет отрицательного температурного коэффициента реактивности с регулированием мощности путем изменения расхода питательной воды второго контура.

Создание наземного прототипа не предусматривалось, поэтому при разработке широко использовалось объемное макетирование и моделирование.

Для нового реактора применяли новые материалы: для корпусных деталей — сталь ВК-2, трубопроводы из нержавеющей стали покрывали антикоррозионным составом на основе органосиликатной композиции.

Машиностроительный завод в Электростали освоил производство активной зоны для КН-3. Были разработаны твэлы с ураном высокого обогащения, компенсаторами распухания и повышенным ресурсом. Конструкторы опирались на опыт с ОК-900 и ОК-650, однако высоту активной зоны более мощного КН-3 потребовалось увеличить в 1,3 раза, что повлекло за собой конструктивные изменения сборок. В частности, ТВС стала составной — c верхней и нижней рабочими частями.

«Киров» с подогревом

Головной корабль под названием «Киров» заложили на Балтийском заводе в апреле 1974 года. Стапельный период строительства продолжался три года восемь месяцев, крейсер был спущен на воду в декабре 1977-го. К этому времени поставка комплектующего оборудования ППУ в основном была завершена.

В процессе монтажа обнаружилась необходимость доработки реактора. Опыт эксплуатации ОК-900А, а также уточненные гидравлические расчеты показали, что теплоноситель, возвращаемый в реактор после очистки, необходимо подогревать: попадание холодного потока на горячие стенки трубы могло вызвать термоциклическое разрушение коллектора в реакторе. Конструкторы срочно проработали варианты решения проблемы и предложили схему подогрева возвращаемого теплоносителя с помощью смесителя в патрубке реактора. Установить смеситель внутри решили, исходя из прогресса работ по монтажу ППУ. В последующем схема была изменена на наружную.

В 1979 году в активные зоны загрузили топливо. Комплексные швартовные испытания выполнялись с 25 апреля по 5 мая 1980 года по специальной программе. Предварительно, 18 и 19 апреля, был осуществлен первый холодный физпуск кормового и носового реакторов.

Во время испытаний при естественной циркуляции теплоносителя ЯППУ достигла 22,5 % мощности вместо 15 %, заявленных в проекте. Реальные характеристики установки позволили при сохранении проектного значения температуры перегретого пара снизить среднюю температуру теплоносителя в активной зоне на 8 °C. Кроме того, испытания показали, что допустимое время обесточивания установки (по условиям охлаждения активной зоны) может быть увеличено с пяти минут (по проекту) до 15 минут.

Результаты испытаний свидетельствовали, что самая мощная в СССР корабельная ядерная паропроизводящая установка успешно действует.

Убийца авианосцев

Крейсер «Киров» сдали в эксплуатацию в 1980 году. Однако при переходе в Балтийск отмечалось неоднократное падение температуры пара на несколько десятков градусов при возрастании гидравлического сопротивления парогенератора. Правительственная комиссия установила причину: загрязнение конденсатно-питательной системы и труб парогенератора. Комиссия предписала поставщикам паротурбинной установки принять меры для исключения подобных происшествий. И хотя и в дальнейшем на кораблях с КН-3 случались инциденты, ни один из них не привел к длительной остановке или выводу корабля из эксплуатации, к каким-либо отклонениям от нормы радиационной обстановки.

Несмотря на огромную массу, а корабль имеет бронированный пояс из стали толщиной 100 мм, благодаря мощной ППУ он может развивать скорость до 30 узлов. При длине корпуса 250 м водоизмещение крейсера составило более 25 тыс. т.

«Киров» вобрал в себя все передовые достижения советской инженерной мысли и стал одним из лучших в своем классе. За рубежом тяжелый атомный ракетный крейсер проекта «Орлан» прозвали убийцей авиа­носцев.

Установкой КН-3 оснастили крейсеры «Фрунзе» (сдан в эксплуатацию в 1984 году), «Калинин» (1988) и «Петр Великий» (1996). Каждая последующая ЯППУ была совершеннее предыдущей по качеству оборудования и систем, надежности, безопасности и удобству эксплуатации. Это серия уникальных надводных кораблей. Благодаря атомному реактору они приобрели новое ценное качество — практически неограниченную автономность и дальность плавания.

К настоящему времени в строю остался только один крейсер проекта «Орлан» — «Петр Великий». В 1988 году было начато строительство первого отечественного авианосца с атомной энергетической установкой типа КН-3-43 на Черноморском судостроительном заводе в Николаеве, но в 1991 году финансирование полностью прекратилось.

При подготовке использованы материалы из архива газеты «Атомпресса», электронной библиотеки «История «Росатома» (elib.biblioatom.ru) и других открытых источников. Если вы были участником описываемых событий, знаете интересные факты о создании реакторов или обнаружили неточность в статье, напишите автору по адресу atom-55@mail.ru.

ЖИЗНЬ И СМЕРТЬ LONG BEACH

С решением о постройке первого в мире атомного авианосца Enterprise командование флота США инициировало и создание соответствующих по автономности эскортных кораблей. Первым стал Long Beach. Его силовая установка (два атомных реактора компании Westinghouse и две паровые турбины General Electric) обеспечивала максимальную скорость 30 морских узлов и практически неограниченную дальность плавания.

Крейсер был заложен 2 декабря 1957 года на верфи в Куинси и вступил в строй 9 сентября 1961 года. До 1966 года входил в состав Атлантического флота, затем был переведен на Тихий океан. В 1964 году Long Beach вместе с атомным фрегатом Bainbridge сопровождал Enterprise в операции «Морская орбита» — первом кругосветном походе соединения атомных боевых кораблей без единой дозаправки.

В начале 1990-х планировалась очередная модернизация Long Beach. Однако сокращение военных расходов после окончания холодной войны заставило отказаться от этого замысла. 2 июля 1994 года крейсер был выведен из боевого состава флота. Реакторы демонтировали. Рассматривалась возможность превратить Long Beach в музей, но в итоге в 2012 году первый в мире атомный крейсер продали на металлолом.

Источник: warfor.me