Если лучшие нефтяные топлива при сгорании выделяют 10 000 калорий тепла на килограмм, то такое же количество ядерного горючего выделяет тепла в два миллиона раз больше. При этом ядерные установки весят меньше, чем обычные вместе с топливом, необходимым для их работы, и совершенно не нуждаются в подводе воздуха из атмосферы или другого окислителя, без чего не может обойтись ни одна теплосиловая установка. Это обстоятельство и послужило причиной необычайного качественного скачка в развитии подводных лодок.
Неблагоприятной особенностью ядерных установок является их радиоактивное излучение, вынуждающее устанавливать мощную биологическую защиту, системы дозиметрического контроля, но с этим мирятся: преимущества подводному кораблю ядерная энергетика дает неоценимые.
Так заглянем же за стену биологической защиты и посмотрим, что происходит в реакторе. Начинать придется с той самой невидимой глазу частицы, которая сделала революцию в энергетике. Имя ей - нейтрон.
Суть управляемой ядерной реакции такова. Свободный нейтрон, блуждая в массе ядерного горючего, на мгновение соединяется с одним из ядер и делает его неустойчивым. Ядро делится на два одинаково заряженных осколка, которые, взаимно отталкиваясь, разлетаются в разные стороны. При этом выделяется тепло, и чем больше ядер делится в единицу времени, тем сильнее нагревается масса горючего.
Для отвода тепла ядерное горючее заключают в оболочки из материала с хорошей теплопроводностью. Получается своеобразный стержень. Группа таких стержней, окруженная общей оболочкой, составляет один тепловыделяющий элемент (ТВЭЛ). Тысячи таких элементов находятся в активной зоне реактора, имеющей вид решетки, похожей на соты. Тепло из активной зоны отводится омывающим ее теплоносителем.
Процесс деления ядер быстро заглох бы, если бы не сопровождался выделением новых нейтронов, способных поддержать реакцию. Каждое ядро, делясь на осколки, испускает два-три нейтрона, обладающих большой скоростью, даже слишком большой, чтобы быть пригодными для дела: вероятность захвата быстрых нейтронов ядрами горючего слишком мала. Поэтому в активную зону приходится вводить специальные вещества - замедлители, задача которых состоит в том, чтобы замедлять бег нейтронов, уменьшая их энергию.
Когда энергия нейтрона уменьшится примерно в сто миллионов раз, он становится медленным, или, как принято называть, тепловым, способным вывести из равновесия новое ядро. Происходит новый акт деления, и "бег" начинается снова. Процесс воспроизведения нейтронов контролируется автоматически и регулируется тоже с помощью специальных стержней. Вводя их в активную зону, можно уменьшать, а выводя, - увеличивать поток нейтронов и регулировать таким образом процесс деления ядер и мощность реактора.
Нельзя, однако, забывать, что ядерный реактор лишь топка, способная давать тепло - самый низкосортный вид энергии. Это тепло надо еще превратить в силу, движущую корабль. И выполняют эту функцию механизмы главной энергетической установки. Первыми появились и самое широкое распространение получили в зарубежных флотах установки, где замедлителем нейтронов и одновременно теплоносителем служит дистиллированная вода (водо-водяные реакторы). На подводных лодках США применяются, например, только реакторы этого типа. Схема установки двухконтурная. В контуре теплоносителя (первый контур), огражденном биологической защитой, циркулирует вода, перенося тепло из активной зоны реактора в парогенератор.
В активной зоне вода сильно нагревается, и, чтобы она не закипела, в контуре поддерживается высокое давление.
Через трубки парогенератора от воды первого контура тепло передается воде второго контура, которая находится под меньшим давлением и кипит, превращаясь в нерадиоактивный пар. Пропущенный через сепаратор, где из него удаляется влага, он подается в паровую турбину, вращающую через редуктор гребной винт.
Пар, отработавший в турбине, поступает в главный конденсатор, где охлаждается забортной водой и превращается в воду. Эта вода (конденсат) насосом вновь подается к парогенератору. Вся паротурбинная часть установки вынесена за пределы биологической защиты, и доступ к ней не ограничен.
ЧЕЛОВЕК В ОТСЕКЕ
Зарубежные дизель-аккумуляторные подводные лодки могли находиться под водой лишь непродолжительное время. Затем они непременно всплывали, чтобы зарядить аккумуляторы, пополнить запасы сжатого воздуха, провентилировать отсеки. Подводники жили в трудных - "спартанских" условиях. Благодаря атомной энергетике время нахождения атомной подводной лодки под водой практически не ограничено. Поэтому обитаемость стала теперь важнейшим фактором, определяющим автономность лодки.
В длительном подводном плавании каждому члену экипажа необходимо обеспечить нормальные условия для работы и отдыха. Ему нужна горячая пища с высокими вкусовыми качествами, вода для питья и бытовых нужд и многое другое. Самочувствие и эффективность работы человека в большой степени зависят от того, каковы температура, давление и влажность воздуха в отсеках. На атомных подводных лодках реактор, паровые турбины и трубопроводы, многочисленные электромеханизмы и мощное радиоэлектронное оборудование выделяют огромное количество тепла. Сотни тысяч этих "бросовых" калорий отводят ежечасно за борт холодильные установки, чтобы обеспечить личному составу нормальные температурные условия.
Потребности людей в воде удовлетворяются водоопреснительными установками, обрабатывающими забортную воду. Мытье посуды, стирка, душ для команды уже не являются проблемой - воды достаточно. Большая площадь жилых помещений позволяет даже создать определенный комфорт.
Продолжительное пребывание под водой характерно тем, что человек плохо ощущает ход времени: в зависимости от обстановки на лодке, монотонная она или напряженная, сутки в его восприятии как бы растягиваются или, наоборот, укорачиваются.
Нарушение естественных циклических ритмов в организме снижает работоспособность человека, утомляет его. Работа на боевых постах сейчас связана в основном с умственным напряжением и статической нагрузкой на мышцы. Нередко матрос или офицер делает за сутки две-три тысячи шагов, тогда как медицина считает нормой десять тысяч. Возникает опасность так называемой гиподинамии - недостатка в движениях и вызываемого этим ослабления мышц и всего организма. Устранить эту опасность можно только активной двигательной нагрузкой. Для этого на лодке имеются малогабаритные спортивные снаряды и проводятся подвижные игры, не говоря уже о систематических тренировках и боевых учениях, связанных со значительной физической нагрузкой.
Цветовые ощущения личного состава и в условиях замкнутых объемов тоже стремятся по возможности разнообразить. Подбором окраски помещений и компоновки окружающих человека предметов можно как бы расширить отсеки, создать иллюзию большого пространства. Помещения окрашиваются, как правило, в светлые приятные тона, для отделки оборудования широко применяются пластики, металл, мозаичные плитки.
Основное место деятельности подводника - боевой пост или командный пункт. Прежде оборудование поста было таково, что человек работал там стоя. Чтобы манипулировать множеством рычагов, клапанов, рукояток, кнопок и других органов управления, ему приходилось ходить, наклоняться, поворачиваться, приседать...