Соединенные Штаты

    Все американские подводные лодки имеют реакторные установки (10 из 12 авианосцев также имеют реакторные установки, а еще два атомных авианосца строятся. США отказались от ядерных реакторов для оснащения остальных кораблей. Отмечен устойчивый рост срока службы активной зоны реактора от 2 лет для первой американской подводной лодки Nautilus до 33 лет для реакторов нового поколения ударных ПЛ класса Virginia. Сегодня срок службы активной зоны реакторов, установленных на авианосце типа Nimitz, на ударных ПЛ типа Los Angeles и на ПЛ с баллистическими ракетами типа Ohio составляет около 20 лет. Продолжаются работы по увеличению срока эксплуатации реакторов для новых авианосцев (50 лет) и для подводных лодок с баллистическими ракетами следующего поколения (40 лет). В 80-е годы ВМС США заказывали от 4 до 5 тонн U-235 высокообогащенного урана в год. Однако численность американского подводного флота снизилась со 139 ПЛ в 1990 году до 73 (18 ПЛ с баллистическими ракетами и 55 ударных ПЛ) в 2000 году, а число корабельных реакторов сократилось до 97. Учитывая, что повышение качества позволит увеличить срок эксплуатации реакторов, ежегодная потребность подводных лодок США на сегодняшний день составляет приблизительно 2 тонны U-235. При номинальном сроке эксплуатации активной зоны это составляет в среднем 5 активных зон в год с 400 кг U-235 каждая.

Россия

    Большинство российских атомных подводных лодок, 4 из 6 атомных ледоколов и 3 крейсера оснащены двумя реакторами. Топливо, используемое в российских корабельных реакторах первых двух поколений, было обогащенным на 21%, но часть топлива реакторов третьего поколения обогащена до 45%. Уровень обогащения топлива для реакторов ледоколов достигает 90%. Количество U-235, содержащегося в активной зоне каждого реактора, с увеличением мощности реакторов возросло с 50 кг в реакторах первого поколения до 70 кг в реакторах второго поколения и до 115 кг в реакторах третьего поколения. Через каждые 7-10 лет реакторы необходимо перезагружать.

В 1990 году в СССР состояло на вооружении 197 атомных подводных лодок. Россия унаследовала этот многочисленный флот, однако она не нуждалась в таком количестве атомных судов и не могла содержать их. В результате к 2000 году Россия сократила свой атомный флот до 44 подводных лодок (19 ударных, 16 АПЛ с баллистическими ракетами и 9 АПЛ с крылатыми ракетами), 3 ракетных крейсеров, 6 ледоколов и одного транспортного арктического корабля, которые в общей сложности оснащены 91 реактором. Существует вероятность сокращения в скором времени ракетных крейсеров, а число АПЛ, как полагают, будет уменьшаться и далее. Если предположить, что средняя продолжительность эксплуатации активной зоны реакторов составляет 8 лет, а исходное количество загружаемого U-235 - 115 кг, то ежегодная потребность российского атомного флота в U-235 составляет около 1,3 тонн. Эта цифра меньше оценок, сделанных для американских ВМС, но, за исключением ледоколов, российские атомные корабли проводят в море меньше времени.

По приблизительным оценкам, российские запасы оружейного высокообогащенного урана составляют 1000 тонн. Несмотря на то, что 500 тонн предназначено для переработки и продажи США, оставшееся количество, по всей вероятности, будет достаточным для удовлетворения потребностей корабельных реакторов в течение многих десятилетий.

Великобритания

    Британские подводные лодки работают на оружейном уране. По оценкам, период между перезагрузками реакторов ПЛ типа Vanguard с баллистическими ракетами составляет 8-9 лет. Активная зона реакторов для нового поколения ударных ПЛ рассчитана на 25-30 лет.

В соответствии с планами, в 2010 году Великобритания будет иметь на вооружении меньшее число АПЛ по сравнению с сегодняшним (16 единиц). По нашим оценкам, реакторы британских АПЛ в год потребляют по сравнению с американскими в 2 раза меньше U-235 в силу меньших размеров кораблей, более низкой мощности реакторов и меньшего расстояния, которое они проходят. Таким образом, ежегодные потребности британского атомного флота в U-235 составят около 0,16 тонн. Великобритания заявила, что ее суммарные запасы высокообогащенного урана составляют 21,9 тонн. Так же как в США и России. сокращение британских ядерных сил после окончания "холодной войны" высвободило значительную часть высокообогащенного урана для использования в качестве топлива корабельных реакторов. В случае необходимости Великобритания сможет закупать высокообогащенный уран в США, где его запасы существенно больше.

Франция

    Для разных поколений французских подводных лодок используется топливо с разным уровнем обогащения. В первых трех подводных лодках с БРПЛ класса Redoutable (70-е годы) использовался низкообогащенный уран. Однако подводные лодки этого класса третьего и четвертого поколений перешли на высокообогащенный уран. Ударные ПЛ первого поколения Франции класса Rubis и ПЛ с БРПЛ класса Triomphant вернулись к низкообогащенному топливу. Наряду с решением о прекращении производства высокообогащенного урана, Франция намерена использовать низкообогащенный уран с содержанием U-235 менее 10%.

Если судить по имеющимся на сегодня планам, к 2015 году Франция намерена сохранить то же количество атомных кораблей, которое было на январь 2001 года: 4 ПЛ с баллистическими ракетами, 6 ударных АПЛ и один авианосец.

Китай

    По имеющейся информации, реакторы китайских атомных судов работают на низкообогащенном топливе с уровнем обогащения в 5%. Предполагают, что в 2010 году Китай поставит на вооружение 1 или 2 атомных подводных лодки с баллистическими ракетами и 5-6 ударных АПЛ.

Высокообогащенный и низкообогащенный уран в корабельных реакторах

    Детали конструкции корабельных реакторов составляют строго охраняемую военную тайну. Тем не менее, Франция опубликовала схему внутренней конструкции ударной АПЛ типа Rubis с реактором, работающим на низкообогащенном уране, и опытного образца ее реактора. Норвежское правительство также сделало достоянием гласности информацию о работающем на высокообогащенном уране реакторе, установленном на российском малом ледоколе. И, наконец, накоплен значительный опыт по переводу малых исследовательских реакторов с высокообогащенного на низкообогащенное топливо.

Реакторы подводных лодок должны быть компактными как в силу ограниченного пространства, так и в силу ограничений по весу. Реакторы и системы их охлаждения ограждены массивными перегородками, защищающими экипаж от проникающего нейтронного излучения и гамма-излучения активной зоны и первичного контура охлаждения.

Кроме того, конструкторы стремятся разместить в активной зоне реакторов как можно больше U-235 с целью увеличения временных интервалов между перегрузками. Перегрузка является дорогостоящей операцией, которая требует больших временных затрат. На американских и российских ПЛ такая операция предполагает вскрытие корпуса и демонтаж активной зоны. На французских ПЛ типа Rubis имеются специальные люки, которые позволяют сократить время перегрузки до нескольких месяцев.

Общее количество энергии, нарабатываемое активной зоной, зависит от двух факторов:

• количества U-235 в активной зоне. При делении 1 г U-235 вырабатывается около 1 МВт-сутки тепловой энергии. С помощью паровой турбины тепловая энергия преобразуется в механическую. Суммарный коэффициент преобразования тепловой энергии в механическую составляет порядка 20%;
  
  
• выгорание топлива. Выгорание топлива определяется обычно энергией в МВт-сутки на килограмм урана, содержащегося в топливе. При полном выгорании U-235 и при условии, что не было произведено других материалов и не проходил процесс их деления, выгорание составит 940 МВт-сутки на килограмм U-235.
  
  

Заявление американского Бюро по корабельным ядерным силовым установкам

    В докладе Конгрессу США за 1995 год директор Бюро по корабельным ядерным силовым установкам отметил следующее.

Компактность американских корабельных реакторов возросла до такой степени, что в минимальном объеме размещается максимально возможное количество урана и единственным способом увеличения объема является снятие внешней оболочки, конструкционных элементов или удаление теплоносителя. Иными словами, в современные реакторы с большим сроком эксплуатации активной зоны уже невозможно поместить больше урана, не нарушив при этом целостности или системы охлаждения реактора.

С учетом такого ограничения он сообщил о результатах изучения возможности использования двух альтернативных подходов применения урана с 20% обогащением в реакторных силовых установках:

1. Сохранение размеров активной зоны и замена оружейного урана равноценным количеством низкообогащенного. Это приведет к сокращению в 4,7 раза количества U-235 в активной зоне. В соответствии с докладом это вызовет снижение срока эксплуатации активной зоны реакторов, установленных на ПЛ типа Virginia, с 33 до 7,5 лет, а для реакторов, установленных на ПЛ типа Ohio и авианосцах типа Nimitz со сроком эксплуатации активной зоны в 45 лет, - до 14 и 10,4 лет соответственно.

2. Увеличение количества урана для достижения того же срока эксплуатации активной зоны с применением низкообогащенного урана. В докладе говорится, что объем активной зоны придется увеличить при этом примерно в 3 раза. Это меньше, чем соотношение между количеством низкообогащенного урана с уровнем обогащения 20% и оружейного урана, содержащего 93% U-235, поскольку часть U-238, добавленного в топливо в результате поглощения нейтронов, будет преобразована в делящийся плутоний. Кроме того, реактор более крупных размеров будет иметь такую же мощность, что и небольшой реактор, и поэтому не потребуется пропорционального усиления системы охлаждения.

В докладе описывается влияние трехкратного уменьшения размеров активной зоны на размеры корпуса реактора:

"...размер и вес корпуса реактора, регулятора давления и других компонентов придется увеличить в соответствии с увеличением размеров активной зоны. Это, в свою очередь, приведет к увеличению размера и веса реакторного отделения и массы средств защиты экипажа. Как следствие, необходимо будет увеличить объем судна, с тем чтобы повысить плавучесть для компенсации увеличения размеров и веса реакторного отделения и защиты".

При исследовании конструкции новых ударных ПЛ типа Virginia водоизмещением в 7700 тонн установлено, что результатом трехкратного увеличения размеров активной зоны будет увеличение водоизмещения подводной лодки на 12%. Таким образом, если предположить, что исходное количество оружейного урана в активной зоне составляло 0,4 тонны, добавление еще около 2 тонн U-238 для разбавления U-235 до уровня низкообогащенного урана приведет к увеличению веса подводной лодки на 1000 тонн. Влияние таких действий на ПЛ с баллистическими ракетами и авианосцы будет менее значительным.

Основной причиной сильного влияния увеличения размеров активной зоны на размеры ударной ПЛ является, по-видимому, увеличение диаметра корпуса лодки приблизительно на 1 метр, то есть до 11,4 м.

Однако французские специалисты показали, что при комплексном подходе, когда парогенератор размещается внутри силового корпуса реактора, можно построить реактор мощностью 48 МВт со сроком эксплуатации активной зоны в 10 лет, который может быть размещен в корпусе ударной ПЛ типа Rubis водоизмещением 2700 тонн, диаметр которого составляет 7,6 м. Это не только делает систему более компактной, но и устраняет необходимость в усиленной защите вокруг внешних парогенераторов. Представляется вероятным, что при более творческом подходе специалисты американских ВМС смогут разместить реактор увеличенных размеров в корпусе ПЛ типа Virginia без существенного увеличения размеров самой лодки.

Перспективные неядерные силовые установки для ПЛ

    Преимущества ядерных силовых установок для ПЛ представляются очевидными. Они могут курсировать в течение нескольких месяцев на высокой скорости, не всплывая на поверхность. Однако такую необходимость испытывают лишь некоторые государства. Ряд стран приняли решения, направленные против использования атомных подводных лодок в силу высокой стоимости и из соображений безопасности и охраны окружающей среды. Для их целей (в основном, противолодочная и противокорабельная оборона побережья) достаточно дизель-электрических подводных лодок. Дизель-электрические подводные лодки работают на аккумуляторах под водой и на дизельных двигателях в надводном положении. Таких подводных лодок нет у США и Великобритании. Эксплуатируют же их 42 страны. Так, Китай, Германия, Франция, Нидерланды, Россия и Швеция экспортируют дизельные подводные лодки.

В последнее десятилетие были сконструированы "воздухонезависимые" подводные лодки для обеспечения большей автономности под водой на низких скоростях. Такие конструкции связаны с обеспечением хранения внутри подводных лодок жидкого кислорода и его сжигания в топливе в дизельных двигателях замкнутого цикла, турбинах или двигателях Стирлинга либо для обеспечения реакции с водородом в топливных элементах. По имеющейся информации, такие подводные лодки способны увеличить ресурс времени подводных операций более чем до двух недель. При скорости в 2 узла такая подводная лодка может пройти 2400 миль за 20 суток без всплытия. Для решения стратегических задач сдерживания до создания атомных подводных лодок с баллистическими ракетами в СССР дизельные ПЛ использовались в качестве ракетно-пусковых платформ. Начиная с 1956 года, лодки класса Golf оснащались двумя, а позднее тремя баллистическими ракетами с ядерными боеголовками.

Китай до сих пор использует ПЛ класса Golf в качестве подводных испытательных платформ для запуска баллистических ракет. С такой лодки в 1982 году был осуществлен пуск ракеты JL-1 с радиусом действия 1700 км; предполагается, что она будет служить испытательной платформой для запуска ракеты JL-2, корабельного варианта новой межконтинентальной баллистической ракеты DF-31 с радиусом действия 8000 км.

Возможно, что в эпоху сокращенных арсеналов страны смогут перебазировать свои ракеты подводного базирования на "воздухонезависимые" ПЛ. В начале 80-х годов в США рассматривался такой вариант базирования ракет МХ с 10 боеголовками. Благодаря большой дальности, ракета могла достигать целей на территории СССР из прибрежных вод США. По одному из предложений, небольшая подводная лодка водоизмещением 3300 тонн могла нести 100-тонные ракеты МХ, помещенные в стальные контейнеры на верхней палубе лодки. Пуск такой ракеты предполагалось осуществлять путем сброса контейнера в воду с дальнейшим его всплытием на поверхность в таком положении, когда один конец контейнера выходит на поверхность вертикально. Затем этот конец контейнера отстреливался и производился пуск ракеты. Стоимость таких подводных лодок составляла 1/5 стоимости, а численность экипажа - 1/4 экипажа подводных лодок типа Ohio с водоизмещением 19000 тонн, которые несут 24 БРПЛ.

Фрэнк фон Хиппель, Чен Ма, The Nonproliferation Review, Spring 2001