La maggior parte dei moderni sottomarini è dotata di centrali elettriche diesel. Tali dispositivi presentano inconvenienti caratteristici, motivo per cui viene effettuata una ricerca di alternative convenienti e redditizie. Come dimostra la pratica, il moderno livello di tecnologia consente di creare centrali elettriche efficienti per sottomarini non nucleari e stiamo parlando di sistemi di diverse architetture.
Problemi e soluzioni
Il principale svantaggio dei sottomarini diesel-elettrici è la necessità di ricaricare regolarmente le batterie mediante un generatore diesel. Per fare ciò, il sottomarino deve galleggiare in superficie o spostarsi alla profondità del periscopio, il che aumenta la probabilità di rilevamento da parte del nemico. Allo stesso tempo, la durata dell'immersione con le batterie di solito non supera i diversi giorni.
Un'ovvia alternativa al diesel è una centrale nucleare, ma il suo utilizzo non è sempre possibile e giustificato a causa della complessità e dell'alto costo. A questo proposito, da diversi decenni, è stata studiata la questione della realizzazione di centrali elettriche autonome (VNEU) con le caratteristiche desiderate e senza gli svantaggi dei sistemi diesel-elettrici. Diverse nuove tecnologie di questo tipo sono state messe in funzione con successo e si prevede la messa in servizio di altre nel prossimo futuro.
In generale, ci sono diversi approcci alla creazione di VNEU. Il primo prevede la ricostruzione del generatore diesel utilizzando un motore diverso che è meno impegnativo per l'aria in ingresso. Il secondo propone la generazione di energia elettrica utilizzando il cosiddetto. celle a combustibile. Il terzo è quello di migliorare le batterie, incl. fino al rifiuto della propria generazione.
L'alternativa di Stirling
Il primo sottomarino non nucleare con un VNEU a tutti gli effetti, messo in servizio, nel 1996 è stata la nave svedese Gotland. Questo sottomarino aveva una lunghezza di 60 me un dislocamento di 1600 tonnellate e trasportava anche 6 tubi lanciasiluri di due calibri. La sua centrale elettrica è stata costruita sulla base di uno standard diesel-elettrico e integrato con nuovi componenti.
Il funzionamento in superficie e la generazione di energia sono forniti da due diesel MTU 16V-396 e da una coppia di generatori Hedemora V12A / 15-Ub. L'elica in tutte le modalità è azionata da un motore elettrico. In posizione sommersa, il sottomarino, al posto dei diesel, avvia un motore Stirling del tipo Kockums v4-275R, utilizzando carburante liquido e ossigeno liquefatto. La riserva di quest'ultimo permette di stare sott'acqua fino a 30 giorni senza la necessità di risalire. Inoltre, il motore Stirling è meno rumoroso e non smaschera anche il sottomarino.
Sono stati costruiti tre nuovi sottomarini secondo il progetto Gotland; il secondo e il terzo edificio sono stati commissionati nel 1997. All'inizio degli anni 2000 è stato implementato un progetto con il codice Södermanland. Ha previsto l'ammodernamento di due sottomarini diesel-elettrici del tipo Västergötland con l'installazione di VNEU dal progetto Gotland. Il Giappone si interessò agli sviluppi svedesi. Su licenza, ha assemblato VNEU per sottomarini del tipo "Soryu". A causa delle loro grandi dimensioni e dislocamento, i sottomarini giapponesi trasportano quattro motori v4-275R contemporaneamente.
Turbine sottomarine
Durante lo sviluppo del progetto Scorpène, i costruttori navali francesi hanno proposto la propria versione di VNEU basata su un motore alternativo. Tale installazione, denominata Module d'Energie Sous-Marine Autonome (MESMA), è stata offerta ai potenziali clienti per l'utilizzo su sottomarini di nuova costruzione.
Il progetto MESMA ha proposto uno speciale motore a turbina a vapore alimentato da etanolo e aria compressa. La combustione della miscela alcol-aria avrebbe dovuto produrre vapore per la turbina che aziona il generatore. È stato proposto di scaricare fuori bordo i prodotti della combustione sotto forma di anidride carbonica e vapore acqueo ad alta pressione per l'intera gamma di profondità operative. Secondo i calcoli, il sottomarino Scorpène con VNEU MESMA potrebbe rimanere sott'acqua fino a 21 giorni.
L'impianto MESMA è stato offerto a diversi clienti. Ad esempio, è stato progettato per essere utilizzato nel progetto Scorpène-Kalvari per l'India. Tuttavia, l'impianto pilota ha mostrato prestazioni insufficienti e l'interesse per il progetto è stato drasticamente ridotto. Di conseguenza, i nuovi sottomarini diesel-elettrici francesi sono ancora dotati di motori diesel, sebbene gli sviluppatori abbiano già annunciato una nuova modernizzazione con l'introduzione di altre soluzioni promettenti.
Nel 2019, i costruttori navali russi hanno annunciato lo sviluppo di un VNEU fondamentalmente nuovo basato su un motore a turbina a gas a ciclo chiuso. Comprende serbatoi per ossigeno liquefatto: evapora e viene fornito al motore. Si propone di congelare e gettare i gas di scarico solo quando emergono in superficie in un'area sicura. Un VNEU simile è in fase di sviluppo nell'ambito del progetto P-750B.
Cella a combustibile
Alla fine degli anni novanta, la Germania aveva creato la propria versione di VNEU. Nel 1998 iniziò la costruzione del sottomarino principale del nuovo progetto Tipo 212, dotato di un sistema simile. Il progetto tedesco prevedeva l'uso del sistema Siemens SINAVY, che combina un motore elettrico e celle a combustibile a idrogeno. Per il movimento in superficie, è stato mantenuto un generatore diesel.
Il complesso SINAVY comprende celle a combustibile a scambio protonico Siemens PEM basate su idruro metallico da un serbatoio di ossigeno liquefatto. Per una maggiore sicurezza, nello spazio tra gli alloggiamenti robusti e leggeri si trovano contenitori di idruri metallici e ossigeno. Durante il funzionamento del VNEU, l'idrogeno ottenuto dall'idruro metallico, insieme all'ossigeno, viene inviato a speciali membrane ed elettrodi, dove viene generata corrente.
L'autonomia del sottomarino "212" raggiunge i 30 giorni. Un importante vantaggio di VNEU SINAVY è la quasi totale assenza di rumore durante il funzionamento a prestazioni sufficientemente elevate. Allo stesso tempo, è difficile da produrre e utilizzare e presenta anche altri svantaggi.
Sei sottomarini 212 sono stati costruiti per la marina tedesca. Nel 2006-2017. quattro di queste navi entrarono in servizio nella flotta spagnola. Sulla base di "212", è stato creato il progetto "214", che prevede la conservazione del VNEU esistente. Tali sottomarini sono molto popolari nel mercato internazionale. Ordini ricevuti da quattro paesi per più di 20 barche. 15 navi sono già state costruite e consegnate ai clienti.
Va notato che VNEU basato su celle a combustibile viene sviluppato non solo in Germania. Parallelamente al progetto MESMA in Francia, è stata sviluppata una variante del sottomarino Scorpène con l'utilizzo di celle a combustibile. Furono questi sottomarini che furono venduti all'India. Ora si creano elementi di una nuova generazione. In precedenza è stato riferito che le sue celle a combustibile sono in fase di sviluppo in Russia. VNEU di questo tipo ha già superato le prove al banco e in futuro sarà testato su una nave sperimentale.
Sottomarino a batteria
La comparsa di motori e mezzi di generazione fondamentalmente nuovi non esclude la necessità di un ulteriore sviluppo delle tecnologie e delle unità esistenti. Pertanto, gli accumulatori di tipo già noto e padroneggiato conservano un valore elevato. In progetti promettenti, sono addirittura considerati l'unica fonte di energia per tutti i sistemi.
Processi curiosi si osservano nella costruzione navale giapponese. Il Giappone è stato uno dei primi paesi a padroneggiare VNEU con un motore Stirling, ma nel 2015 e nel 2017. due sottomarini del progetto Soryu modificato sono stati posati senza tali sistemi. Spazio per batterie standard e unità VNEU è stato dato alle moderne batterie agli ioni di litio. A causa di ciò, la durata dell'immersione è stata raddoppiata rispetto alle batterie della generazione precedente.
Dal 2018è in corso la costruzione dei sottomarini del nuovo progetto Taigei, originariamente sviluppato utilizzando un impianto diesel-elettrico e batterie agli ioni di litio. La nave guida del nuovo progetto è già stata varata e dall'anno scorso sono in costruzione altri due scafi. In totale, si prevede di costruire sette sottomarini con accettazione in servizio a partire dal 2022.
Ci sono molti progetti di sottomarini ultra piccoli, dotati solo di batterie. In futuro, questa architettura potrebbe trovare applicazione in progetti "grandi". Di recente, i costruttori navali francesi hanno presentato il progetto concettuale SMX31E, che combina molte delle decisioni più audaci. In particolare, il sottomarino ha ricevuto solo batterie con il loro posizionamento in tutti i volumi disponibili, incl. tra corpi resistenti e leggeri. Le batterie devono essere caricate alla base prima di andare in mare.
Si stima che, quando completamente carico, l'SMX31E sarà in grado di rimanere immerso per 30-60 giorni, a seconda della velocità di guida e del consumo energetico totale. Allo stesso tempo, si prevede di garantire la piena operatività di tutti i dispositivi standard e aggiuntivi, complessi, ecc.
Nel processo di evoluzione
Pertanto, negli ultimi decenni, si sono registrati progressi significativi nel campo del VNEU per i sottomarini non nucleari. Diverse varianti di tali sistemi con determinate caratteristiche e vantaggi sono state sviluppate, testate, introdotte nei progetti e messe in servizio. Tuttavia, anche le ultime installazioni indipendenti dall'aria presentano alcuni svantaggi. Rimangono complesse e costose, sia da produrre che da far funzionare.
Nonostante i vantaggi nelle caratteristiche tattiche e tecniche, i non sottomarini con VNEU non possono ancora soppiantare i sottomarini diesel-elettrici di architettura "tradizionale". Inoltre, questi ultimi stanno sviluppando e utilizzano anche le più moderne tecnologie e componenti. Un esempio lampante di tale competizione tra classi diverse è lo sviluppo della flotta sottomarina giapponese, che è tornata allo schema diesel-elettrico a un nuovo livello tecnico.
Apparentemente, la competizione tra installazioni indipendenti dall'aria e diesel-elettriche continuerà nel prossimo futuro - e non c'è ancora un chiaro favorito. Allo stesso tempo, è ovvio che le marine del mondo sono i vincitori. Hanno l'opportunità di scegliere l'opzione migliore per la centrale elettrica che meglio soddisfa tutti i requisiti.
