ВТ-1 с ЖМТ

Един­ствен­ная и непо­в­то­ри­мая. К сожа­ле­нию

Идея исполь­зо­ва­ния в атомной под­вод­ной лодке реак­тора с жид­ко­метал­ли­че­ским теп­ло­но­си­те­лем (ЖМТ) воз­ни­кла в сен­тя­бре 1952 года, когда по решению прави­тель­ства СССР нача­лось про­ек­ти­ро­ва­ние первой оте­че­ствен­ной атомной под­лодки. Пред­ло­же­ние об исполь­зо­ва­нии реак­тора с ЖМТ было выдви­нуто А. И. Лейпун­ским в его письме в Первое Главное упра­в­ле­ние, отпра­в­лен­ном в том же сен­тя­бре. Целе­со­об­раз­ность раз­ви­тия этого напра­в­ле­ния, по его мнению, заклю­ча­лась в воз­мож­но­сти полу­че­ния пара более высокой тем­пе­ра­туры.

Работы начались с выходом 22 октября 1955 года Поста­но­в­ле­ния «О начале работ по соз­да­нию ПЛА проекта 645». Голов­ной корабль проекта, который в итоге станет един­ствен­ным пред­стави­те­лем класса, пред­на­зна­чался для борьбы с над­вод­ными кора­б­лями и тран­с­порт­ными судами против­ника при действиях на оке­ан­ских и уда­лен­ных морских театрах.

За основу проекта АПЛ, вести который было пору­чено СКБ-143, был взят проект первой атомной под­вод­ной лодки К-3, поэтому предэс­кизный и эскизный проекты не раз­ра­ба­ты­вались. Осенью 1956 года тех­ни­че­ский проект АПЛ был готов. Несмо­тря на то, что изна­чально стави­лась задача создать аналог АПЛ К-3 с водо-водяным реак­то­ром, между этими двумя лодками поя­ви­лись кар­ди­наль­ные отличия. Тяжёлые ядерные реак­торы были смещены ближе к носу корабля, что поз­во­лило улуч­шить его диф­фе­рен­товку. Это решение было обу­сло­в­лено во многом оши­боч­ным мнением о безо­пас­но­сти этого типа реак­то­ров и повле­кло за собой ухудше­ние условий обес­пе­че­ния ради­а­ци­он­ной безо­пас­но­сти цен­траль­ного отсека.

Раз­ра­бот­чи­ками силовой уста­новки стали ОКБ «Гид­ро­пресс» при научном руко­вод­стве Лабо­ра­то­рии «В» (ФЭИ, А. И. Лейпун­ский), в 1959 году к проекту под­клю­чи­лось ОКБМ. Тех­ни­че­ское задание на про­ек­ти­ро­ва­ние реак­тора для паро­про­из­во­дя­щей уста­новки (ППУ) с жид­ко­метал­ли­че­ским теп­ло­но­си­те­лем, раз­ра­бо­тан­ное Лабо­ра­то­рией «В», было выдано в ОКБМ 20 февраля 1959 года. Тех­ни­че­ским зада­нием пре­ду­сма­т­ри­ва­лось несколько вари­ан­тов реак­тора: с эвтек­ти­че­ским сплавом свинец-висмут, с жидким литием, для одно- или дву­х­ре­ак­тор­ной паро­про­из­во­дя­щей уста­новки (ППУ). В даль­нейшем, учи­ты­вая, что литий, как теп­ло­но­си­тель, был менее изучен, было принято решение про­ек­т­ные про­ра­ботки ППУ вести только со сплавом свинец-висмут и в дву­х­ре­ак­тор­ном испол­не­нии (индекс ОК-250). В пользу сплава свинец-висмут также были низкая тем­пе­ра­тура пла­в­ле­ния (123 град.), высокая тем­пе­ра­тура кипения (1670 град.), низкая актив­ность при кон­такте с воз­ду­хом или водой, а также исклю­че­ние воз­мож­но­сти обра­зо­ва­ния водо­рода при любых авариях.

Реали­за­ция уста­новки с ЖМТ свинец-висмут по целому ряду ее осо­бен­но­стей ока­за­лась зна­чи­тельно более сложной в отра­ботке и потре­бо­вала решения таких проблем, как:

• обес­пе­че­ние надеж­ной работы актив­ных зон при зна­чи­тельно более высоких тем­пе­ра­ту­рах (до 500-600°С);
• обес­пе­че­ние над­ле­жа­щего каче­ства сплава, назван­ного в доку­мен­та­ции «тех­ноло­гией тяже­лого теп­ло­но­си­теля»;
• обес­пе­че­ние под­дер­жа­ния сплава в горячем состо­я­нии как кора­бель­ными, так и базо­выми сред­ствами, что потре­бо­вало соз­да­ния в базах спе­ци­аль­ной инфраструк­туры.

Сложной ока­за­лась и про­блема обес­пе­че­ния надеж­ной работы паро­ге­не­ра­то­ров с мно­го­крат­ной при­ну­ди­тель­ной цир­ку­ля­цией, которые были приняты в этой уста­новке, хотя по усло­виям гид­ро­ди­на­мики в связи с нали­чием сепа­ра­то­ров во втором контуре про­блема надеж­но­сти трубных систем, каза­лось бы, должна была решаться проще, чем в пря­мо­точ­ных гене­ра­то­рах.

Очень трудно решались про­блемы уплот­не­ний насосов первого контура. Раз­вет­в­лен­ность первого контура поро­дила и про­блему «под­мо­ра­жи­ва­ния» сплава на отдель­ных участ­ках, что потре­бо­вало при­нятия спе­ци­аль­ных мер кон­струк­тив­ного плана, а также привело к зна­чи­тель­ному услож­не­нию экс­плу­а­та­ции уста­новки.

Для решения этих и других проблем в отрасли была создана мощная экс­пе­ри­мен­таль­ная база, десятки крупных и неболь­ших стендов, реак­тор­ные петли и, наконец, в январе 1959 года в ФЭИ был введен в экс­плу­а­та­цию пол­но­мас­штаб­ный стенд-про­тотип реак­тор­ной уста­новки 27/ВТ. Его экс­плу­а­та­ция выявила две важ­нейшие про­блемы.

Так, первая кам­па­ния экс­плу­а­та­ции стенда завер­ши­лась вполне успешно, однако раз­борка актив­ной зоны после второй кам­па­нии пока­зала наличие боль­шого коли­че­ства шлаков. Этот факт показал недо­о­ценку научным руко­во­ди­те­лем и про­ек­ти­ров­щи­ками важ­но­сти решения про­блемы теп­ло­но­си­теля, вслед­ствие чего начались систе­ма­ти­че­ские научные иссле­до­ва­ния в этой области.

Вторая про­блема заклю­ча­лась в «под­мо­ра­жи­ва­нии» теп­ло­но­си­теля на отдель­ных участ­ках свин­цово-вис­му­то­вого контура, в част­но­сти, первый пуск стенда начался с «под­мо­ра­жи­ва­ния» актив­ной зоны. Для её решения также был запущен ряд НИР.

Еще одну опас­ность пред­ста­в­лял высо­ко­ра­ди­о­ак­тив­ный полоний, обра­зу­ю­щий в актив­ной зоне. На стенде 27/ВТ в 60-х годах про­и­зо­шло несколько аварий с про­ли­вом ради­о­ак­тив­ного теп­ло­но­си­теля, что потре­бо­вало отра­ботки меро­при­ятий и средств защиты пер­со­нала от полония, которые в даль­нейшем были пере­не­сены и на под­вод­ную лодку.

Раз­ра­ботка рабочих чер­те­жей под­вод­ной лодки нача­лась в 1956 году и велась в течение 1957 года. По их готов­но­сти в 1958 году была соста­в­лена вся тех­ни­че­ская доку­мен­та­ция проекта, полу­чив­шего индекс 645 (645 ЖМТ). Проект пре­ду­сма­т­ри­вал, что главная энер­гети­че­ская уста­новка (ГЭУ) АПЛ проекта 645 мощ­но­стью 35 тыс. л.с. состоит из дву­х­ре­ак­тор­ной паро­про­из­во­дя­щей уста­новки (ППУ) и дву­х­валь­ной паро­тур­бин­ной уста­новки. В состав ГЭУ входят два ядерных реак­тора ВТ-1 с жид­ко­метал­ли­че­ским теп­ло­но­си­те­лем сум­мар­ной мощ­но­стью 146 МВт.

Стро­и­тель­ство лодки стар­то­вало в сен­тя­бре 1957 года, корабль был заложен на заводе 402 (г. Севе­ро­двинск) в цехе 42. При раз­ра­ботке проекта новой лодки был внедрён ряд новых кон­струк­тор­ских решений и исполь­зо­ваны новые мате­ри­алы.

Атомная лодка проекта 645, полу­чив­шая шифр К-27, была спущена на воду 1 апреля 1962 года. Сразу после спуска на воду начались швар­то­вые испы­та­ния, которые про­во­ди­лись с 8 мая 1962 по 10 июня 1963 гг. Одно­вре­менно с этим велась достройка ПЛА, были про­ве­дены ком­плекс­ные про­верки систем, меха­низ­мов и воо­ру­же­ния корабля. При этом энер­гети­че­ская уста­новка в течение 1962 года ещё не была пол­но­стью собрана.

17 августа 1962 года нача­лась загрузка топлива: в атомные реак­торы были поме­щены выемные части с актив­ными зонами. Напол­не­ние первых кон­ту­ров реак­тора теп­ло­но­си­те­лем было про­ве­дено 6-7 декабря, теп­ло­но­си­тель под­дер­жи­вался в разо­гретом состо­я­нии, и все системы и меха­низмы реак­тора рабо­тали на холо­стом ходу. До конца года оба реак­тора были запу­щены, и 8 января 1963 года нача­лась обкатка меха­низ­мов первых кон­ту­ров. На лодке рабо­тала испы­та­тель­ная партия, соста­в­лен­ная из сотруд­ни­ков СКБ-143, вместе с испы­та­ни­ями про­во­ди­лась сдача систем упра­в­ле­ния реак­то­ром и пере­дача их под упра­в­ле­ние экипажа лодки.

22 июня 1963 года на АПЛ К-27 поднят Военно-морской флаг СССР, после чего лодка нахо­ди­лась в море на сов­мест­ных завод­ских, ходовых и госу­дар­ствен­ных испы­та­ниях, которые успешно завер­ши­лись 30 октября под­пи­са­нием приёмного акта. В нем также было пред­ло­жено орга­ни­зо­вать дли­тель­ный авто­номный поход лодки К-27 для «более глу­бо­кого изу­че­ния экс­плу­а­та­ци­он­ных качеств лодки и её АЭУ».

За время сда­точ­ных испы­та­ний лодка прошла 5760 миль за 528 ходовых часов, что в 1,5 раза больше, чем у пер­венца атом­ного совет­ского под­вод­ного флота АПЛ К-3, причем 3370 миль лодка прошла в под­вод­ном поло­же­нии.

Экс­плу­а­та­ция лодки К-27 стала чередой рекор­дов по даль­но­сти походов, а также про­дол­жи­тель­но­сти и про­тяжён­но­сти под­вод­ного пла­ва­ния. Техника обла­дала уни­каль­ными на тот момент свойствами и харак­те­ри­сти­ками, что поз­во­ляло пока­зать потен­ци­аль­ному против­нику пре­вос­ход­ство совет­ского оружия. При этом все системы корабля, в том числе и силовая уста­новка, рабо­тали на пределе своих воз­мож­но­стей, и недо­о­ценка опас­но­сти такой экс­плу­а­та­ции, воз­можно, и привела, в конеч­ном итоге, к аварии.

Первый поход К-27 начался 21 апреля 1964 года и длился 51 сутки. Задачей похода стало испы­та­ние лодки на пре­дель­ных режимах для выя­в­ле­ния воз­мож­но­стей лодки и про­верке систем и меха­низ­мов корабля в усло­виях авто­ном­ного пла­ва­ния. В походе воз­ни­кла нештат­ная ситу­а­ция с реак­то­ром левого борта под­вод­ной лодки: рас­пла­в­лен­ный металл попал в газовую систему первого контура и застыл там. В резуль­тате в системе про­и­зо­шло падение вакуума, а един­ствен­ным спо­со­бом устра­не­ния неис­прав­но­сти стала работа непо­сред­ственно на месте аварии, вблизи актив­ной зоны реак­тора. Работы выпол­нил коман­дир диви­зи­она капитан 3 ранга А. В. Шпаков, который раз­ре­зал дефек­т­ную трубку и вручную про­чи­стил её, получив при этом зна­чи­тель­ную дозу ради­а­ции. Затем спе­ци­али­сты-свар­щики зава­рили трубку, вос­ста­но­вив рабо­то­с­по­соб­ность реак­тора.

Наи­бо­лее экс­тре­маль­ные условия экс­плу­а­та­ции во время похода были в эква­то­ри­аль­ных водах, когда тем­пе­ра­тура заборт­ной воды пре­вы­шала 25 град. Системы охла­жде­ния реак­тора рабо­тали на пределе своих воз­мож­но­стей, при этом тем­пе­ра­тура в реак­тор­ном и тур­бо­ге­не­ра­тор­ных отсеках была около 60 0C, а осталь­ные отсеки лодки про­гре­вались до тем­пе­ра­туры в 45 0C при влаж­но­сти до 100 %. В походе лодка прошла 12 425 миль, и прак­ти­че­ски все они были пройдены под водой — на тот момент это был мировой рекорд.

Второй поход лодки начался 15 июля 1965 года и длился 60 суток. Задачей похода стало обо­зна­че­ние при­сут­ствия совет­ского под­вод­ного флота в Сре­ди­зем­ном море, где нахо­дился 6-й флот США. В походе слу­чи­лось несколько нештат­ных ситу­а­ций, в том числе одна «ядерная» — 25 августа про­и­зо­шло сни­же­ние мощ­но­сти реак­тора в резуль­тате его «отра­в­ле­ния» ксе­но­ном, из-за чего энер­гети­че­ские уста­новки корабля рабо­тали на 35-80 % мощ­но­сти.

За время похода было пройдено 15 000 миль, и лодка вер­ну­лась на базу в Севе­ро­двинск для ремонта, в ходе кото­рого было обна­ру­жено большое коли­че­ство трещин на легком корпусе лодки.

При под­го­товке к новому походу в январе-феврале 1967 года на лодке были уста­но­в­лены актив­ные зоны с удво­ен­ной дли­тель­но­стью ком­па­нии. Опе­ра­ция пере­за­рядки прошла с опре­делён­ными слож­но­стями, так как ато­мо­ход был загряз­нен ради­о­ак­тив­ными эле­мен­тами от первого до девя­того отсека. 13 октября 1967 года состо­ялся выход под­лодки в море для про­верки систем и меха­низ­мов лодки. В море соз­да­лась ава­рийная ситу­а­ция, резуль­та­том которой стал заброс жид­ко­метал­ли­че­ского сплава в газовую систему 1 контура реак­тора правого борта. При­чи­ной инци­дента стало оки­сле­ние сплава свинец-висмут, в резуль­тате кото­рого обра­зо­вались шлаки, которые заку­по­рили проход для теп­ло­но­си­теля. В резуль­тате два насоса были залиты застыв­шим ради­о­ак­тив­ным сплавом. Для работы реак­тора потре­бо­ва­лось срочно устра­нить послед­ствия, в резуль­тате ряд спе­ци­али­стов получил пре­дель­ную годовую дозу ради­а­ции, и не был допущен к тре­тьему походу.

Уборка ради­о­ак­тив­ного сплава из отсека про­во­ди­лась по воз­вра­ще­нии на базу личным соста­вом других боевых частей и диви­зи­о­нов, а также вторым эки­па­жем лодки. Для очистки необ­хо­димо было кувал­дой и зуби­лами извле­кать застыв­ший среди тру­бо­про­во­дов реак­тора ради­о­ак­тив­ный металл. Сроки работы из-за высокой ради­о­ак­тив­но­сти были огра­ни­чены десятью мину­тами, моряки делали по два-три пятими­нут­ных захода, но все равно полу­чили высокие дозы ради­о­ак­тив­ного облу­че­ния.

После окон­ча­ния работ нача­лась под­го­товка к походу. В рамках под­го­товки была про­ве­дена высо­ко­тем­пе­ра­тур­ная реге­не­ра­ция сплава для устра­не­ния окисей, однако под дав­ле­нием руко­вод­ства Север­ного флота сроки работ были сокра­щены с затре­бо­ван­ных трёх недель до одной.

24 мая 1968 года АПЛ К-27 вышла в Барен­цево море для испы­та­ний энер­гети­че­ской уста­новки и отра­ботки задач боевой под­го­товки. В 11:30 при выводе уста­но­вок на режим полного хода (80 % мощ­но­сти) мощ­ность реак­тора левого борта само­про­из­вольно начала сни­жаться. Личный состав, не разо­брав­шись в ситу­а­ции, попы­тался поднять мощ­ность ядер­ного реак­тора, но без­успешно. В 12:00 уровень ради­а­ции в реак­тор­ном отсеке вырос до 150 Р/ч, про­и­зошёл выброс ради­о­ак­тив­ных газов в поме­ще­ния реак­тор­ного отсека, что явля­лось при­зна­ком повре­жде­ния ядер­ного топлива, и опе­ра­тор сбросил ава­рийную защиту левого реак­тора. Как выяс­ни­лось позже, из-за нару­ше­ния теп­ло­от­вода от актив­ной зоны раз­ру­ши­лось около 20 % теп­ло­вы­де­ля­ю­щих эле­мен­тов. Лодка всплыла, про­вен­ти­ли­ро­вала заражён­ные отсеки и на одном реак­торе правого борта, который работал на обе турбины, добра­лась до базы. Воз­вра­ще­ние в базу стало послед­ним само­сто­я­тель­ным походом лодки.

25 мая был создан штаб по лик­ви­да­ции послед­ствий аварии на лодке К-27, который принял решение с целью локали­за­ции зоны ради­о­ак­тив­ного зара­же­ния и послед­ствий ради­о­ак­тив­ного загряз­не­ния дви­га­тель­ной уста­новки левого борта усилить защиту реак­тора и зало­жить ава­рийный отсек мешками со свин­цо­вой дробью.

В начале июня 1968 года состо­я­ние лодки оценила спе­ци­аль­ная комис­сия, которая приняла решение о рас­хо­ла­жи­ва­нии реак­то­ров. К 20 июня 1968 года машины и меха­низмы АПЛ были оста­но­в­лены и закон­сер­ви­ро­ваны, лодка выве­дена из экс­плу­а­та­ции и поста­в­лена на прикол в губе Гремихе.

В январе-феврале 1973 года на АПЛ К-27 был про­ве­ден важный экс­пе­ри­мент. Исправ­ную ППУ правого борта успешно «раз­мо­ро­зили» и вывели на мощ­ность 20 % от номи­наль­ной с подачей пара. Экс­пе­ри­мент обо­с­но­вал воз­мож­ность вос­ста­на­в­ли­вать рабо­то­с­по­соб­ность реак­тора с жид­ко­метал­ли­че­ским теп­ло­но­си­те­лем после долгого простоя.

В апреле 1980 года было решено закон­сер­ви­ро­вать реак­тор­ный отсек лодки, чтобы зато­пить К-27 в море. С мая 1980 года лодка прошла доко­ва­ние на ЦС «Звез­дочка», где реак­тор­ные уста­новки со всеми тру­бо­про­во­дами были запол­нены спе­ци­аль­ным соста­вом. Поверх этого отсек залили 270 тоннами битума, который пол­но­стью закрыл реак­торы, чтобы пре­пят­ство­вать про­ник­но­ве­нию морской воды к ради­о­ак­тив­ным частям лодки, вымы­ва­нию и зара­же­нию моря.

10 сен­тя­бря 1981 года АПЛ К-27 была затоп­лена в Карском на глубине 75 метров.

Исполь­зо­ва­ние реак­тора с жидко-метал­ли­че­ским теп­ло­но­си­те­лем поро­дило немало проблем. Так, напри­мер, для под­дер­жа­ния реак­тора в «горячем» состо­я­нии в Запад­ной Лице на берегу была постро­ена котель­ная для подачи пара на под­вод­ные лодки, а также при­швар­то­ваны эсминец и плав­база. Но в связи с низкой надеж­но­стью бере­го­вого ком­плекса под­вод­ные лодки «грелись» от своего ядер­ного реак­тора, который посто­янно работал на мини­мально кон­тро­ли­ру­е­мом уровне мощ­но­сти.

Ещё в про­цессе кон­стру­и­ро­ва­ния было выя­в­лено несо­вер­шен­ство кон­струк­ции реак­тора, поэтому против исполь­зо­ва­ния его в реаль­ных усло­виях высту­пили несколько учёных. Так, один из ведущих спе­ци­али­стов СКБ-143 по энер­гетике Р. И. Симонов на научно-тех­ни­че­ском совете по выдви­же­нию на премию за раз­ра­ботку ППУ на ЖМТ попро­сил снять свою кан­ди­да­туру по причине того, что он считал при­ме­не­ние этих уста­но­вок оши­боч­ным.

Тем не менее, соз­дан­ный реактор ВТ-1 стал зна­чи­тель­ным шагом в деле раз­ви­тия кора­бель­ной атомной энер­гетики. Он показал прин­ци­пи­аль­ную воз­мож­ность реали­за­ции пре­и­му­ще­ства ППУ с ЖМТ и опре­де­лил круг проблем, которые необ­хо­димо было решать в будущем при соз­да­нии уста­но­вок подоб­ного типа.

---

Фотогалерея