шила переход в подводном положении из Гротона в Сан-Хуан (остров Пуэрто-Рико). Расстояние в 1300 миль она прошла со средней скоростью 16 узлов.
В марте 1957 года атомный реактор «Наутилуса» был остановлен. В нем заменили активную зону, в которую конструкторы внесли ряд усовершенствований, направленных на существенное увеличение срока службы тепловыделяющих элементов. Новая активная зона оказалась выполнена значительно проще, дешевле и надежнее. Она была предварительно проверена в установке «Марк-I» Аргоннской лабораторией во время 1600-часовых испытаний.
Атомная подводная лодка «Наутилус» летом 1958 года совершила подледное плавание в арктическом районе. Во время похода собирались данные для предсказания погоды и расчетов толщины и плотности шапки полярного льда. Лодка шла на глубине 60–75 метров, прошла подо льдом около 1000 миль и приблизилась к Северному полюсу на расстояние 180 миль.
Энергетическая установка «Наутилуса» может развивать суммарную мощность около 15 000–20 000 лошадиных сил, обеспечивая максимальную скорость подводного хода около 19–21 узла. Атомный реактор, установленный на лодке, работает на медленных нейтронах и охлаждается водой под давлением. Ядерное горючее — уран 238, обогащенный ураном 235. Расход горючего составляет около 450 граммов в месяц. Дальность плавания на эксплуатационных скоростях хода в 14–16 узлов — около 50 000 миль. На случай выхода из строя атомной силовой установки на лодке установлено два вспомогательных дизель-генератора, аккумуляторная батарея и два гребных электромотора сравнительно небольшой мощности. Экипаж «Наутилуса» состоит из 101 человека, в том числе 12 офицеров.
В атомной энергетической установке тепло образуется в реакторе, в котором происходит управляемая цепная реакция расщепления ядер урана. Вероятность расщепления изотопов урана 235 и урана 238 существенно зависит от скорости нейтронов, бомбардирующих ядра их атомов. Реакторы могут работать на быстрых промежуточных или медленных нейтронах. Замедление нейтронов осуществляется с помощью специальных замедлителей (графит, тяжелая вода), которые, почти не поглощая нейтронов, уменьшают их скорость. В настоящее время существуют два основных типа реакторов — гетерогенные и гомогенные. В первых замедлитель и расщепляемый материал помещаются отдельными блоками, а во вторых — в виде однородной смеси или раствора.
На подводной лодке «Наутилус» установлен гетерогенный реактор, работающий на медленных нейтронах. В качестве теплоносителя в нем используется обычная дистиллированная вода под давлением. Ядерным горючим служат сплавы урана 238, обогащенные ураном 235, которые отлиты в виде стержней, заключенных в циркониевую оболочку. В замедлителе стержни размещены соосно с охлаждающими трубками, через которые проходит теплоноситель, и вместе представляют собой пространственную решетку. Это — активная зона реактора. Она окружена слоем материала, обладающего способностью отражать нейтроны обратно в активную зону. Затем следует оболочка из углеродистой стали и так называемый первичный экран, предназначенные для поглощения проникающего через отражатель нейтронного потока и гамма-излучения.
При расщеплении ядерного горючего в реакторе выделяется тепловая энергия, которая передается теплоносителю (дистиллированной воде), прокачиваемой по замкнутому контуру специальным циркуляционным насосом. Из реактора горячая вода по трубопроводу поступает в парогенератор, где отдает свое тепло вторичному контуру. Из последнего вода поступает сначала в водосборник, после чего, пройдя через нижние части двух парогенераторов, поднимается вверх по трубкам, в которых происходит интенсивное ее кипение. Из парогенераторов пар поступает в расположенные над ними сепараторы, а затем по главным паропроводам, проходящим через водонепроницаемую переборку, — в машинный отсек. Пройдя через реактор, вода первичного контура становится радиоактивной, поэтому последний также окружен экраном (вторичным).
В парогенераторе, как и в обычном котле, пар образуется при давлении 17,6 кг/см2 и температуре 213 градусов, после чего он поступает в турбину, которая через редуктор вращает гребной вал, и к вспомогательным турбогенераторам. Отработанный пар попадает в конденсатор. Таким образом, получается замкнутый вторичный контур.
Для того чтобы после выхода из реактора вода в первичном контуре находилась в жидком состоянии при высокой температуре, в нем необходимо создать высокое давление. Поддержание высокого давления в системе достигается с помощью компрессорной установки и воздушного аккумулятора, установленного на водяном трубопроводе. Для обеспечения интенсивной теплопередачи в установке обеспечивается большая скорость потока воды.
По своему внешнему виду «Наутилус» мало чем отличается от современных скоростных двухкорпусных подводных лодок, хотя имеет бóльшие размеры. Можно лишь отметить, что отношение длины корпуса к его ширине и высоте несколько меньше, чем у обычных лодок. Прочный корпус лодки разделен водонепроницаемыми переборками на семь отсеков: носовой торпедный, носовой жилой, аккумуляторный, центральный пост, реакторный, машинный, кормовой жилой.
Аккумуляторный отсек разделен двумя палубами на три яруса. В верхнем ярусе расположена офицерская кают-компания и каюта командира, в среднем — столовая личного состава и камбуз, в нижнем — аккумуляторная батарея, кладовые и провизионки.
В четвертом отсеке сосредоточено все управление кораблем. Он разделен палубой на два яруса: в верхнем располагается главный командный пункт, в нижнем — посты управления. Над центральным постом находится боевая рубка с ограждением, в которой установлены перископные и выдвижные антенные устройства.
Реакторный отсек расположен в корме у центрального поста. В нем вертикально установлен ядерный реактор. Вместе с первичным контуром он окружен мощным экраном, необходимым для защиты личного состава лодки от действия радиационного излучения. Экран сильно увеличивает вес и габариты установки, в результате чего она занимает почти половину полезного объема лодки.
В трюме отсека установлены насосы первичной системы охлаждения. Так как эта система помещается в реакторном отделении, управление его производится дистанционно, с помощью запорных клапанов с гидравлическим приводом. Парогенераторы размещены по бортам отсека.
В трюме кормовой части отсека установлен воздушный аккумулятор, который постоянно поддерживает необходимое давление в первичном охлаждающем контуре. Остальной объем отсека занят трубопроводами, кабелями, электрическими и пневматическими исполнительными щитами управления, умформерами[4].
Машинный отсек расположен рядом с реакторным. Палубой он разделен на два яруса. Каждый ярус имеет проход, идущий из носовой части отсека в корму вдоль диаметральной плоскости. По бортам от этих проходов размещены машинные установки, доступ к которым возможен из верхнего и нижнего ярусов.
Рассмотрим принципиальную схему системы управления установкой. Специальные датчики вырабатывают сигнал, пропорциональный мощности паротурбинной установки. Этот сигнал сравнивается с сигналом заданного режима работы реактора, идущим с главного пульта управления. Разность сигналов, образующая сигнал ошибки, поступает к механизму, который управляет положением регулирующих стержней реактора. Мощность реактора при этом изменяется до тех пор, пока сигнал ошибки не станет равным нулю. В этом случае фактическая мощность паротурбинной установки соответствует заданному режиму работы реактора. Устойчивость такого положения обеспечивается наличием внутренней обратной связи между установкой и реактором.
Пульты для управления установкой и для контроля за ее работой сконцентрированы в одном посту. Полное согласование в управлении, необходимое при работе энергетической установки, обеспечивается с главного пульта.
Энергетическая установка подводной лодки «Наутилус» спроектирована с таким расчетом, чтобы ею мог управлять экипаж с обычной технической подготовкой. Однако в ходе испытаний и эксплуатации стало ясно, что этого недостаточно. Поэтому все офицеры и матросы лодки прошли курс специальной подготовки.
Защита личного состава «Наутилуса» от проникающей радиации обеспечивается специальными экранами, окружающими реакторный отсек, надежной герметизацией первичного охлаждающего контура. Для контроля уровня радиации на лодке имеются приборы-указатели интенсивности излучений, сигнализаторы утечки воды из первичного охлаждающего контура и системы для удаления зараженной воды за борт.
Нормальное количество воздуха в лодке обеспечивается работой специальных систем для его кондиционирования. С помощью этих систем устраняются запахи, проникающие из турбинного отсека и камбуза, поглощается тепло, отдаваемое внутрь лодки реактором и турбинами, поддерживается уровень температуры и влажности воздуха. Кондиционируемый воздух проходит через поглощающие фильтры.
На лодке имеется холодильная установка, производительность которой эквивалентна количеству тепла, необходимого для плавления 240 тонн льда в течение 24 часов.
Несмотря на указанные меры по защите от проникающей радиации, личный состав приходится периодически снимать с лодки для отдыха и лечения. Не случайно поэтому в зарубежной печати указывалось, что командование военно-морскими силами США организовало подготовку второго экипажа для «Наутилуса».