Suurin osa nykyaikaisista sukellusveneistä on varustettu diesel-sähkövoimaloilla. Tällaisilla laitteilla on ominaisia haittoja, minkä vuoksi etsitään käteviä ja kannattavia vaihtoehtoja. Kuten käytäntö osoittaa, nykyaikainen tekniikan taso mahdollistaa tehokkaiden voimalaitosten luomisen ei-ydinsukellusveneille, ja puhumme eri arkkitehtuurin järjestelmistä.
Ongelmat ja ratkaisut
Diesel-sähköisten sukellusveneiden suurin haittapuoli on tarve ladata akut säännöllisesti dieselgeneraattorin avulla. Tätä varten sukellusveneen on kelluttava pinnalle tai liikuttava periskoopin syvyydessä - mikä lisää todennäköisyyttä, että vihollinen havaitsee sen. Samaan aikaan paristoilla sukelluksen kesto ei yleensä ylitä useita päiviä.
Ilmeinen vaihtoehto dieselille on ydinvoimala, mutta sen käyttö ei aina ole mahdollista ja perusteltua monimutkaisuuden ja korkeiden kustannusten vuoksi. Tältä osin on tutkittu useiden vuosikymmenien ajan kysymystä ilmasta riippumattomien voimalaitosten (VNEU) luomisesta, joilla on halutut ominaisuudet ja joissa ei ole diesel-sähköjärjestelmien haittoja. Useita tällaisia uusia tekniikoita on otettu menestyksekkäästi käyttöön, ja muiden käyttöönottoa odotetaan lähitulevaisuudessa.
Yleensä VNEU: n luomiseen on useita lähestymistapoja. Ensimmäinen koskee dieselgeneraattorin uudelleenrakentamista eri moottorilla, joka on vähemmän vaativa tulevalle ilmalle. Toisessa ehdotetaan sähköntuotantoa ns. polttokennot. Kolmas on parantaa akkuja, mm. oman sukupolven hylkäämiseen asti.
Stirlingin vaihtoehto
Ensimmäinen ei-ydinsukellusvene, jolla oli täysi VNEU, otettiin käyttöön vuonna 1996, oli ruotsalainen alus Gotland. Tämän sukellusveneen pituus oli 60 m ja iskutilavuus 1600 tonnia, ja siinä oli myös 6 kahden kaliiperin torpedoputkea. Sen voimalaitos rakennettiin tavanomaisen diesel-sähköisen pohjalta ja sitä täydennettiin uusilla komponenteilla.
Pintakäyttöä ja sähköntuotantoa tarjoavat kaksi MTU 16V-396 -dieseliä ja pari Hedemora V12A / 15-Ub -generaattoria. Potkuria käytetään kaikissa tiloissa sähkömoottorilla. Sukellusvene käynnistää upotetussa asennossa dieselmoottorien sijaan Kockums v4-275R -tyyppisen Stirling-moottorin, joka käyttää nestemäistä polttoainetta ja nesteytettyä happea. Jälkimmäisen varauksen ansiosta voit olla veden alla jopa 30 päivää ilman nousua. Lisäksi Stirling -moottori on vähemmän meluisa eikä paljasta sukellusvenettä.
Kolme uutta sukellusvenettä rakennettiin Gotlannin hankkeen mukaisesti; toinen ja kolmas rakennus otettiin käyttöön vuonna 1997. 2000 -luvun alussa toteutettiin Södermanland -koodilla varustettu hanke. Siinä säädettiin kahden Västergötland-tyyppisen diesel-sähköisen sukellusveneen nykyaikaistamisesta asentamalla Gotlannin hankkeen VNEU. Japani kiinnostui Ruotsin kehityksestä. Lisenssillä hän kokosi VNEU: n Soryu -tyyppisille sukellusveneille. Suurten mittojensa ja siirtymänsä vuoksi japanilaisissa sukellusveneissä on neljä v4-275R-moottoria kerralla.
Sukellusvene turbiinit
Scorpène -hankkeen kehittämisen aikana ranskalaiset laivanrakentajat ehdottivat omaa VNEU -versiotaan, joka perustuu vaihtoehtoiseen moottoriin. Tällainen asennus, nimeltään Module d'Energie Sous-Marine Autonome (MESMA), tarjottiin potentiaalisille asiakkaille käytettäväksi uusissa sukellusveneissä.
MESMA -hanke ehdotti etanolilla ja paineilmalla toimivaa erityistä höyryturbiinimoottoria. Alkoholi-ilmaseoksen palamisen oli tarkoitus tuottaa höyryä generaattoria käyttävälle turbiinille. Palamistuotteita, jotka ovat hiilidioksidia ja vesihöyryä korkeassa paineessa, ehdotettiin poistettavaksi yli laidan koko toimintasyvyyden alueella. Laskelmien mukaan Scorpène -sukellusvene, jossa on VNEU MESMA, voi pysyä veden alla jopa 21 päivää.
MESMA -laitosta tarjottiin useille asiakkaille. Sitä oli tarkoitus käyttää esimerkiksi Intian Scorpène-Kalvari-hankkeessa. Koelaitoksen suorituskyky oli kuitenkin riittämätön, ja kiinnostus hankkeeseen väheni jyrkästi. Tämän seurauksena uudet ranskalaiset diesel -sähköiset sukellusveneet on edelleen varustettu dieselmoottoreilla - vaikka kehittäjät ovat jo ilmoittaneet uudesta modernisoinnista ottamalla käyttöön muita lupaavia ratkaisuja.
Vuonna 2019 venäläiset laivanrakentajat ilmoittivat kehittävänsä täysin uuden VNEU: n, joka perustuu suljetun syklin kaasuturbiinimoottoriin. Se sisältää nesteytetyn hapen säiliöt: se haihtuu ja syötetään moottoriin. Pakokaasuja ehdotetaan jäädytettäväksi ja heitettäväksi ulos vain turvallisella alueella. Samanlaista VNEU: ta kehitetään P-750B-hankkeen puitteissa.
Polttoainekenno
Saksa oli 1990 -luvun loppuun mennessä luonut oman version VNEU: sta. Vuonna 1998 aloitettiin uuden tyyppisen 212 -projektin pää sukellusveneen rakentaminen, joka oli varustettu vastaavalla järjestelmällä. Saksalaisessa hankkeessa käytettiin Siemens SINAVY -järjestelmää, joka yhdistää sähkömoottorin ja vetypolttokennot. Pinnalla liikkumista varten dieselgeneraattori säilytettiin.
SINAVY-kompleksi sisältää Siemensin PEM-protoninvaihtopolttokennot, jotka perustuvat nesteytetyn happisäiliön metallihydridiin. Turvallisuuden lisäämiseksi metallihydridi- ja happisäiliöt on sijoitettu karun ja kevyen kotelon väliseen tilaan. VNEU: n toiminnan aikana metallihydridistä saatu vety syötetään yhdessä hapen kanssa erityisiin kalvoihin ja elektrodeihin, joissa syntyy virtaa.
Sukellusveneen "212" itsenäisyys saavuttaa 30 päivää. VNEU SINAVYn tärkeä etu on melun täydellinen puuttuminen käytön aikana riittävän korkealla suorituskyvyllä. Samaan aikaan sitä on vaikea valmistaa ja käyttää, ja sillä on myös muita haittoja.
Saksan laivastolle rakennettiin kuusi 212 sukellusvenettä. Vuosina 2006-2017. neljä näistä aluksista otettiin käyttöön Espanjan laivastossa. "212" -periaatteen perusteella luotiin "214" -hanke, joka huolehtii olemassa olevan VNEU: n säilyttämisestä. Tällaiset sukellusveneet ovat erittäin suosittuja kansainvälisillä markkinoilla. Tilauksia neljästä maasta yli 20 veneelle. 15 alusta on jo rakennettu ja toimitettu asiakkaille.
On huomattava, että polttokennoihin perustuvaa VNEU: ta kehitetään paitsi Saksassa. Ranskan MESMA -hankkeen rinnalla kehitettiin Scorpène -sukellusveneen variantti polttokennojen avulla. Nämä sukellusveneet myytiin Intiaan. Nyt luodaan uuden sukupolven elementtejä. Aiemmin kerrottiin, että sen polttokennoja kehitetään Venäjällä. Tämän tyyppinen VNEU on jo läpäissyt penkkitestit, ja tulevaisuudessa sitä testataan kokeellisella aluksella.
Akkukäyttöinen sukellusvene
Periaatteessa uusien moottoreiden ja sukupolven välineiden ilmestyminen ei sulje pois tarvetta kehittää olemassa olevia tekniikoita ja yksiköitä. Näin ollen jo tunnettujen ja hallittujen tyyppisten akkujen arvo säilyy korkeana. Lupaavissa hankkeissa niitä pidetään jopa kaikkien järjestelmien ainoana energianlähteenä.
Japanilaisessa laivanrakennuksessa havaitaan mielenkiintoisia prosesseja. Japani oli yksi ensimmäisistä maista, joka hallitsi VNEU: n Stirling -moottorilla, mutta vuosina 2015 ja 2017. kaksi muutetun Soryu -projektin sukellusvenettä laskettiin ilman tällaisia järjestelmiä. Tilaa vakioparistoille ja VNEU-yksiköille annettiin nykyaikaisille litiumioniakkuille. Tästä syystä sukelluksen kesto on kaksinkertaistettu edellisen sukupolven paristoihin verrattuna.
Vuodesta 2018 lähtienuuden Taigei-projektin sukellusveneitä rakennetaan alun perin diesel-sähköasennuksella ja litiumioniakkuilla. Uuden projektin päälaiva on jo käynnistetty, ja kaksi muuta runkoa on rakenteilla viime vuodesta. Kaikkiaan on tarkoitus rakentaa seitsemän sukellusvenettä, jotka hyväksytään käyttöön vuodesta 2022 lähtien.
On olemassa monia erittäin pieniä sukellusveneitä, jotka on varustettu vain paristoilla. Tulevaisuudessa tämä arkkitehtuuri voi löytää sovelluksen "suuriin" projekteihin. Ranskalaiset laivanrakentajat esittivät äskettäin SMX31E -konseptiprojektin, joka yhdistää paljon rohkeimpia päätöksiä. Erityisesti sukellusvene sai vain paristot, jotka oli sijoitettu kaikkiin käytettävissä oleviin tilavuuksiin, ml. kestävien ja kevyiden kappaleiden välillä. Akut on ladattava pohjaan ennen merelle lähtöä.
On arvioitu, että täyteen ladattuna SMX31E pystyy pysymään veden alla 30-60 päivän ajan ajonopeudesta ja kokonaisenergiankulutuksesta riippuen. Samalla on tarkoitus varmistaa kaikkien vakio- ja lisälaitteiden, kompleksien jne. Täysi toimintakyky.
Evoluutioprosessissa
Näin ollen viime vuosikymmeninä VNEU-alalla on tapahtunut merkittävää edistystä muiden kuin ydinsukellusveneiden alalla. Tällaisten järjestelmien eri versioita, joilla on tiettyjä ominaisuuksia ja etuja, on kehitetty, testattu, otettu käyttöön projekteissa ja otettu käyttöön. Jopa uusimmissa ilmanriippumattomissa asennuksissa on kuitenkin tiettyjä haittoja. Ne ovat edelleen monimutkaisia ja kalliita sekä valmistaa että käyttää.
Huolimatta taktisten ja teknisten ominaisuuksien eduista, muut kuin sukellusveneet, joissa on VNEU, eivät voi vielä korvata "perinteisen" arkkitehtuurin diesel-sähköisiä sukellusveneitä. Lisäksi jälkimmäiset kehittävät ja käyttävät myös uusinta tekniikkaa ja komponentteja. Loistava esimerkki tällaisesta kilpailusta eri luokkien välillä on japanilaisen sukellusvenelaivaston kehittäminen, joka palasi diesel-sähköjärjestelmään uudella teknisellä tasolla.
Ilmeisesti kilpailu ilmasta riippumattomien ja dieselkäyttöisten sähkölaitteiden välillä jatkuu lähitulevaisuudessa-eikä selvää suosikkia ole vielä. Samalla on selvää, että maailman merivoimat ovat voittajia. Heillä on mahdollisuus valita paras vaihtoehto voimalaitokselle, joka parhaiten täyttää kaikki vaatimukset.
