Кадр из фильма "Охота за «Красным Октябрём»" выложен мною неспроста - помните, как приводилась в движение неуловимая советская подводная лодка? Давайте поговорим о принципах её устройства более подробно.
Но для начала вопрос - можно ли получать электрическую энергию, достаточную для движения корабля, без движущихся механизмов? Солнечные батареи отметаем, как явно нереальный способ. Оказывается, такие устройства существуют, они называются магнитогидродинамическими генераторами (МГД-генераторами). Как всегда, я попробую изложить всё в наиболее упрощённом виде. Вот посмотрите на рисунок ниже, проще не придумаешь:
Слева обычный турбогенератор, справа МГД. Движущихся деталей в нём нет. Принцип действия основан на известном явлении, заключающемся в том, что при пересечении проводником магнитных силовых линий, в нём наводится электродвижущая сила. Сильно ионизированный газ при достаточно большой электропроводности его и высокой температуре как раз таким проводником и является.
О технических проблемах, связанных с реализацией его создания немного ниже, а пока посмотрим на явление с обратной стороны.
Если в магнитное поле поместить проводник и пропустить по нему электрический ток, то на проводник начнёт действовать сила, стремящаяся его переместить в направлении, определяемом всем известным "правилом левой руки", а кому оно неизвестно, то вот его иллюстрация:
Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, зависит как от тока в проводнике, так и от интенсивности магнитного поля.
Является ли морская вода проводником? Ещё каким! Значит, создаём конструкцию, в которой сможем получать направленный поток воды, приводимый в движение взаимодействием пропускаемого через неё тока в мощном магнитном поле.
А как использовать такой поток - давно известно на примере водомётных двигателей. Только там струя воды создаётся специальными насосами, насосы приводятся в действие электротоком, получаемым от дизель- или турбогенераторов. Но если объединить в одной схеме МГД-генератор и МГД-движитель, то ничего, кроме потока воды двигаться не будет.
А значит, шум будет минимальный, что особенно важно для подводных лодок. И ничего не будет выступать из корпуса - ни винты, ни рули, каковое обстоятельство бесценно например для ледоколов.
Теперь рассмотрим проблемы, возникающие при реализации этих замечательных задумок.
В качестве рабочего тела в МГД-генераторе могут быть использованы, например, продукты сгорания топлива. Но температура этих раскалённых газов, а кое-кто называет их и плазмой, должна находиться в промежутке 2000-3000 градусов. Для того, чтобы повысить ионизацию рабочего тела, а следовательно, его токопроводимость, необходимо в камеру сгорания непрерывно добавлять присадки, в основном щелочные металлы.
Эти присадки вызывают сильную коррозию токосъёмных электродов, требуют высокого качества обмуровочных материалов. Само собой понятно, что ток получается только постоянный, поэтому необходимо применение инверторов для превращения его в переменный для различных потребителей. В любом случае не обойтись без воздухонагнетателей, топливоподкачивающих насосов и устройств, подающих и нормирующих присадки.
А нельзя ли использовать для питания электротоком МГД-движителей скажем ядерную установку? Наверно, можно, но это же добавочно паровые турбины, турбозубчатые агрегаты, электрогенераторы и масса механизмов, эту технику обслуживающих. И всё шумит ничуть не хуже, чем на обычной атомной подводной лодке, разве что будет отсутствовать шум винтов.
Зато будет присутствовать..., перейдём теперь к проблемам МГД-движителя. Аккумуляторные батареи на машине заряжали? Что происходит при прохождении тока через электролит? Выделяются газовые пузырьки, конечно. И под конец зарядки даже можно услышать, как они лопаются при "кипении" элетролита. Так то батарея, а что будет при работе мощного МГД-движителя, морская вода ведь тоже электролит? Но помимо шума, за лодкой будет тянуться след этих пузырьков. Для надводных кораблей это не проблема, но для подводной лодки надо предусмотреть способ избавиться от такого явления. Уже созданы специальные пористые электроды, улавливающие выделяемые хлор и водород, которые дожигаются в топливных элементах.
Но даже это не главное. Чтобы достичь необходимой силы магнитного поля при ограничениях, накладываемых размерами судна и его полезной нагрузки, без применения сверхпроводимых материалов не обойтись. А это значит, что необходима мощная криогенная установка, рабочим телом которой является гелий, обладающий сверхтекучестью в жидком состоянии, что предъявляет особые требования к герметичности.
Ну и защита персонала и прочего судового оборудования от от могучих магнитных полей.
Были ли созданы рабочие МГД-генераторы? Береговые - да. В США, СССР дошли до создания опытно-промышленных установок. Но как-то это дело подзаглохло. Камнем преткновения является отсутствие материалов для стенок генератора и электродов, способных работать при возникающих запредельных температурах достаточно долгое время.
А суда с МГД-движителями существовали. В 90-х годах японцы построили вот такого красавца с громким названием "Ямато-1"
Развивал скорость до 8 узлов. Но большего пока добиться не удалось, да и дорого всё это оказалось. Название "Ямато" видимо несчастливое для японских кораблей. Новинка теперь служит экспонатом в музее.
Китайцы тоже не дремали. Китайская корпорация CSIC в середине октября 2017 года провела первые успешные испытания прототипа магнитогидродинамического двигателя, «тихого» движителя без подвижных частей для перспективных подводных лодок. Согласно заявлению CSIC, во время испытаний корабль с новой установкой смог достичь расчетной скорости. На каком именно корабле проводились испытания и какой конкретно скорости он смог достичь, не раскрывается.
На то они и китайцы. Что творится в этой области у нас - покрыто не меньшей тайной. Если творится.
Ещё о разных направлениях развития кораблестроения:
Крылатые корабли. Кто тут был первым
Можно ли задним ходом пересечь океан?
Бетонные корабли, которые никуда не поплывут
..................................................................................................
Полный каталог статей журнала здесь
