Инновационные технологии в военном кораблестроении – ч.1

В последние годы развитие мирового военного кораблестроения самым тесным образом связано с разработкой и внедрением широкого спектра инновационных технологий. Их применение позволяет создавать проекты боевых кораблей с беспрецедентными боевыми и техническими возможностями для ведения сетецентрических боевых действий любого масштаба и различной направленности.

• Под инновационными технологиями подразумевают как принципиально новые технологии начала XXI века, применяемые в боевых кораблях, так и технологии, применявшиеся ранее в ограниченном объеме или апробированные на опытных кораблях. Инновационные технологии сегодня внедряются в военное кораблестроение по нескольким основным направлениям:
— конструкция и архитектура;
— многофункциональность вооружение;
— энергетические установки и движители;
— защита и скрытность;
— экипаж, автоматизация и обитаемость;
— модульность и ремонтопригодность;
— создание кораблей-«интеграторов», объединяющих функции кораблей нескольких классов.

Современная конструкция и архитектура

• Инновационной технологией в архитектуре кораблей является новая форма корпуса. В подводном кораблестроении форма корпуса подводной лодки (ПЛ) за последние 40–50 лет оставалась неизменной и менялась в деталях, хотя концепций было много (ПЛ без ограждения выдвижных устройств, эллиптическая форма поперечного сечения корпуса и т. п.).

• Наиболее вероятным является создание на многоцелевых атомных подводных лодках (ПЛА) следующего поколения (после 2020 года) так называемого затопляемого отсека вооружения, где будут размещаться без ограничений по конфигурации и размерам наступательное и оборонительное вооружение, автономные необитаемые подводные аппараты (НПА) и другие средства. Отработка этой концепции проводится на ПЛА ВМС США Jimmy Carter SSN-23 (вступила в строй в 2005 году).

• В надводном кораблестроении внешние формы боевых надводных кораблей (БНК) и боевых катеров (БКА) существенно изменились. Развитие архитектурных форм современных БНК на современном этапе определяется двумя основными факторами:

— внедрением архитектурной защиты (АЗЩ) от обнаружения системами разведки и целеуказания (требования технологии «Стелс») в основном за счет снижения эффективной поверхности рассеяния (ЭПР);

— мореходностью БНК. Возросли требования к мореходным качествам, что привело к возрождению многокорпусных кораблей на качественно новом уровне.

• При модернизации кораблей постройки прошлого века использование технологий «Стелс» в корпусах, надстройках, элементах вооружения в каждом из этих сегментов дало уменьшение ЭПР в среднем в несколько раз. Сейчас основное направление в этой области — это изменение, то есть замена диаграмм вторичного рассеивания с формы «эллипс» на форму «крест», что привело к прямоугольным формам надстроек и корпусов кораблей.

• В настоящее время выработаны следующие основные методы АЗЩ:
— проектирование кораблей с низким силуэтом и лаконичной формой надстроек, прямоугольных в плане и доведенных до борта;

— устранение прямоугольных двухгранных и трехгранных уголковых конструкций, применение «развала борта» и «завала надстройки» (угол 10);

— применение радиопрозрачных композиционных материалов (РПКМ) и радиопоглощающих покрытий (РПП);

— размещение оружия под палубой в вертикальных пусковых установках (ВПУ);

— применение для радиоэлектронных средств (РЭС) антенн с фазированными антенными решетками (ФАР) и размещение антенн внутри мачт, радиопрозрачных только для своих РЭС;

— придание малоотражающих форм элементам вооружения, которые убрать с палубы невозможно, или создание выдвижных элементов вооружения и антенн;

— ликвидация мелких выступающих элементов корабельных конструкций на бортах и надстройках.

В перспективе теоретически возможные величины ЭПР некоторых БНК, где в максимальном объеме применена АЗЩ, могут иметь значения, указанные в таблице.

• Вопросы мореходности также играют существенную, но более скромную роль в формировании архитектуры корпуса. Мореходность повышается, но теряется скорость корабля. Поэтому для решения этих проблем принимается другое решение. Используют форму корпуса – «прорезающий волну», это обеспечивает высокие скорости хода, как на тихой воде, так и на развитом волнении. Однако соотношение длины корпуса к ширине при этом должно быть более 9 единиц.

• Еще одно кардинальное решение – газовыхлопную трубу с традиционного места уводят в корму корабля. Газовыхлоп в корму обеспечивает идеальные условия для размещения антенных постов радиоэлектронных средств (АП РЭС), поскольку нет воздействия газов, и использования корабельных летательных аппаратов ввиду отсутствия разнотемпературных потоков воздуха при взлете и посадке, увеличивает полезную площадь палубы и, наконец, легко обеспечивает охлаждение выхлопных газов забортной водой, что снижает аэродинамический шум и тепловую заметность. С другой стороны, это требует удлинения газоходов, что увеличивает объемы главной энергетической установки (ГЭУ) и ухудшает условия работы газотурбинных двигателей (ГТД).

• Сегодня продолжаются попытки внедрения в надводное военное кораблестроение многокорпусной архитектуры. Особенно рьяно такие попытки предпринимались в 80-х и 90-х годах. Испытания показали, что большого преимущества в многокорпусном исполнении кораблей нет. Скорость хода подобных кораблей в 45 узлов и боковая остойчивость не смогли перевесить недостатки – небольшая живучесть, ведь любое попадание в корпус приведет к потерям скорости и большим кренам.

• Вероятнее всего область применения многокорпусных кораблей будет ограничена патрульными кораблями (ПК), которые не имеют реального боевого значения, и боевыми катерами (БКА), имеющими низкую живучесть. Так, например,  Китай совместно с Австралией ведет крупномасштабное строительство ракетных катеров проекта 022 катамаранной архитектуры.

Многофункциональное вооружение

Инновационные технологии в вооружении кораблей впервые появились во второй половине 80-х годов и характеризовались следующим:

1. Создание многофункциональных комплексных систем (МФКС) управления кораблем, его оружием и вооружением, являющихся ядром системы вооружения корабля, велось на основе интеграции автоматизированных систем боевого управления и боевых информационно-управляющих систем (АСБУ/БИУС), средств обнаружения и информационного обмена, а также систем управления оружием (СУО). Примеры таких систем – CCS Mk.1, которая была создана для ПЛАРБ Ohio, а также Aegis для БНК.

2. Кроме того, на подлодках стали размещать шлюзовые камеры для обеспечения действия сил специальных операций (ССО) численностью несколько десятков человек с размещением их в специальном помещении или в торпедном отсеке. На палубу стал возможен прием спасательных подводных аппаратов, контейнеров десантно-высадочных средств или сверхмалых подводных лодок (например, ПЛА типа Virginia SSN-774).

3. Появилось интеллектуальное автономное оружие с принципом действия «выстрелил – забыл». Это реализовано в МБР, самонаводящихся торпедах, крылатых ракетах морского базирования (КРМБ), ПКР с активной РЛГСН, в ЗУР с ИКГСН и активной РЛГСН. Ожидаются на вооружение и артиллерийские управляемые снаряды дальностью действия до185 км и оборудованных приемниками ГСНС GPS.

• Реализация вертикальных ПУ, например «Кинжал» и «Форт» и вертикальных универсальных ПУ в Соединенных Штатах типа УВПУ Mk.41, дали толчок для компактного размещения вооружения на кораблях и обеспечили хорошую скорострельность. В данное время практически все боевые корабли строятся с использованием различных модификаций УВПУ.

4. Одной из важнейших инновационных технологий является создание и внедрение в систему вооружения боевых кораблей одноразовых и многоразовых беспилотных аппаратов, предназначенных для разведки в подводной среде и уничтожения мин и других объектов, одноразовых и многоразовых разведывательных и ударных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) типа Fire Scout и X-47B, дистанционно-управляемых катеров (ДУКА) типа Spartan.

• При бурном развитии ПЗРК ведение самолетами и вертолетами разведки над сушей становится опасным. Ведение этой разведки в реальном времени необходимо в интересах применения КРМБ, универсальных ПКР и дальнобойных артиллерийских снарядов для поражения малоподвижных целей (колонны войск на отдыхе, лагеря войск или террористических групп, полевые склады, огневые позиции артиллерии и ракетных частей, штабы, узлы связи, понтонные переправы и т. д.).

5. Важной инновационной технологией является применение на кораблях оружия на новых физических принципах:
— комплексы пучкового, СВЧ и лазерного оружия: разработки ведутся, но проблемы связаны с большой энергоемкостью оружия и биологической защитой экипажа носителя;

— метательное оружие – электродинамический ускоритель массы. Более известны другие названия — рельсовая пушка или кинетическое оружие. Оружие также энергоемко, но работы успешно проводятся в Соединенных Штатах. Один из успешных проектов в данной области — электромагнитная катапульта для авианосцев. Ожидается установка таких катапульт на авианосец CVN-78 «Gerald R Ford». Электромагнитные пушки призваны заменить традиционные артиллерийские установки ПРО-ПВО кораблей. Однако энергоемкость выстрела таких пушек не менее чем в пять раз превышает энергоемкость традиционных артиллерийских установок.

Энергетические установки и движители

• Инновационные технологии в энергетические установки и движители стали внедряться только в 90-х годах. В подводном кораблестроении это характеризовалось:

— внедрением ядерных реакторов с естественной циркуляцией теплоносителя на малошумных ходах с последующим переходом на постоянный ток и термоэлектрические преобразователи энергии для малошумного хода;

— доведение ресурса активной зоны ядерного реактора до ресурса подводной лодки, что позволяет исключить трудоемкую и весьма сложную операцию перезарядки реактора;

— неатомные подлодки обеспечивались технологией воздухонезависимых энергетических установок (ВНЭУ), что увеличило запас хода в пять раз. Перспективное развитие ВНЭУ — внедрение силикатных реакторов. Россия проводит эксперименты опытной установки. По мощности силикатный реактор будет меньше ядерного реактора в два раза, и не потребует биологической защиты.

— на большинстве ПЛ в качестве движителя применяется малошумный гребной винт фиксированного шага. Однако новейшие ПЛА оснащаются движителем насосного типа pump-jet. Это позволяет получить несколько лучшие акустические характеристики.

• У надводных кораблей также принимаются инновационные решения в сфере ГЭУ. По малым кораблям изменения носят незначительный характер. На крупных боевых кораблях инновационное решение – создание единой электрической ЭУ. Это позволило перейти на использование полного электродвижения. При использовании ЕЭЭУ обеспечиваются плавность регулирования оборотов гребного винта, то есть достигаются хорошие маневренные качества корабля, минимальные скорости корабля, значительное снижение уровня акустических шумов и вибрации за счет отсутствия механических передач и длинных линий валов.

• Использование ЕЭЭУ позволит сократить на 40 процентов расход топлива, по сравнению с обычными ГЭУ, что увеличит дальность хода корабля. Кстати именно переход на ЕЭЭУ даст возможность установки оружия на новом физическом принципе. Появление мощных — до 50 МВт, и малогабаритных ЕЭЭУ ожидается в районе 2015 года. Пример использования электродвижителей – британский эсминец проекта 45.

• Инновационной технологией для движителей БНК является применение винторулевых колонок (ВРК) с размещенными в них погруженными электродвигателями (ПЭД). Специалисты относят к положительным моментам таких движителей прежде всего отказ от рулей, валов и освобождение объема корпуса от машинного отделения, получение высокой маневренности и ряд других преимуществ. К отрицательным моментам – сложность обслуживания, связанную с частыми постановками кораблей в док, так как провести осмотр ПЭД на плаву невозможно. Тем не менее, на УДК Mistral и УДК Rey Juan Carlos I они размещены.

• Инновационной технологией является и внедрение водометных двигателей (ВМД) на достаточно крупные БНК класса ФР. К положительным моментам эксперты относят упрощение ГЭУ за счет отказа от сложных редукторов и рулей, легкость организации совместной работы различных двигателей, возможность совмещения газовыхлопа и струи ВМД для снижения тепловой заметности и шума. К отрицательным моментам – трудности проектирования и создания ВМД с высоким КПД.

Продолжение следует…

/Владислав Никольский – д.т.н., профессор;
Николай Новичков – к.т.н., vpk-news.ru/