Вооруженные силы США имеют самый сильный и самый разноплановый военно-морской флот в мире. Американский флот авианосцев настолько велик, что делает ВМФ своей страны вторым по размерам в мире, уступая только действующим ВВС США. Один авианосец класса «Нимиц», такой как «Рональд Рейган», корабль с ядерным двигателем стоимостью 6,2 миллиарда долларов, способен перевозить вдвое больше самолетов, чем любой другой иностранный корабль. Удивительно, но во время военных игр 2005 года его потопила одна-единственная шведская дизельная подводная лодка.
Подлодка, стоившая 100 миллионов долларов подобно самолету Ф-35, сумела пробраться мимо всей тактической группы авианосца, снабженной системой противолодочной обороны, войти в «красную зону» и выпустить по «Рейгану» несколько торпед, а затем скрыться в океанских водах. Это были лишь одни из тех учений, в ходе которых шведская подлодка типа «Готланд» не была замечена крупнейшим военно-морским флотом планеты. Новая подлодка оказалась столь угрожающей, что армия США взяла ее в аренду еще на один год с целью выработки стратегии отражения бесшумных атак.
В чем же состоит отличие «Готланда» от других подлодок? Главным инструментом для определения местонахождения вражеских подлодок является сонар. По сути он представляет собой точно настроенное «ухо», работающее по принципу эхолокации кита или дельфина для создания вокруг себя 3D-карты океана. Подлодка оснащена активным гидролокатором, который посылает акустический импульс и «прислушивается» к его отражению, но в ходе военных действий данная стратегия нецелесообразна, поскольку этот импульс легко засекается врагом и способствует определению вашего точного местоположения, поэтому на войне в ход идет в основном пассивный гидролокатор, при котором подлодка не издает ни звука.
Шведам удалось построить настолько бесшумную подлодку, что обнаружить ее с помощью пассивного сонара практически невозможно. Как же они это сделали, учитывая столь невысокие затраты?
«Готланд» стал первой подлодкой в мире, работающей на двигателе Стирлинга. Он был создан и запатентован Робертом Стирлингом еще в 1816 году. Вдохновленный взрывами парогенераторов высокого давления в начале промышленной революции, Стирлинг задался целью создать более безопасный двигатель, которому столь высокое давление будет ни к чему. Он сконструировал закрытый цилиндр, содержавший некое фиксированное количество постоянно находящегося внутри газа. На одном конце поршневого цилиндра располагалось большое пустое пространство, создававшее относительно постоянное давление, а на другом конце фиксировались колебания давления вследствие чередующихся циклов нагрева. Когда внешняя часть цилиндра нагревается, давление повышается, и поршень начинает двигаться с целью его нормализации. Затем при охлаждении внешней части цилиндра давление падает, и поршень вновь начинает двигаться.
Это и есть основной цикл изменения давления для создания механического действия. Но данная система зарекомендовала себя до безумия неэффективной, поскольку бóльшая часть энергии теряется при охлаждении и уходит в стенки цилиндра. Роберт Стирлинг решил эту проблему, добавив поплавковый клапан, способный направлять газ из одного конца цилиндра в другой, при этом один из них остается горячим, а другой — холодным. Таким образом, стенки цилиндра более не подвергались изменениям температуры. Здесь цикл изменения давления работает немного иначе. Сначала воздух в горячем конце цилиндра расширяется и заставляет поплавок вступать в контакт с силовым поршнем, перемещая из холодного конца больше воздуха для нагрева и расширения и приводя силовой поршень в действие. Воздуху из горячего конца деваться некуда, кроме как в холодную часть, где он охлаждается и сокращается, продолжая двигать поршень. Так начинается новый цикл изменения давления.
Эффективность данной системы можно повысить путем помещения своего рода термобатареи в камеры между горячим и холодным концами цилиндра. Это сберегает огромное количество тепла, которое в ином случае было бы потеряно в ходе цикла охлаждения. Роберт Стирлинг назвал это регенератором. Теперь мы знаем принцип устройства данного двигателя. Встроенная система охлаждения и нагревательная камера создают еще больший перепад температур для запуска двигателя, а повышать производительность можно с помощью увеличения количества камер, соединяющих горячее и холодное пространства, а также количества регенераторов и добавления пластин для увеличения площади поверхности этих камер с целью обеспечения теплообмена.
Через некоторое время двигатели Стирлинга остались не у дел, поскольку благодаря доступности более прочной стали в разы возросла безопасность парогенераторов, но в последние десятилетия они снова вернулись в строй, а одним из самых известных сфер их применения стали подлодки типа «Готланд». Каждый аппарат оснащен двумя такими двигателями, работающими на дизельном топливе и жидком кислороде, запуская, в свою очередь, 75-киловатнаые генераторы подлодки. Такие генераторы могут как непосредственно воздействовать на электродвигатель, так и заряжать батареи с целью существенного увеличения скорости в случае необходимости. Все это время выхлопы сжимаются и остаются на борту, позволяя «Готланду» находиться под водой до двух недель подряд — намного дольше любой другой дизельной подводной лодки.
Что же обуславливает ее бесшумность в сравнении с другими? Не нужно объяснять, что использование двигателя внутреннего сгорания с его микровзрывами вызывает некоторый шум. К тому же атомные подводные лодки стоимостью несколько миллиардов долларов вынуждены перекачивать огромное количество охлаждающей жидкости с целью предотвращения разрушения реакторов, издавая при этом достаточно шума для обнаружения пассивным гидролокатором в определенном радиусе.
Вдобавок ко всему, согласно недавно рассекреченным разведданным, на российских подлодках используются инструменты для обнаружения еле заметных следов радиации, которые остаются на пути следования атомных подлодок, что дает шведскому аппарату еще больше шансов избежать обнаружения. Просто потрясающее применение законов термодинамики!
