Человек и атомоход. Как «Ленин» совершил революцию в Арктике

Расщепление атома

Освоение Арктики в первой половине прошлого столетия — это история о подвигах и трагедиях, в результате которых десятки судов остались захороненными подо льдами. Доступ к Северному морскому пути (СМП) обеспечивали ледоколы, но даже они не справлялись с тяжёлыми ледовыми условиями. В борьбе со стихией суда тех лет неизменно проигрывали из-за недостаточной мощности двигателей и ограниченных топливных ресурсов. Стоить вспомнить, к примеру, пароход «Челюскин», который был окружён сплошными льдами и, в конце концов, раздавлен.

Революцию в энергетике произвело расщепление атома. Советские учёные, занимавшиеся ядерной программой, задумались об иных возможностях энергии атома, более мирных.

В августе 1949 года прошли испытания атомной бомбы РДС-1, а уже в ноябре Игорь Курчатов, один из основоположников развития «мирного атома», поддержал идею о создании атомного двигателя для подводного флота. Опыт, полученный при постройке ядерной энергоустановки для атомной подлодки «Ленинский комсомол», пригодился при строительстве ледоколов нового типа.

День рождения атомного ледокольного флота

Главной проблемой дизельных ледоколов был ограниченный запас топлива: самые мощные сжигали несколько тонн нефти в час, и горючего хватало лишь на месяц. В ноябре 1953 года было принято постановление о начале строительства атомного ледокола с умопомрачительной автономностью. Такого, который был способен идти во льдах СМП круглый год.

Проект «Ленин» разработало ленинградское конструкторское бюро, известное сейчас как «Айсберг». Атомная энергоустановка создавалась в «Опытном Конструкторском Бюро Машиностроения», которым руководил Игорь Африкантов. Курчатов же принял научное руководство над проектом ядерного реактора.

Киль первого в мире атомного ледокола заложили 17 июля 1956 года на стапелях ленинградского Адмиралтейского завода. Благодаря правильной, чёткой организации работы многочисленных коллективов, строительство судна, сочетавшего в себе новейшие технологии, шло уверенными темпами.

Торжественный спуск на воду состоялся уже в декабре 1957 года. После монтажа ядерной силовой установки и испытаний третьего декабря 1959 года на «Ленине» был поднят флаг Советского Союза, ознаменовавший день рождения единственного в мире атомного ледокольного флота СССР и России.

Движимый атомом

Первая ядерная силовая установка «Ленина» состояла из трёх атомных паропроводящих установок (АППУ) ОК-150 номинальной мощностью 90 МВт каждая. Мощность на винтах равнялась 44 000 л.с, за счёт чего судно водоизмещением 16 000 тонн достигало скорости в 18 узлов. Проламывать ледовый покров толщиной до 2,5 метров позволяла особая конструкция носовой части, а также защита винтов и рулей. Кроме того, на случай окружения льдами ледокол был оборудован балластами по бортам. При перекачке воды с борта на борт «Ленин» раскачивался и разламывал корпусом лёд.

В активной зоне реактора происходила реакция деления ядер изотопов урана. В качестве топлива применялся диоксид урана, обогащённый ураном-235. Процент обогащения топлива в реакторе №1 составлял 6,5%, тогда как в двух других этот показатель не превышал 5%.

Двуокись урана — самое распространённое химическое соединение, использующееся в качестве ядерного топлива. Важнейшим свойством этого вещества является то, что оно менее подвержено распуханию при нагревании. Кроме того, при высоких температурах диоксид урана не взаимодействует ни с цирконием, ни с нержавеющей сталью. А и то, и другое было частью элементов конструкции активной зоны. Потребление урана в ядерных реакторах «Ленина» было снижено в полтора раза.

Компоновка энергоустановки была петлевой, то есть основное оборудование располагалось по отдельности, а корпусы соединялись трубопроводами. В центральной области каждого корпуса размещалась активная зона, которая была окружена барабанами (обечайками). Причём оболочка первого реактора была изготовлена из нержавеющей стали, а второго и третьего из гидрида циркония, служившего, наравне с водой, замедлителем нейтронов, что необходимо для контроля скорости ядерных реакций. Отсутствие же замедления приводит к неконтролируемой цепной реакции и последующему ядерному взрыву.

Между обечайками под давлением в 160 атмосфер и при температуре 250-325 градусов циркулировала вода, выступавшая в роли не только замедлителя нейтронов, но и теплоносителя.

Сама активная зона реактора представляла собой 219 рабочих каналов (тепловыделяющих сборок), состоящих из пучков цилиндрических тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов). ТВЭЛы размещались в трубах из циркониевого сплава, в них же находились небольшие таблетки из двуокиси урана.

При тепловой мощности в 55 МВт время работы реакторной установки составляло 400 дней. Расход ядерного топлива в день был равен 45 граммам, или трём столовым ложкам.

Первый поход и первая авария

Первый в мире атомный ледокол был укомплектован самым опытным экипажем. Первый поход, начавшийся в августе 1960 года, продлился почти 3,5 месяца. В экспериментальном режиме «Ленин» прошёл 10 000 морских миль и провёл почти 100 грузовых судов.

За последующие пять лет эксплуатации ядерной энергоустановки ледокола, который, к слову, за это время прошёл свыше 80 000 тысяч миль, были выявлены её конструкционные недостатки. В феврале 1965 года на борту судна произошла первая авария. В результате ошибки операторов вода перестала охлаждать активную зону второго реактора, из-за чего больше половины всех тепловыделяющих сборок вышли из строя. Герметичный контейнер с отработанным ядерным топливом впоследствии затопили близ архипелага Новая Земля.

В сентябре того же года обнаружили проблему уже с третьим реактором —  нержавеющий экран одного из парогенераторов, который должен был защищать корпус от коррозии, начал протекать. Течь не позволяла парогенератору работать в полную мощность, и его заменили.

В начале 1966 года на борту атомохода произошёл пожар, чуть было не приведший к трагедии, но благодаря самоотверженности экипажа огонь удалось потушить. Причиной возгорания стали нарушения техники безопасности при сварочных работах.

Спустя полгода нашли еще одну течь, однако уже не на парогенераторе, а прямо на корпусе первого реактора. Его следовало полностью заменить, однако такие работы означали его разгерметизацию, что неминуемо привело бы к тяжёлой радиационной обстановке и большим рискам.

Дыра в днище

Участившиеся случаи утечки и низкая ремонтопригодность подтолкнули руководство полностью поменять энергоустановку. Трёхреакторную установку с реакторами ОК-150 сменила новая, состоящая из двух реакторов ОК-900, которые были разработаны для атомных ледоколов типа «Арктика». Однако удалить блок ядерной установки общим весом в 3 700 тонн традиционным способом — сверху через палубу или с борта — не представлялось возможным.

Было решено вырезать днище судна и выгрузить силовую установку прямо на месте захоронения. «Ленин» отправился в залив Цивольки в Новой Земле, где и начались работы по демонтажу реакторов. Через две недели корабль отбуксировали в Мурманск.

Для восстановления корпуса советские инженеры нашли оригинальное решение. Новую секцию днища установили в притопленном доке прямо под ледоколом. Когда в док начала поступать вода, новая секция вошла в вырез днища атомохода, после чего производилась её сварка с основным корпусом.

Для установки АППУ ОК-900 пришлось полностью переоборудовать треть всех помещений. В ходе модернизации судно получило свыше 6 000 новых образцов оборудования и механизмов. Ввиду уменьшения количества реакторов при тех же лошадиных силах, их номинальная мощность возросла до 159 МВт. Кроме того, новая силовая установка имела блочную компоновку, исключавшую длинные трубопроводы. Также возросла ремонтопригодность благодаря более доступным узлам и съёмным элементам биологической защиты.

Живее всех живых

Реакторы ОК-900 были успешно запущены 22 апреля 1970 года, в столетнюю годовщину рождения Владимира Ильича Ленина. К июню капитальная модернизация «Ленина» была практически завершена, и из Мурманска вышел, можно сказать, новый атомоход. Ему предстояло провести в море ещё добрых 19 лет.

В 1989 году первый атомный ледокол вывели из эксплуатации. За 30-летнюю службу «Ленин» провёл сквозь льды Арктики 3 741 судно и прошёл 650 000 морских миль.

В год 50-летия атомного ледокольного флота, в 2009 году, на «Ленине» открылся музей. А четыре года назад легендарный ледокол стал объектом культурного наследия.

Материал подготовлен волонтёрской редакцией WoWS