Крупнейшей вехой в 60-летней истории ПГУ-Минсредмаша-Минатома-Росатома стало создание ядерной энергетической установки (ЯЭУ) для первой в СССР атомной подводной лодки (АПЛ). Ей в решающей степени обязано рождение подводного, а затем и надводного атомных флотов страны.
Идеи использования невиданной по концентрации ядерной энергии не только в разрушительных целях появились у наших ученых и инженеров уже в ходе создания атомного оружия. Подтверждению возможности практического осуществления этих идей способствовали разработки, сооружение и эксплуатация первых промышленных реакторов, первой в мире АЭС. Замыслы использовать ядерные источники энергии на флоте, прежде всего подводном, позволяли решить задачи создания двигателя, способного обеспечить кораблю принципиально новые качества. Время показало, что в сочетании с новыми видами вооружения ядерная энергетика коренным образом изменила стратегические, тактические и технические возможности подводного флота, его роль в Мировом океане, что привело к существенной корректировке военных доктрин ведущих стран.
Как и в разработке ядерного оружия, в создании первой АПЛ нашей стране пришлось догонять США, опережавшие СССР в строительстве и вводе в строй своей первой АПЛ «Наутилус» на 4-5 лет, догонять самостоятельно, решая, при отсутствии аналогов, множество научно-инженерных проблем в новой области реакторостроения.
Формально работы по созданию первой АПЛ начались в стране с выходом 9 сентября 1952 года Постановления № 4098-1616 Совета Министров СССР о проектировании и строительстве объекта № 627. Однако этому постановлению предшествовали проводившиеся в течение ряда лет проработки различных вариантов ядерных энергоустановок для использования на море. Они были инициированы нашими выдающимися учеными и конструкторами, работавшими над реализацией Атомного проекта СССР. Так, уже в апреле 1946 года, т.е. спустя полгода после образования ПГУ, в него поступает записка Президента АН СССР С. И. Вавилова с предложениями о развертывании исследований по использованию ядерной энергии в разных областях науки и техники. Подготовленный Академией наук и ПГУ проект постановления правительства представляется С. И. Вавиловым, И. В. Курчатовым, Б. Л. Ванниковым и М. Г. Первухиным в Спецкомитет при СМ СССР. В этом проекте уже предусматриваются проработки «…путей использования ядерных реакций для энергетических установок». Их намечается поручить Институту химической физики и Лабораториям № 2 и № 3 АН СССР с привлечением ЦКТИ и ВТИ. 13 декабря 1946 года выходит соответствующее распоряжение СМ СССР.
Более предметно вопросы «…использования тепла ядерных реакций в энергосиловых установках» рассматривались НТС ПГУ 24 марта 1947 года с участием И. В. Курчатова, Н. Н. Семенова, А. П. Завенягина, В. А. Малышева и др. Было решено приступить к научно-исследовательским и проектным работам по атомным энергосиловым установкам применительно к кораблям, самолетам, электростанциям. Определенную роль в том, что в этот перечень попали корабли, сыграли появившиеся в зарубежной печати сообщения о начале таких работ по подводным лодкам и авианосцам в США.
И все-таки приоритетной задачей Спецкомитета и начавшей создаваться атомной промышленности до конца 1940-х годов было создание ядерного оружия. Поэтому проработки энергоустановок осуществлялись малочисленными научно-инженерными группами. Некоторой поддержкой этих работ стал утвержденный СМ СССР план НИР на 1948 год, которым предусматривалась разработка предварительных проектных заданий по нескольким типам сравнительно больших по тепловой мощности (300-500 МВт) реакторов на обогащенном уране с различными замедлителями нейтронов и теплоносителями.
Что касается корабельных установок, то по инициативе И. В. Курчатова НТС ПГУ в ноябре 1949 года рассматривает и поддерживает соображения С. М. Фейнберга (ЛИП АН СССР) о возможностях создания «…атомного двигателя для кораблей (применительно к подводной лодке) в трех вариантах (водяное, газовое и металлическое охлаждение), мощность двигателя 10000 кВт на валу». В 1950-1951 гг. в ИФП АН СССР под руководством А. П. Александрова прорабатывается возможность размещения (в первую очередь по массогабаритным характеристикам) на подводной лодке ядерной двухконтурной установки с реактором, охлаждаемым гелием, тепловой мощностью 40 МВт с графитовым замедлителем. В НИИхиммаш — разработчике первых в стране промышленных реакторов «А» и «АИ» — под руководством Н. А. Доллежаля конструируют установку на базе апробированных в них типов аппаратов - канального с водяным теплоносителем и графитовым замедлителем тепловой мощностью 150 МВт (мощность турбины — 25 МВт). Позднее, уже в 1952 году, на основе этих проработок совместно с ЛИП АН СССР выпускается проектное задание на энергоустановку, работающую на гребной винт, с двумя реакторами тепловой мощностью по 65 МВт. В это же время в ЛИП АН СССР в секторах С. М. Фейнберга и В. И. Меркина прорабатывается установка с двумя водо-водяными реакторами той же тепловой мощности.
Интенсивные проработки энергоустановки для подводных лодок велись и руководимой А. И. Лейпунским группой сотрудников в Лаборатории «В» вместе с конструкторами ОКБ «Гидропресс» во главе с Б. М. Шолковичем. Они развивали идеи использования реактора на промежуточных нейтронах со свинцово-висмутовым теплоносителем, что позволяло рассчитывать на резкое снижение давления в первом контуре и высокие параметры пара во втором. Эти идеи удалось реализовать в ЯЭУ атомной подводной лодки проекта 645, построенной через 5 лет после первой АПЛ.
Другая, руководимая Д. И. Блохинцевым, группа сотрудников Лаборатории «В» работала над схемой охлаждаемого водой реактора на тепловых нейтронах, но с бериллиевым замедлителем. Она была впоследствии использована (под индексом «БМ») наряду со схемой водо-водяного реактора (индекс «ВМ») на этапах предэскизного проектирования ЯЭУ первой АПЛ.
Широкие поисковые работы по энергоустановкам позволяли ставить вопрос о начале проектирования атомной подводной лодки. В 1951 году А. П. Александров и Н. А. Доллежаль направляют соответствующие предложения высшему командованию ВМФ, но поддержки не находят. Ситуацию удается изменить с помощью В. А. Малышева (заместитель председателя СМ СССР, Министр судостроительной промышленности), и после еще одного обращения И. В. Курчатова, А. П. Александрова и Н. А. Доллежаля в правительство (1952 г.) подготавливается и подписывается И. В. Сталиным упомянутое Постановление СМ СССР. Его выход активизировал поисковые научные и конструкторские работы, определив их конечную цель, создал организационные основы необходимой кооперации участников проекта как по сферам их деятельности, так и по срокам выполнения работ. Характерно, что на ПГУ возлагается не только ответственность за решение всех вопросов, связанных с созданием и испытаниями ЯЭУ, но и общее руководство научно-исследовательскими и проектными работами по объекту № 627, т.е. первой АПЛ. При НТС ПГУ была образована специальная секция № 8 во главе с В. А. Малышевым. Научным руководителем работ по «…осуществлению объекта № 627» назначается А. П. Александров, его заместителем по «…ядерным расчетам и исследованиям» - Д. И. Блохинцев, главным конструктором «…комплексной энергетической установки» — Н. А. Доллежаль, главным конструктором объекта № 627 — В. Н. Перегудов. Признается необходимым «…для выполнения проектных, опытных и научно-исследовательских работ по созданию комплексной энергосиловой установки для объекта № 627» организовать на базе подразделений НИИхиммаша специальный Научно-исследовательский институт № 8 (НИИ-8), директором которого назначается Н. А. Доллежаль. Принимается принципиальное решение о сооружении и проведении испытаний «…опытного энергетического агрегата» (т.е. стендовой ЯЭУ) в Лаборатории «В».
Одной из особенностей постановления правительства было то, что в нем совсем не были обозначены интересы ВМФ и его участие в работах. Это необычное положение сохранялось вплоть до выпуска технического проекта АПЛ, когда перед его утверждением в правительстве к рассмотрению проекта были привлечены специалисты ВМФ. По их замечаниям проект корабля подвергся существенной корректировке.
Нетрадиционной была и организация проектных работ на первых этапах. С одной стороны, идея создания АПЛ была выдвинута и настойчиво «пробивалась» специалистами-реакторщиками, достаточно далекими по роду занятий от проблем кораблестроения, а с другой - создатели подводных лодок фактически начали знакомиться с возможностями ядерных реакторов и особенностями их применения только после выхода постановления правительства, которым разработка АПЛ поручалась СКБ-143 Минсудпрома. Поэтому под руководством В. Н. Перегудова и Ф. Ф. Полушкина (начальник отдела Минсудпрома) была сформирована (в основном из сотрудников СКБ-143) проектная группа для выполнения первоначальных проработок по лодке. Большая часть этой группы работала в НИИхиммаше (там еще долго находился НИИ-8) вместе с конструкторами реакторной установки и сотрудниками ЛИПАН СССР. В сентябре-октябре 1952 года на основе анализа выполненных ранее проработок и заданных характеристик корабля В. Н. Перегудовым, Н. А. Доллежалем и Г. А. Гасановым (руководитель СКБК-189 — разработчика парогенераторов) при активном участии И. В. Курчатова и А. П. Александрова были определены необходимые для проектирования ЯЭУ основные исходные данные — мощность, продолжительность и режимы работы, условия размещения на подводной лодке, массогабаритные ограничения и др.
Уже первые совместные с проектантами АПЛ проработки показали бесперспективность применения на лодке уран-графитового реактора из-за его чрезмерно больших массогабаритных характеристик. Вместо него, по предложению специалистов Лаборатории «В» были начаты разработки варианта установки с уже упоминавшимся реактором «БМ». Таким образом, предэскизный проект ЯЭУ представлен с двумя вариантами реакторов — «ВМ» и «БМ». Проекты ЯЭУ и самой АПЛ разрабатывались сотрудниками НИИ-8, ЛИП АН СССР, СКБ-143 и СКБК-189 и выпущены в январе 1953 года в НИИхиммаше. Сразу же предэскизный проект ЯЭУ в обоих вариантах был рассмотрен секцией № 8 НТС ПГУ, которая одобрила принципиальные основы ЯЭУ и поручила начать разработку эскизных проектов установки не только для АПЛ, но и наземного стенда.
При выполнении предэскизных проработок выявился ряд крупных научно-инженерных проблем, без решения которых невозможна практическая реализация идеи создания реакторной установки как основы энергетики подводной лодки. Такими проблемами в те годы были, например, выбор и обоснование нейтронно-физических и теплотехнических характеристик первого в нашей стране водо-водяного реактора, разработка методов и средств контроля за протекающими в нем и в установке процессами, способов управления ими, формирование с учетом корабельной специфики рациональной и эффективной радиационной защиты (ее доля в общей массе реакторной установки достигала 60-70 %), организация контроля за радиационной обстановкой на корабле, обеспечение комфортных условий работы экипажа и др.
Для решения этих проблем под руководством А. П. Александрова и Н. А. Доллежаля были развернуты крупномасштабные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы. К их выполнению, а также к разработкам оборудования и систем ЯЭУ были привлечены (помимо специалистов ЛИП АН СССР и НИИ-8) научные учреждения АН СССР, институты и конструкторские бюро различных министерств и ведомств: Лаборатория «В», НИИ-9, СКБК-189, КБ Кировского завода, ЦНИИ-45, ЦНИИ-48, ВИАМ, ОКБ-12, ЦКБ ГМ, ПКБ-12, НИИ «Проектстальконструкция», ФХИ им. Карпова и др. Во всех «корабельных» вопросах большую помощь разработчикам ЯЭУ оказывали сотрудники СКБ-143. Работая над проектом принципиально нового подводного корабля (в США приспособили под «Наутилус» обычную подводную лодку), они в то же время уделяли большое внимание ЯЭУ и обеспечивали постановку и решение многих научно-технических задач по энергетике.
В июле 1954 года к работам по созданию АПЛ и ее энергоустановки впервые привлекаются военные моряки. Рассмотрение экспертами ВМФ технического проекта лодки привело к пересмотру боевого назначения корабля и состава его вооружения, но практически не отразилось на проектах ЯЭУ и ее составных частей.
Параллельно с разработкой АПЛ и ее энергоустановки проектируется наземный стенд ЯЭУ (его индекс — 27ВМ), на котором воспроизводятся реакторный и турбинный отсеки лодки с оборудованием и системами установки правого борта. Задачи стенда — проверка работоспособности установки и ее элементов, удобства обслуживания и ремонтов, условий обитаемости в энергоотсеках, а также подготовка экипажей АПЛ. В июле 1955 года завершились основные строительные работы по зданию и сооружениям стенда, заканчивалось изготовление основного оборудования. Изготовителем турбоагрегатов для стенда, а затем для АПЛ был Кировский завод, а большей части оборудования стендовой и корабельной реакторных установок — от самих реакторов до крупных трубопроводов — завод № 92. Их рабочие чертежи разрабатывались сотрудниками возглавляемого И. И. Африкантовым заводского ОКБ вместе с откомандированной в бюро летом 1954 года большой группой конструкторов НИИ-8, чертежи механизмов СУЗ — с группой С. М. Франкштейна (ОКБ-12). Руководили разработкой рабочего проекта от ОКБ завода — Ю. Н. Кошкин и от НИИ-8 — П. А. Деленс. Технологическая отработка чертежей осуществлялась специалистами соответствующих служб завода, после чего они сразу же поступали в цеха. Параллельно разрабатывались и изготовлялись необходимые стенды и оснастка для проверки оборудования и его узлов.
На завод регулярно приезжали научный руководитель А. П. Александров и главный конструктор Н. А. Доллежаль, что позволяло конструкторам и производственникам оперативно решать возникавшие наиболее сложные вопросы. Ход рабочего проектирования и изготовления контролировался руководящими работниками Минсредмаша и Миноборонпрома, в систему которого входил завод.
К марту 1956 года вся материальная часть наземного стенда была смонтирована и подготовлена к действию, и 8 марта на стенде 27ВМ под руководством А. П. Александрова был осуществлен физический пуск реактора. В первый период эксплуатации стенда 27ВМ были проведены физические исследования активной зоны реактора, в том числе при рабочих давлениях и температурах теплоносителя, которые подтвердили проектные нейтронно-физические характеристики зоны и позволили развернуть работы по их дальнейшему усовершенствованию.
В это время уже вовсю шло строительство самой подводной лодки, закладка которой на стапеле завода № 402 в г. Северодвинске состоялась 24 сентября 1955 года. На темпы работ по строительству АПЛ практически не повлияли весьма значительные корректировки ее технического проекта и рабочей документации, сделанные по замечаниям ВМФ. Специалистам СКБ-143 удалось провести все изменения чертежей по ходу строительства с сохранением большей части имевшегося задела. Процесс строительства осложнялся другим: сказывались трудности с поставкой комплектующего корабль оборудования от многочисленных (около 80) заводов, вызванные недостатком опыта изготовления новых для нашей промышленности изделий с повышенными требованиями к качеству, освоением нетрадиционных конструкционных материалов и технологий. Да и для самого завода № 402 атомная лодка была первой, что проявлялось, например, в требовавших особого внимания работах по монтажу, сварке и контролю разветвленных трубопроводов высокого давления в реакторном отсеке. В этих обстоятельствах пригодился опыт минсредмашевских организаций, за плечами которых уже было сооружение наземного стенда 27ВМ.
В августе 1957 года первая АПЛ была спущена на воду. На ней начались пуско-наладочные работы, плавно перешедшие в швартовные испытания. 13-14 сентября того же года в реакторы было загружено ядерное топливо, после чего осуществлены их физические пуски. Руководил всеми операциями А. П. Александров, а выполняли их специалисты ИАЭ, НИИ-8, заводов №№ 402 и 92, офицеры военной приемки. 19 апреля 1958 года после завершения монтажа трубопроводов в реакторном отсеке, проверки работы турбины с подачей пара от другого корабля, окончания всех пуско-наладочных и проверочных операций офицеры-операторы первого экипажа АПЛ под контролем сотрудников ИАЭ впервые выводят на мощность установку левого борта, а через месяц — и установку правого борта. Далее последовали проверки основных параметров ЯЭУ, радиационной обстановки и т.п. Положительные результаты этих работ позволили до 5 июня 1958 г. провести под руководством межведомственной комиссии комплексные швартовные испытания энергоустановки. Мощность ее была ограничена 60 % от номинальной (выше она к тому времени не поднималась на стенде 27ВМ). Такое же ограничение действовало и в процессе ходовых испытаний АПЛ, продолжавшихся до 1 декабря 1958 года. Следует особо отметить, что при ограничении мощности ЯЭУ подводная лодка достигла скорости на мерной миле в 23,3 узла. В пересчете на номинальную мощность скорость лодки составила бы 30,2 узла против 27,2 узла, гарантированных спецификацией на корабль.
Ходовые испытания проводились правительственной комиссией под председательством заместителя Главнокомандующего ВМФ В. Н. Иванова. Научное руководство испытаниями осуществлял А. П. Александров. В энергетическую секцию комиссии, возглавляемую И. Д. Дорофеевым (ВМФ) входили Н. А. Доллежаль, В. Н. Перегудов, Г. А. Гасанов, П. А. Деленс, Н. М. Синев, Г. А. Гладков, Ю. Н. Кошкин и др. В итоговом акте комиссии, утвержденном позднее Советом Министров СССР, указывалось, что созданная в СССР атомная подводная лодка является крупнейшим отечественным научно-инженерным достижением в области подводного кораблестроения. Атомная подводная лодка передавалась в опытную эксплуатацию, а до ее начала должны быть выполнены работы по устранению ряда недостатков, отмеченных комиссией, в т.ч. и в энергоустановке.
Опытная эксплуатация первой АПЛ (ее тактический номер — К-3) продолжалась до конца 1959 года. За это время было совершено 3 выхода в море, мощность установки поднималась уже до 80 % от номинальной, проверялись и отрабатывались различные режимы эксплуатации.
После завершения опытной эксплуатации АПЛ К-3 начала использоваться и для выполнения специальных заданий командования, и для несения службы на просторах Мирового океана — нового вида боевой деятельности ВМФ. В 1962 году она совершила первый в отечественном подводном флоте поход к Северному полюсу, пройдя подо льдами Арктики 1294 мили. В 1966-1967 гг. — два автономных похода общей продолжительностью 111 суток, в 1973-1975 гг. — три похода (суммарно 149 суток). Всего со времени окончания испытаний ЯЭУ в 1958 году подводная лодка прошла 128443 мили.
Первая отечественная АПЛ (с конца 1962 года она носила имя «Ленинский комсомол») до вывода из боевого состава ВМФ прослужила без малого 30 лет.
Было бы неверным представлять себе процессы создания и последующей эксплуатации ее, а затем головной и серийных АПЛ (всего с ЯЭУ этого типа было построено 55 АПЛ) как цепь непрерывных успехов. На этом пути было множество проблем, связанных, прежде всего, с принципиально новой энергетикой, накоплением опыта эксплуатации АПЛ, становлением новых отраслей промышленности — атомного машиностроения и атомного судостроения. Вот лишь две из этих проблем начального периода эксплуатации АПЛ: малая продолжительность кампании активных зон реакторов и низкая работоспособность парогенераторов из-за потери герметичности их трубными поверхностями. Острота этих проблем определялась, в частности, тем, что они впрямую сказывались на боеспособности атомного подводного флота. Поэтому начатые организациями Минсредмаша во взаимодействии с учреждениями других ведомств еще в ходе проектирования ЯЭУ научно-исследовательские, опытно-конструкторские и технологические работы не прекратились с вводом в строй первой АПЛ. Они были развиты с повышением глубины ранее начатых исследований, с охватом новых направлений. Так, многоплановые работы по физике, теплогидравлике, прочности, материаловедению, металлургии сплавов и др., проведенные в ИАЭ, НИИ-8, НИИ-9, ВИАМ, ФЭИ с реализацией их результатов на ведущих предприятиях отрасли — заводах № 12 и «А» позволили на основе новых научно-технических решений за несколько лет в 6-7 раз увеличить продолжительность кампании активных зон, доведя ее до приемлемых для флота значений. Проблема парогенераторов решалась как путем поиска методов и средств обеспечения качества теплоносителей, омывающих их трубы (работали специалисты ИАЭ, ФХИ им. Карпова, НИИ-8), так и изысканием коррозионно-стойких материалов, улучшенных технологий изготовления, гибки, сварки труб (СКБК-189, ЦНИИ-48). Конечным результатом этих работ явилось внедрение парогенераторов с трубами из титановых сплавов, снявших эту проблему. Важнейшую роль в отработке найденных решений этих и других проблем играл стенд 27ВМ. На нем проходила апробация большинства нововведений.
Нельзя не отметить еще одну сторону выполнявшихся работ. Они не только позволили решить задачи совершенствования энергоустановок и обеспечения нормальной эксплуатации действовавших АПЛ, но и наметили пути развития ЯЭУ для подводных лодок последующих поколений, стали отправными точками для проработки и реализации новых творческих замыслов.