Okręty podwodne z napędem niezależnym od powietrza
Grzegorz Kolański
Przez wiele dziesięcioleci swojego istnienia, okręty podwodne były w zasadzie jednostkami nawodnymi, przystosowanymi do krótkotrwałego przebywania i prowadzenia działań pod wodą. Istotne zmiany w tej sferze przyniosły dopiero przemiany technologiczne po II wojnie światowej – przede wszystkim związane z wprowadzeniem napędu jądrowego. Wiek XXI przyniósł kolejny etap rozwoju sił podwodnych, tym razem konwencjonalnych, w postaci jednostek wykorzystujących napęd niezależny od powietrza atmosferycznego. I, podobnie jak w przypadku jednostek atomowych, dopiero te jednostki można określić jako okręty w pełni podwodne.
Obecnie okręty podwodne z napędem niezależnym od powietrza atmosferycznego (ang. AIP – Air Independent Propultion) na ogół określane są skrótem SSK. Rozwinąć go można jako Submersible Ship Hunter-Killer. Dotyczy on jednostek o napędzie spalinowo-elektrycznym, przeznaczonych do poszukiwania i zwalczania innych jednostek podwodnych lub określanych jako patrolowe. W literaturze amerykańskiej okręty z AIP oznaczane są czasem jako SSI lub SSP, gdzie „I” oraz „P” pochodzą od AIP, czym odróżnia się je od zwykłych „konwencjonalnych” jednostek spalinowo-elektrycznych. Prawdopodobnie jest to zwiastun przyszłego oddzielenia się nomenklaturowego jednostek z AIP od pozostałych SSK.
Konwencjonalne okręty z napędem niezależnym od powietrza atmosferycznego określane są jako jednostki hybrydowe. Zarówno one, jak i zwykłe okręty spalinowo-elektryczne napędzane są przez silniki elektryczne. Różnica polega na sposobie otrzymywania energii elektrycznej potrzebnej do napędu. „Zwykłe” jednostki dysponują silnikami wysokoprężnymi, dzięki którym zasilany jest silnik elektryczny, jak i ładowane są akumulatory potrzebne do cichego poruszania się pod wodą. W jednostkach z AIP „hybrydyzacja” polega na wstawieniu modułu wytwarzającego potrzebną energię elektryczną. Moduł ten umożliwia długotrwałe poruszanie się pod wodą bez potrzeby uruchamiania silników spalinowych, potrzebujących do działania zewnętrznego powietrza atmosferycznego.
Początki
Jako szczytowe osiągnięcie w dziedzinie wojny podwodnej okresu II wojny światowej można przyjąć niemieckie okręty typu XXI. Tak jak ich poprzednicy, były to jednostki spalinowo-elektryczne, ale mające czterokrotnie większy od nich zasięg podwodny. Ponadto rozwijały prędkość podwodną nieznacznie przewyższającą nawodną (około 16 węzłów), co było jednak dużym postępem w stosunku do poprzednich konstrukcji. Jednostki typu XXI zostały zaprojektowane jako okręty „tymczasowe”, mające wejść do służby zanim zakończone zostaną prace nad innym, jeszcze bardziej rewolucyjnym projektem. Projektem tym miały być okręty podwodne typu XVIII. Oprócz nowego, hydrodynamicznego kształtu kadłuba – który później odziedziczony został przez typ XXI – jednostki miały dysponować czymś znacznie bardziej przełomowym. W skład ich układu napędowego miała wchodzić turbina Waltera, będąca jednym z pierwszych rozwiązań oferujących zdolność do długotrwałego poruszania się bez konieczności ciągłego dostępu zewnętrznego powietrza atmosferycznego. Napęd z zastosowaniem rozwiązań Waltera opierał się na reakcji rozkładu perhydrolu (nadtlenek wodoru), w wyniku której otrzymywana jest para wodna i tlen. Produkty te przechodziły następnie do komory spalania, gdzie następowało podanie oleju napędowego i jego zapłon. Do komory tej podawano także wodę mającą zmniejszyć temperaturę reakcji, ale przede wszystkim chodziło o wytworzenie jak największej ilości pary wodnej. Para ta przechodziła dalej do turbiny parowej, która z kolei wytwarzała energię potrzebną do napędu okrętu. Powstały w wyniku całego procesu dwutlenek węgla wydalany był poza okręt i mieszany z otaczającą kadłub wodą. Podczas II wojny Niemcom udało się zbudować kilka jednostek podwodnych wyposażonych w ten typ napędu. W trakcie jednej z prób przeprowadzonych w rejonie Zatoki Puckiej, wyposażony w turbinę Waltera doświadczalny okręt V80 osiągnął rekordową prędkość podwodną 28 węzłów. W brytyjskim Imperial War Museum znajdują się filmy dokumentujące niemieckie próby przeprowadzane w pobliżu Helu. Do końca działań wojennych Niemcom nie udało się dopracować napędu do stanu pozwalającego na jego skuteczne zastosowanie i bojowe użycie. Po wojnie turbina Waltera badana była przez zwycięskie mocarstwa, w tym Wielką Brytanię (HMS Meteorite i jego pochodne HMS Excalibur oraz HMS Explorer) i Związek Radziecki (projekt 617). Zastosowane rozwiązania techniczne okazały się jednak dość awaryjne i niebezpieczne dla użytkowników. No i pojawił się napęd atomowy.
Do tematu nieatomowego napędu niezależnego od powietrza wrócono pod koniec wieku, gdy postęp technologiczny wskazywał na możliwe powodzenie wysiłków ukierunkowanych na konstrukcje efektywnego AIP. Ponadto, wraz z zakończeniem zimnej wojny wzrosło zainteresowanie prowadzeniem działań w wodach przybrzeżnych. W rejonach tych duże okręty podwodne z napędem atomowym mogły okazać się stosunkowo łatwe do wykrycia. Potrzebny był zatem ich odpowiednik – mniejszy i cichszy, wyposażony w napęd pozwalający na rezygnację z używania tzw. chrap, czyli przewodów doprowadzających powietrze do silników i odprowadzających spaliny. Prowadzone w różnych krajach prace rozwojowe zaowocowały powstaniem skutecznych systemów AIP, które mogą zostać podzielone na dwie grupy: systemy termiczne i elektrochemiczne.
Pełna wersja artykułu w magazynie MSiO 3-4/2018