เรือดำน้ำที่ทันสมัยจำนวนมากติดตั้งโรงไฟฟ้าดีเซลและไฟฟ้า อุปกรณ์ดังกล่าวมีข้อบกพร่องที่เป็นลักษณะเฉพาะซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำการค้นหาทางเลือกที่สะดวกและให้ผลกำไร ตามแนวทางปฏิบัติ ระดับเทคโนโลยีที่ทันสมัยทำให้สามารถสร้างโรงไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสำหรับเรือดำน้ำที่ไม่ใช่นิวเคลียร์ และเรากำลังพูดถึงระบบของสถาปัตยกรรมที่แตกต่างกัน
ปัญหาและแนวทางแก้ไข
ข้อเสียเปรียบหลักของเรือดำน้ำดีเซลไฟฟ้าคือความจำเป็นในการชาร์จแบตเตอรี่โดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลเป็นประจำ ในการทำเช่นนี้ เรือดำน้ำจะต้องลอยขึ้นสู่ผิวน้ำหรือเคลื่อนที่ในระดับความลึกของกล้องปริทรรศน์ ซึ่งจะเพิ่มโอกาสในการตรวจจับโดยศัตรู ในขณะเดียวกัน ระยะเวลาในการดำน้ำด้วยแบตเตอรี่มักจะไม่เกินหลายวัน
ทางเลือกที่ชัดเจนสำหรับดีเซลคือโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ แต่การใช้งานนั้นไม่สามารถทำได้และสมเหตุสมผลเสมอไป เนื่องจากความซับซ้อนและค่าใช้จ่ายสูง ในเรื่องนี้เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ผ่านมาได้มีการศึกษาปัญหาการสร้างโรงไฟฟ้าที่ไม่ขึ้นกับอากาศ (VNEU) ที่มีคุณสมบัติที่ต้องการและไม่มีข้อเสียของระบบไฟฟ้าดีเซล - ไฟฟ้า เทคโนโลยีใหม่จำนวนหนึ่งได้ถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จ และคาดว่าจะมีการใช้งานเทคโนโลยีอื่นๆ ในอนาคตอันใกล้นี้
โดยทั่วไป มีหลายวิธีในการสร้าง VNEU ประการแรกเกี่ยวข้องกับการสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลขึ้นใหม่โดยใช้เครื่องยนต์อื่นที่มีความต้องการอากาศที่เข้ามาน้อยกว่า ประการที่สองเสนอการผลิตไฟฟ้าโดยใช้สิ่งที่เรียกว่า เซลล์เชื้อเพลิง. ประการที่สามคือการปรับปรุงแบตเตอรี่ จนถึงการปฏิเสธของรุ่นของตัวเอง
ทางเลือกของสเตอร์ลิง
เรือดำน้ำที่ไม่ใช่นิวเคลียร์ลำแรกที่มี VNEU เต็มเปี่ยมซึ่งเข้าประจำการในปี 1996 คือเรือ Gotland ของสวีเดน เรือดำน้ำลำนี้มีความยาว 60 ม. และระวางขับน้ำ 1,600 ตัน และยังมีท่อตอร์ปิโด 6 ท่อสองลำกล้อง โรงไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยใช้ดีเซลไฟฟ้ามาตรฐานและเสริมด้วยส่วนประกอบใหม่
การวิ่งบนพื้นผิวและการผลิตไฟฟ้านั้นมาจากดีเซล MTU 16V-396 สองตัว และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า Hedemora V12A / 15-Ub หนึ่งคู่ ใบพัดในทุกโหมดขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า ในตำแหน่งที่จมอยู่ใต้น้ำ เรือดำน้ำแทนที่จะสตาร์ทเครื่องยนต์สเตอร์ลิงของประเภท Kockums v4-275R โดยใช้เชื้อเพลิงเหลวและออกซิเจนเหลว สำรองของหลังช่วยให้คุณอยู่ใต้น้ำได้นานถึง 30 วันโดยไม่จำเป็นต้องขึ้นไป นอกจากนี้ เครื่องยนต์สเตอร์ลิงยังมีเสียงดังน้อยกว่าและไม่เปิดหน้ากากเรือดำน้ำด้วย
เรือดำน้ำใหม่สามลำถูกสร้างขึ้นตามโครงการ Gotland; อาคารที่สองและสามได้รับมอบหมายในปี 1997 ในตอนต้นของยุค 2000 โครงการที่มีรหัสSödermanlandได้ถูกนำมาใช้ จัดทำขึ้นเพื่อความทันสมัยของเรือดำน้ำดีเซลไฟฟ้าสองลำของประเภทVästergötlandด้วยการติดตั้ง VNEU จากโครงการ Gotland ญี่ปุ่นเริ่มสนใจการพัฒนาของสวีเดน ภายใต้ใบอนุญาต เธอประกอบ VNEU สำหรับเรือดำน้ำประเภท "โซริว" เนื่องจากขนาดและการเคลื่อนย้ายที่ใหญ่ เรือดำน้ำของญี่ปุ่นจึงมีเครื่องยนต์ v4-275R สี่เครื่องในคราวเดียว
กังหันดำน้ำ
ในระหว่างการพัฒนาโครงการ Scorpène ผู้ต่อเรือชาวฝรั่งเศสได้เสนอ VNEU เวอร์ชันของตนเองโดยใช้เครื่องยนต์ทางเลือก การติดตั้งดังกล่าว เรียกว่า Module d'Energie Sous-Marine Autonome (MESMA) ได้รับการเสนอให้แก่ลูกค้าที่มีศักยภาพเพื่อใช้กับเรือดำน้ำที่สร้างขึ้นใหม่
โครงการ MESMA เสนอเครื่องยนต์กังหันไอน้ำพิเศษที่ขับเคลื่อนด้วยเอธานอลและอากาศอัดการเผาไหม้ของส่วนผสมของแอลกอฮอล์และอากาศควรจะผลิตไอน้ำสำหรับกังหันที่ขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ในรูปของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำภายใต้ความกดอากาศสูงได้รับการเสนอให้ปล่อยลงน้ำตลอดช่วงความลึกในการทำงาน จากการคำนวณพบว่า เรือดำน้ำ Scorpène ที่มี VNEU MESMA สามารถอยู่ใต้น้ำได้นานถึง 21 วัน
มีการเสนอโรงงาน MESMA ให้กับลูกค้าหลายราย ตัวอย่างเช่น มีการวางแผนที่จะใช้ในโครงการ Scorpène-Kalvari สำหรับอินเดีย อย่างไรก็ตาม โรงงานนำร่องแสดงประสิทธิภาพไม่เพียงพอ และความสนใจในโครงการลดลงอย่างรวดเร็ว เป็นผลให้เรือดำน้ำดีเซลไฟฟ้าฝรั่งเศสใหม่ยังคงติดตั้งเครื่องยนต์ดีเซลแม้ว่านักพัฒนาได้ประกาศความทันสมัยใหม่แล้วด้วยการเปิดตัวโซลูชั่นอื่น ๆ ที่มีแนวโน้ม
ในปี 2019 บริษัทต่อเรือของรัสเซียได้ประกาศการพัฒนา VNEU ใหม่โดยพื้นฐานโดยใช้เครื่องยนต์กังหันก๊าซแบบวงจรปิด ประกอบด้วยถังสำหรับออกซิเจนเหลว ซึ่งระเหยและจ่ายให้กับเครื่องยนต์ ก๊าซไอเสียถูกเสนอให้แช่แข็งและขับออกเมื่อพื้นผิวในบริเวณที่ปลอดภัยเท่านั้น VNEU ที่คล้ายกันกำลังได้รับการพัฒนาภายใต้กรอบของโครงการ P-750B
เซลล์เชื้อเพลิง
ในตอนท้ายของยุค เยอรมนีได้สร้าง VNEU เวอร์ชันของตนเอง ในปี 2541 การก่อสร้างเริ่มขึ้นบนเรือดำน้ำหลักของโครงการ Type 212 ใหม่ ซึ่งติดตั้งระบบที่คล้ายคลึงกัน โครงการของเยอรมันเกี่ยวข้องกับการใช้ระบบ Siemens SINAVY ซึ่งรวมมอเตอร์ไฟฟ้าและเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน สำหรับการเคลื่อนที่บนพื้นผิว เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลยังคงอยู่
คอมเพล็กซ์ SINAVY ประกอบด้วยเซลล์เชื้อเพลิงสำหรับการแลกเปลี่ยนโปรตอนของ Siemens PEM โดยอิงจากเมทัลไฮไดรด์จากถังออกซิเจนเหลว เพื่อเพิ่มความปลอดภัย ภาชนะบรรจุโลหะไฮไดรด์และออกซิเจนจะอยู่ในช่องว่างระหว่างตัวเรือนที่ทนทานและน้ำหนักเบา ระหว่างการทำงานของ VNEU ไฮโดรเจนที่ได้จากโลหะไฮไดรด์พร้อมกับออกซิเจนจะถูกส่งไปยังเมมเบรนและอิเล็กโทรดแบบพิเศษซึ่งจะสร้างกระแส
ความเป็นอิสระของเรือดำน้ำ "212" ถึง 30 วัน ข้อได้เปรียบที่สำคัญของ VNEU SINAVY คือแทบไม่มีเสียงรบกวนระหว่างการทำงานที่มีประสิทธิภาพสูงเพียงพอ ในขณะเดียวกันก็ยากที่จะผลิตและใช้งาน และยังมีข้อเสียอื่นๆ
เรือดำน้ำ 212 ลำถูกสร้างขึ้นสำหรับกองทัพเรือเยอรมัน ในปี 2549-2560 เรือสี่ลำเหล่านี้เข้าประจำการในกองเรือสเปน บนพื้นฐานของ "212" โครงการ "214" ถูกสร้างขึ้นซึ่งมีไว้สำหรับการรักษา VNEU ที่มีอยู่ เรือดำน้ำดังกล่าวเป็นที่นิยมอย่างมากในตลาดต่างประเทศ คำสั่งซื้อที่ได้รับจากสี่ประเทศสำหรับเรือมากกว่า 20 ลำ มีการสร้างและส่งมอบเรือให้กับลูกค้าแล้ว 15 ลำ
ควรสังเกตว่า VNEU จากเซลล์เชื้อเพลิงกำลังได้รับการพัฒนาไม่เฉพาะในเยอรมนีเท่านั้น ควบคู่ไปกับโครงการ MESMA ในฝรั่งเศส ได้มีการพัฒนาเรือดำน้ำ Scorpène รุ่นต่างๆ ที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงขึ้น เป็นเรือดำน้ำเหล่านี้ที่ขายให้กับอินเดีย ขณะนี้มีการสร้างองค์ประกอบของคนรุ่นใหม่ ก่อนหน้านี้มีรายงานว่าเซลล์เชื้อเพลิงกำลังได้รับการพัฒนาในรัสเซีย VNEU ประเภทนี้ผ่านการทดสอบบัลลังก์แล้ว และในอนาคตจะมีการทดสอบบนเรือทดลอง
เรือดำน้ำขับเคลื่อนด้วยแบตเตอรี่
การปรากฏตัวของเครื่องยนต์และวิธีการสร้างใหม่โดยพื้นฐานไม่ได้กีดกันความจำเป็นในการพัฒนาเทคโนโลยีและหน่วยงานที่มีอยู่ต่อไป ดังนั้นแบตเตอรี่จัดเก็บข้อมูลประเภทที่รู้จักและเชี่ยวชาญอยู่แล้วจึงมีมูลค่าสูง ในโครงการที่มีแนวโน้มว่าจะเป็นแหล่งพลังงานเพียงแหล่งเดียวสำหรับทุกระบบ
มีการสังเกตกระบวนการที่น่าสงสัยในการต่อเรือของญี่ปุ่น ญี่ปุ่นเป็นหนึ่งในประเทศแรก ๆ ที่เชี่ยวชาญ VNEU ด้วยเครื่องยนต์สเตอร์ลิง แต่ในปี 2558 และ 2560 เรือดำน้ำสองลำของโครงการ Soryu ที่ดัดแปลงถูกวางโดยไม่มีระบบดังกล่าว มีพื้นที่สำหรับแบตเตอรี่มาตรฐานและหน่วย VNEU สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ทันสมัย ด้วยเหตุนี้ ระยะเวลาในการดำน้ำจึงเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่รุ่นก่อน
ตั้งแต่ 2018การก่อสร้างเรือดำน้ำของโครงการ Taigei ใหม่ ซึ่งเดิมพัฒนาขึ้นโดยใช้การติดตั้งดีเซลไฟฟ้าและแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกำลังอยู่ในระหว่างดำเนินการ เรือลำหลักของโครงการใหม่ได้เปิดตัวแล้ว และอีกสองลำอยู่ระหว่างการก่อสร้างตั้งแต่ปีที่แล้ว โดยรวมแล้วมีการวางแผนที่จะสร้างเรือดำน้ำเจ็ดลำที่ได้รับการยอมรับในการให้บริการตั้งแต่ปี 2565
มีหลายโครงการของเรือดำน้ำขนาดเล็กพิเศษที่ติดตั้งแบตเตอรี่เท่านั้น ในอนาคต สถาปัตยกรรมนี้อาจพบแอปพลิเคชันในโครงการ "ขนาดใหญ่" เมื่อเร็วๆ นี้ บริษัทต่อเรือชาวฝรั่งเศสได้นำเสนอโครงการแนวคิด SMX31E ซึ่งรวมเอาการตัดสินใจที่กล้าหาญที่สุดไว้มากมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเรือดำน้ำได้รับเฉพาะแบตเตอรี่ที่มีการจัดวางในปริมาณที่มีอยู่ทั้งหมดรวมถึง ระหว่างตัวเครื่องที่ทนทานและน้ำหนักเบา ต้องชาร์จแบตเตอรี่ที่ฐานก่อนออกทะเล
คาดว่าเมื่อชาร์จเต็มแล้ว SMX31E จะสามารถจมอยู่ใต้น้ำได้ 30-60 วัน ขึ้นอยู่กับความเร็วในการขับขี่และการใช้พลังงานทั้งหมด ในเวลาเดียวกัน มีการวางแผนเพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์มาตรฐานและเพิ่มเติมทั้งหมด คอมเพล็กซ์ ฯลฯ สามารถใช้งานได้อย่างสมบูรณ์
ในกระบวนการวิวัฒนาการ
ดังนั้น ในทศวรรษที่ผ่านมา มีความก้าวหน้าอย่างมากในด้าน VNEU สำหรับเรือดำน้ำที่ไม่ใช่นิวเคลียร์ ตัวแปรต่างๆ ของระบบดังกล่าวที่มีคุณสมบัติและข้อดีบางประการได้รับการพัฒนา ทดสอบ นำเข้าสู่โครงการและนำไปใช้งาน อย่างไรก็ตาม แม้แต่การติดตั้งที่ไม่ขึ้นกับอากาศล่าสุดก็มีข้อเสียบางประการ พวกเขายังคงซับซ้อนและมีราคาแพงทั้งในการผลิตและใช้งาน
แม้จะมีข้อได้เปรียบในลักษณะทางยุทธวิธีและทางเทคนิค แต่เรือดำน้ำที่ไม่ใช่เรือดำน้ำที่มี VNEU ยังไม่สามารถแทนที่เรือดำน้ำดีเซลไฟฟ้าของสถาปัตยกรรม "ดั้งเดิม" ได้ ยิ่งกว่านั้นหลังกำลังพัฒนาและใช้เทคโนโลยีและส่วนประกอบที่ทันสมัยที่สุด ตัวอย่างที่โดดเด่นของการแข่งขันระหว่างคลาสต่างๆ คือการพัฒนากองเรือดำน้ำของญี่ปุ่น ซึ่งกลับสู่โครงการดีเซลไฟฟ้าในระดับเทคนิคใหม่
เห็นได้ชัดว่าการแข่งขันระหว่างการติดตั้งแบบไม่ใช้อากาศและดีเซลไฟฟ้าจะดำเนินต่อไปในอนาคตอันใกล้ และยังไม่มีที่ชื่นชอบที่ชัดเจน ในขณะเดียวกัน ก็เห็นได้ชัดว่ากองทัพเรือของโลกเป็นผู้ชนะ พวกเขาได้รับโอกาสในการเลือกตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับโรงไฟฟ้าที่ตรงตามความต้องการทั้งหมด