Tàu ngầm hạt nhân

Tàu ngầm hạt nhân (tiếng Anh: Nuclear submarine) là một loại tàu ngầm vận hành nhờ năng lượng của phản ứng hạt nhân. Loại tàu ngầm này có những lợi thế về hiệu năng hoạt động so với tàu ngầm thông thường (loại điện-diesel) rất đáng kể. Nhờ có sự đẩy hạt nhân, mà loại tàu này không còn phụ thuộc vào sự đẩy không khí, do đó tàu ngầm không nhất thiết phải nổi lên mặt nước thường xuyên. Mặt khác, với nguồn năng lượng khổng lồ từ hạt nhân, tàu ngầm hạt nhân có thể vận hành tốc độ cao trong một thời gian dài, và thời gian tiêu thụ nhiên liệu cũng được mở rộng, chỉ trừ trường hợp phải tiếp tế đồ ăn. Với thế hệ tàu ngầm hạt nhân hiện tại thì nó có thể vận hành trong 25 năm liên tục mà không phải nạp nhiên liệu. Trái lại, với nguồn năng lượng hạn chế của các pin điện, thì ngay cả tàu ngầm tiên tiến nhất loại thường cũng chỉ hoạt động được vài ngày ở tốc độ thấp, và vài giờ ở tốc độ cao; những tiến bộ về bộ phận đẩy không khí gần đây đã làm giảm thiểu bất lợi này. Thế nhưng, hiện chỉ có một vài quốc gia chế tạo tàu ngầm hạt nhân vì chi phí cho công nghệ hạt nhân là rất cao. Mặt khác, đã có một vài tai nạn hạt nhân thảm khốc, đã làm ảnh hưởng xấu tới việc chế tạo tàu ngầm hạt nhân của Liên Xô.

Lịch sử

Ý tưởng chế tạo một loại tàu ngầm chạy bằng hạt nhân được khởi xưởng bởi phòng thí nghiệm nghiên cứu hải quân của Ross Gunn trong năm 1939.
Năm 1954, Mỹ đã cho ra đời tàu USS Nautilus, tàu ngầm hạt nhân đầu tiên. Nautilus có thể ở dưới nước tới 4 tháng mà không cần phải nổi lên mặt nước.
Sự khởi công tàu Nautilus đã trở nên có thể nhờ sự thành công của bộ phận đẩy hạt nhân phát triển bởi 1 nhóm các nhà khoa học và kỹ sư của Hội Hạt nhân Hải quân của Cục đóng tàu và hiệp hội Năng lượng nguyên tử của Mỹ. Trong năm 1951, Quốc hội Mỹ đã cho phép xây dựng tàu ngầm hạt nhân đầu tiên trên thế giới, dưới sự chỉ huy của Đại húy Hyman G.Rickover, USN
Tập đoàn Westinghouse đảm nhiệm công việc thiết lập lò phản ứng. Sau khi hoàn thành, Mamie Eisenhower đã ăn mừng bằng một chai champagne trên mũi con tàu. Vào ngày 17/1/1955, con tàu được hạ thủy để chạy thử sau khi rời cảng Gorton, Connecicut. Tàu Nautilus có chiều dài 320 feet (98 m), chi phí tốn 55 triệu USD.
Trong thập niên 50, Liên Xô cũng đã theo Mỹ trong việc chế tạo tàu ngầm hạt nhân. Dựa trên sự phái triển của tàu Nautilus, Liên Xô tiến hành chế tạo lò phản hứng trong đầu thập niên 50 tại Viện Vật lý và Năng lượng, ở OBninsk, dưới sự chỉ huy của Ântoliy P. Alexandrov, sau này trở thành viện nghiên cứu Kurchatov. Năm 1956, bộ phận đẩy đầu tiên của Liên Xô được thiết kể bởi đội của ông cho tiến hành chạy thử. Trong khi đó, nhóm của Vladimir N. Peregudov thì chế tạo phần thân tàu.
Vượt qua mọi chướng ngại, bao gồm vấn đề về bộ phát bằng hơi nước, rò rỉ phóng xạ, và những khó khăn khác, tàu ngầm hạt nhân mang tên K-3 "Leninskiy Komsomol" của dự án 627 lớp "Kit", còn gọi là lớp November của NATO đã được đưa vào hoạt động vào Hải quân Liên Xô trong năm 1958.
Với năng lượng hạt nhân, việc chế tạo bộ phận đẩy cho tên lửa đạn đạo tàu ngầm chiến lược trở nên lý tưởng, nhờ đó tăng khả năng giữ dưới nước và không bị phát hiện. tàu ngầm hạt nhân với tên lửa đạn đạo chiến lược đầu tiên có tên là USS George Washington (SSBN-598) với 16 quả tên lửa Polaris A-1. Liên Xô cũng đã có một vài tàu ngầm hạt nhân trong dự án 629 (lớp Golf), và chỉ sau 1 năm, tàu ngầm K-19 của dự án 658 (lớp Hotel) đã được hoạt động lần đầu vào tháng 11-1960.

Công nghệ của tàu ngầm hạt nhân

Điểm khác biệt chính giữa tàu ngầm hạt nhân loại thường và loại hạt nhân là ở hệ thống phát năng lượng. Tàu ngầm hạt nhân sử dụng lò phản ứng hạt nhân cho việc phát năng lượng. Các lò phản ứng còn có thể cung cấp điện cho motor điện nối với chân vịt hoặc sử dụng phản ứng tỏa nhiệt để sản xuất hơi nước, phục vụ cho việc quay turbine hơi nước. Các lò phản ứng sử dụng nhiên liệu đã được làm giàu uranium 235 (thường hơn 20%), nhờ đó mà sẽ sản sinh ra một lượng công suất khổng lồ, giúp cho tàu ngầm hạt nhân có thể vận hành trong thời gian dài - điều mà khó có thể thực hiện do vị trí của lò phản ứng có thể nguy hiểm vì áp suất lớn của thân tàu.
Lò phản ứng hạt nhân cũng có thể cung cấp nguồn cho các hệ thống ngầm khác, như là cân bằng dưỡng khí, sản xuất nước uống bằng việc bỏ muối từ nước biể̀n, điều chỉnh áp suát và vân vân. Tất cả các lò của hải quân hiện tại đều vận hành với máy phát diesel và hệ thống khôi phục nguồn. Những động cơ này có khả năng cung cấp nguồn điện khẩn cấp phòng khi lò quá tải nhiệt, cũng như là đủ điện cung cấp cho bộ phận đẩy bằng cơ học. tàu ngầm hạt nhân có thể vận hành tới 30 năm khi mang nhiên liệu hạt nhân. Trở ngại duy nhất làm giới hạn thời gian ở dưới nước của tàu ngầm hạt nhân là sự cung cấp thức ăn và bảo trì thân tàu.
Điểm yếu của tàu ngầm hạt nhân khi sử dụng công nghệ tàng hình là phải làm mát lò khi tàu không di chuyển; khoảng tới 70% lượng nhiệt từ lò thoát ra và truyền vào nước biển. Điều này sẽ tạo nên "vùng dậy sóng nhiệt", một lượng nước ấm có mật độ thấp nổi lên trên bề mặt biển. Do đó sẽ tạo nên "vết nhiệt" mà có thể quan sát được nhờ hệ thống dò ảnh nhiệt, ví dụ FLIR chẳng hạn. Một vấn đề khác đó là lò phản ứng chạy thường xuyên, do đó tạo nên tiếng hơi nước và rất dễ bị phát hiện bởi SONAR, và bơm phản ứng (dùng cho chu trình tải nhiệt) cũng sẽ tạo ra tiếng động, trái ngược với tàu ngầm thông thường, có thể chạy một cách tĩnh lặng với motor điện.