Silniki diesla kojarzą nam się z ciężarówkami, statkami czy generatorami, które wszędzie mają pod dostatkiem powietrza. Zupełnie inaczej jest jednak w głębinach oceanów, gdzie tlenu praktycznie nie ma. Jak to więc jest, że to właśnie te jednostki napędowe wciąż napędzają większość konwencjonalnych okrętów podwodnych na świecie?
Przez dziesięciolecia inżynierowie głowili się, jak pogodzić te dwie sprzeczności, a więc wydajność oraz przewidywalność “starego dobrego diesla” z ograniczonym dostępem do tlenu potrzebnego do procesu spalania. Rozwiązanie okazało się wręcz przykładem genialnej prostoty, która wyprzedziła niegdyś swoją epokę. Dziś, dzięki nowym technologiom, te jednostki niegdyś uważane za przestarzałe zyskują drugie życie i stają się niezwykle trudne do namierzenia. Ich rola w globalnych flotach wcale nie maleje, a wręcz przeciwnie.
Hybrydowy system napędowy jako klucz do rozwiązania starej zagadki
Podstawę działania konwencjonalnych okrętów podwodnych stanowi hybrydowy układ dieslowsko-elektryczny opracowany ponad sto lat temu. Jego zasada jest pozornie prosta: silniki diesla w ogóle nie napędzają śrub podczas zanurzenia. Pełnią bardziej rolę generatorów, które ładują ogromny magazyn energii złożony z akumulatorów. Proces ten zachodzi wyłącznie na powierzchni lub przy użyciu chrap, czyli specjalnych rur umożliwiających pobieranie powietrza po zanurzeniu.
Gdy okręt schodzi na głębokość, to silniki spalinowe milkną. Cały napęd przejmują wówczas ciche silniki elektryczne, które są zasilane energią zgromadzoną w akumulatorach. Taka konstrukcja pozwala na lepsze rozplanowanie maszynowni, zwiększa niezawodność i (co najważniejsze) radykalnie zmniejsza hałas. Niestety, akumulatory mają skończoną pojemność, a to akurat wymaga od załogi nieustannego balansowania między czasem patrolowania a prędkością. Taki okręt podwodny cały czas zarządza energią jak budżetem: prędkość, czas patroli, praca sensorów i nawet komfort życia załogi przekładają się na to, jak szybko topnieje zapas energii.
Cicha praca jako broń. Taktyczna przewaga napędu elektrycznego
Gdy okręt porusza się na akumulatorach, to jednocześnie staje się niezwykle trudny do wykrycia. Silniki elektryczne wytwarzają minimalny hałas mechaniczny w porównaniu do ich spalinowych odpowiedników. Ta cecha czyni jednostki dieslowsko-elektryczne wyjątkowo skutecznymi w misjach przybrzeżnych, obserwacyjnych czy szpiegowskich, gdzie wykrycie oznacza katastrofę.
Nowoczesne okręty tego typu bywają wręcz bezgłośne, a słyszalny pozostaje głównie szum wody opływającej kadłub. Instytut Marynarki Wojennej USA zwraca uwagę, że podczas pracy elektrycznej ich sygnatura akustyczna może konkurować z najcichszymi okrętami atomowymi. Pomimo braku niemal nieograniczonego zasięgu atomowych kolosów, takie jednostki konwencjonalne pozostają w służbie ze względu na niższe koszty budowy i eksploatacji, prostotę oraz właśnie ten niezrównany poziom stealth przy małych prędkościach.
Rewolucja AIP – od kilku dni do tygodni w zanurzeniu
Klasyczny system dieslowsko-elektryczny ma jednak poważną wadę – konieczność regularnego ładowania wspomnianych akumulatorów. Tradycyjny okręt może przebywać w zanurzeniu jedynie przez kilka dni. Aby tego uniknąć, wymyślono systemy napędu niezależnego od powietrza, znane jako AIP. Technologia ta zrewolucjonizowała możliwości konwencjonalnych okrętów podwodnych, wydłużając czas ciągłego zanurzenia z kilku dni do nawet kilku tygodni.
Czytaj też: Era elektronów dobiega końca? Kolejny dowód na to, że przyszłe procesory będą świecić a nie grzać
Obecnie stosowane są trzy główne typy AIP. Francuzi już w latach 70. pracowali nad turbiną parową, a Szwedzi w następnej dekadzie wprowadzili cichszy silnik Stirlinga. Prawdziwym przełomem okazały się jednak ogniwa paliwowe, intensywnie rozwijane przez Niemcy od 1989 roku. Ich zalety to wysoka sprawność, niemal całkowita bezgłośność i brak emisji spalin. Kolejny krok naprzód to systemy drugiej generacji, jak FC2G opracowany przez Naval Group, które potrafią wydzielać wodór z konwencjonalnego paliwa diesla na pokładzie, eliminując potrzebę przewożenia niebezpiecznego gazu. Technologią AIP zainteresowały się także Indie, które rozwijają własny system oparty na kwasie fosforowym, planując go włączyć do okrętów typu Kalvari.
Miejsce diesli we współczesnych flotach. Perspektywy i ograniczenia
Pomimo imponujących postępów, okręty z silnikami diesla wciąż pozostają w cieniu jednostek atomowych pod względem maksymalnej prędkości i absolutnej autonomii. Nie mogą miesiącami operować z dala od baz, a ich prędkość podwodna jest ograniczona pojemnością akumulatorów. Mimo to ich przyszłość rysuje się w jasnych barwach. Niższy koszt zakupu i utrzymania, mniejsze wymagania logistyczne oraz wspomniana skrytość akustyczna sprawiają, że stanowią one niezbędny element flot wielu państw, a to szczególnie tych o ograniczonym budżecie obronnym.
W nadchodzących latach praktycznie wszystkie wiodące marynarki wojenne wdrożą technologie AIP do swoich niejądrowych okrętów podwodnych, czyniąc je jeszcze bardziej wytrwałymi i nieuchwytnymi przeciwnikami. Trudno się temu dziwić, bo zwłaszcza w ostatnich latach technologia akumulatorów poszła znacząco do przodu, dzięki czemu z lepszym zarządzaniem zasilania potrafi przesunąć granicę między tym, co okręt musi zrobić na chrapach, a tym, co może zrobić w pełnej ciszy
