Александр Веледеев
ТУРБИНА ПРОФЕССОРА ВАЛЬТЕРА

Проблема движения под водой имеет многовековую историю. Конечно, первым субмаринам было далеко до современных атомных подлодок, но история их создания ознаменована целым рядом весьма интересных изобретений и открытий. Одно из таких изобретений — турбина профессора Вальтера — чуть было не изменило ход второй мировой войны.

Еще до начала войны немецкий ученый профессор Вальтер исследовал возможность применения перекиси водорода в качестве носителя энергии. В основу своих исследований он положил тот факт, что при разложении перекиси водорода выделяется теплота. Это убедило Вальтера в том, что запасы энергии в перекиси водорода весьма значительны. В ходе проведения опытов он установил, что при разложении одного килограмма 80%­й перекиси водорода выделяется 2,3 МДж теплоты. За счет выделения такого количества тепла вся вода испарялась, а образующаяся при этом парокислородная смесь нагревалась до температуры 723 К.
Применительно к двигателям это означает то, что используемая в них турбина будет иметь большую мощность. Именно это обстоятельство и было решено использовать для создания морского подводного двигателя, получившего название «турбина профессора Вальтера». Надвигалась война, и немцы хотели использовать этот двигатель, установив его на свои подводные лодки. Тем самым они рассчитывали обеспечить себе условия для завоевания господства на море. Ставка делалась на дополнительную скорость, которая позволила бы немецким субмаринам внезапно атаковать надводные корабли и, что особенно важно, иметь солидные преимущества при отрыве от преследования противолодочных сил.
Уже в 1940 г. немцами была построена и испытана первая экспериментальная подводная лодка водоизмещением 80 т. Она получила название «U­80». Эта субмарина не имела вооружения и энергетической установки надводного хода, поскольку была предназначена лишь для изучения работы турбины Вальтера при движении под водой на больших скоростях и при работе двигателя в форсажных режимах. Пробный вариант турбины имел мощность 2500 л. с.
Подводная энергетическая установка работала по «холодному» способу. Суть его заключалась в том, что из эластичных миполамовых резервуаров маловодородная перекись водорода под давлением забортной воды подавалась к насосу, от которого через специальный клапан поступала в камеру разложения. Таким образом, в камере образовывалась парогазовая смесь, имеющая температуру 450 °С. Давление при этом поднималось до 30 кг/см2. Затем смесь поступала в турбину, приводя ее в движение. После отработки использованная смесь выбрасывалась за борт. Скорость, которая достигалась при этом, равнялась 28,1 узла (14,46 м/с; 1 узел — 1,852 км/час). Для того времени это была фантастическая подводная скорость: не всякий надводный корабль мог ее развить. По сути, это был прорыв в подводном кораблестроении.
Казалось бы, господство немцев в море было предопределено, но... Возникло одно непредвиденное обстоятельство. Кислород, присутствующий в отработанной парогазовой смеси, поднимался на поверхность воды. Образовавшийся «след» предательски демаскировал маршрут субмарины. Тем самым скорость, достигнутая за счет использования перекиси водорода, свела на нет одно из главных преимуществ субмарины — скрытность передвижения.
Однако техническая недоработка не смогла победить желание изобретателей достичь первенства по скорости. Соблазн был настолько велик, что уже в 1942–1943 годах судостроительная промышленность Германии начала постройку подводных лодок с двигателями, мощность которых составляла уже 5000 л. с. Это были малые подводные лодки серии ХVII c усовершенствованной энергетической установкой. Немецкие конструкторы планировали построить 11 таких субмарин — от «U-1405» до «U-1416». Но реально удалось построить только три из них — «U-1405», «U­1406» и «U-1407». После окончания войны немцы, желая скрыть секрет своих подлодок, затопили их.
Позднее англичанам удалось поднять одну из них и при участии того же профессора Вальтера, который к тому времени уже работал на англичан, восстановить и модернизировать ее. Эта субмарина получила имя «Метеор» и до 1950 г. проходила различные испытания. Она имела неплохие для того времени тактико-технические характеристики: длина — 39,5 м, ширина (наибольшая) — 39,5 м, водоизмещение — 345 т, предельная глубина погружения — 100 м, наибольшая подводная скорость (под турбиной) — 25 узлов, дальность хода при подводной скорости 22 узла (11,32 м/с) — 125 миль (1 морская миля — 1852 м). Запас перекиси водорода составлял 55 т. Кроме турбины мощностью 2500 л. с., на подводной лодке был установлен дизель мощностью 210 л. с., а также электромотор мощностью 77,5 л. с. Вооружение субмарины составляли два носовых торпедных аппарата. По сравнению с «U-80», «Метеор» имел более совершенную энергетическую установку: турбина Вальтера была дополнена камерой сгорания. В основу двигателя было положено использование тепловой энергии, образующейся при сгорании жидкого топлива без доступа воздуха извне. Сжигание топлива происходило за счет кислорода, освобождавшегося при разложении перекиси водорода. Этот способ был назван «горячим». Для образования парогазовой смеси жидкая перекись водорода подавалась к трехкомпонентному насосу, к которому также были подведены трубопроводы от цистерн жидкого топлива и воды. Оттуда через форсунки перекись попадала в камеру разложения, где при помощи катализатора распадалась на водяной пар и кислород. Далее все перечисленные компоненты поступали в камеру сгорания. Имеющая очень высокую температуру — 2000 °С, смесь грозила разорвать камеру. Конструкторам удалось решить проблему ее эксплуатационной надежности за счет водяного охлаждения, впрыскивания воды и использования предварительно подготовленной парокислородной смеси. Четырехкомпонентный регулятор автоматически подавал три компонента — перекись, воду и топливо — в строго определенных соотношениях. Примечательно, что четвертый компонент — морская вода — подавался регулятором в заместительные цистерны по мере расхода перекиси водорода. Это было необходимо для поддержания плавучести подводной лодки.
Из камеры сгорания парогазовая смесь поступала в турбину, а после отработки — на конденсатор.
В конденсаторе вода отделялась от углекислоты, которая специальным винтовым компрессором откачивалась за борт. Оставшаяся жидкость возвращалась в систему питательной воды. Это позволяло с увеличением глубины погружения сохранять скоростные характеристики. Сам же конденсат прокачивался через проточный холодильник с последующим использованием в работе энергетической установки. Для быстрого запуска турбины в ней требовались большие зазоры, поэтому была установлена активная турбина с одной регулирующей ступенью и пятью ступенями давления. На каждые 15 т высококонцентрированной перекиси водорода расходовалось 1,5 т дизельного топлива.
Турбинная установка Вальтера использовалась для кратковременного форсированного увеличения скорости подводного хода (до 12,86 м/с). Запасов перекиси водорода хватало на шесть часов такого хода. А как же с «пузырьковым следом»? Испытания субмарины показали, что при погружении лодки на глубину 20 м он еще хорошо заметен на поверхности, но при увеличении погружения до 30–40 м «пузырьковая дорожка» существенно мельчает и перестает быть демаскирующим фактором.
Великобритания построила еще две экспериментальные быстроходные подводные лодки — «Эксплорер» и «Экскалибер». Первая была построена и спущена на воду в марте 1954 г., вторая — в феврале 1955 г. Эти лодки предназначались для тренировки и обучения личного состава.
В Соединенных Штатах также была построена карликовая подводная лодка «Х-1», на которой устанавливалась подобная турбинная установка. Субмарина имела длину 12,2 м, подводное водоизмещение 36 т и скорость подводного хода 6,17 м/с.
Попытки создать аналогичные корабли, использующие установку Вальтера, были предприняты так же и в Швеции.
Среди выдающихся военных конструкторов Германии времен второй мировой войны профессор Вальтер может по праву разделить лавры с создателем ракет «ФАУ» Вернером фон Брауном. Англичане, так же, как американцы, после войны активно привлекали немецких ученых для продолжения исследований в военных областях. При этом ставка делалась на использование достижений немецких ученых в области подводной скорости, ибо по тем временам это сулило «владычице морей» огромные преимущества. Тем не менее замечательному изобретению было суждено оказаться в конечном итоге одной из «мертвых ветвей» технического прогресса: использование атомной энергии в силовых установках подводных лодок положило конец турбине профессора Вальтера.