Khám phá bí mật tàu ngầm hạt nhân chiến lược Mỹ lớp “Ohio”

Từ năm 2002, tàu ngầm hạt nhân Ohio là lớp tàu  duy nhất mang tên lửa đạn đạo tầm xa và tên lửa hành trình "Tomahawk" phục vụ trong Hải quân Mỹ. Mỗi tàu ngầm Ohio được trang bị 24 tên lửa đạn đạo "Trident".

Lịch sử phát triển của lớp tàu ngầm tấn công chiến lược

Loạt tàu ngầm hạt nhân đầu tiên lớp Ohio bao gồm tám tàu ngầm được trang bị tên lửa Trident I C-4 và đóng quân tại căn cứ hải quân (HMB), Kitsap, bang Washington, trên bờ biển Thái Bình Dương của Mỹ.

Loạt tàu ngầm thứ hai, 10 chiếc tàu còn lại, được trang bị tên lửa Trident II D-5 và đóng quân tại căn cứ hải quân tại Kings Bay, bang Georgia. Năm 2003, để thực hiện hiệp ước cắt giảm vũ khí tiến công chiến lược. Hải quân Mỹ đã tiến hành chương trình chuyển đổi  bốn tàu ngầm đầu tiên của dự án Ohio sang thành phương tiện mang tên lửa hành trình "Tomahawk", chương trình kết thúc vào năm 2008. 

Bốn tàu còn lại của loạt tàu đầu tiên được thay thế bằng  tên lửa "Trident-2", tất cả các tên lửa "Trident-1" đã được tháo gỡ và ngừng thực hiện nhiệm vụ chiến đấu. Theo yêu cầu cắt giảm số lượng tàu mang tên lửa trên  Thái Bình Dương, một phần tàu ngầm hạt nhân lớp "Ohio" đã được chuyển từ Đại Tây Dương sang Thái Bình Dương. Các tàu ngầm lớp "Ohio" hình thành đơn vị chủ lực của lực lượng tấn công hạt nhân chiến lược  Mỹ và thường xuyên thực hiện  tuần tra sẵn sàng chiến đấu, thời gian các tàu ngầm hạt nhân Ohio có mặt trên biển chiếm 60% tổng thời gian hoạt động.

Ngày 15.10. 1973, Tổng thống Mỹ  Richard M. Nixon  phê duyệt ngân sách tài chính năm  1974, trong bản dự toán ngân sách này có một khoản dành chế tạo chiếc tàu ngầm hạt nhân mang hệ thống tên lửa chiến lược Trident. Ngày 25.07.1974. Hải quân Mỹ ký Hợp đồng với công ty General Dynamics giao cho xưởng đóng tàu Electric Boat chiếc SSBN đầu tiên, mang tên bang Ohio.

Năm 1974 Hải quân Mỹ đã có chương trình đóng 10 tàu lớp Ohio. Đến năm 1981 chương trình được điều chỉnh tăng đến 15 chiếc, và tiếp tục tăng đến 20 chiếc tàu ngầm vào năm 1985. Đến năm 1989, Hải quân Mỹ dự định sẽ đóng 21 chiếc tàu ngầm hạt nhân Ohio, kế hoạch sẽ đặt hàng đến 24 chiếc SSBN. Nhưng vào năm 1991, Thượng Nghị viện đã giới hạn chương trình chỉ được đóng có 18 tàu ngầm Ohio. Cơ sở căn bản cho việc giới hạn này là hiệp ước cắt giảm vũ khí tiến công chiến lược START  và đề xuất của chính quyền G. Bush 

Tàu ngầm hạt nhân chiến lược lớp Ohio phóng tên lửa đạn đạo trident

Tất cả 18 chiếc tàu ngầm hạt nhân chiến lược lớp Ohio được đóng tại xưởng đóng tàu  Electric Boat thuộc hãng  General Dynamics tính từ năm 1976 đến năm 1997. 8 chiếc đầu tiên được trang bị hệ thống tên lửa Trident I C-4. Sau đó 4 chiếc được thay thế bằng tên lửa Tomahawk và tất cả các tàu ngầm còn lại đều mang tên lửa Trident II D-5.

Tàu ngầm lớp Ohio là tàu ngầm tấn công hạt nhân cấp chiến lược (định danh NATO - SSBN, SSGN “Ohio” ). Những tính năng kỹ thuật chung của tàu ngầm bao gồm:

Tốc độ trung bình trên mặt nước 17 hải lý/h; dưới ngầm: 25 hải lý/h

Độ sâu hoạt động của tàu: 365 m; độ sâu giới hạn lặn ngầm: 550 m

Thủy thủ đoàn: 14-15 sĩ quan,140 thủy thủ.

Chiều dài (theo KVL): 170,7 m; chiều rộng thân tàu (lớn nhất): 12,8 m; mớm nước  (по KVL) 11,1 m; lượng giãn nước khi nổi: 16 746 tấn, lượng giãn nước khi lặn: 18 750 tấn.

Động lực trạm nguồn: Năng lượng hạt nhân. Lò phản ứng hạt nhân nước áp lực loại GE PWR S8G. Hai tua-bin 30.000 mã lực, 2 máy phát điện tua bin công suất 4 MW, máy phát điện diesel công suất  1,4 MW, động cơ điện quay chân vịt dự phòng công suất 325 mã lực

Vũ khí trang bị: Vũ khí chủ lực gồm: 24 tên lửa đạn đạo Trident II D5, hoặc  154 tên lửa hành trình BGM-109 “Тоmahawk”; Ống phóng ngư - thủy lôi: 4 ống phóng cỡ nòng 533 mm

Giá thành vào năm 1980: 1,5 tỷ USD.

Cấu tạo bên trong tàu ngầm nguyên tử lớp Ohio

Phân khoang công tác của tàu ngầm nguyên tử lớp Ohio

Ví trí các khoang và phòng công tác tàu ngầm hạt nhân chiến lược Ohio

Các khoang chức năng và trang thiết bị trên boong tàu:

Cấu trúc bên trong của tàu ngầm hạt nhân chiến lược lớp Ohio

Cấu tạo chung tàu ngầm nguyên tử lớp Ohio

Thân vỏ tàu được cấu tạo vững chắc, chịu được áp lực lớn của nước và chia thành 4 khoang và một vùng kín, được ngăn cách bằng vách ngăn không thấm nước.

Khoang thứ nhất (khoang mũi tàu):

Trong khoang được bố trí bốn sàn công tác cho của ba khu vực làm việc có yêu cầu nhiệm vụ khác nhau:

Khu vực Tác chiến gôm có: Trung tâm điều hành tác chiến, Phòng công tác điều khiển phóng tên lửa, Phòng điều khiển tàu và hoa tiêu dẫn đường, Khoang ống phóng ngư lôi – thủy lôi, Gian công tác truyền thông radio, Khoang trạm sonar thủy âm,

Trung tâm điều khiển tàu ngầm Ohio

Khu vực đảm bảo kỹ thuật bao gồm: Tổ hợp máy tính trên boong, Hệ thống quạt thông gió; Phòng chứa điều hòa không khí và các trang thiết bị phụ trợ; Buồng máy bơm; Buồng chứa bình ac quy;  

Khu vực sinh hoạt thường xuyên bao gồm:Khu phòng riêng của sĩ quan; Phòng nghỉ ngơi sinh hoạt; Buffet; Bếp trên tàu; Phòng ăn của thủy thủ đoàn.

Phòng ngủ của thủy thủ đoàn

- Cabin sinh hoạt của sĩ quan và quản trị trưởng; Phòng y tế; Các phòng học chuyên dụng; Phòng trang thiết bị cứu hộ tập thể sử dụng (nằm giữa trung tâm điều hành và trạm sonar – thủy âm).

 Khoang thứ 2 (khoang tên lửa): Đây là khoang có 4 sàn công tác và chiếm 1/3 không gian thân tàu được gia cố vững chắc. Trong khoang có:

- 24 ống phòng tên lửa được lắp đặt xuốt chiều cao của thân tàu đi qua cả 4 tầng công tác.

- Các trang thiết bị phóng tên lửa và hệ thống kiểm tra – kiểm soát phóng đạn.

- Phòng học chuyên dụng,

- Phòng ngủ cho kíp trắc thủ tổ hợp tên lửa. 

Khoang phóng tên lửa Trident mở nắp phía trên

Khoang tên lửa Tomahawk chuyển đổi

Khoang chuyên dụng (kỹ thuật máy) gồm có: Bảng điện phân phối; Thiết bị lọc và làm sạch không khí; Bơm nước và bơm thay đổi góc mũi và đuôi tàu (khi lặn – nổi); Khoang thứ 3 (Lò phản ứng hạt nhân);Chiều dài của khoang khoảng 10 m, được lắp đặt các thiết bị bao gồm: Lò phản ứng hạt nhân; 2 máy phát điện hơi nước; 2 máy bơm lưu chuyển chất lỏng làm mát (nước);  Máy nén tạo áp lực; Thiết bị kiểm soát và điều khiển các hoạt động của lò phản ứng hạt nhân.

Khoang thứ tư (khoang động cơ tuabin) có chiều dài của khoang máy động lực là 37 m, bao gồm: 2 máy phát điện tua bin;2 tổ hợp khí nén hơi nước; Động cơ vận hành chân vịt tàu ngầm; Thiết bị biến điện; Trạm nguồnphụ trợ cung cấp điện diesel; Trạm bơm thủy lực; Máy nén áp lực; Thiết bị ngưng lạnh chính; Hệ thống điều khiển và kiểm tra, kiểm sát hoạt động hệ thống thiết bị. 

Tàu ngầm Ohio có cấu trúc hình dáng tương đối phức tạp: Thân vỏ tàu ngầm được thiết kế vững chắc theo hình trụ tròn với hai phần đầu và cuối được kết nối liền mạch với hình nón và phần cuối là bán cầu lồi theo hình dáng thủy động học, phía trong gắn các bồn nước dằn tàu,khoang bán cầu lắp đặt anten sonar thủy âm và trục quay chân vịt. Phía trong của thân vỏ tàu có cấu tạo vững chắc được bao phủ bằng một lớp vật liệu cách nhiệt, cách âm nhẹ, bao bọc và ngăn cách tất cả các khoang trong thân tàu như khoang chứa các ống phóng tên lửa, khoang trang thiết bị động lực đuôi tàu cùng với hệ thống radar anten thủy âm kéo theo đuôi tàu ở phía sau. Với một diện tích không lớn của phía trong thân tàu, tàu ngầm có thể coi là tàu có một khoang chính  thông suốt. Phương pháp thiết kế thân tàu như vậy, theo các chuyên gia đã giảm tối thiểu khả năng tạo tiếng ồn động thủy âm, đạt được tốc độ cơ động dưới ngầm cao nhất với tiếng ồm thấp nhất nếu so sánh cùng với các loại tàu ngầm có hai khoang chính. Các tấm vách ngăn cứng và chịu lực sẽ chia tàu thành các khoang thứ cấp, mỗi khoang thứ cấp sẽ chia khoang tàu ra làm nhiều sàn công tác. Phần mũi tàu, phần khoang tên lửa và phần khoang đuôi tàu có các nắp cửa đóng mở để cung cấp hàng, cơ sở vật chất, đạn tên lửa và ngư lôi. Phần boong thượng được dịch chuyển lên phía trên mũi tàu, hai bên phía trên của boong thượng được lắp các cánh ổn định dạng cánh máy bay khí động học có hệ thống điều khiển để lái tàu, các cánh ổn định phía đuôi được thiết kế dạng chữ thập, trên các cánh đôi ổn định tàu nằm ngang có lắp các bánh lái điều khiển chuck - rods thẳng đứng.

Vỏ tàu được thiết kế có độ bền vững cao, được hàn từ các bộ phận (vỏ) định dạng  hình trụ, hình nón và hình elip bằng thép có độ dày 75 mm. Vật liệu chính - thép cường lực mác HY-80/100 cho phép chịu được lực nén giao động trong khoảng từ  56-84 kgf / mm. Để tăng sức chịu lực nén của vỏ tàu đã gắn kết thêm các khung chịu lực hình khuyên nhau dọc theo chiều dài của thân tàu. Vỏ tàu được phủ lớp vật liệu chống ăn mòn từ nước biển.  

Tổ hợp hệ thống động lực trạm nguồn của tàu ngầm Ohio bao gồm hai tổ hợp chính và tổ hợp phụ trợ. Các hệ thống máy và các bộ phận động lực được bố trí trong khoang số 5 và số 6..

Trong tổ hợp hệ thống động lực trạm nguồn bao gồm có: Lò phản ứng hạt nhân; Hai máy bơm đối lưu tuần hoàn; Máy nén tăng áp; Hai máy phát điện hơi nước; Hệ thống bảo vệ sinh học chống nhiễm xạ; Hai máy phát điện tur-bin; Hai bộ phận khí nén tua – bin hơi nước; Động cơ điện quay chân vịt tàu; Trang thiết bị điều khiển và kiểm soát các hoạt động của động lực trạm nguồn.

Lò phản ứng hạt nhân.

Lò phản ứng hạt nhân

- Lò phản ứng hạt nhân - Là loại lò phản ứng 2 vòng đối ngẫu nước áp lực (PWR) loại S8G được phát triển bởi công ty  General Electric, cấu tạo của lò phản ứng ba gồm các bộ phận tiêu chuẩn cho các loại của các lò phản ứng hạt nhân nước nhẹ - áp lực: Vỏ - thân lò phản ứng, vùng phản ứng hạt nhân trung tâm, các tấm phản xạ neutron, thanh điều khiển. Chất lỏng dẫn nhiệt - làm mát và làm chậm các phản ứng dây truyền – là nước tinh khiết (qua hai lần chưng cất). 

Các thông số của vòng luân chuyển chính: Áp suất trung bình  - 140 kgf / cm ² (14 MPa), nhiệt độ - 300-320 ° C. Lò phản ứng được bao quanh bởi một lớp tấm chắn chống phóng xạ, được thiết kế để bảo vệ thủy thủ  đoàn chống lại bức xạ ion hóa và các vật liệu tổng hợp hình thành có khối lượng nguyên tử lớn. Đường kính của khoang lò phản ứng là 12,8 m, chiều dài lò phản ứng - 16,8 m, trọng lượng - 2750 tấn. 

Vùng phản ứng hạt nhân chứa nhiên liệu hạt nhân - đồng vị Uranium 235 đã được làm giàu ở mức độ cao, Khối lượng nhiên liệu hạt nhân cho phép 100.000 giờ hoạt động liên tục, tương đương với khoảng 9 -11 năm khai thác sử dụng liên tục  lò phản ứng hạt nhân với công suất cao nhất,  tàu ngầm có thể cơ động trên khoảng 280 ngàn dặm với tốc độ cao, ở tốc độ tiết kiệm - 800.000 dặm (đối với tàu ngâm SSBN lớp "Lafayette" tương đương với  5 năm bơi liên tục với tốc độ tiết kiệm (trung bình) trên đoạn đường dài 345.000 dặm).

Hệ thống động lực trạm nguồn  tuabin hơi nước bao gồm hai động cơ tua-bin hơi với công suất 30.000 mã lực. Bao gồm có: Hộp số giảm tốc, bình ngưng làm mát, bơm tuần hoàn và các đường ống hơi nước. Hai tổ hợp máy  tuabin hơi nước hoạt động trên một trục van, động cơ tua bin tốc độ cao truyền hộp số được giảm xuống còn 100 vòng / phút và thông qua khớp nối li hợp truyền tới trục chân vịt, quay bánh trục chân vịt bảy cánh có cấu tạo hình lưỡi liềm với đường kính 8 m với tốc độ giảm của vòng quay (cấu trúc thiết kế như vậy có thể giảm tối thiểu tiếng ồn thủy âm khi tàu đang chạy với tốc độ tuần kiểm sẵn sàng chiến đấu).

Hai máy phát điện đa cực tuabin tốc độ thấp có công suất  4.000 kW trên mỗi máy, cung cấp nguồn  điện với điện áp 450 V và tần số 60 Hz, nguồn điện này thông qua thiết bị nắn dòng chuyển đổi điện xoay chiều thành điện một chiều cung cấp cho  động cơ điện quay bánh trục chân vịt (trong trường hợp này, các tổ máy tuabin hơi nước không trực tiếp cung cấp động lực quay trục chân vịt).

Khi  phát triển hệ thống động lực trạm nguồn  đã áp dụng một số giải pháp để đảm bảo duy trì tiếng ồn thấp nhất ở tốc độ thấp và trung bình. Hệ thống động lực của tàu ngầm có chế độ đặc biệt tiếng ồn thấp do sự  tuần hoàn tự nhiên nước hấp thụ nhiệt - làm mát ở vòng tuần hoàn chính trong đó vẫn duy trì tối đa công suất của lò phản ứng, chế độ sử dụng sự tuần hoàn tự nhiên này là chế độ cơ bản trong cơ động tuần tra chiến đấu. Trong chế độ hoạt động thông thường, nhiệt năng từ lò phản ứng được truyền đến  các tổ hợp khí nén hơi nước, hơi nước được đẩy vào các cánh quạt tua-bin, làm quay các cánh quạt và quay trục chính, động lực trục chính thông qua hộp giảm tốc truyền đến trục chân vịt và quay chân vịt. Trong  chế độ hoạt động tiếng ồn thấp sơ đồ phức tạp hơn - hơi nước từ tổ hợp khí nén hơi nước được truyền vào trạm máy phát điện tua – bin hơi nước, cung cấp điện cho động cơ điện dẫn động quay trục chân vịt.

 Trong trường hợp này đã khóa lại các bộ phận, các trang thiết bị gây tiếng ồn – các máy bơm tuần hoàn của các động cơ tua –bin khí hơi nước và lò phản ứng hạt nhân, nhưng làm giảm công suất của lò phản ứng hạt nhân và tổ hợp khí nén - hơi nước. Chân vịt được quay bằng động lực của động cơ điện, và động cơ điện tiêu hao điện năng từ các trạm máy phát điện tua bin hơi nước. Do đó có thể loại trừ cả tiếng ồn phát sinh từ bộ giảm tốc, truyền động lực từ động cơ tua bin khí hơi nước ra trục chân vịt trong chế độ chạy hết công suất.   

Giải pháp thiết kế Lò phản ứng hạt nhân đã được áp dụng trên tàu ngâm nguyên tử USS Narwhal (SSN 671) với công suất nhỏ hơn hai lần  S5G. Các nhà thiết kế cũng tiến hành các nghiên cứu thử nghiệm khả năng tuần hoàn tự nhiên của nước dẫn nhiệt – làm mát trên lò phản ứng loại S6G, được lắp đặt trên tàu ngâm đa chức năng đa nhiệm "Los Angeles" 

Còn tiếp