Navală propulsie nucleară sau propulsie nucleară maritimă este un tip de propulsie de nave , submarine și nave de suprafață, care sunt , în acest caz , prevăzute cu una sau mai multe reactoare nucleare produc căldură în abur pentru a transforma o turbina sau un ansamblu electric.
Tehnologia americană a fost prima care a reușit și a fost împărtășită cu Regatul Unit .
URSS și Franța efectuat evoluții separate.
Germania de Vest și Japonia a dezvoltat un prototip unic de marfă nicăieri.
A venit apoi rândul Chinei , apoi recent al Indiei , ajutat de URSS.
În anii 2010, alte două țări aveau programe concrete supuse incertitudinilor bugetare, Argentina și Brazilia, iar altele le-au studiat, inclusiv Italia.
Proiectarea, dezvoltarea și producția de reactoare nucleare pentru propulsie navală a început în anii 1940 în Statele Unite sub conducerea amiralului Hyman Rickover . Primul reactor de testare a fost pornit în 1953 și doi ani mai târziu, în 1955 , a fost lansat primul submarin nuclear , USS Nautilus (SSN-571) . O mare parte din dezvoltarea timpurie a reactorului Naval a fost trimisă la instalația de reactor naval din SUA Idaho National Laborator .
Aceasta a marcat tranziția submarinelor de la navele subacvatice lente care existau până atunci și a navelor de război capabile să mențină o viteză de croazieră de 20/25 de noduri, în timp ce rămâneau sub apă timp de multe săptămâni.
Succesul submarinului USS Nautilus a dus la dezvoltarea paralelă a unei noi clase de submarine americane, clasa Skate , echipată cu un singur reactor și un crucișător , USS Long Beach (CGN-9) , pus în funcțiune în 1961, cu două reactoare de C1W care a stat la 1 st lumea nucleară alimentat de suprafață navă de război.
I s-a alăturat portavionul USS Enterprise (CVN-65) , echipat cu opt reactoare în 1960, pus în funcțiune la sfârșitul lui 1961 și încă în funcțiune până în 2013, cu care a format Task Force 1 care era compusă în întregime din nave cu propulsie nucleară. pentru Operațiunea Sea Orbit . Când navele Marinei Statelor Unite au fost reclasificate în 1975 , distrugătoarele cu energie nucleară au fost calificate drept crucișătoare.
În 1962, marina SUA avea 26 de submarine operaționale și 30 în construcție. Prin urmare, energia nucleară revoluționase marina SUA.
În Statele Unite , după submarinele din clasa americană Skate , dezvoltarea reactoarelor a continuat și o serie unică de modele standard au fost construite atât de Westinghouse, cât și de General Electric , cu un reactor de la fiecare producător montat pe fiecare navă cu două reactoare.
Rolls Royce a construit modele similare, apoi Royal Navy a dezvoltat un model mai avansat, PWR-2 („Reactor de apă presurizată” 2, Reactor de apă presurizată ).
Cel mai mic submersibil cu energie nucleară, NR-1 , a fost construit la sfârșitul anilor 1960.
Începând cu anii 2000, o nouă generație, reactorul A1B a fost dezvoltat pentru portavioane care intră în serviciu din 2015. Miezul reactoarelor sale nucleare are o durată de viață egală cu cea a navei, ceea ce îi va împiedica să fie schimbați pe parcursul carierei sale.
Uniunea Republicilor Sovietice Socialiste a avut loc predominanța mondială pentru numărul de nave cu propulsie nucleară construit, și anume aproximativ 250 de submarine, cinci nave de război de suprafață, inclusiv mai multe crucișătoare de rachete și opt sau spărgătoare de gheață , aproximativ 900 de reactoare.
Spărgător de gheață sovietic Lenin comandat în 1957 a fost atât prima navă civil nuclear-alimentat și prima navă de suprafață nucleară-alimentat. Construcția unui portavion cu propulsie nucleară, Ulyanovsk , a început înNoiembrie 1988a fost abandonat la destrămarea URSS .
Lansat în 1952 de Stalin, proiectul de submarin cu propulsie nucleară pentru marina sovietică a dus la intrarea în funcțiune a submarinului de atac nuclear K 3, Proiectul 627, Clasa noiembrie pentru NATO, care a navigat pentru prima dată cu propulsie nucleară în 1958 și a fost comandat în 1959. A fost urmat de SNLE K-19 , al proiectului 658, clasa hotelieră pentru NATO, comandat în 1961 și notoriu pentru numeroasele sale accidente.
Cele mai mari submarine nucleare construite vreodată sunt cele 25.000 de tone rusești din clasa Typhoon , care au intrat în funcțiune din 1981.
Neavând uraniu îmbogățit, Franța a lansat în 1955 un prim proiect de submarin nuclear folosind uraniu natural și apă grea, Q 244. A trebuit să-l abandoneze în 1958 din cauza unor probleme tehnice insurmontabile., O astfel de tehnologie care nu a putut fi dezvoltată niciodată în lume astăzi (2020). În 1959, trasând lecții din acest eșec, Franța a înființat programul destinat controlului întregii proiectări și construcții de submarine cu propulsie nucleară, care a luat numele de Coelacanth în 1962.
În jurul anului 1960, Statele Unite au furnizat Franței o primă încărcare de uraniu îmbogățit , cu condiția ca acesta să fie rezervat pentru utilizarea cercetării, pentru un prototip - Prototype à terre (PAT), construit în Cadarache de către departamentul. care a devenit de atuncimartie 2017TechnicAtome . Grămada Azur , o machetă critică (într-un model redus) a PAT, diferă de9 aprilie 1962. PAT a funcționat într-o piscină din Cadarache din 1964. În 1971 a fost lansat Le Redoutable , primul SNLE francez.
În 1974, prototipul numit „CAP” pentru „ Prototipul avansat al cazanului ” a preluat PAT și a făcut posibilă validarea unui nou concept de reactoare nucleare mai mici - modelul K48 - destinat submarinelor de atac nuclear din clasa Rubis . A fost întrerupt în 1987. Succesorul său din 1989 până în 2015 este reactorul de nouă generație („RNG”). În 2018, reactorul de testare terestră („RES”) a intrat la rândul său în serviciu pentru dezvoltarea sectoarelor de reactoare la bord.
SNA Rubis , comandat în 1983, și altele din aceeași clasă, sunt cele mai compacte submarine de atac nuclear din lume.
Este nevoie de 55 de subofițeri atomici pentru a avea grijă de sala de mașini a portavionului Charles de Gaulle și de aproximativ douăzeci pentru cea a SSBN-urilor din clasa Le Triomphant .
Navele cu energie nucleară utilizează unul sau mai multe reactoare nucleare. Căldura produsă este transmisă unui fluid de transfer de căldură utilizat pentru a genera vapori de apă acționând:
Reactoarele nucleare navale sunt în principal de tip reactor cu apă sub presiune și diferă de reactoarele comerciale care produc electricitate prin faptul că:
În plus față de apa sub presiune, cel puțin alte două linii de reactoare au fost implementate istoric de SUA (linia de sodiu) și Rusia (URSS) (linia de plumb-bismut) și apoi abandonate. Avantajele pe care le prezintă în termeni de performanță (densitate de putere și energie) nu depășesc simplitatea de funcționare a sistemului de apă sub presiune.
Viața lungă a inimii este obținută prin îmbogățirea relativ ridicată a uraniului și prin încorporarea unei otrăvi consumabile în inimă care se epuizează progresiv pe măsură ce produsele de fisiune și actinidele minoritare se dizolvă, se acumulează, ducând la reducerea consumului de combustibil. Cele două efecte se compensează reciproc. Una dintre dificultățile tehnice este crearea unui combustibil care va tolera cantitatea foarte mare de daune cauzate de radiații. Se știe că în timpul utilizării proprietățile combustibilului nuclear se schimbă. Este foarte posibil ca combustibilul să se rupă și să se formeze bule de gaz din fisiunea nucleară .
Integritatea pe termen lung a vasului reactorului greu este menținută prin instalarea unui ecran intern de neutroni (spre deosebire de proiectele timpurii ale reactoarelor civile sovietice cu apă sub presiune, unde fragilitatea are loc din cauza bombardamentului cu neutroni pe un vas reactor greu . Reactor foarte îngust) .
Puterea reactorului ajunge până la 550 MW în cele mai mari submarine și nave de suprafață. Submarinele franceze din clasa Rubis au un reactor de 48 MW care necesită realimentare la fiecare 7 ani.
Navele rusești , americane și britanice folosesc propulsia cu turbină cu abur , în timp ce marina franceză și cea chineză folosesc turbinele pentru a genera electricitate pentru propulsie (propulsie turbo-electrică). Majoritatea submarinelor rusești, precum și majoritatea portavioanelor americane de la clasa USS Enterprise (CVN-65) sunt alimentate de două reactoare (deși Enterprise are opt). Submarinele americane, britanice, franceze și chineze sunt propulsate de unul singur.
Dezmembrarea submarinelor cu energie nucleară a devenit o sarcină majoră pentru marina americană și rusă. După îndepărtarea combustibilului, practica americană este de a tăia compartimentul reactorului navei și de a-l îngropa superficial ca deșeuri radioactive de nivel scăzut. În Rusia, nave întregi sau compartimente de reactoare sigilate rămân în mod obișnuit în depozite plutitoare, deși acum a fost stabilită o instalație terestră pentru depozitarea pe termen lung a 150 de compartimente de reactoare în Golful Saida din nordul îndepărtat.iulie 2006.
Această energie aduce:
Avantajele strategice și tactice ale propulsiei nucleare depășesc cu mult avantajele enumerate: depășește capacitățile clădirii. În timpul testelor Nautilus și apoi Seawolf , Marina SUA a fost uimită de performanța tactică a primelor sale două prototipuri de submarine de atac nuclear :
„Primele teste, în Ianuarie 1955, depășesc cele mai optimiste prognoze. The Nautilus scapă cu ușurință grupul portavion anti-submarin , care piese - l în jos și torpilele care sunt trase la ea. Evaluările operaționale concluzionează că un submarin de atac nuclear ar putea distruge opt nave de suprafață, inclusiv portavionul, înainte de a fi neutralizat el însuși. Între 1955 și 1957, Nautilus a suferit mai mult de cinci mii de atacuri și a fost „distrus” doar de trei ori. Șansele sale de supraviețuire sunt de o sută de ori mai mari decât cele ale unei nave convenționale. [...] Aceste rezultate remarcabile justifică abandonarea imediată a construcției de submarine convenționale, în ciuda costului de trei ori al unui submarin nuclear. [...]
Seawolf va fi totuși confruntat cu Nautilus în testele destinate evaluării performanței unui submarin nuclear împotriva unui alt submarin nuclear. Par neputincioși unul împotriva celuilalt. La viteză mare pot fi detectate de departe, dar distanța insuficientă a torpilelor împiedică angajarea. La viteză mică, acestea pot fi detectate la distanță mică, dar pot scăpa înainte ca direcția de lansare a torpilei să poată calcula o soluție de tragere. Riscul de torpilare nu este zero dacă submarinul urcă în viteză pentru a-și urmări congenerul. "
- J.-M. Mathey & A. Sheldon-Duplaix, Istoria submarinelor; de la origini până în zilele noastre
În lume au fost construite în jur de 400 de nave nucleare, covârșitor de militare, în special submarine , dar și portavioane și crucișătoare , precum și câteva nave civile, în principal spărgătoare de gheață .
În ceea ce privește încărcătura, nuclearul a fost experimentat și în anii 1960 și 1970, dar utilizarea lor nu s-a dovedit profitabilă și aceste experimente au fost întrerupte. Este :
Investiția și costurile de funcționare (instruirea echipajelor cu înaltă calificare, costurile salariale și costurile asigurării) ale propulsiei nucleare îl fac cu adevărat atractiv pentru uz militar și în special pentru submarine, precum și pentru spărgătorii de gheață pentru care energia nucleară este un răspuns bun la importanța cerințe de putere combinate cu dificultățile de realimentare în mijlocul gheții.
De asemenea, este necesar să se țină seama de dificultățile specifice de acces la porturile legate de propulsia nucleară, ale căror nave sunt asimilate navelor care transportă materiale periculoase (refuzul accesului de către Otto Hahn la anumite porturi i-a interzis efectiv „asigurarea transportului de mărfuri pe cele mai profitabile linii), precum și ostilitatea anumitor opinii publice, precum cea care în Japonia a împiedicat Mutsu .
Singurele nave civile cu funcționare nucleară aflate în prezent în funcțiune în lume sunt spărgătoarele de gheață cu funcționare nucleară din Rusia , operate de Murmansk Shipping Company în Oceanul Arctic, în special pe ruta Mării Nordului .
Derivați direct din tehnologia reactoarelor de propulsie navală, reactoarele cu barjă au făcut obiectul mai multor proiecte preliminare în anii 1960 atât în Statele Unite (Westinghouse), cât și în alte țări, inclusiv în Franța.
Prima centrală plutitoare a fost MH-1A (in) 10 MW construită în 1961 pentru armata SUA și care deservea zona Canalului Panama între 1968 și 1975.
Cu toate acestea, Rusia este cea care deschide calea. Este bine avansat cu centrala nucleară plutitoare rusă Akademik Lomonosov pentru teritoriile sale din marele est cuplate la rețeaua electrică dindecembrie 2019. Modelul are două unități electrice de 35 MW bazate pe reactoare KLT-40 utilizate pentru unele spărgătoare de gheață (cu realimentare la fiecare patru ani). Unele nave rusești erau folosite pentru a furniza energie electrică pentru uz casnic și industrial în orașele din Marele Est și Siberia .
China a anunțat, în ianuarie 2016, construirea unor astfel de structuri în 2020.