Propulsione Nucleare

1.   Introduzione

 

Si tratta di un sistema propulsivo che sfrutta l'energia prodotta da un reattore nucleare per generare calore e produrre vapore acqueo surriscaldato in pressione.

Come su una vecchia nave a vapore, dove il gas surriscaldato veniva prodotto da enormi caldaie (con bruciatori a gasolio), il vapore viene poi utilizzato con vari turbo-macchinari per generare corrente, muovere pompe e, in alcuni casi, per muovere l'elica (o le eliche) di propulsione, attraverso grosse turbine e sistemi di riduzione dei giri. Come nei classici sistemi a vapore, il gas surriscaldato, dopo aver agito nelle varie macchine, torna a un condensatore dove ridiventa liquido e ricomincia il suo cilclo (Ciclo "Rankine").

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Il principio di funzionamento è quindi molto simile a quello delle tradizionali navi a vapore, a meno del generatore di vapore (caldaia) che, in questo caso, sfrutta l'energia atomica per vaporizzare l'acqua e generare vapore surriscaldato in pressione.


2.  Storia

La prima idea di impiego di un reattore nucleare per la propulsione di un sottomarino venne alla Marina Militare americana (U.S. Navy) che già nel 1948 avviò un programma che nella metà degli anni '50 portò alla realizzazione del USS Nautilus (dotato di un reattore ad acqua pressurizzata) e del USS Seawolf (dotato di un reattore a sodio liquido). Il confronto tra le due soluzioni portò a scegliere come soluzione finale quella del reattore ad acqua pressurizzata (anche se più grande e più pesnate di quello a sodio liquido).



























Negli stessi anni la U.S. Navy avviò anche un'altro programma mirato a studiare nuove forme di carena e nuove soluzioni per l'impianto di governo. Molti di questi studi si concretizzarono in vari esperimenti reali condotti sul USS Albacore.


















































La naturale evoluzione di quei programmi portò alla realizzazione del USS Shipjack, un battello dotato di reattore ad acqua pressurizzata e scafo a goccia, che sintetizzava tutte le esperienze positive fatte con il Nautilus nel campo della propulsione nucleare, e con l’Albacore nel campo della ottimizzazione della carena subacquea. Entrò in servizio nel 1959  ed era capace di superare i 30 nodi di velocità in immersione. Con lui, nasceva il moderno concetto di sottomarino che rese completamente superato quello di sommergibile.



















Il salto tecnologico fu altissimo e l'impiego tattico dei sottomarini fu completamente rivoluzionato. Avevamo, infatti, un battello capace di esprimere velocità impensabili, che aveva un'autonomia praticamente illimitata e che poteva rimanere completamente occulto per svariati mesi.
Queste straordinarie capacità resero presto il  nuovo sottomarino atomico oggetto di ulteriori studi mirati a dotarlo di missili balistici a testata nucleare, trasformandolo - di fatto - in una vera base missilistica mobile, la cui posizione (a differenza delle basi terrestri) era assolutamente sconosciuta al nemico (che in quegli anni di guerra fredda era l'Unione Sovietica, anch'essa prossima a dotarsi di battelli di quel tipo).

Questa indeterminatezza sulla reale capacità di fuoco (atomico) dell'avversario, condivisa da entrambe le super potenze USA-URSS, che comporatava la possibilità di veder spuntare ovunque e dal nulla (anche nelle acque di casa tua) un oggetto capace di lanciare decine di missibili a testata nucleare multipla, fu forse uno dei principali deterrenti che ci salvò dal 3° conflitto mondiale.
3. Integrazione di un reattore nucleare a bordo di un sottomarino

Se dal punto di vista tattico e operativo il sottomarino atomico determinò una svolta epocale, dal punto di vista tecnico comportò ai progettisti dei notevoli grattacapi. Dal punto di vista della sicurezza le complicazioni erano immense: basti pensare al rischio radioattivo, o alle tubazioni del vapore surriscaldato ad altissima pressione che circolavano all'interno del battello (che in caso di perdita o rottura potevano saturare l'ambiente in pochi secondi, uccidendo l'intero equipaggio).

L'integrazione di questi sistemi a bordo dei sottomarini è stata quindi una sfida tecnologica molto importante che ha richiesto enormi sforzi e anche drammatici sacrifici (sono stati infatti molti gli incidenti mortali).

Installare in sicurezza un reattore nucleare ad acqua pressurizzata a bordo di un sottomarino ha portato naturalmente i progettisti a pensare a scafi caratterizzati da diametri importanti (in grado di contenere non solo il reattore, ma anche tutti i necessari sistemi di schermatura multipla che devono racchiuderlo). L'incremento del diametro del battello, al fine di mantenere le necessarie caratteristiche idrodinamiche, ha comportato anche la necessità di aumentare sensibilmente la lunghezza fuori tutto degli scafi (per mantenere il valore del Coefficiente di finezza L/D entro limiti accettabili).

Oltre al reattore e ai suoi sistemi di sicurezza, l'integrazione di questi sistemi ha anche comportato l'impiego di grossi e rumorosi turbo-macchinari (in grado di sfuttare la potenza del vapore). Quanto sopra ha necessariamente incrementato il livello di rumorosità generato dall'apparato motore, in modo molto importante.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Possiamo quindi dire che per godere dei grandi vantaggi che offre la propulsione nucleare, bisogna accettare battelli piuttosto rumorosi e caratterizzati da dimpensioni notevoli. 

 

 

4.  PRO e CONTRO dei Sottomarini atomici

 

Ove volessimo provare ad analizzare le caratteristiche dei battelli a propulsione nucleare raffrontandoli con quelli a propulsione Diesel Elettrica, potremmo dire in generale che:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PRO

 

CONTRO

5.  Considerazioni

 

Quanto detto finora potrebbe far pensare che il sottomarino atomico è l'unità subacquea per eccellenza. Ma come sappiamo, anche dopo il suo avvento, in tutto il mondo si è continuato a costruire battelli diesel-elettrici. Perchè ?

 

Perchè ci sono cose che un grosso e rumoroso bestione atomico non è in grado di fare e che, invece, un battello elettrico (specie se non a snorkel) può fare in maniera molto efficace (anche se con limitazioni).

 

Il tutto dipende dal profilo delle missioni che intendiamo affidare a questi mezzi.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Un battello a propulsione elettrica, quando opera sulle batterie (no snorkel) è molto più silenzioso di qualsiasi battello atomico. Questo vuol dire che, a livello idrofonico, il battello elettrico prenderà contatto con il nucleare moltissime miglia prima che il battello atomico si accorga della presenza del battello convenzionale (e probabilmente se ne accorgerebbe solo quando avrebbe già un paio di siluri che lo stanno rapidamente raggiungendo).

 

Questo è un vantaggio tattico straordinario che impone ai battelli atomici di stare alla larga dalle acque ristrette o dalle zone pattugliate da battelli elettrici.

 

Dall'altra parte, come abbiamo detto, i battelli elettrici hanno altri limiti dettati dall'autonomia delle loro batterie e dalla ciclica necessità di ricaricarle facendo snorkel (perdendo tutto il vantaggio tattico di cui sopra).

 

Per tutto quanto sopra, a partire dalla fine degli anni '80, l'evoluzione tecnologica ha concentrato i suoi sforzi per ricercare soluzioni tali consentire a un battello convenzionale di massimizzare il suo vantaggio tattico, e di minimizzare i suoi difetti, ricercando soluzioni propulsive silenziose e indipendenti dall'aria.

 

Così si è arrivati alla propulsione convenzionale anaerobica A.I.P., che studieremo nella prossima sezione.

2021 - Giampiero Ranieri