俄罗斯核潜艇用ВМ-4, В-5核反应堆

以ВМ-A反应堆为核心的核潜艇舰队成功建成，为核潜艇舰队的进一步发展奠定了基础。随着原子科学与技术的进步、理论知识与实验数据的拓展，开发更先进的船用反应堆（即第二代核动力装置）成为可能。该装置将汲取前代项目的所有教训，并采用最新材料、结构和仪表。新型核动力装置被命名为“ВМ-4”和“B-5”。

并非孪生兄弟，亦非手足

对新一代核潜艇的基本要求是提高其可靠性与生存能力，并缩小核动力装置的尺寸。1958年8月通过的苏共中央和苏联部长会议决议为相关工作拉开了序幕。

反应堆的设计从一开始就沿着两个相互替代的方向进行，其科学负责人是A. P. 亚历山德罗夫。科学负责人和设计团队确定了第二代反应堆的主要创新点：

—摒弃第一回路分支繁复的管道系统；

—采用多组带独立驱动的补偿栅；

—过渡到使用双速第一回路循环泵；

—将蒸汽发生装置所有设备的寿命提升至12,000小时，堆芯运行周期提升至5,000小时。

第一个方向由第92号工厂设计局（位于高尔基市，总设计师I. I. 阿夫里坎托夫）负责，旨在采用全新的设计方案，以消除前代核动力装置的缺陷。该设计局负责该项目的B科室已有为“列宁”号核动力破冰船研制核蒸汽过热装置的经验。该设计局研发的反应堆被命名为“ВМ-4”。

第二个方向的思想引领者是第8研究所（总设计师N. A. 多列扎利），其理念是保留VM-A反应堆的主要回路布局方案，并对其“瓶颈”进行最大限度的现代化改造。该研究所为核潜艇设计的第二代反应堆被命名为“B-5”。

“ВМ-4”装置

在设计的第一阶段，第92号工厂设计局的设计师们进行了广泛的探索性工作，以选择装置类型和基本布局方案。基于这些工作，他们最终选择了带水冷却剂的Block式蒸汽发生装置方案。此类装置的主要设计特点是两个Block式单元：“反应堆-蒸汽发生器”（采用“管中管”连接方式）和第一回路的“蒸汽发生器-泵”。

主要技术方案是采用双反应堆配置的核蒸汽发生装置，两组主要设备分置两舷。

在科学负责人和总订货方审议了第8研究所和第92号工厂设计局的方案后，认定后者的方案更全面地满足对第二代核潜艇的要求，并建议进一步研究。随后，“ВМ-4”装置被立即应用于由不同设计局开发的三型核潜艇项目——即670型、671型和667型。

第一个方案（用于671型核潜艇）被命名为OK-300；第二个方案（用于670型核潜艇）被命名为OK-350；第三个方案（用于667型核潜艇）被命名为OK-700。不同型号装置的主要设备几乎完全通用化，蒸汽发生装置仅在回路数量（每个反应堆4或5个回路）以及与反应堆舱基础结构的连接上有所区别。670型核潜艇装有一台90兆瓦功率的反应堆和一台汽轮机；671型核潜艇装有两台各72兆瓦功率的反应堆和一台汽轮机；667型核潜艇则装有两台各90兆瓦功率的反应堆和两台汽轮机。ВМ-4（OK-300）、ВМ-4-1（OK-350）和ВМ-4-2（OK-700）蒸汽发生装置的技术设计分别于1960年4月、1961年3月和1963年8月获得批准。

OK-300、OK-350和OK-700型蒸汽发生装置之所以能实现质量小、尺寸小且运行可靠，得益于设备围绕反应器的紧凑布置，这使其本身可作为生物防护层；同时，第一回路系统及焊缝长度的大幅缩减显著提高了设备可靠性。

该装置设备采用能承受第一回路压力的坚固密封壳体制造。例如，OK-300和OK-350反应堆的壳体和底封头由珠光体钢制成，并采用自动焊接。壳体内部衬有防腐堆焊层，提高了设备的工艺性和可靠性。

装置采用冷却剂一次通过堆芯的循环方案，这简化了反应堆内部结构的设计，并实现了利用冷却剂自然循环进行反应堆冷却。

反应堆堆芯使用棒状和双环状燃料元件，铀-235富集度为21%（事实证明，采用双环状燃料元件的堆芯是唯一能完全耗尽自身能源的堆芯）。堆芯的设计更换周期为8年。

设计人员不得不放弃建造台架原型机，第一批量产设备直接用于核潜艇的装配。为了弥补缺乏全尺寸试验台的不足，设计局着重对设备进行逐件检查和测试，为此建造了200多个试验台。特别是，对反应堆-蒸汽发生器连接管道的实物模型以及反应堆壳体样品进行了热循环试验。1964年，OK-300和OK-350装置的反应堆样品通过了组装测试以及控制和保护系统功能测试的综合检验，随后被跨部门委员会验收通过。

第一代核潜艇的建造经验表明，在反应堆舱内安装蒸汽发生装置是核潜艇建造中最困难的环节，因为舱内空间狭小。新的布局方案为将大量安装工作转移到船台前的准备阶段创造了条件，从而缩短了安装周期并提高了质量。为监督核蒸汽发生装置的安装过程，设计局选派专家组成专门的安装指导组，派往核潜艇制造厂。然而，这并不能百分之百保证陆上阶段不发生事故——事故仍有发生，其中也包括核危险事故。

其他类型的事故也时有发生。例如，1966年11月，在北方机械制造企业为一艘667型核潜艇进行反应堆水压试验时，发现由伏尔加格勒“街垒”工厂制造的设备内有大量污垢和金属屑。此事件当即被定性为“非常事故”，因为它使人们对先前制造的其他设备中是否也存在异物产生怀疑。这引发了对所有已安装反应堆的检查，导致多艘670型和667型核潜艇的交付日期被推迟。该事件最终促成了一份专门规范文件的发布，用于规定核潜艇第一回路设备的关闭和开启程序。

在20世纪70年代初，VM-4型蒸汽发生装置暴露出两大严重缺陷：棒状燃料元件的提前失密以及反应堆盖立管出现裂纹。为解决这些问题，研制了采用改进型棒状和环状燃料元件的新型堆芯结构，并优化了反应堆盖的设计。

在第二代核潜艇的运营过程中，核动力装置展现了显著提高的系统和设备可靠性。尽管这些核潜艇的使用强度更高，但其设备故障和失灵的次数与第一代核潜艇相比减少了数十倍。

671型（“雅罗鱼”级）核潜艇被设计为“猎手潜艇”，旨在摧毁携带弹道导弹的美国核潜艇。首艇K-38于1963年4月在列宁格勒的新海军部造船厂（现“海军部造船厂”）铺设龙骨。671型核潜艇采用单轴推进，这得以减小了潜艇的排水量和噪音，并使其水下航速远超国外同类产品。单轴方案的实现还使得主减速齿轮装置和两台带所有配套设备的自主涡轮发电机能够布置在一个舱室内，从而缩短了潜艇耐压壳体的相对长度。耐压壳体结构决定采用新型AK-29钢，这有助于增加下潜深度。

1967年11月5日，671型首艇K-38的接收证书签署，该艇随后加入北方舰队服役。该型潜艇共建造了15艘，其中大部分在北方舰队服役。

670型（“鳐鱼”级）核潜艇旨在摧毁护航编队中的舰船，特别是航母打击群中的航空母舰。其建造工作在高尔基市的“红色索尔莫沃”工厂进行。该潜艇采用双壳体结构，轻壳为纺锤形线型，由于搭载导弹武器，其首部横截面为椭圆形。

首艘核潜艇于1966年8月2日下水。670型首艇K-43的接收证书于1967年11月6日签署，随后该艇加入北方舰队服役。

该型核潜艇共建造了11艘。

667型核潜艇被设计为搭载核弹头弹道导弹的运载工具。在政府决定更换其搭载的武器后，该项目被命名为667A型（“纳瓦加”级）。新型导弹运载工具被命名为战略导弹核潜艇。

667型潜艇为双壳体结构，首部呈椭圆形，尾部呈纺锤形。直径为9.4米的圆柱形耐压壳体被分隔为10个舱室，其中第7舱为反应堆舱。标称功率为5.2万马力的主动力装置由左右舷的两个独立机组组成。每个机组包括一台ВМ-4-2（OK-700）压水反应堆、一套带减速齿轮装置的汽轮机组以及一台涡轮发电机。

667A型核潜艇的建造工作进展迅速。首艇K-137于1964年11月9日在北方机械制造厂铺设龙骨，1966年8月28日下水，并于9月1日开始交付试验。K-137号核潜艇于1967年11月5日服役，并于11月24日编入北方舰队。

667A型系列是所有苏联核潜艇项目中数量最多的，并且有大量改型。在1967年至1974年间，共建造了34艘667A和667AU型潜艇。

671型、670型和667型的所有潜艇均在1989年至1997年间退出舰队序列。

“B-5”装置

事实上，关于“V-5”装置的工作早在那份决议出台之前就已开始。自1955年起，第8研究所就一直在为639型核潜艇研制配备压水反应堆的“BK”装置。其特点包括：在堆芯内布置多个轻质补偿器以消除过剩反应性、堆芯内水流采用单次通过方案、将装置主要设备集成于一个单元等。实际上，“BK”装置是首套Block式蒸汽发生装置的设计，并在此后证明了其有效性。

1958年，639项目的工作终止，第8研究所的专家们将其积累的所有思想用于为661型核潜艇打造第二代反应堆装置。这艘新型核潜艇的战斗任务是打击敌方的高速护航舰艇和航空母舰。

“B-5”蒸汽发生装置的技术方案于1959年11月由第8研究所与利潘共同完成。双反应堆配置的“B-5”装置采用了一系列新技术方案。例如，体积最大的设备和部分辐射防护装置安装在不与潜艇耐压壳体相连的基座梁上，从而减轻了动态冲击对设备的影响。蛇纹石混凝土因效果更佳，成为辐射防护的主要材料。此外，为该装置开发了一套统一的远程控制和自动控制系统。

在“B-5”蒸汽发生装置的方案开发过程中，第8研究所首次使用电子计算机进行了复杂多方案的堆芯计算。

由于项目工期紧张，不得不放弃建造陆上原型机（试验台）来验证设计和工程方案的正确性，转而使用一系列实验台架。例如，决定不再建造27/BM型试验台的替代品，而是在“B-5”蒸汽发生装置的制造厂——伊若尔工厂——建造一个全尺寸的热工水力（非核）试验台，以最大限度地检验设计和工艺创新。因此，伊若尔工厂同时制造了三套装置设备：一套用于热工水力试验台，另外两套用于未来的舰艇。

（原子能研究所）建造了一个临界试验台，用于研究反应堆的物理特性。

661型（“安查尔”级）实验艇于1963年12月在北方机械制造厂铺设龙骨后，其建造工作耗时长达5年。进度滞后的主要原因是艇体需采用钛合金制造，而当时苏联的钛合金生产尚处于起步阶段。

潜艇上的核反应堆装置位于第5舱。主动力装置由左右舷的两个自主机组组成。每个机组包括一台带反应堆的“B-5”原子蒸汽发生装置、一套减速齿轮装置（由多台涡轮机和齿轮传动装置组成的主舰用发动机）以及一台自主涡轮发电机。每座反应堆的标称热功率为177.4兆瓦。

压水反应堆及其周围布置的直流蒸汽发生器各段均接入各自的水力腔室，并通过“管中管”接管连接。采用的“紧凑”布局和设备布置给其维修保养带来了困难，而通过在各段之间设置隔离装置，可在维修期间将其切断，从而解决了在蒸汽发生器部分管段发生故障时保持装置工作能力的问题。从设计角度来看，安装在核潜艇上的两套蒸汽发生装置，其模块化结构极具独创性和方案的大胆性。

首套Block式“B-5”蒸汽发生装置的单位质量比当时的最佳指标低1倍，能量舱段的设备密度则是其2.5到3倍。

1968年12月，核潜艇下水，一年后，在完成所有必要测试后交付海军。在国家航行试验期间，该艇展现了卓越的航行性能——在反应堆功率达到额定功率的80%时，水下航速达到了42节；而在核动力装置满功率试运行期间，航速达到了44.7节，这至今仍是世界纪录。

该核潜艇的试运行于1971年12月结束。获得K-162（自1978年起为K-222）编号的核潜艇于同年9月投入战斗值班，在此次值班中，该潜艇从格陵兰海穿越赤道地区抵达巴西海盆。在此次航行中，该潜艇曾跟踪美国“萨拉托加”号航空母舰，后者数次试图以超过30节的速度摆脱跟踪，但均未成功。不仅如此，该核潜艇在机动过程中，有时甚至超越了美国舰只。在两个半月的航行中，该潜艇仅浮出水面一次。

由于采用钛合金，661型潜艇造价极其昂贵，因而获得了“金鱼”的绰号。也正是出于这个原因，该艇未能批量建造，仅成为唯一的孤舰。它在苏联海军中一直服役至1998年。