Szwedzkie okręty podwodne typu Gotland

Sławomir J. Lipiecki

Po kilku latach prac modernizacyjnych i prób stoczniowych 14 maja 2020 r. do służby liniowej powrócił szwedzki okręt podwodny HMS Gotland. Warto więc przypomnieć tę konstrukcję i przyjrzeć się wprowadzonym zmianom.

Svenska Marinen posiada obecnie pięć okrętów podwodnych, w tym dwa przebudowane typu A17 i trzy typu A19. Te pierwsze weszły do służby na przełomie lat 80. i 90. XX w. i według zatwierdzonych przez szwedzki parlament planów mają być zastąpione parą nowych okrętów typu A26. Budowa, a przede wszystkim próby zdawczo-odbiorcze w połączeniu z osiągnięciem założonej gotowości bojowej jeszcze potrwają, wobec czego na razie nie widać na horyzoncie końca służby jednostek typu A17, z których HMS Södermanland jest stale doinwestowywany – tak, by być na równym poziomie technicznym z Gotlandami, a HMS Östergötland praktycznie od 2011 r. znajduje się w rezerwie. Na razie, jak wspomniano, po modernizacji do służby czynnej powrócił HMS Gotland. HMS Uppland przechodzi próby morskie i wkrótce powinien dołączyć do bliźniaka.

Szwedzka szkoła

Szwedzi mają spore doświadczenie w budowie i eksploatacji okrętów podwodnych. Do światowej czołówki pod względem wartości bojowej wytwarzanych jednostek doszli po wprowadzeniu do linii pięciu okrętów podwodnych typu Sjöormen (A11B), a następnie trzech typu Näcken (A14).

Przy projektowaniu tych drugich jednostek na szeroką skalę zastosowano technikę komputerową. W wyniku dokonanych za jej pomocą analiz zrezygnowano z typowo „kroplowego” kształtu kadłuba na rzecz nieco prostszego, o walcowatym kształcie, ze stożkową częścią rufową i wytrzymałą konstrukcją półsferyczną na dziobie. Taki kształt kadłuba mają wszystkie okręty podwodne Svenska Marinen, włącznie z budowanymi obecnie A26. Kiosk przesunięto z dziobu w kierunku śródokręcia, przy czym w znaczący sposób uproszczono jego konstrukcję. Mieści zwykle maszty urządzeń podnośnych (peryskopu, radaru obserwacji nawodnej, systemu rozpoznania, anten systemów łączności) oraz chrapy i układ wydechowy spalin silników wysokoprężnych.

Zmieniła się także zasadnicza konstrukcja kadłuba oraz aranżacja jego wnętrza. Jednostki budowano jako częściowo modułowe, wobec czego ograniczono liczbę przedziałów (sekcji) do trzech, rozdzielonych dwiema grodziami sekcyjnymi. Ten układ również stał się standardem dla kolejnych okrętów podwodnych Svenska Marinen. W trakcie projektowania okrętów podwodnych typu A14 zadecydowano o przyznaniu firmie Kockums kontraktu na opracowanie jednostek kolejnego typu (A17). W konsekwencji z sześciu planowanych okrętów typu A14 wybudowano tylko trzy, moce produkcyjne przenosząc na najnowsze wówczas jednostki typu A17 (Västergötland). W praktyce miały to być nieco zmodyfikowane okręty typu A14, skonstruowane już całkowicie w systemie modułowym, co pozwalało na łatwy montaż nowych podzespołów, w tym opracowywanego wówczas napędu niezależnego od powietrza atmosferycznego. Zbudowano w sumie cztery takie jednostki.

Silnik Stirlinga receptą na sukces

Jednostki typów A17, A19 i najnowsze A26 wyposażono w niezwykły rodzaj napędu niezależnego od powietrza (ang. AIP, czyli Air Independent Propulsion system), który jest oparty na silniku Stirlinga. Wszystko zaczęło się, gdy w zakładach Kockums zabudowano prototypową, morską wersję takiego silnika. Zainstalowano go na cywilnej jednostce badawczej Saga wraz z instalacją tlenową firmy AGA Cryo. W ramach eksperymentu pod koniec lat 80. XX w. dodatkowa, 8-metrowa sekcja trafiła na okręt podwodny HMS Näcken typu A14. Pomyślne próby prototypowego napędu AIP skłoniły dowództwo Svenska Marinen do podjęcia decyzji, by tego rodzaju systemy (oparte właśnie na silnikach Stirlinga) zainstalować na jednostkach typu A17 oraz uwzględnić – już na etapie projektu wstępnego, którego modyfikację zatwierdzono we wrześniu 1991 r. – na nowych wówczas okrętach podwodnych typu A19 (Gotland). Zmiany w projekcie wiązały się m.in. z dodaniem całej sekcji kadłuba o długości 7,5 m, co spowodowało zwiększenie projektowanej wyporności jednostek.

Sam silnik Stirlinga to urządzenie liczące sobie nieco ponad 200 lat. Wymyślił je w 1816 r., a następnie opatentował kaznodzieja Robert Stirling. Jest to de facto tłokowy (z definicji) silniki cieplny, który przetwarza energię cieplną w mechaniczną (bez procesu wewnętrznego spalania paliwa – ciepło dostarczane jest z zewnątrz, dzięki czemu możliwe jest zasilanie go z dowolnego źródła). Źródłem ciepła może być np. proces spalania paliwa, ale nie jest to wymagane, gdyż równie dobrze może ono pochodzić z energii słonecznej. W silnikach stosowanych na szwedzkich (a także japońskich) okrętach podwodnych ciepło generowane jest w niezależnej komorze spalania. Jako paliwo wykorzystuje się olej napędowy, spalany przy udziale pochodzącego z ogólnookrętowej instalacji i magazynowanego w postaci ciekłej w zbiornikach kriogenicznych tlenu.

Wygenerowane ciepło w procesie spalania przekazywane jest na gaz roboczy (hel) we wnętrzu silnika. Po podgrzaniu gaz rozpręża się, wpychając tłok. Następnie gaz zostaje skierowany do chłodnicy, gdzie następuje zmniejszenie temperatury i objętości przy jednoczesnym cofaniu tłoka. Umożliwia to zmianę energii cieplej na mechaniczną, którą wykorzystuje się do napędzania zespołów prądotwórczych prądu przemiennego (przetwarzanego następnie na prąd stały). Najważniejszymi zaletami tego systemu, charakteryzującego się 40 proc. sprawnością, są cicha praca i brak drgań. W przypadku szwedzkiego systemu AIP jedynym limitem czasu pracy napędu jest ilość zmagazynowanego ciekłego tlenu.

Do zalet silników Stirlinga, szczególnie w porównaniu do wszelkich innych zespołów wysokoprężnych, należą ich niski poziom wibracji, bardzo mała sygnatura akustyczna (na dodatek zostały one zainstalowane w specjalnych kontenerach akustycznych) oraz obraz termiczny i w podczerwieni. Napęd tego typu jest również prosty w eksploatacji. Moduły Stirlinga korzystają bowiem z tego samego paliwa, co zespoły wysokoprężne, oraz ciekłego tlenu gromadzonego w specjalnych zbiornikach. Ponowne uzupełnienie zapasów jest więc łatwe i szybkie (zwykle trwa od 3 do 6 godzin) i może być wykonywane na morzu (przez standardowe okręty zaopatrzeniowe, bez potrzeby tworzenia dodatkowej, specjalistycznej infrastruktury). Co więcej, ponieważ ciśnienie w komorze spalania jest wyższe niż ciśnienie otaczającej wody morskiej, istnieje możliwość prostego usuwania spalin „za burtę” na głębokości ok. 300 m (bez potrzeby użycia sprężarki).

Tym niemniej w odróżnieniu od konkurencyjnych ogniw paliwowych najnowszej generacji dotychczasowy napęd AIP oparty na silniku Stirlinga Mk II pod niektórymi względami wykazywał mniejszą efektywność. Większe było również zużycie ciekłego tlenu. Trudno jednak orzec, jak ma się takie zestawienie w stosunku do obecnie używanych silników Stirlinga Mk III (na przebudowanych okrętach podwodnych typu A17) i Mk IV (na zmodernizowanych okrętach podwodnych typu A19). Kolejne wersje Stirlinga miały coraz mniejsze rozmiary, ograniczone sygnatury, wyższą wydajność oraz zużywały mniejszą ilość paliwa.

Pełna wersja artykułu w magazynie MSiO 7-8/2020