원자력 잠수함

원자력 잠수함(원자력 잠수함)과는 동력에 원자로를 사용하는 잠수함이다.원자력 잠수함(엄선)이라고 생략해지기도 한다.

개요

원자력 잠수함의 구조는, 이제 한편의 대표적인 잠수함의 추진 동력 방식인 디젤 엔진을 갖춘 통상 동력형 잠수함과 기본적인 구조의 점으로는 같이이다.즉, 모두, 선체는 우적형이나 여송연형을 하고 있어, 선체 상부앞가까이에 세일, 그 측면이나 선체 앞부분 측면으로 잠사를 가져, 함미의 추진기・프로펠라로 추진한다.원자력 잠수함과 통상 동력형 잠수함과의 큰 차이는, 추진기를 회전시키기 위한 에너지의 발생원이다.원자력 잠수함으로는 원자력 즉 핵분열에 의해 생성되는 열에너지로 물을 끓이고 터빈을 돌리는 것으로 추진기를 회전시키는데 대해, 통상 동력형 잠수함으로는 디젤 기관을 작동시키고 추진기를 돌리고 있다.그 차이를 반영해, 원자력 잠수함은 통상형 잠수함보다 복잡한 구조가 되고 있어 선체도 대형이 된다.또, 그 운용을 비교하면, 통상형 잠수함이 연안 지역에서의 운용을 비교적 자랑으로 여기는데 대해, 원자력 잠수함은 보다 넓은 외양역으로의 운용을 자랑으로 여긴다.다만, 이러한 운용은 전문화하고 있는 것은 아니다.

원자력 잠수함은 잠수함과 원자력 기술의 쌍방을 가지는 나라에서 밖에 제조할 수 없기 때문에 보유국은 한정되어 2013년 현재, 미국, 러시아, 영국, 프랑스, 중국, 인도의 6개국만이 보유하고 있다.인도를 제외한 5개국이, 공격형 원자력 잠수함과 탄도 미사일 원자력 잠수함(=전략 미사일 잠수함)이라고 하는 2종의 잠수함을 보유하고 있다.이 중 공격형은, 통상형 잠수함과 같게 적수상 함선이나 적잠수함을 공격하기 위해(때문에), 경우에 따라서는 은밀뒤에 인원 수송을 행하기 위해서 이용된다.이것에 대해 탄도 미사일형은, 통상형 잠수함으로는 행할 수 없는 탄도 미사일의 발사 플랫폼으로서의 임무를 담당하고 있다.이 때문에, 탄도 미사일형은 공격형보다 큰 선체가 되고 있다.

미국 해군은 21 세기에 들어가고, 탄도 미사일 탑재형을, 순항 미사일의 발사 플랫폼인 순항 미사일 잠수함으로 개조하고 있다.

특징

이하에 원자력 잠수함의 특징을 나타낸다.

원자력에 의한 구동력의 생성

원자력 잠수함으로는, 고온 고압의 수증기를 발생시키는 열원으로서 원자로가 이용되어 그 수증기에 의한 에너지를 이용하고 추진기를 돌리기 위한 구동 힘을 얻고 있다.그 구동력 생성의 형식은 두 개로 대별된다.

수증기에 의해 증기 터빈을 작동시켜, 그 증기 터빈에 의해(적당한 감속장치를 개재시켜) 추진기를 회전시킨다, 라고 하는 원자력 기관을 이용하는 것.
수증기에 의해 구동한 터빈에 의해 일단 발전해, 그 전력을 전동기에 공급해 추진기를 회전시키는 것.

어쨌든, 원자력 잠수함으로는 추진 동력의 생성을 위해서 원자력을 사용한다.이하, 특히 거절이 없는 한 주로 전자에 대해 설명해, 후자는 원자력 터보・일렉트릭 방식으로서 설명한다.

원자력에 의한 주기관

가압수형 원자로의 구성 개요

통상, 원자로의 냉각계는 안전을 위해서 복수 설치되고 있다.덧붙여 원자로 자체의 수는, 원자력 항공 모함으로는 1개의 함에 원자로를 2기이상 갖추고 있는데 대해, 원자력 잠수함으로는 1기, 또는 많아도 2기이다.

원자력 잠수함의 원자로의 형식은, 현재까지 가압수형 원자로(PWR) 뿐인다.다른 대표적인 원자로 형식인 비등수형 원자로(BWR)가 채용되었던 적은 없다.이것은, 잠수함에 대하고는 해양 상태나 기상, 함의 기동에 의해서 선체가 흔들리거나 기울거나 할 가능성이 있어, 비등수형으로는 냉각수가 노심을 충분히 차게 할 수 없는 사태가 염려되기 때문에 있다.덧붙여 비등수형 원자로라는 비교 후에 가압수형 원자로로는, 몇개의 기계요소를 추가하지 않으면 안 된다.예를 들면, 증기 발생기, 가압수를 순환시키는 강력한 순환 펌프 및 그 고압 배관, 및 2차 냉각수를 위한 펌프 및 배관은 가압수형 원자로에게만 필요하다.이 때문에, 가압수형 원자로로는 구조가 복잡이 되지만, 이점도 생긴다.즉, 1차 냉각수 계통과 2차 냉각수 계통이 분리되어 있기 위해, 2차계에 있는 증기 터빈이나 복수기라고 하는 보기류의 점검 정비가 방사선의 위험으로부터 멀어진 위치에서 행하는 것이 가능해지는 것이다.다만, 1차 냉각수가 어떠한 형태로 누설 했을 경우는 예외로 하고, 특히 증기 발생기는 복잡하고 취약한 배관 구조를 가져, 방사능 누출 사고의 원인이 된다.실제, 신뢰성의 낮은 초기의 원자력 잠수함에 대해서는, 이러한 구조가 자주 사고의 원인이 되었다.

원자력 잠수함중에 있어서의 원자로는, 납등이 짜넣어진 전용의 내압 격벽으로 나누어진 원자로 구획의 내부에 설치되어 있다.이것은, 인체에 유해한 방사선을 가림해 선내의 다른 영역을 안전하게 유지하기 때문에 있다.원자로 구획은 함의 뒤집합에 설치되고 있는 것이 많아, 함의 주요한 부분을 차지하는 앞부분과 터빈이나 조타기등의 있는 후부를 묶기 위해서, 납등에서 방호된 좁은 통로가 원자로 구획의 상부나 측면을 관철하고 있는[¹].

장기간의 연속 잠항

원자로의 동작에는 산소를 필요로 하지 않기 위해(때문에) 장기간의 연속 잠항이 가능하다.또, 원자로의 핵연료봉의 교환도 수년으로부터 수십년에 한 번에 끝난다.이 때문에, 디젤 연료를 소비하는 통상형 잠수함과 같은 항속 거리의 제약이나 빈번한 연료 보급의 수고는 없다.증기 터빈의 베어링이나 감속기용의 윤활유는 정기적인 보급이 필요하지만, 다른 연료에 비해, 그 빈도는 적다.원자력 잠수함으로는, 함집안사람원의 호흡에 필요한 산소도 풍부한 전력으로 해수로부터 전기 분해에 의해서 만들어 낼 수 있어 호흡에 의해 배출되는 이산화탄소도 화확적으로 흡착 제거된다.

이러한 특징으로부터, 원자력 잠수함으로는, 기능 유지 및 인원 생존을 위한 부상은 원리적으로는 수개월 사이에 한 번에 충분하다.다만, 장기간의 연속 잠항이 원리적으로 가능해도, 실제로는 길어도 2개월 정도의 연속 잠항 밖에 실시하지 않는다.이것은, 신선한 식료의 보급, 함외로부터의 정비등이 필요한 것, 및 승무원의 심리면에의 영향이 고려되기 때문에 있다.

미국 해군으로는 전략 미사일 원자력 잠수함의 크루는, 블루와 골드의 2조를 준비하고 있어, 하나의 그룹이 70일간의 항해를 끝내 귀항하면, 약 1개월 정도 함의 정비등을 실시해, 그 후 또 하나의 그룹이 70일간의 항해에 나간다.그리고, 항해를 끝낸 (분)편의 그룹은, 잠깐의 휴가의 뒤훈련을 행한다, 라고 하는 로테이션을 반복한다.

수중 기동

원자력 기관은 최대 출력에서도 연료 소비를 그만큼 고려할 필요가 없기 때문에, 고속항주를 장시간 계속하는 것으로, 대양의 변경까지 원정 하는 것이 가능하다.그러나, 뛰어난 탐지 능력을 가지는 전술전에서는, 탐지되기 쉽고 압도적으로 불리하다.용해 금속 냉각 원자로를 채용한 러시아의 알파형 등은 최고속도는 40 노트를 넘는다고 해 미국 해군의 실험 잠수함 「아르바코아」와 같이, 30 노트 이상을 발휘하는 것도 불가능하지 않지만, 비용 편익비에 대해 현실적이지 않고, 같은 기축을 실현한 예는 그 밖에 없다.단지, 고속으로 의 항행은 터빈음이나 외부 장치가 일으키는 와류등이 커져, 용이하게 탐지되므로, 그만큼 빈번히 행해지는 것은 아니다.충분한 탐지 능력을 가지지 않는 분쟁 지역에의 급행등에서는, 절대인 힘을 발휘한다.전술 운용은 아니고, 정위치 부근에서의 미사일 기지로서의 역할이나 통상 패트롤적인 적함의 추적 등에 적합한다.

소음 문제

원자력 잠수함의 결점은, 전동기 추진시(엔진은 정지)의 디젤・일렉트릭 방식의 잠수함에 비해, 정숙성이 뒤떨어지는 것이다.

원자력 기관은 다른 동력에 비해 빈번한 정지・재기동이 어려운 것으로부터, 한 번 기동한 다음은 사고가 발생하지 않는 한 정기 검사까지 기동시킨 채로 출력을 조정하는에 그치는 것이 기본이다.또 작동중은 냉각수 순환 펌프를 멈출 수 할 수 없기 때문에, 가압수형 원자로로는 이 펌프도 큰 소음 발생원이 되고 있다.덧붙여 미국 해군의 최신 원자력 잠수함으로는, 저출력시에는 냉각재의 자연 순환에만 밤운전이 가능으로 여겨지고 있어 펌프의 운전이 불요라고 하고 있다.

기아드・터빈 방식 특유의 약점을 극복하기 위해(때문에), 증기 터빈으로 발전기를 작동시켜, 전동 모터로 추진기를 구동하는 원자력 터보・일렉트릭 방식에 의한 추진 시스템이 채용된 예가 몇개인가 있다.예를 들면, 프랑스 해군의 원자력 잠수함은 모두 이 방식을 채용하고 있어 그 밖에도 미국 해군이 2도( 「타리비」, 「그레나드・P・리프스콤」) 테스트하고 있다.단지, 이 방식은, 증기 터빈 방식(기아드・터빈 방식)에 비해 출력/중량비・효율・정비성이 나쁘고, 수중 속력도 뒤떨어진다.그 때문에, 이 방식을 상용하는 것은, 현재는 프랑스 해군에만 머물고 있다.이 방식은 단시간이면 원자로를 저출력에 유지한 상태로 내장의 축전지에 의해서 항행하는 일도 가능하고, 축전지를 개입시켜 전력이 공급되므로 전동기의 출력 응답성도 뛰어나다.또, 터빈과 추진기를 전달축으로 연결할 필요가 없기 때문에, 수밀구획에 전달축을 통하기 때문에(위해)가 구멍을 뚫을 필요가 없기 때문에, 데미지 컨트롤이나 기기 배치의 자유도가 뛰어나는 일면도 있다.덧붙여 근래에는 교류 전동기나 전력용 전자공학의 도입에 의해 정비성이나 효율, 출력에 관해서도 이전보다는 개선되고 있다.프랑스가 이 방식을 계속 채용하는 이유는 기아드・터빈 방식보다 운용상의 이점이 크다고 판단하고 있다고 추측된다.

더하고, 원자력 잠수함 특유의 문제와도 말할 수 없지만, 원자력에 의해서 큰 추진력을 얻을 수 있어도, 거기에 응해 추진기・프로펠라로 생기는 소음도 커진다고 하는 문제도 있다.또 고속 회전하는 증기 터빈의 축출력으로 저회전의 추진기를 돌리기 위해, 감속장치로서 감속 기어를 개재시킬 필요가 있어, (기아드・터빈 방식) 이 감속 기어가 큰 소음 발생원이 된다.그 때문에, 펌프 제트 방식에 의한 추진 방식을 채용하는 잠수함도 일부에 있다.펌프 제트는 고속으로 항행하는 어뢰나 테크노 수퍼 라이너나 고속 페리, 미사일정등의 고속정등에 사용되어 온 실적이 있어 고속성, 정숙성에 대해 우수했지만, 추진 효율에 관해서는 종래의 추진기보다 뒤떨어진다.이 때문에, 통상 동력형 잠수함으로는 실험적으로 사용된 단계에 머물고 있었지만, 원자력 잠수함으로는 이 이점을 살릴 수 있는 것부터 채용하고 있는 예가 몇개인가 있다.

다른 문제점

개발・건조・유지 운용에 매우 비용이 들어, 용도 폐지가 된 뒤의 원자로・핵연료의 처리의 문제, 멜트 다운이나 방사능 누출의 위험성등이 있다.

미국 해군으로는 신조함의 원자로에 농축도20~30%정도의 고농축우라늄을 이용한 연료봉을 사용하는 것으로 연료의 수명을 함의 수명으로 동일하게 해, 실질적으로 연료 교환을 불필요하게 하고, 원자로의 유지비의 큰 부분을 차지하는 연료봉의 교환 비용을 없게 해 가동률의 향상과 방사성 폐기물의 감소를 도모하고 있다.단지, 이 고농축우라늄의 사용이 원자력 잠수함의 위험성을 한층 더 높였다고 하는 지적이 있는[²].

통상형 잠수함의 특징

자세한 것은 「통상 동력형 잠수함」을 참조

원자력 동력과의 대비를 위해서 통상 동력으로의 잠수함(통상형 잠수함)의 특징을 이하에 나타낸다.또한 이하의 통상형 잠수함에는 AIP 동력 잠수함은 포함되지 않는 것으로 한다.

통상형 잠수함은, 수중에서는 축전지를 동력으로 해, 이 충전을 위해서 적당, 천심도를 항주 해 슈뇌르켈로부터 공기를 도입해 내연기관인 디젤 엔진으로 발전기를 작동시키지 않으면 안 된다.통상형 잠수함은 통상의 잠수 항행으로는 충전한 배터리와 모터 밖에 사용할 수 없기 때문에, 배터리를 소모하면 잠수 항행할 수 없게 된다(연속 잠항 시간의 제약).또, 내연기관의 연료가 다하면 그 이상의 항해는 불가능하다(연속 항해 날짜의 제약).통상형 잠수함의 연속 잠항 시간 및 연속 항해 기간을 연장하는 노력은 오랜 세월에 걸쳐서 행해져 왔지만, 단지 「기어들 수 있는 함(submersible ship)」는 아니고 「기어드는 것이 전문의 함」, 즉 잠항 상태를 상태로 하는 함을 달성된 것은, 원자력 기관의 장점을 살린 원자력 잠수함이 등장하고 나서이다.

잠항중의 통상 동력 잠수함의 동력은 축전지에 저축할 수 있었던 전력만으로, 여기에 따른 수중 속력은 최대에서도 20수 노트가 한계이며, 또, 그 속도로 항행했을 경우에는, 단시간에 축전지의 전력을 다 사용해 버린다.

운용

원자력 잠수함은, 당초, 제2차 세계대전까지의 잠수함의 연장선상에 있어 대수상함전투 임무를 주무로 했다.하지만, 수중 성능의 향상에 따르고, 잠수함을 수상이나 공중으로부터 탐지하는 것이 곤란하게 되어, 위협의 정도가 늘어나는 것에 따라, 잠수함을 잠수함으로 「사냥한다」수중전의 중요도가 더하게 되었다.이렇게 하고, 늦어도 1960년대말 이후에는, 잠수함에 대한 가장 유효한 병기는 잠수함이다라는 인식이 일반화했다.

또 그 특성상, 은닉성이 매우 비싼 것을 살려, 핵전략의 일단을 담당하는 해중 미사일 기지라고도 말해야 할 타입도 등장했다.이러한 잠수함을 탄도 미사일 원자력 잠수함, 전략 미사일 원자력 잠수함(전략 원자력 잠수함) 등이라고 부른다.초기의 북극성 원자력 잠수함으로는, 핵탄두 1발을 탑재한 장 사정의 잠수함 발사 탄도 미사일(SLBM) 16기를 장비하고 있었지만, MIRV 기술의 진보에 의해, 현재는, 1발 당 10 - 14발의 핵탄두를 탑재한 다탄두식의 탄도 미사일을 16 - 24기탑재하기까지 되어 있다.탄도 미사일 원자력 잠수함은 대륙간 탄도 미사일(ICBM)의 고정 사일로보다 발견되기 힘들다고 하는 특징이 있기 위해, 선제 공격의 수단으로서가 아니게 공격을 받은 뒤의 반격 수단・제２차 공격 수단으로서의 의미가 강하다.이러한 잠수함의 등장은 냉전을 배경으로 한 것이다.미국 해군 조지・워싱턴급(1번함은 1959년 취역)을 효시로서 우선 미국・소련, 그 다음에 영국・프랑스가 탄도 미사일 원자력 잠수함을 보유하게 되면, 공격형 원자력 잠수함의 중요한 임무에는, 아군 탄도 미사일 원자력 잠수함의 호위, 또는 적측 탄도 미사일 원자력 잠수함의 수색・추적・공격이 더해졌다.

그 외에도 대지 공격이나 대함상 공격격용의 순항 미사일을 장비한 형태도 있어, 이 타입을 순항 미사일 원자력 잠수함(SSGN)등이라고 부르기도 한다.이것은, 구소련 해군에 대하고, 가상적인 미국 해군의 항공 모함 전투군(현항공 모함 타격군)에의 대항상의 관점으로부터 특히 크게 발전했다.

역사

1940년대, 우라늄 핵분열 반응의 군사 이용에 관한 연구가 이루어진 과정에서, 핵에너지를 이용한 잠수함의 구상이 나치스・독일이나 구일본해군등에서 생각되고 있었다.

전후, 독일의 원자력 잠수함 구상을 안 미국 해군의 하이만・G・릭코바 대령은, 그 혁신성에 주목해, 원자력 잠수함 개발을 상층부에 호소했다.당시의 군사적인 핵이용은 폭탄이 중심이며, 거대한 원자력 발전 플랜트를 잠수함에 탑재하는 것 등 꿈의 또 꿈이라고 생각되고 있었기 때문에, 릭코바 대령의 제안은 온전히 다루어지지 않았다.그러나, 릭코바 대령이 체스타・니밋트 제독에 직소까지 하고 실현을 계속 호소한 결과, 최종적으로는 그 열의가 인정되어 합중국 해군 원자력부가 설립되어 릭코바는 그 장으로 취임했다.대령은 열심히 원자력 잠수함 개발을 강력하게 추진한[³].

이렇게 하고, 릭코바의 지휘아래, 세계 최초의 원자력 잠수함 「노치라스」(1954년 준공)이 개발되었다.이것으로부터 릭코바는 「원자력 잠수함의 아버지」라고 불리고 있다.노치라스는 세계에서 처음 북극아래를 잠항해 횡단한 것으로도 알려진다.또, 세계 최초의 전략 미사일 원자력 잠수함은 같이 미국이 개발한 「조지・워싱턴」으로 1959년에 준공했다.「조지・워싱턴」은, 미국 해군의 라본 소장 지휘아래에서, 탑재하는 북극성・미사일을 포함해 불과 4년이라고 하는 단기간으로 개발된(이 때에 이용된 것이, 매니지먼트 수법으로서 오늘로도 알려진 PERT(Program Evaluation and Review Technique)이다).

일본의 원자력 잠수함 보유의 논의

1958년, 제국 해군 시대보다 통상 동력 잠수함의 건조 실적을 겹쳐 쌓아 온 카와사키 중공업은, 원자력 잠수함을 건조했을 경우의 코스트, 필요한 설비등에 대해 81 페이지의 리포트를 정리해 후년 이것이 분명해졌다.이 리포트에 의하면, 당시의 시산으로는 후의 공격형 원자력 잠수함에 상당하는 함 1척을 건조하기 위해서는 통상 동력함 10척 분의 자금을 필요로 한다고 결론 되었다고 하는[⁴].

1960년 3월 11일, 중의원 내각 위원회에 대해 나카소네 야스히로 과학 기술청 장관은 미국이 풍부한 원자력 추진 함정의 건조 실적을 가지고 상업 원자력 선 「사바나」를 건조하고 있는 것으로 비교해 「일본은 원자력 잠수함 따위를 만드는 힘도 의사도 없습니다.따라서 역시 상업 채산 베이스에 맞는 것이 매우 대사」라고 답변하고 있어, 상업화에 의해서 코스트의 문제가 해결되지 않는 한은 「(원자력 잠수함을 건조하는, 하지 않는다고 한다) 정치력이 일하는 여지가 없다」라고 하고 있던[⁵].작가 타니 사부로는, 1986년에 출판된 저서로 「소련 해군력의 신장이 계속 되면 1990년대에는 필요성이 높아지는 한편, 일본에는 건조하는 능력이 있어, 1950년대부터는 통상 동력함과 비교한 코스트를 5배 정도까지 저감 시키는 것이 가능」이다고 주장하고 있던[⁴].

2004년의 「방위 계획의 대강」의 책정시에, 방위청(당시 )의 「방위력의 본연의 자세 검토회의」에 있어서, 원자력 잠수함의 보유의 가부가 검토되고 있던[⁶].