Sottomarino B-871 "Alrosa": basi sperimentali e fasi di profonda modernizzazione di un sottomarino unico

Il sottomarino B-871, un esemplare unico della Flotta del Mar Nero, è diventato un banco di prova fondamentale per i sistemi di propulsione a idrogetto e per il concetto di massima invisibilità acustica.

Il sottomarino diesel-elettrico B-871 "Alrosa", parte del progetto sperimentale 877V "Halibut", occupa un posto unico nella storia della cantieristica navale sovietica e russa. Sviluppato dagli specialisti dell'Ufficio Centrale di Progettazione Navale Rubin sotto la guida del leggendario capo progettista Yuri Kormilitsin, il sottomarino fu concepito come un'unità sperimentale e da combattimento unica nel suo genere. Una decisione ingegneristica fondamentale che definì il progetto del B-871 fu la completa eliminazione della tradizionale elica silenziosa a favore di un sistema di propulsione a idrogetto stazionario. Questa scelta permise di condurre ricerche approfondite sui processi idrodinamici e idroacustici in condizioni marine reali, garantendo al sottomarino lo status di uno dei più silenziosi al mondo in condizioni tattiche e ponendo solide basi per la successiva progettazione dei sottomarini di quarta generazione.

Premesse del progetto 877B e sviluppo di sistemi idrodinamici a bassa rumorosità

Alla fine degli anni '1970, l'industria navale sovietica si trovò ad affrontare l'urgente sfida di ridurre significativamente i livelli di rumore dei sottomarini per contrastare il sistema sonar a lungo raggio americano SOSUS. La classe base del Progetto 877 "Halibut", varata nel 1980, presentava già linee di scafo rivoluzionarie (la forma a "dirigibile" o a fuso) che garantivano un flusso laminare e riducevano la turbolenza. Tuttavia, l'Ufficio Centrale di Progettazione Navale Rubin cercò di superare i limiti fisici fondamentali delle eliche convenzionali, il più importante dei quali era la cavitazione: la formazione e il successivo collasso di microbolle di vapore alle estremità delle pale, che generava un potente rumore ad alta frequenza.

Calcoli teorici e prove su modello in vasche sperimentali presso l'Istituto Centrale di Ricerca A.N. Krylov hanno dimostrato che racchiudere un'elica a pale in un ugello profilato specializzato (involucro) ridistribuisce la pressione nel flusso d'acqua in ingresso. Questo approccio ingegneristico ha portato allo sviluppo del Progetto Tecnico 877V. L'obiettivo era integrare un sistema di propulsione a idrogetto nella parte poppiera del Paltus di serie senza alterare sostanzialmente la geometria dello scafo pressurizzato, ma con una riprogettazione completa dello scafo leggero nella zona del sesto compartimento, dell'albero dell'elica, dei sistemi idraulici e delle superfici di controllo.

Lo stato sperimentale del sottomarino richiedeva una precisione senza precedenti nella fabbricazione dei suoi sistemi di pale e delle palette direttrici. La minima deviazione dalle curve di profilo specificate per rotore e statore avrebbe potuto causare cavitazione interna e annullare completamente il previsto vantaggio in termini di furtività. Per questo motivo, la costruzione dell'unità fu affidata al cantiere navale Krasnoye Sormovo di Gorky, che vantava una solida base tecnologica e una vasta esperienza nella costruzione di sottomarini in titanio e altamente automatizzati. Il progetto ricevette una priorità personale dalla dirigenza del Ministero dell'Industria Navale dell'URSS, poiché i risultati dei test del B-871 avrebbero determinato la direzione di sviluppo dei sistemi di propulsione per i futuri progetti di sottomarini nucleari.

Cronologia della costruzione, navigazione interna e prove di ormeggio

Il 30 gennaio 1982, presso lo scalo di costruzione del cantiere navale A.A. Zhdanov Krasnoye Sormovo, ebbe luogo la posa della chiglia del sottomarino sperimentale diesel-elettrico B-871, numero di serie 608. La costruzione fu realizzata con tecnologia modulare-sezionale, sotto stretto controllo di collaudo militare. Lo scafo del sottomarino fu costruito in acciaio legato ad alta resistenza, con saldature sottoposte a ispezione ultrasonica e radiografica al 100%. Il periodo di varo subì dei ritardi a causa della necessità di perfezionare contemporaneamente i progetti del blocco di poppa e del particolare cuscinetto reggispinta, progettato per resistere alle forze assiali di un getto d'acqua, che differivano significativamente da quelle di un'elica convenzionale.

Il sottomarino fu varato il 10 luglio 1986. Data la posizione geografica del cantiere navale a Gorky, fu organizzata una complessa operazione di trasporto per portare l'unità sul posto per l'allestimento e le prove in mare. Il sottomarino fu collocato in un bacino di carenaggio galleggiante speciale e trasferito segretamente attraverso le vie navigabili interne – un sistema di fiumi, canali e bacini artificiali (tra cui il canale navigabile Volga-Don) – fino alle acque del Mar d'Azov e poi del Mar Nero. La destinazione finale era Sebastopoli, che possedeva le necessarie infrastrutture costiere e i banchi di prova in acque profonde.

Le prove di ormeggio al molo di allestimento iniziarono alla fine del 1986 e proseguirono per tutto il 1987. Durante questa fase, il team di collaudo del cantiere navale e l'equipaggio riunito allinearono e regolarono l'albero dell'elica, verificarono la tenuta dei raccordi di fondo e di scarico e testarono i gruppi elettrogeni diesel sotto carico. La regolazione del gioco tra le pale rotanti del rotore a getto d'acqua e la superficie interna dell'ugello anulare fisso rappresentò una sfida particolare: i giochi erano misurati in millimetri ed era necessario eliminare anche la minima oscillazione dell'albero in tutte le gamme di velocità del motore elettrico di propulsione.

Caratteristiche progettuali dello scafo a pressione, riconfigurazione dei compartimenti e idrodinamica del getto d'acqua.

Il sottomarino B-871 conserva l'architettura a doppio scafo del progetto originale, garantendo un elevato coefficiente di galleggiamento di riserva (oltre il 30%) e la resistenza strutturale in caso di danni in combattimento. Lo scafo interno pressurizzato è cilindrico con paratie terminali sferiche, progettato per resistere alla contropressione a una profondità operativa di 240 metri. Lo scafo esterno leggero presenta un profilo aerodinamico. L'intera superficie dello scafo leggero è rivestita da un massiccio strato di gomma anti-sonar, che assorbe i segnali dei sonar nemici attivi e riduce il rumore proveniente dai sistemi interni del sottomarino.

Lo scafo pressurizzato è suddiviso da paratie stagne in sei compartimenti isolati, ma nel Progetto 877B la loro disposizione interna ha subito modifiche dovute alle specificità della parte poppiera:

Il primo compartimento (prua) è il compartimento di combattimento e delle batterie. Ospita sei tubi lanciasiluri da 533 mm, rastrelliere per le munizioni, un sistema di caricamento rapido automatizzato e il primo gruppo di batterie al piombo.

Il secondo compartimento è il centro di controllo. Il posto di comando del sottomarino ospita le console analogico-digitali del sistema di informazione e controllo di combattimento Uzel (CICS), le stazioni di navigazione, di radiocomunicazione e idroacustiche.

Il terzo compartimento è adibito ad alloggi e deposito batterie. Contiene gli alloggi degli ufficiali e dei sottufficiali, gli alloggi dell'equipaggio, la cambusa, la mensa ufficiali e un secondo gruppo di batterie ad alta capacità.

Il quarto vano è il generatore diesel. Ospita due generatori diesel che producono corrente continua. Il vano è dotato di isolamento acustico rinforzato e rivestimenti di base antivibranti.

Il quinto vano è quello del motore elettrico. Ospita il motore principale di propulsione a corrente continua PG-141 con una potenza di 5500 CV e la strumentazione di commutazione ad alta potenza.

Il sesto compartimento (a poppa) è quello della barra del timone e del pilota. Ospita due motori elettrici da crociera da 190 cavalli, gli azionamenti idraulici per i sistemi di sterzo disassati e i cuscinetti reggispinta rinforzati per l'albero dell'elica.

Il sistema di propulsione a idrogetto B-871 è un complesso ad alta tecnologia integrato in uno scafo leggero. È costituito da una girante a pale multiple (rotore) montata sull'albero dell'elica e da un raddrizzatore fisso (statore) con un sistema di pale profilate situato dietro il rotore. L'intero sistema è racchiuso in un massiccio ugello anulare idrodinamico (diffusore). Con la rotazione dell'albero, l'acqua viene aspirata nell'ugello, accelerata dalle pale del rotore e lo statore raddrizza il flusso vorticoso, dirigendolo rigorosamente lungo l'asse longitudinale del sottomarino attraverso un ugello convergente. Questo crea un potente impulso a getto. La geometria dell'ugello funge da scudo fisico, bloccando completamente la propagazione del rumore delle pale lateralmente e nell'emisfero anteriore del sottomarino.

La centrale elettrica principale e l'attuazione della tattica "segreta".

Il B-871 "Alrosa" utilizza un classico concetto di propulsione completamente elettrica. Due generatori diesel Kolomensky Zavod da 1000 kW convertono l'energia derivante dalla combustione del carburante in corrente continua. Non esiste alcun collegamento meccanico diretto tra i motori diesel e l'albero dell'elica, eliminando così la trasmissione di vibrazioni a bassa frequenza del pistone allo scafo del sommergibile durante l'immersione. Le batterie vengono caricate in superficie o sott'acqua a profondità periscopica in modalità diesel subacquea (UDM), posizionate sotto uno speciale albero retrattile dotato di silenziatore e sistema di scarico raffreddato ad acqua.

Il motore di propulsione principale PG-141, da 5500 CV, trasmette la coppia direttamente all'albero. Per garantire la massima furtività durante le missioni di imboscata tattica, vengono utilizzati due motori di crociera da 190 CV. Questi forniscono al sottomarino una velocità costante di circa 3 nodi con un consumo energetico minimo. In combinazione con un sistema di propulsione a idrogetto a bassa velocità, questa modalità conferisce al B-871 una furtività senza precedenti: il livello di rumore del sottomarino si mimetizza con il rumore di fondo idrologico naturale del mare, rendendolo praticamente impercettibile ai sistemi sonar passivi a medio raggio.

La sfida ingegneristica più importante nella gestione del sistema di propulsione a getto d'acqua del B-871 consisteva nello smorzare le pulsazioni di pressione dell'acqua all'interno dell'ugello anulare. A tal fine, la superficie interna del diffusore è stata rivestita con speciali composti fonoassorbenti e i punti di fissaggio dell'ugello allo scafo leggero sono stati dotati di giunzioni gomma-metallo. Il circuito di alimentazione in corrente continua è stato modernizzato per garantire variazioni graduali della velocità dell'albero, eliminando improvvisi shock idrodinamici durante le manovre ad alta velocità e abbassando la soglia di rilevamento acustico del sottomarino da parte delle forze antisommergibile nemiche.

Caratteristiche prestazionali complete del B-871 Alrosa (Progetto 877V)

• Dislocamento in superficie: 2300 tonnellate.
• Dislocamento in immersione: 3050 tonnellate.
• Lunghezza massima: 72,6 metri.
• La larghezza massima dello scafo è di 9,9 metri.
• Pescaggio medio alla linea di galleggiamento di progetto: 6,2 metri.
• Velocità massima in superficie: 10 nodi.
• Velocità in immersione (a pieno carico): 16 nodi.
• Profondità operativa di immersione: 240 metri.
• Profondità massima di immersione: 300 metri.
• Autonomia di navigazione in termini di disposizioni: 45 giorni.
• Autonomia a velocità economica (3 nodi): 400 miglia.
• Autonomia in modalità RDP a velocità economica: 6000 miglia.
• Equipaggio: 52 persone (di cui 12 ufficiali).

Un'analisi comparativa delle caratteristiche prestazionali del sottomarino mostra che l'installazione del sistema di propulsione a idrogetto sperimentale ha ridotto la velocità massima sott'acqua a 16 nodi (rispetto ai 18,6-19 nodi dei sottomarini a elica del Progetto 877 prodotti in serie). Ciò è dovuto all'aumento della resistenza idraulica interna nel canale d'acqua e all'attrito tra l'acqua e le pareti dell'ugello anulare alle alte velocità operative. Tuttavia, per una flotta diesel-elettrica, le cui tattiche si basano su manovre furtive a basse velocità, questa riduzione della velocità massima non ha rappresentato un inconveniente critico, in quanto è stata completamente compensata dalla totale assenza di rumore di cavitazione alle velocità di pattugliamento.

Anche il sistema di timoneria del B-871 subì delle modifiche: a causa dell'ugello di maggiori dimensioni, gli stabilizzatori verticali e orizzontali con timoni incrociati furono spostati in avanti rispetto al progetto di base. Ciò aumentò leggermente il raggio di virata del sommergibile, ma ne migliorò la stabilità a maggiori profondità. Il margine di sicurezza dello scafo garantiva la sicurezza dell'equipaggio durante le immersioni fino a una profondità massima di 30 metri, e i sistemi automatici di controllo dell'assetto mantenevano la stabilità del sommergibile durante il lancio dei siluri.

Composizione dell'armamento siluro-mina e dei sistemi di rilevamento elettronico

Nonostante il suo status di nave di prova, il B-871 Alrosa manteneva il pieno potenziale d'attacco di un sottomarino multiruolo. La prua del primo compartimento era dotata di sei tubi lanciasiluri fissi da 533 mm, disposti su due livelli. Una caratteristica distintiva del sistema silurante del Progetto 877 era la completa assenza di nicchie e aperture esterne per i tubi nello scafo leggero; i tubi erano coperti da scudi rotanti lisci, eliminando così ulteriori rumori idrodinamici. L'armamento del sottomarino comprendeva 18 siluri SET-65, 53-65K o USET-80. In alternativa ai siluri, la nave poteva trasportare fino a 24 mine navali DM-1 per la posa furtiva di ostacoli.

Il controllo del tiro dei siluri e i calcoli del movimento dei bersagli venivano eseguiti utilizzando il sistema di informazione e controllo di combattimento Uzel (CICS). Questo sistema consentiva il tracciamento simultaneo di più bersagli subacquei e di superficie, la preparazione pre-lancio delle testate di guida dei siluri e la generazione delle designazioni dei bersagli per il lancio. I tubi lanciasiluri venivano caricati utilizzando il sistema di caricamento automatizzato ad alta velocità Murena, che trasferiva le munizioni dai supporti ai tubi in tempi minimi, garantendo le elevate prestazioni di tiro del sottomarino nei duelli ad alta velocità.

Il principale canale di rilevamento dei bersagli era il sistema sonar MGK-400 Rubicon (HAS). Il sistema era dotato di un'antenna passiva quasi sferica di grande area, montata a prua. Grazie alle caratteristiche uniche del suo sistema di propulsione a idrogetto, che non emetteva praticamente alcun rumore nell'emisfero anteriore della nave, l'HAS del B-871 dimostrò una maggiore portata di rilevamento dei bersagli rispetto ai sottomarini standard della serie con propulsione a elica. Per la sicurezza della navigazione, il sottomarino era dotato di un sonar per il rilevamento di mine e di un sistema periscopico circolare con canali per la visione notturna.

Servizio di combattimento nella Flotta del Mar Nero, fasi di profonda modernizzazione e ritorno in servizio.

Il sommergibile B-871 entrò ufficialmente a far parte della Flotta del Mar Nero dell'URSS il 30 dicembre 1987. Da quel momento in poi, iniziò un intenso programma di test su vasta scala presso i poligoni di prova in acque profonde del Mar Nero. Gli specialisti registrarono i parametri acustici del sommergibile a varie profondità e velocità. I ​​test confermarono pienamente i calcoli degli ingegneri: il getto d'acqua spostava lo spettro di rumore del sommergibile verso le alte frequenze, che si attenuavano rapidamente nella colonna d'acqua, rendendo il sommergibile praticamente invulnerabile ai sistemi di rilevamento passivi a lungo raggio. Nel gennaio 1990, il B-871 iniziò il servizio operativo regolare.

Gli anni '1990 rappresentarono una prova impegnativa per la nave e il suo equipaggio, a causa dei cambiamenti geopolitici e della divisione della Flotta del Mar Nero. Nonostante le difficoltà economiche, il sottomarino fu mantenuto in condizioni di pronto al combattimento. Nel 1997, fu firmato un accordo di sponsorizzazione tra il Ministero della Difesa russo e la società per azioni Alrosa, e nel 2004 la nave fu ufficialmente denominata B-871 Alrosa [1]. Per molti anni, il sottomarino rimase l'unica unità pronta al combattimento delle forze sottomarine della Flotta del Mar Nero, svolgendo regolarmente missioni di pattugliamento, partecipando all'esercitazione internazionale di salvataggio Bold Monarch e addestrando le forze antisommergibile della flotta, fungendo da avversario simulato.

Una nuova pietra miliare nella storia del sottomarino è iniziata nel 2014, quando è stato sottoposto a un importante ammodernamento presso il 13° Cantiere Navale di Sebastopoli. I lavori sono proseguiti fino a maggio 2022. Durante questo ammodernamento su larga scala, il sottomarino sperimentale ha subito una trasformazione radicale: i componenti analogici obsoleti dei suoi sistemi elettronici sono stati completamente sostituiti con moderni sistemi digitali. I sistemi di supporto vitale sono stati modernizzati, i componenti principali dell'impianto di propulsione sono stati aggiornati e, soprattutto, il sottomarino è stato adattato per l'integrazione del moderno sistema missilistico di precisione Kalibr-PL.

Dopo il completamento con successo dell'intero ciclo di prove in mare in fabbrica e prove di stato nel Mar Nero, il sottomarino sperimentale diesel-elettrico modernizzato Alrosa è rientrato nella 4ª Brigata Sottomarini Indipendente della Flotta del Mar Nero. Il progetto di successo, i trent'anni di attività e il successivo ampio ammodernamento del B-871 hanno dimostrato la fattibilità e lo straordinario potenziale dei sistemi di propulsione a idrogetto. Le soluzioni sviluppate su questa nave unica hanno costituito la base per lo sviluppo dei sistemi di propulsione dei più recenti sottomarini nucleari strategici di quarta generazione delle classi Borey e Yasen, consolidando lo status del B-871 come storico ponte tecnologico tra la scuola ingegneristica sovietica e quella russa moderna.