Планы строительства и модернизации авианосцев ВМС США

Капитан 2 ранга Д. Шинкоренко

В первой части* статьи были раскрыты вопросы, касающиеся повышения значимости авианосного флота США, решаемые им задачи, оснащение и боевые возможности авианосцев. Также рассматривались проблемы развития программы создания АВМА нового поколения-типа "Джеральд Форд" и отличительные особенности корабля данного проекта.

Внутренняя часть корпуса, полетной палубы и система транспортировки авиационного боезапаса АВМА типа "Нимитц" были разработаны во времена "холодной войны" с учетом возможности хранения и перемещения авиационных ядерных боеприпасов при возникновении необходимости выполнения задач по нанесению ядерных ударов по противнику. Практикуемая в настоящее время схема перемещения боезапаса из погребов на верхнюю палубу и вооружение самолетов предполагает несколько горизонтальных и вертикальных перемещений на различных уровнях. Такие перемещения по всему кораблю требуют значительных трудозатрат и времени - на некоторых стадиях экипаж фактически загружает и перевозит боезапас вручную на тележках. Нерациональное расположение отдельных лифтов для перемещения боезапаса на АВМА типа "Нимитц" либо затрудняет проведение полетных операций, снижая при этом количество самолетовылетов, либо исключает возможность использования отдельных лифтов в ходе них.

Проект АВМА нового поколения типа "Джеральд Форд" предусматривает значительную перепланировку системы транспортировки авиационного боезапаса. При этом количество горизонтальных перемещений во внутренних помещениях корабля сократится. Боезапас будет доставляться из погребов непосредственно на палубу при помощи лифтов. Для его загрузки экипаж будет использовать моторизированные тележки. В конструкции лифтов для перевозки авиационного боезапаса предусматривается применение линейных электродвигателей. Лифты должны располагаться рационально, чтобы не препятствовать проведению полетных операций. Такие новшества позволят не только сократить трудозатраты, но и увеличить количество самолетовылетов.

Снижению трудозатрат способствует также программа создания роботизированной системы подвески боезапаса на самолет - HAT. Она финансируется министерством ВВС США. Созданный в ее рамках прототип системы позволяет одному человеку произвести подвеску бомбы массой 1 400 кг вдвое быстрее, чем это предусмотрено современными нормативами. По плану система HAT поступит на вооружение ВМС к 2018 году.

Другим основным отличием авианосца нового поколения от АВМА типа "Нимитц" является перепроектированная полетная палуба. На АВМА типа "Нимитц" расположение катапульты № 4 (левый борт) затрудняет доступ к узлам подвески левой консоли крыла при полностью загруженных самолетах, так как габариты крыла практически соизмеримы с расстоянием от линии запуска паровой катапульты до края полетной палубы левого борта, что препятствует доступу к точкам подвески левого крыла самолета. Для упрощения доступа к точкам подвески в районе позиции запуска четвертой катапульты на АВМА типа "Джеральд Форд" спонсон левого борта и полетная палуба будут расширены.

Несколько небольших секций намечается добавить к полетной палубе для улучшения возможностей базирования авиатехники и проведения полетных операций. Надстройка островного типа будет несколько меньше, чем на АВМА типа "Нимитц", и сдвинута к корме. На авианосце нового поколения предусмотрено три самодетоподъ-емника вместо четырех и два ангара вместо трех, как на АВМА типа "Нимитц".

Оценочно перепроектирование полетной палубы позволит увеличить количество самолетовылетов на 15 %
 за счет сокращения перемещений самолетов для их дозаправки, вооружения и проверки (помимо совершенствования системы транспортировки авиационного боезапаса). Полетная палуба АВМА нового поколения позволит только один раз буксировать самолет в период между его посадкой и готовностью к взлету. Кроме того, меньшее количество самолетоподъемников и ангаров вместе с островной надстройкой меньших размеров будет способствовать оптимизации мета-центрической высоты на 5%

Проект перспективного авианосца включает несколько современных технологий, внедрение которых в АВМА типа "Нимитц" невозможно, - это ядерная энергетическая установка (ЯЭУ) нового поколения, зональная электрораспределительная система, а также система запуска и посадки самолетов нового поколения.

Новая энергетическая установка. С внедрением в проект АВМА типа "Нимитц" ряда передовых технологий возросли требования к электроэнергетической системе (ЭЭС), а заложенный в проекте запас не способен перекрыть все более растущие потребности. К тому же недостаток электроэнергии исключает использование ее на камбузах, прачечных, приводах насосов, нагревательных устройствах и других вспомогательных механизмах вместо пара. Применение пара во вспомогательных механизмах современных АВМА требует около 10 км паропроводов и, кроме того, больших трудозатрат обслуживающего персонала в сравнении с электрофициро-ванными вспомогательными механизмами. Недостаток электроэнергии также исключает возможность внедрения перспективных технологий, таких как динамическая броня, новые РЛС, электромагнитные катапульты (ЭМК) и оружие высокой энергии направленного действия.

Дополнительно к малой мощности ЭЭС, не удовлетворяющей перспективным требованиям, ЯЭУ авианосца типа "Нимитц" является очень массивной и сложной конструкцией. Только в системе трубопроводов используются трубы более 30 диаметров, насчитывается более 1 200 клапанов и свыше 20 основных насосов. Кроме того, данная установка требует значительного числа обслуживающего персонала - вахта в реакторных отсеках несется более чем на 60 постах.

Новые технологии (электрические исполнительные механизмы), которые будут внедрены в АВМА нового поколения, направлены на снижение трудозатрат и стоимости эксплуатации.

ЯЭУ перспективного АВМА типа "Джеральд Форд", претерпевшая значительные изменения, имеет более высокие характеристики. Например, КЭУ авианосца нового поколения будет вырабатывать в 3 раза больше электроэнергии за счет повышенной энергоемкости активной зоны и снижения требований к мощности насосов.

Конструктивно новая ЯЭУ с двумя новыми ядерными реакторами А1В будет более простой: в ее состав войдет меньшее количество компонентов, которые должны обладать большей надежностью. В сравнении с ЯЭУ АВМА типа "Нимитц" она будет иметь на 50 %  меньше клапанов, трубопроводов, основных насосов, конденсаторов и генераторов. В составе паропроизводящей системы должны быть менее 200 клапанов и трубы только восьми диаметров. ЯЭУ последнего поколения будет более компактной и простой в обслуживании.

В этой ЯЭУ намечается использовать современную электронную систему автоматического контроля и управления, что позволит сократить количество вахт на постах приблизительно до 20. Применение такой системы в сочетании е резким снижением трудозатрат при обслуживании позволит значительно уменьшить численность экипажа перспективных авианосцев (в частности, занятого обслуживанием ЯЭУ, на 50 %), объем работ, проводимых при капитальном ремонте, будет сокращен на 20 %, что позволит снизить расходы в течение жизненного цикла ЯЭУ (на 20 %). В настоящее время планируется увеличить сроки между капитальными ремонтами АВМА с 18 до 40 месяцев, что значительно повысит коэффициент их оперативной готовности.

Зональная электрораспределительная система переменного тока АС ZEDS. Электрораспределительная система АВМА типа "Нимитц" имеет радиальную архитектуру и распределяет электроэнергию по всему кораблю. Протяженность кабель-трасс ЭЭС составляет более 42 км. Кроме того, что такая архитектура очень сложна, существуют проблемы ее реконфигурации при боевых повреждениях или в ходе модернизации.

Архитектура зональной электрораспределительной системы АВМА нового поколения позволяет сократить протяженность кабель-трасс приблизительно на 10 км. Эта система более компактна, характеризуется большей живучестью и надежностью, а в отдельно взятой зоне могут запитываться различные по параметрам тока потребители.

Электромагнитная катапульта EMALS. На протяжении последних 45 лет в ВМС США для запуска самолетов с палубы авианосцев используются паровые катапульты. Современные паровые катапульты С-13 мод. 2, которыми оснащены АВМА типа "Нимитц", способны запускать самолеты каждые 60 с. При одновременном использовании четырех катапульт самолеты могут взлетать с авианосца каждые 20 с.

Конструкция современных паровых катапульт очень надежна. Каждая из четырех катапульт, одновременно задействованных при проведении полетных операций, готова к использованию в среднем 74 %  общего времени. При эксплуатации только одной их четырех катапульт ее готовность к работе составляет около 100 %.  Опыт эксплуатации показывает высокую надежность и безопасность паровых катапульт - в 90-е годы прошлого столетия за десятилетний период было проведено 800 тыс. запусков самолетов с авианосцев и зафиксировано всего лишь 30 серьезных поломок. При этом только одна из них привела к потере самолета.

Тем не менее при столь ощутимых достоинствах паровые катапульты имеют ряд серьезных недостатков.

Современные паровые катапульты для того, чтобы запустить один самолет, совершают работу в 70 млн футо/фунтов (равна работе по поднятию одного фунта на один фут). Это ограничивает максимальную массу катапультируемого самолета приблизительно 70 000 фунтами (31 751 кг). В дополнение к этому импульс силы, приложенной к катапульте, при малой нагрузке растет, что затрудняет запуск более легких типов самолетов. Фактически паровые катапульты не приспособлены для запуска современных БЛА.

Вследствие относительно большего диапазона изменения приложенной к катапультируемому самолету силы на протяжении одного цикла запуска планер самолета испытывает значительные нежелательные нагрузки. Такие нагрузки снижают усталостную долговечность (наработку до усталостного разрушения) пилотируемых самолетов и требуют значительного усиления конструкции планера БЛА.

Невозможность запуска БЛА с палубы авианосца может стать серьезным недостатком. Высокая динамика развития информационных технологий, разработка более компактного высокоточного оружия создает предпосылки технологического прорыва, способствующего созданию БЛА нового поколения, которые будут широко использоваться в ВМС и постепенно вытеснять пилотируемые аппараты задолго до истечения запланированного срока службы АВМА типа "Нимитц". Нет сомнений, что весьма привлекательной перспективой для военно-политического руководства США является ведение боевых действий, исключающих риск гибели или пленения экипажей сбитых самолетов. Для устранения вышеуказанных недостатков в рамках программы CVN-21 разрабатываются технологии создания катапульты нового поколения - электромагнитной катапульты.

Система контроля ЭМК позволяет контролировать силу, что уменьшит негативное влияние нагрузки на планер самолета, благодаря чему увеличится срок службы и снизится стоимость эксплуатации ЛА.

Потенциальные преимущества ЭМК относительно паровой катапульты следующие:

- меньшие трудозатраты при обслуживании, что оценочно позволит сократить численность обслуживающего персонала на 35 человек;

- большая мощность, что позволяет запускать более тяжелые самолеты;

- оптимизировано соотношение пикового ускорения и среднему, что позволит снизить нагрузку на планер БЛА.

В декабре 1999 года для демонстрации и подтверждения концепции EMALS были заключены два контракта - с компанией "Дженерал атомикс" на сумму 60 млн долларов и с фирмой "Нортроп-Грумман" на 62 млн. В 2003 году обе фирмы представили полномасштабный прототип электромагнитной катапульты, продемонстрировав ее технические характеристики и возможности. В результате для полномасштабной разработки катапульты в 2005-2009 годах

была выбрана компания "Дженерал атомикс", с которой в июне 2009-го был подписан контракт стоимостью 537 млн долларов на изготовление первой ЭМК, а летом 2010-го были проведены ее испытания на стенде в г. Лейкхорст. До февраля 2011 года было проведено 3 600 испытаний под нагрузкой от 4 536 до 45 359 кг, а летом проводились испытательные запуски палубного многоцелевого истребителя F-18 "Хорнет", палубного самолета ДРЛО Е-2 "Хокай" и палубного военно-транспортного самолета С-2 "Грейхаунд".

Для того чтобы катапультировать самолет с палубы авианосца, линейный электродвигатель ЭМК мощностью 100 000 л. с. преобразует 1,35 МВт постоянно подводимой мощности в 60 МВт импульсной мощности (2 с). Вырабатываемый ток на последних 6 м хода челнока ЭМК останавливает его без помощи гидротормоза и возвращает на стартовую позицию. Система накопителей энергии перезаряжается между стартами. ЭМК обеспечивает также посадку самолетов, при этом меняется только полярность.

Основными достоинствами ЭМК в сравнении с паровой катапультой являются низкие массогабаритные характеристики и высокий КПД. Сравнительные характеристики электромагнитной и паровой катапульты приведены в табл. 1. Кроме того, ЭМК обладает более высокой надежностью, малым временем подготовки к работе и высокой степенью автоматизации, что приводит к увеличению числа самолетовылетов на 25 %.

Начать полномасштабное производство ЭМК планируется в 2012-2013 годах, а установку на авианосцы - с 2013-2014-го.

Несколько других передовых технологий будут использованы в проекте АВМА нового поколения типа "Джеральд Форд". В отличие от рассмотренных ранее они могут быть внедрены и на АВМА типа "Нимитц".

Аэрофинишер нового поколения AAG: 1 - накопители электроэнергии; 2 - система контроля и управления; 3 - трос аэрофинишера; 4 - гидротормоз; 5 - механический тормоз; 6 - электродвигатель-генератор

Тросовые аэрофинишеры нового поколения AAG. Тросовые гидравлические аэрофинишеры Мк 14, используемые на АВМА типа "Нимитц", включают в свой состав гидравлические цилиндры, которые гасят кинетическую энергию приземляющегося самолета при посадке на палубу корабля. Такие системы имеют ограничения по массе самолетов и не могут обслуживать ни один современный или перспективный БЛА из-за высоких нагрузок на планер, возникающих в момент посадки при помощи аэрофинишера. Кроме того, современные системы требуют больших трудозатрат при обслуживании, что неминуемо ведет к росту стоимости жизненного цикла авианосца.

В состав электромеханической системы нового поколения входит гидротормоз (водяная турбина), механический тормоз и электродвигатель-генератор. Скорость самолета (через тросовое устройство) при посадке на палубу АВМА гасится в основном механическим и гидравлическим тормозом. Электродвигатель-генератор при помощи автоматической системы контроля и управления обеспечивает оптимально плавное регулирование замедляющей силы, тормозящей летательный аппарат (при этом учитываются его массовые характеристики). Электродвигатель-генератор обладает чрезвычайно низкой инерцией и в то же время высоким крутящим моментом, что достигается особенностями его конструкции: ротор представляет собой магнитопроводящий цилиндр, заключенный между двумя концентрически расположенными внутренним и внешним статорами.

Работы по созданию новой системы аэрофинишеров ведутся управлением авиационных систем для ВМС (Naval Air Systems Command). Принятие на вооружение авианосцев тросовых аэрофинишеров нового поколения (AAG - Advanced Arresting Gear) планируется в 2014 году. Новая система будет обеспечивать посадку любого современного и проектируемого самолета и БЛА, а также позволит снизить трудозатраты при обслуживании.

Радиолокационная система DBR. Радиолокационная система (DBR - Dual Band Radar) прошла стадию критического анализа проекта в ноябре 2009 года, в 2012-м планируется завершить ее испытания. Предположительно такая РЛС будет использоваться и на ЭМ УРО типа "Замволт" (DDG-1000). Сокращение серии этих эсминцев вызовет в производстве РЛС временной зазор в четыре года, пока не начнется строительство второго корпуса АВМА нового поколения - "Джон Кеннеди" (CVN-79).

В состав радиолокационной системы DBR входят многофункциональная РЛС AN/SPY-3 (8 000-12 000 МГц) и РЛС обнаружения воздушных целей VSR (Volume Search Radar, 2 000-4 000 МГц). Антенная система каждой РЛС включает три активные фазированные антенные решетки АФАР.

Фазированная решетка (2,72х2,08 м) РЛС AN/SPY-3 состоит из 5000 излучателей, возбуждаемых 625 восьмиканальными приемопередающими модулями. На нее возлагаются следующие задачи: управление оружием (радиокомандное наведение и подсветка целей), поиск целей на уровне горизонта, обнаружение перископов, навигационное обеспечение, управление полетами авиации. Станция будет решать задачу засечки позиций береговой артиллерии. Соответствующий режим работы аналогичен реализованному в станции артиллерийской разведки AN/TPQ-37. На авианесущих кораблях возможно решение дополнительной задачи - обеспечение полетов.

В АФАР VSR (4,06 х 3,86 м) используется 2 688 приемопередающих модулей, каждый из которых возбуждает один излучающий элемент. По соображениям уменьшения ЭПР выбрана прямоугольная форма решетки, в которой активные элементы расположены в средней части овальной формы, а угловые участки заполнены элементами, нагруженными на согласованные нагрузки. Станция должна контролировать воздушное пространство на большой дальности, сопровождать цели и наводить ЗУ Р.

Информация, выдаваемая обеими РЛС, будет обрабатываться единой системой. Также будет использоваться единая система управления работой станций. Основные тактико-технические характеристики РЛС AN/SPY-3 и VSR представлены в табл. 2.

Передовые технологии конструкционных материалов. В конструкцию АВМА нового поколения будут активно внедряться передовые технологии в области конструкционных материалов. К примеру, в островной надстройке намечается применять композиционные материалы, а в корпусных конструкциях и полетной палубе - долговечные высокопрочные легкие стали (HSLA- High-Strength Low-Alloy) нового поколения недавно разработанных марок HSLA-65 и HSLA-115. Сталь марки HSLA-65 придет на смену широко используемой в конструкции корпуса современных авианосцев стали марок HSS (High Strength Steel).

На постройку АВМА нового поколения "Джеральд Форд" потребовалось 17 781 т стали марки HSLA-65. При этом масса конструкций, изготовленных из нее, будет на 1 524 т меньше, чем если бы они были выполнены из стали старых марок HSS. Кроме того, в конструкции полетной палубы современных АВМА используется сплав марки HSLA-100, его замена на более прочную сталь HSLA-115 позволит снизить массу конструкции на 88,4 т.

Система размагничивания с обмотками из сверхпроводников. На авианосцах намечается устанавливать систему размагничивания нового поколения. Обмотки системы будут выполнены из высокотемпературной сверхпроводящей керамики, масса которых на 64 %  меньше чем у традиционно используемых обмоток из меди. Такие системы уже на протяжении нескольких лет используются на ДВКД типа "Сан-Антонио", внедряются на многофункциональных кораблях прибрежной зоны типа "Фридом" и "Индепенденс" (LCS), ЭМ УРО типа "Замволт".

Другие новые технологии включают усовершенствованную систему заправки самолетов, которая позволит увеличить скорость заправки по сравнению с АВМА типа "Нимитц", и новую систему передачи грузов в море на ходу Heavy UNREP, которая позволит вдвое сократить время передачи грузов с судна снабжения. Кроме того, командование ВМС рассматривает возможность модернизации систем обороны (ПМО, ПТО, ПВО) по мере готовности перспективных технологий. Например, защита от высокоскоростного высокоточного оружия требует наличия более скоростных систем обороны, таких как лазерное оружие, и динамической брони - защитного механизма, рассеивающего энергию взрывной волны за счет использования электромагнитных технологий.

Следует отметить, что рассмотренные выше работы проводятся в основном в интересах создания головного корпуса перспективного авианосца. Последующие корпуса перспективного авианосца будут отличаться от головного, который войдет в строй в 2015 году Цикл приобретения для каждого последующего корпуса будет повторяться с учетом возможного внедрения новых технологических решений, которые к моменту строительства головного корпуса будут приниматься в рамках научно-технических программ МО США.

Такими научно-техническими программами являются прежде всего следующие: разработка перспективных электродвигателей с использованием эффекта сверхпроводимости, создание многофункционального покрытия для надводных кораблей, внедрение принципа прямого преобразования тепловой энергии в электрическую, проектирование надводных кораблей с нетрадиционной архитектурой корпуса, создание авиационных гиперзвуковых ракет с дальностью стрельбы 1 000-1 500 км.

В авиакрыло авианосцев ВМС США наряду с пилотируемыми истребителями нового поколения F-35 "Лайтнинг-2" будут включены ударные беспилотные летательные аппараты.

В настоящее время МО США форсирует работы по созданию ударных БЛА, применение которых является одним из ключевых элементов повышения эффективности действий сил общего назначения на ТВД. Создание ударного БЛА для авианосца ведется в рамках совместной программы ВВС и ВМС "Единая боевая беспилотная система". Основные требования к базовому варианту ударного БЛА: боевой радиус не менее 2 400 км, масса боевой нагрузки (во внутренних отсеках) около 2 000 кг, время патрулирования на удалении 1 850 км до 2 ч.

Согласно новому 30-летнему кораблестроительному плану министерства ВМС США предполагаются сдвиги сроков постройки АВМА с четырех до пяти лет. Такое решение позволит удерживать численность авианосцев в составе флота на уровне 11 единиц (за исключением 2013-2014 годов, в период, когда АВМА "Энтерпрайз" выведут из состава ВМС, а АВМА нового поколения введут в состав ВМС только в 2015-м). Новый план также отодвинет сроки постройки третьего АВМА (CVN-80) на два года. Планируется построить 11 авианосцев типа "Джеральд Форд". Первый корабль серии заменит АВМА "Энтерпрайз", а 10 других - АВМА типа "Нимитц".

Однако, несмотря на то что в апреле 2009 года официальные лица ВМС подтвердили свою заинтересованность в ЭМК и провели ревизию стоимости программы и выполнения графика работ, проекты электромагнитной катапульты EMALS, радиолокационной системы DBR, а также отдельных механизмов аэрофинишеров AAG вызывают озабоченность высшего руководства ВМС. В случае неудачи названных проектов ввод в состав американского флота новых АВМА будет отложен, кроме того, их стоимость неминуемо возрастет. Планируемые сроки ввода в строй авианосцев нового поколения, сроки капитальных ремонтов и вывода из состава ВМС выслуживших свой срок АВМА представлены в табл. 3.

Зарубежное военное обозрение, 2012, №9, с. 73-81

• Планы строительства и модернизации авианосцев ВМС США (2012)
• Основные кораблестроительные программы ВМС США
• Основные кораблестроительные программы ВМС США ч.2
• Работы в США, Великобритании и Франции по модернизации и созданию нового поколения десантно-высадочных катеров (2012)
• Работы в США, Великобритании и Франции по модернизации и созданию нового поколения десантно-высадочных катеров 2012 (таблицы)
• Перспективы развития энергетических установок надводных кораблей ВМС зарубежных стран ч2 (2007)
• Финансирование и строительство АВМА типа Gerald R. Ford для ВМС США (2021)