צוללת גרעינית

צוללת גרעינית היא צוללת המונעת עם מנוע קיטור על ידי חום המופק מביקוע גרעיני מבוקר. צוללות גרעיניות בדרך כלל משמשות כצוללות צבאית הנושאות טילים בליסטיים שניתנים לשיגור אף מתחת לפני המים. יתרונה הגדול של צוללת גרעינית בהשוואה לצוללת אחרת הוא יכולתה לשהות מתחת למים זמן ארוך, דבר שמקטין את הסיכון שלה לחשיפה. יתרון זה נובע מכך שמנועיה אינם צורכים דלק וחמצן בעת פעולתם, ולכן צוללת גרעינית נדרשת לעלות אל פני המים בתדירות נמוכה רק לקבלת אספקה, לכן צוללת גרעינית יכולה להישאר בים הרחק מבסיס האם למשך חודשים.

הצוללות נדרשות לחזור אל החוף בעיקר כדי להצטייד במזון, ובחומרים מתכלים שונים (כגון דלק למנועי הדיזל שמותקנים למצבי חירום, חומרים הדרושים לטיהור האוויר בצוללת ועוד). סיבות נוספות לחזרת הצוללת לחוף הן ביצוע טיפולי תחזוקה שלא ניתנים לביצוע בים, וריענון הצוות.

הצוללת הגרעינית הראשונה הייתה הנאוטילוס (Nautilus), אשר הושקה בשנת 1954. היא יכלה להישאר מתחת לפני הים לתקופות של עד ארבעה חודשים. הבניה של הנאוטילוס התאפשרה לאחר פיתוח מוצלח של מערכת הנעה גרעינית על ידי קבוצת מדענים ומהנדסים באגף הכורים הימיים של הוועדה לאנרגיה אטומית של ארצות הברית תחת פיקודו של אל"ם היימן ריקובר. האישור לבנות את הצוללת הגרעינית הראשונה ניתן על ידי הקונגרס של ארצות הברית בחודש יולי 1951. הכור נבנה על ידי וסטינגהאוס. את ניפוץ בקבוק השמפניה על חרטום הצוללת בעת ההשקה ביצעה רעיית הנשיא, מימי אייזנהאואר וב־17 בינואר 1955 החלו ניסויי הים של הצוללת. אורך הצוללת היה 320 רגל (כ־97.5 מטרים) ובנייתה עלתה כ־55 מיליון דולרים.

הסובייטים מיהרו ללכת בעקבות האמריקאים, וכבר בשנות החמישים המוקדמות פיתחו מערכת הנעה גרעינית לצוללת, במוסד לפיזיקה והנדסת מכונות באובנינסק (О́бнинск), תחת פיקודו של אנטולי אלכסנדרוב. בשנת 1956 נערכו ניסויים עם מערכת ההנעה. במקביל נבנתה הצוללת עבור מערכת ההנעה. התכנון והבנייה התעכבו בגלל מספר רב של מכשולים בדרך, ובסופו של דבר, הצוללת הגרעינית הראשונה הוכנסה לשירות בצי הסובייטי בשנת 1958.

דגם הצוללות הרוסי אקולה (Акула), הנקראת בלשון נאט"ו טייפון (Typhoon), היא הצוללת הגרעינית הכבדה שנבנתה בעולם בכל הזמנים. אורכה הוא 574 רגל (175 מטרים), הדחי העל־מימי שלה הוא 24,000 טון ובצלילה 40,000 טון. מהירותה המרבית על פני המים היא 22.2 קשרים, ו־27 קשרים בצלילה. הצוללת יכולה לשהות בצלילה עד 180 ימים ברצף. עומק הצלילה המרבי הוא 400 מטרים, והצוות מונה 163 אנשי מקצוע.

הבריטים היו הבאים בתור להצטייד בצוללות גרעיניות, כאשר הראשונה הושקה במספנת ויקרס בשנת 1960. אחרי הבריטים הצליחו גם הצרפתים להגיע להישג של בניית צוללת גרעינית כאשר השיקו את הצוללת הגרעינית הראשונה שלהם בשנת 1971. זמן קצר לאחר מכן בשנת 1974 הצטיידו גם הסינים בצוללת גרעינית. המדינה האחרונה (נכון ל־2010) שהשיקה צוללת גרעינית היא הודו אשר השיקה את הצוללת הגרעינית הראשונה שלה בחודש יולי 2009. לפני כן היא שכרה מרוסיה צוללת רוסית שבה התאמן הצוות ההודי. כיום מחזיקות שש מדינות בצוללות המונעות באנרגיה גרעינית: ארצות הברית, רוסיה, צרפת, בריטניה, הודו וסין. מספר מדינות נוספות, בהן ארגנטינה וברזיל, נמצאות בשלבים שונים של פרויקטים לבניית צוללות המונעות באנרגיה גרעינית.

מטבע הדברים, צוללת שיוצאת למשימות שאורכות חודשים ארוכים חושפת את המפעילים והמתחזקים של הצוללת לבעיות ייחודיות הן בתחום המבצעי ותפעולי, הן בתחום ההנדסי והלוגיסטי והן בתחום האנושי, שעד אז לא היו ידועות ואשר דרשו פתרונות.

• נצילות מערכת ההנעה כ-30%. שאר האנרגיה נפלטת בצורת חום אל הים. כיוון שמדובר בכמות חום עצומה, משאירה הצוללת מאחוריה שובל של מי־ים חמים יותר, אשר עולה לפני הים ומאפשר גילוי הצוללת בעזרת שובל זה. הפתרון חייב להיות בבחירת משטר הפלגה הולם. העדפה של הפלגה בעומקים, ושינוי כיוון הפלגה בצורה אקראית.
• מהירות הצוללת מאוד גבוהה יחסית למהירויות שיוט של צוללות קונבנציונליות. הדבר דורש זהירות גדולה כי שינוי עומקים במהירויות גבוהות קורים מאוד מהר. במצבי חרום התגובה חייבת להיות מיידית, לכן דרושה הערכות מיוחדת כדי לתת מענה למצבים כאלה.
• כפי שיוסבר בהמשך, בעיית טהור האוויר הופכת מאוד קריטית, ככל שהשהיה בצלילה מתמשכת. חייבת להיות הקפדה של מעקב צמוד על מערכת ניטור טהור האוויר.
• צוללת היא כלי שיט, אשר מפני שיקולי בטיחות הצוות, דורשת תחזוקה מפורטת ומדויקת בתדירות גבוהה. בהשואה לצוללות קונבנציונליות, שאינן שוהות בים תקופות כה ארוכות, הצוללות הגרעיניות חייבות להיות מאוישות גם בטכנאים ואמצעים נוספים שיאפשרו לצוות לבצע תיקונים של דרג ב' ואף יותר.

בתחום ההנדסי רב הנסתר מן הגלוי. הציים השונים שומרים בדרך כלל את המידע לעצמם. יחד עם זה המתואר כאן הוא מתוך כנסים ומאמרים שפורסמו.

^[2]אחד הפרמטרים הקובעים את משך השהייה האפשרי של צוללת בצלילה הוא בעיית טיהור האוויר. תשומת לב מיוחדת מוקדשת לטיפול ושמירה על איכות האוויר בחלל הצוללת. מדובר גם בסילוק גזים לא רצויים והעשרה של האוויר בחמצן. בנוסף למערכות הטיהור מותקנות בצוללת מערכות ניטור והתראה לנוכחות גזים לא רצויים ולמחסור בחמצן. חמצן ופחמן דו��חמצני - שני המרכיבים העיקריים הם שני גזים: החמצן שאנשי הצוות צורכים, ופחמן דו־חמצני שאנשי הצוות פולטים. לגבי צריכת החמצן הבעיה למעשה פתורה, כיוון שאנרגיה חשמלית ישנה בשפע, ועל ידי אלקטרוליזה של מים אפשר להפיק חמצן ומימן. בתהליך האלקטרוליזה נאסף חמצן והמימן ונפלט אל תוך הים. באשר לסילוק פחמן דו־חמצני מחלל הצוללת, ישנן שיטות רבות, אך כל צי שומר לעצמו בסוד את פרטי התהליך. בעקרון, מעבירים את האוויר שבחלל הצוללת דרך מכשיר שבו תהליך מסוים קולט את הפחמן הדו־חמצני באמצעים מסוימים ולאחר מכן נפלט הגז אל תוך הים. מימן - האלקטרוליזה להפקת חמצן, מפיקה גם מימן. מימן זה הוא פשוט לאיסוף וסילוק לים. אבל זה לא המקור היחידי למימן בחלל הצוללת. בתהליך טעינת מצברים, ישנה פליטת מימן ומימן זה מתפזר בחלל, אותו יש לסלק. הסכנה העיקרית של מימן היא שבריכוז גבוה מ־4% הוא מהווה תערובת נפיצה שכל ניצוץ במנוע חשמלי כלשהו עלול לגרום למה שקרוי בעגה המקצועית "נביחה מימנית".

בעיית המזון בהפלגות ארוכות דורשת הערכות מיוחדת. ירקות ופירות יישארו טריים לזמן קצר מאוד. להמשך, מובאת אספקת הירקות והפירות כשהם מיובשים ומאוכסנים בשקיות אטומות תחת ואקום. בצורה כזאת נשמרת הטריות שלהם ולפני השימוש הם עוברים השריה במים, אשר מגדילה אותם שוב לגודלם הטבעי. גם רוב המרכיבים הבריאותיים בהם ויטמינים, מינרלים ועוד נשמרים בצורת שימור כזאת.

כל דברי המאפה השונים נאפים בצוללת.

כפי שצוין כבר, נטל התחזוקה המתוכננת (לעיתים משתמשים במונח תחזוקה מונעת), עד רמה חצי שנתית, נופל על הצוות. תכנון המערכות השונות חייב להיות מראש כזה, שיאפשר תחזוקה בים, תוך הפלגה בצלילה.

טכנאי הצוות חייבים להיות מוסמכים לבצע את הטיפולים, בתנאים המיוחדים ששוררים בים בצלילה.

צוות של צוללת, הנמצאת במשך שישה חודשים בצלילה רצופה, חייב לעבור הכשרה מיוחדת על מנת להסתגל לתנאים המאד מיוחדים בהם כל איש צוות יימצא.

• ניתוק מן העולם החיצון שישה חודשים בצלילה גורם לכך שהצוות מחמיץ עונות שנה שלמות. ישנן לעובדה זאת השלכות בריאותיות ולעיתים נפשיות, ונדרשת תשומת לב מיוחדת לבעיות שמתעוררות עקב כך.
• ניתוק מן הבית מטבע הדברים, צוללת היא כלי שיט חשאי. המשמעות היא שלא רק שאיש הצוות מנותק ממשפחתו במשך שישה חודשים, אלא גם אין לו כל קשר עם משפחתו לחלוטין, לא מכתבים, ואפילו לא טלפון. מאחר שיש בצוות אנשים עם משפחות, הניתוק הזה אינו קל.
• תרבות הפנאי פיצוי מה לנתק מן העולם החיצון מתקיים בתשומת לב מיוחדת לאספקה של סרטים וספרים, וקיומו של חדר כושר קטן בצוללת.

צוללות גרעיניות סבלו ממספר תאונות ואבדות, כאשר לא כולן קשורות למערכת ההנעה הגרעינית^[3]:

• K-19 הסובייטית - בשנת 1961 הכור כמעט ניתך והתפוצץ. מספר אנשי צוות נפטרו מהחשיפה לקרינה. האירועים שקרו בצוללת הוצגו בסרט K-19: The Widowmaker.
• ת'רשר (SSN-593) האמריקאית, אבדה בשעת מבחן של צלילה עמוקה. מאוחר יותר חקירה יסודית הגיעה למסקנה שחיבור בצנרת פקע וקרח שהצטבר בשסתום אוויר מנע את האפשרות לרוקן בחירום את מיכלי הכובד ולעלות על פני השטח. הפקת הלקחים מתאונה זאת גרמה למספר שינויי בטיחות בצי האמריקאי.
• סקורפיון (SSN-589) האמריקאית, שנת 1968, אבדה. סיבת האסון, אם תקלה טכנית, תקלת אנוש, או גורם אחר, לא ידועה, לפחות לא לציבור הרחב.
• K-27 הסובייטית - בשנת 1968 עברה חימום בלתי מבוקר שגרם כמעט להתכה של אחד מהכורים. הצוללת הוצאה מן השרות ב־20 ביולי 1968.
• K-219 הסובייטית - בשנת 1986 עברה חימום בלתי מבוקר שכמעט וגרם להתכת הכור. סרגיי פרמינין מת אחרי שהצליח להוריד ידנית את מוטות הבקרה, ומנע התפוצצות. שלושה ימים מאוחר יותר, טבעה הצוללת.
• K-56 הסובייטית - ב-13 ביוני 1973, תאונת ניווט גרמה להתנגשות הצוללת בספינה, מה שגרם לטביעתה.
• באטון רוז' (SSN-689) ב-11 בפברואר 1992, התנגשה בצוללת גרעינית רוסית B276 קוסטרומה (מדגם סיירה) ליד בסיס הצי הרוסי סברומורסק.
• הצוללת קורסק (Курск K-141) הרוסית - בשנת 2000 טבעה בים ברנץ ב־12 באוגוסט 2000. 118 אנשי צוות הצוללת נספו כולם באסון. התאוריה הנפוצה המקובלת היא שהתפתחה נזילת מי חמצן במדור הטורפדו הקדמי, שהוביל לפיצוץ ראש קרבי של טורפדו, דבר שגרם שתי דקות מאוחר יותר לפיצוץ של עוד חצי תריסר ראשי קרב.^[4]
• סן פרנסיסקו (SSN-711) - בשנת 2005 התנגשה באונית קיטור באוקיינוס הפסיפי. איש צוות נהרג ו־23 נפצעו.
• HMS Vanguard ו־La Triomphant, פברואר 2009, הצוללת הצרפתית והבריטית התנגשו באוקיינוס האטלנטי כאשר שתיהן סיירו. איש לא נפגע, אבל שתי הצוללות נפגעו בהתנגשות.

• הצוללות הגרעיניות מסדרת אוהיו
• טביעת הצוללת הרוסית קורסק
• צוללות התקיפה מסדרת זאב הים
• צוללות התקיפה מסדרת וירג'יניה
• צוללות התקיפה מסדרת לוס אנג'לס
• תאונת הצוללות ליד האי קילדין
• צוללות התקיפה מסדרת סיירה

מיזמי קרן ויקימדיה
ערך מילוני בוויקימילון: צוללת גרעינית
תמונות ומדיה בוויקישיתוף: צוללת גרעינית

• האתר של נשיונל גאוגרפיקס (אנגלית)(הקישור אינו פעיל, 3.3.2022)
• קובץ PDF מסמך של MIT על טהור אוויר בצוללות (אנגלית)
• הצוללת USS PENNSYLVANIA הגדולה ביותר של צי ארצות הברית עד כה בשרות משנת 1989. כולל הסברים על המכשירים השונים.
• השקת הצוללת נאוטילוס, 21 בינואר 1954, ארכיון הסרטונים של AP
• עזרא להד, צוללות אטומיות ואפשרות הפעלתן, 'מערכות ים' מ"ז, מאי 1960, עמ' 7.