Početkom siječnja 2005. godine došlo je do integracije dviju njemačkih brodograđevnih korporacija ThyssenKrupp i HDW u ThyssenKrupp Marine Systems. Najveća brodograđevna integracija sada u svom sastavu ima tri najznačajnija europska brodogradilišta koja raspolažu s najvećim iskustvom u razvoju i primjeni zračno nezavisnog pogona za posljednju generaciju klasičnih podmornica

Novoformirana korporacija ThyssenKrupp Marine Systems u svom sastavu ima brodograđevne kapacitete HDW u Kielu, HDW-Nobiskrug GmbH u Rendsburgu, Blohm&Voss GmbH i Blohm&Voss remont u Hamburgu, Nordseewerke u Emdenu, ali ima veliki udjel i u švedskom AB Kockumsu i grčkom SA Hellenic Shipyarrds brodogradilištu.
Udruživanjem kapitala ThyssenKruppa (75%) i One Equitya (25%) novi konzorcij ThyssenKrupp Marine Systems postao je vlasnik najnovijih dostignuća i cjelokupnih iskustava u trima najpoznatijim tehnologijama zračno nezavisne propulzije za klasične podmornice: gorivim ćelijama Stirlingova motora i zatvorenog dizelskog ciklusa.
Izvan tog kruga zapadnih proizvođača među najvažnijih čimbenicima ostala je samo francuska DCN i njezini partneri koji sudjelju u projektu MESMA (Module d? Energie Sous-Marin Autonome). Neizbježno se nameće sljedeće pitanje: hoće li novi brodograđevni div nastaviti napore u razvoju sve trij AIP tehnologije u svojim brodogradilištima ili će prednost dati samo jednoj ili dvjema inačicama?

Od svih kompanija koje participiraju u novostvorenom konzorciju samo je HDW ostvario eksportni uspjeh sa svojim PEM FC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) propulzijskim sustavom. Švedska kompanija Kockum uspjela je svoj Stirling motor prodati švedskoj ratnoj mornarici, koja je svoju podmorničarsku flotilu premodificirala na Stirling AIP-propulziju. Osim isporuke domaćoj mornarici, Kockums nije uspio svoju tehnologiju prodati na stranom tržištu. Njemački Nordseewerke, koji je već dugo radi na razvoju CCD (Closed Cycle Diesel) AIP pogonu još uvijek nije ponudio tržišno operativni sustav, unatoč činjenici da je nedavno u razvoj tog projekta ubrizgana nova financijska injekcija. Također i južnokorejska agencija za obrambene aktivnosti i razvoj nastavlja i dalje razvoj studija primjene CCD na svojim podmornicama.
Istovremeno industrijski izvori ističu da unatoč enormnom interesu koji za AIP propulziju pokazuju svjetske mornarice, zapravo tek polovica njih ima ozbiljnu namjeru i nabaviti ih.
Njemački proizvođači tvrde da mnoge mornarice koje se vode logikom “morati ? imati” prema AIP pogonu još uvijek pokazuju veliko zanimanje za uvaženi i vrlo cijenjeni pred-AIP dizajn podmornice Type 209. K tome treba dodati činjenicu da nijedna od kompanija koje nude AIP tehnologiju trenutačno ne radi aktivno na razmatranju sljedeće generacije današnjih sustava. Čak i u samoj Njemačkoj, gdje je PEM FC sustav imao velikog uspjeha, njemačka mornarica je odlučila ne uključivati preinačenu tehnologiju (iako se ocjenjuje da će gorive ćelije imati najveću primjenu u podmorničarskim planovima) u drugu seriju podmornice Type 212 A (ili Type 212 B). HDW je ispitivao uporabu metanola u poboljšanju proizvodnje vodika u samoj podmornici. Po tom konceptu “reaktor” se napaja s metanolom i vodom. Iz nastale mješavine vodika, ugljičnog monoksida i ugljičnog dioksida u plinskom separatoru plinova odvaja se vodik koji služi za izgaranje u gorivim ćelijama.

Dugačka i perspektivna budućnost za AIP sustav gorivih ćelija

Sa dosad isporučenim i novonaručenim podmornicama Type 212A i Type 214, koje su opremljene sa PEM FC sustavom, čini se da je osigurana budućnost za ovu vrstu zračno nezavisne propulzije. Njemačka ratna mornarica naručila je tijekom 1994. godine četiri podmornice Type 212A. Dvije podmornice isporučit će HDW, a Nordseewerke ostale dvije. HDW je odgovoran za proizvodnju pramčanog dijela, a Nordseewerke za krmeni dio podmornice. Prema dogovoru između dvaju brodogradilišta, završno spajanje, kompletiranje i isporuka prve i treće podmornice povjerena je HDW-u, a druge i četvrte Nordseewerke. Prva podmornica u klasi U31 već je u službi Bundesmarine, druga U32 u skladu s planom biti isporučena ovoga ljeta. Treća iz serije U33 porinuta je u more u rujnu 2004. i očekuje se da će u službu ući u siječnju 2006. godine.
Talijanska ratna mornarica naručila je dvije podmornice Type 212A. Prva podmornica Salvatore Todaro porinuta je u studenome 2003. i očekuje se da će je Marina Milittare preuzeti do konca ove godine. Druga podmornica pod imenom Scire (u čast proslavljene talijanske podmornice iz II. svjetskog rata) porinuta je u prosincu 2004. i očekuje se da će biti isporučena tijekom 2006. AIP sustav, koji su razvli zajedno HDW i Siemens za Type 212A, sastoji se od dva postrojenja PEM FC koja razvijaju 30-50 kW svaki. AIP propulzija koristi se načelom “hladnog izgaranja” u kojem se ioni vodika vezuju na katodu gdje reagiraju s kisikom iz LOX (Liquid oxygen tanks) – tankova za tekući kisik koji su ugrađeni između čvrstog i vanjskog trupa radi proizvodnje električne energije. Pretpostavka je da količina energenata, koje podmornica nosi u svojim zalihama, dopušta podmornici da u zaronjenom stanju bude operativna najmanje 17 dana bez potrebe da u šnorkel vožnji nadopunjava svoje baterije.

Type 214. Ona je zapravo poboljšana inačica podmornice Type 212 i dodatno modificirana po željama stranih naručitelja. Prva u seriji, podmornica Papanikolis, izgrađena je i porinuta u more u HDW-ovom brodogradilištu u Kielu u travnju 2004. Na njoj su nedavno završena lučka ispitivanja, koja su uključivala i ispitivanja druge generacije PEM FC gorivih ćelija koje su instalirane na podmornici. Ispitivanja podmornice na moru počela su početkom ljeta da bi se ispoštovao rok isporuke predviđen za konac ove godine. Ostale dvije podmornice, Pipinos i Matrozos, trebale bi prema planovima biti isporučene 2008. i 2009.
Drugi kupac podmornice Type 214 je ratna mornarica Republike Koreje koja je također naručila tri jedinice za koje je predviđen sukcesivan ulazak u službu 2007., 2008. i 2009. Prema ugovoru, podmornice će se licencno proizvesti u korejskom brodogradilištu Hyndai Heavy Industries. U podmornice Type 214 ugrađeno je postrojenje od dva PEM FC od kojih svaki proizvodi 120 kW, što podmornici osigurava podvodnu operativnost veću od 14 dana, bez potrebe nadopune baterija. Za razliku od podmornica Type 212A tankovi kisika su ugrađeni izvan volumena čvrstog trupa, što je uveliko povećalo fleksibilnost u konstrukciji i reduciranju troškova izgradnje.
Slijedeći potvrđeni kupac podmornice sa HDW/Siemensovim AIP propulzijom je ratna mornarica Portugala, koja je potpisala ugovor za dvije podmornice vrlo sličnog dizajna kao Type 214, s otvorenom opcijom za kupnju treće podmornice. AIP PEM FC postrojenje osiguravat će električnu energiju za Siemensov Permasyn elektromotor.
Također treba istaknuti činjenicu da je grčka ratna mornarica iskazala namjeru da modernizira svoje trij podmornice Type 209 ugradnjom AIP pogona s gorivim ćelijama.

Gledajući u budućnost, unatoč činjenici da razvojni potencijal tehnologije gorivih ćelija ni izdaleka nije iscrpljen, u HDW-u tvrde da će gorivi moduli za Type 214 biti optimizirani u veličini i težini radi povećanja performansi sustava za faktor 2 ili 4 u odnosu na prvu generaciju koja nudi 30-40 kW po jednom modulu. HDW još nije počeo aktivna ispitivanja treće generacije gorivih ćelija prije svega zbog vrlo visokih razvojnih troškova takvih tehnologija u odnosu na ukupnu veličinu tržišta konvencionalnih podmornica.
Unatoč tome, buduće konstrukcije jednostavno će morati biti opremljene s više gorivih modula – kao što se nagađa da je slučaj s drugom serijom podmornica Type 212A za njemačku ratnu mornaricu kod koje je povećanje performansi i izdržljivosti u zaronjenom stanju izričito naglašeno.

Naftalin za CCD?
Između 1989. i 1993. Nordseewerke je razvijao i testirao prvu generaciju sustava AIP CCD (Closed Cyrcle Diesel) – zatvorenog dizelskog ciklusa radi determiniranja potencijala te tehnologije u vojne i civilne svrhe. CCD je zapravo modificirani Dieselov stroj kod kojega se proizvedeni CO2 istiskuje u morsku vodu. Kisik i male količine argona dodaju se u preostale plinove (produkte izgaranja) koji se ponovno rabe za izgaranje u cilindrima Dieselovog motora. U ovoj tehnologiji kao ključni elementi pojavljuju se absorber i upravljački sustav napajanja vodom. Dizelsko gorivo, kisik i argon spremljeni su u posebnim tankovima unutar čvrstog trupa podmornice. Kisik i argon su ukapljeni u vakumski izoliranim tankovima dvostrukih stijenki, koji su postavljeni u prostor ispod glavnih Dieselovih strojeva.

Nordseewerke je dovršio razvoj prve generacije CCD AIP propulzije 1993. godine kada je pogonsko postrojenje instalirano na bivšu njemačku podmornicu U1. Ispitivanja koja su provedena trebala su dati jasnu sliku o učinkovitosti i pouzdanosti CCD sustava, ali i demonstrirati kolika je razina buke i akustičnog šuma koji proizvodi takav tip zračno nezavisne propulzije. Noviji testovi koje je Nordseewerke izvodio s drugom generacijom CCD pogona, uz uporabu mnogo modernijih i modificiranih dizelskih motora MTU 2000 (za površinski pogon), pokazala su da takav sustav može proizvesti i do 150 kW snage.
Tehnologiju CCD propulzije oduvijek se smatralo niskorizičnom, ali je njezina budućnost kao AIP pogona za sada neodređena. Potrebno je uložiti velika sredstva u daljnji tehnički razvoj tehnologije, ali i iznaći način za njenu komercijalizaciju.
Opredjeljenje njemačke mornarice i stranih kupaca za podmornice sa AIP tehnologijom gorivih ćelija i modifikacijom postojećih ?klasičnih? podmornica na takav AIP standard ne daje velike nade u prevelika ulaganja namijenjena za razvoj CCD tehnologije. Možda će jednostavno novi podmorničarsko-brodograđevni koncern CCD tehnologiju poslati u ?naftalin? ukoliko se iznenada ne pojavi investitor koji je spreman uložiti novac i s Nordseewerkeom podijeliti troškove razvojnog programa.

Stirlingova nesigurna budućnost

U rujnu 2004. za švedsku ratnu mornaricu u more je porinuta podmornica Östergotland (iz klase Södermanland) u domaćem brodogradilištu Kockums (također u vlasništvu ThyssenKrupp Marine Systems), koja je opremljena Stirlingovim AIP pogonom. Podmornice Östergotland i Södermanland su prošle temeljit program modernizacije i nadogradnje. U tu svrhu su u Kockumsovom brodogradilištu podmornice prerezane na dva dijela između kojih je ubačena nova sekcija dugačka 12 metara u kojoj je bio instaliran Stirlingov AIP pogon. Ugradnjom srednje sekcije duljina podmornice porasla je sa 48,5 na 60,5 metara, a maksimalna istisnina sa 430 na 1500 tona. Kao i Götland klasa, tako je i Södermanland klasa opremljena s dva glavna dizelska stroja i dvije Kockumsove Stirling AIP jedinice, elastično temeljene i zatvorene u zvučno izoliranim modulima. Svaka od tih AIP jedinica može razviti snagu od 75 kW i daje podmornici mogućnost da u zaronjenom stanju brzinom od 5 čvorova plovi najmanje 14 dana bez potrebe za nadopunjavanjem baterija u šnorkel vožnji. Stirlingova inačica AIP pogona rabi za izgaranje kisik i dizelsko gorivo u inertnoj sredini (helij). Tankovi ukapljenog kisika smješteni su u čvrstom trupu, na palubi ispod glavnih strojeva.
Ulaskom u službu podmornice Östergotland sve podmornice u aktivnoj službi švedske mornarice opremljene su AIP pogonom i po tome je švedska mornarica jedinstvena u svijetu.
Dok se podmornice klase Götland koriste Mk2 inačicom, na podmornicama Östergotland klase ugrađena je Mk3 inačica Stirlingova AIP pogona. Iako je Kockums uspio prodati svoju tehnologiju domaćoj mornarici, nije to još uspio na stranom tržištu. Trenutačno nema nikakvih naznaka o nekim budućim razvojnim planovima radi poboljšanja performansi Stirlingova motora. Vjerojatno će činjenica da su u američka mornarica izabrali švedsku podmornicu Götland kao glavnog partnera za jednogodišnje ispitivanje mogućnosti AIP pogona i protupodmorničke borbe protiv takvih podmornica imati utjecaja i na budući izvozni uspjeh ove AIP koncepcije.

Kockums je dosljedan u odluci da nastavi sa poboljšavanjem performansi na inačicama Mk2 i Mk3, s namjerom da omogući podmornicama da djeluju na većim dubinama, za što će biti neophodno potrebno povećati tlakove izgaranja u Stirlingovu motoru. Sve u svemu razvoj novog Stirlingovog AIP pogona sposobnog da proizvede više od 75 kW po jednom modulu bit će dosta skup zadatak. Nakon pregleda trenutačnog stanja na tržištu AIP podmorničarskih pogona, koje nudi ThyssenKrupp Marine Systems, teško je donijeti neku dugoročniju procjenu o budućnosti njihovih opcija. Potencijalni kupac koji se treba odlučiti između pogona gorivim ćelijama, Stirlingova motora ili francuskog koncepta MESMA mora svakako uzeti u obzir operativne zahtjeve sustava, logističku potporu i raspoložive financijske fondove. Moguće je da će ThyssenKrupp Marine Systems nastaviti s tržišnom ponudom obaju svojih perspektivnih AIP pogona ističući visoku učinkovitost, modularnu ugradnju, neovisnost o dubini zarona i mali akustični šum gorivih ćelija i istovremeno, uz iste karakteristike, isticati visoku isplativost Stirlingova AIP pogona. Tehnički napori koje poduzima švedska mornarica u razvoju AIP koncepcije, za koju su se opredijelili, zasigurno će vrlo brzo pokazati rezultate. Norveško i dansko povlačenje iz trilateralnog nordijskog programa razvoja nove podmornice klase Viking (AIP) i švedska neodlučnost da samostalno nastavi taj program, mogla bi u dugoročnoj perspektivi pred Stirlingov AIP pogon postaviti neke dvojbe.

Ostali proizvođači AIP opreme

Brodograđevni konzorcij RDM iz Nizozemske nastavio je ispitivanja i studije na CCD AIP sustavu propulzije uz ograničenu financijsku podršku nizozemske vlade, dostatnu za podupiranje neophodnih ekspertiza u dizajnu i konstrukciji AIP podmornica. Tijekom 1990. nizozemska ratna mornarica stavila je na raspolaganje RDM-u podmornicu Zeehond, koja služi kao ispitna platforma za AIP Moray dizajn propulzije.

Ratnoj mornarici je predočen prijedlog da se četiri podmornice klase Walrus na polovici svog operativnog vijeka podvrgnu modernizaciji koja će uključivati instaliranje AIP modula u podmornice. Početak modernizacije podmornica trebao bi započeti 2009. No, nizozemska mornarica se još nije odlučila koju će inačicu AIP pogona izabrati za svoje podmornice Walrus, što ovaj projekt čini nesigurnim. Drugi važan igrač na svjetskom tržištu, koji samostalno razvija svoju inačicu AIP pogona, jest Rusija koja je ponudila na prodaju dizel-električnu podmornicu Amur 1650 iz Projekta 677 Lada. Prva podmornica tog dizajna, Sankt Peterburg, porinuta je u Admiralskom brodogradilištu u St. Peterburgu u listopadu 2004. Na nju je ugrađena ruska inačica AIP pogona razvijenog pod nazivom Kristal 27E. Konstruiranje tog sustava bilo je povjereno Rubinovom središnjem konstrukcijskom uredu za pomorski inženjering (CDBME). Sam projekt je derivacija Projekta 636 Kilo.

Novi pogled na uporabu AIP pogona i radikalno novi koncept u konstrukciji i dizajnu podmornica sa zračno nezavisnom propulzijom predstavila je 2004. britanska firma BMT Defence Services Ltd (BMT DSL) u svom projektu SSGT. (vidi Hrvatski vojnik br. 107/2004.) Projekt je razvijen u suradnji sa Naval Marine konstrukcijskim odjelom kompanije Rolls-Royce. Početna točka razvoja tog projekta je činjenica da AIP tehnologija može osigurati vrlo visoku razinu neprimjetnosti ali i da trenutačno može pokriti ograničene energetske potrebe – ako se ta tehnologija komparira s nuklearnim pogonom podmornicama. Radeći na osnovnom projektu u BMT DSL su donijeli zaključak da zbog smanjenja troškova vezanih za veličinu i cijenu, takva podmornica mora biti što manja (koliko god to bilo moguće). Podmornica mora objedinjavati najbolje karakteristike klasičnog i AIP pogona.

Prema originalnoj zamisli britanskih konstruktora, podmornica će moći na klasičan način “konzumirati” zrak za pogon svojih pogonskih strojeva. Ukoliko zatreba podmornica će se moći koristiti AIP pogonom ili kombinacijom raspoloživih propulzija. Na taj bi se način došlo do velikog povećanja taktičke fleksibilnosti i performansi same podmornice, koje bi je mnogo više približile mogućnostima nuklearnih podmornicama. Te prednosti bi se pokazale u mogućnosti plovidbe AIP pogonom više od 30 dana, u gotovo dvostrukom povećanju podvodne brzine u odnosu na današnje AIP podmornice (više od 8 čvorova), uz iznimne mogućnosti kratkotrajne uporabe vršnih brzina. Osnovna inovacija projekta SSGT jest adaptacija podmornice za vožnju u poluzaronjenom stanju uporabom plinskih turbina i alternatora (GT/As – Gas Turbines and Alternators). Turbine i generatori integrirani su u svojevrsnu “bulb” konstrukciju koja se nalazi na vrhu tornja podmornice. Na taj način je sačuvan potrebni prostor u unutrašnjosti podmornice za ugradnju AIP pogona.
Tri različita pogonska postrojenja: plinske turbine, gorive ćelije i baterije velikog kapaciteta koristit će se ovisno o potrebi maksimalne brzine i zahtjevima angažiranja snage u pojedinoj taktičkoj situaciji prema sljedećim modelima:
• U slučaju brzog tranzita podmornica može u poluzaronjenom stanju (samo je bulb na vrhu tornja iznad površine) ploviti pogonjena dvijema plinskim turbinama i njihovim alternatorima. U “bulbu” će biti ugrađena 2 GT/As modula. • U vožnji na periskopskoj dubini (ili u poluzaronjenom stanju) propulzija podmornice ostvaruje se gorivim ćelijama. Vodik potreban za izgaranje dobiva se raspadom kerozina kojeg podmornica nosi sa sobom za pogon plinskih turbina. U takvom modalitetu rada kisik se uzima iz atmosfere preko klasične izvedbe brodskog šnorkela. • Treći modalitet propulzije koristi se kada je podmornica nalazi u potpuno zaronjenom stanju. Propulzija se ostvaruje pogonom gorivih ćelija, a potrebni kisik se dobavlja iz posebnih tankova pod tlakom u kojima je kisik u tekućem stanju. BMT Defence Services Ltd predviđa da će ovakva pogonska konfiguracija pod punim opterećenjem moći proizvesti 1,1 MW snage i napajati pojedinačne potrošače i s više od 300 kW. Na podmornici je predviđena ugradnja gorivih ćelija tipa PEM (Polymer Electrolyte Membrane) posljednje generacije koje će biti mnogo efikasnije od sadašnjih koje u svoje podmornice ugrađuje njemački HDW i koje će biti podržane od katalitičko-termalnog rekuperacijskog sustava sa separatorima i toplinski obnovljive aparature.
Prednost ovakve konstrukcije SSGT očituje se u dvostrukoj mogućnosti napajanja propulzijskog postrojenja neophodnim kisikom: iz atmosfere i iz LOX (liquid oxigen tank) – tankova s tekućim kisikom. Na taj način moguće je uvelike povećati operativni radijus podmornice štedeći tekući kisik iz brodskih zaliha.
Financijska konstrukcija potrebna za projekt SSGN ne bi trebala biti pretjerano povećana u odnosu na druge moderne klasične dizel-električne podmornice, pogotovo ako gorive ćelije nove generacije i rekuperacijska aparatura budu toliko tehnički poboljšani da dopuste uporabu goriva AVCAT (također poznatog pod nazivom JP-5) umjesto visoko-kvalitetnog kerozina.

Igor SPICIJARIĆ