핵잠수함

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배경

핵잠수함은 원자력으로 구동되는 선박으로 주로 수중을 여행하지만 바다 표면도 항해합니다. 이전에 재래식 잠수함은 수면에서 이동하기 위해 공기가 필요한 디젤 엔진과 수면 아래에서 이동하기 위해 배터리로 구동되는 전기 모터를 사용했습니다. 전기 배터리의 제한된 수명은 가장 진보된 재래식 잠수함도 저속에서는 며칠 동안, 최고 속력에서는 몇 시간 동안만 잠수할 수 있음을 의미했습니다. 반면에, 핵잠수함은 몇 달 동안 물 속에 있을 수 있습니다. 이 능력은 첨단 무기 기술과 결합되어 핵잠수함을 지금까지 건조된 군함 중 가장 유용한 군함으로 만들었습니다.

연혁

수중 여행을 위해 설계된 선박에 대한 최초의 진지한 제안은 1578년 영국 수학자 William Bourne에 의해 이루어졌습니다. Bourne은 두 개의 선체(하나는 나무와 다른 하나는 가죽)를 사용할 것을 제안했지만 이 장치는 실제로 만들어지지 않았습니다. 최초의 작동 잠수함은 1620년 네덜란드 발명가 Cornelis Drebbel에 의해 건조되었습니다. Bourne이 제안한 것과 유사한 설계를 사용하여 이 장치는 8개의 나무 노로 템스 강 수면 아래에서 추진되었습니다.

18세기 초에 유사한 디자인을 사용하여 여러 척의 소형 잠수함이 건조되었습니다. 1747년, 알려지지 않은 발명가가 잠수함에 염소가죽 가방을 부착할 것을 제안했습니다. 가방에 물을 채우면 잠수함이 낮아지고 가방에서 물을 빼면 잠수함이 올라갑니다. 현대식 밸러스트 탱크에도 동일한 기본 개념이 사용됩니다.

잠수함은 미국 독립 전쟁 기간 동안 전쟁에 처음 사용되었습니다. 거북이, 예일대 학생 David Bushnell이 설계한 이 함선은 영국 군함에 폭발물을 부착하려고 했지만 함선 선체의 구리 덮개를 관통하지 못했습니다. 1801년에 미국 발명가 Robert Fulton은 Nautilus, 철 늑골 위에 동판으로 만든 잠수함. 노틸러스, 4명의 승무원을 태울 수 있는 이 선박은 시험에서 배를 침몰시키는 데 성공했지만 프랑스와 영국 모두에 의해 거부되었습니다. Fulton은 1815년에 사망했을 때 100명의 승무원을 태울 수 있는 증기 동력 잠수함에서 작업하고 있었습니다.

미국 남북 전쟁 동안 Horace L. Hunley는 남부 연합의 잠수함 건조 자금을 조달했습니다. 이 선박 중 세 번째인 H. L. Hunley, 연합함선 Housatonic 공격 및 침몰 1864년 2월 17일, 그러나 폭발로 인해 자체적으로 파괴되었습니다.

19세기 후반에 미국과 유럽에서 수많은 잠수함이 건조되었습니다. 잠수함을 움직이는 방법은 수동 프로펠러에서 증기 기관, 가솔린 엔진 및 전기 모터로 진화했습니다. 수상 여행용 디젤 엔진과 수중 여행용 전기 배터리를 사용하는 잠수함은 제1차 세계 대전과 제2차 세계 대전에서 성공적으로 사용되었습니다.

제2차 세계 대전 이후 원자력 발전은 잠수함 기술에 혁명을 일으켰습니다. 미해군 엔지니어이자 장교인 Hyman Rickover의 지시에 따라 미국 발명가 Ross Gunn과 Philip Abelson은 Nautilus, 1954년에 진수된 최초의 핵잠수함. 1959년까지 전략잠수함으로 알려진 일부 핵잠수함이 핵탄두를 장착한 미사일을 운반하는 데 사용되었습니다. 공격 잠수함으로 알려진 다른 핵잠수함은 적의 함선과 잠수함을 가라앉히도록 설계되었습니다. 전략잠수함과 공격잠수함은 전 세계 해군의 중요한 부분이 되었습니다. 활성 전투에서 핵잠수함이 처음 사용된 것은 1982년 영국의 공격 잠수함 Conqueror 아르헨티나 선박 벨그라노 장군 침몰 포클랜드 제도 분쟁 중.

로버트 풀턴

증기선 기술 분야의 작업으로 가장 잘 알려진 로버트 풀턴은 1765년 펜실베니아주 리틀 브리튼에서 태어났습니다. 풀턴은 어렸을 때 기계 장치 제작을 즐겼습니다. 그의 관심은 성장하면서 예술로 바뀌었고 초상화와 테크니컬 드로잉 판매를 통해 생계를 꾸려갈 수 있었지만 그의 작품에 대한 일반적인 반응은 실망스러웠고 엔지니어링 기술에 집중하도록 설득했습니다.

1797년 프랑스 파리에서 운하를 연구하던 로버트 풀턴은 "플런징 보트" 또는 잠수함의 개념에 매료되어 미국 발명가 데이비드 부시넬의 아이디어를 기반으로 설계하기 시작했습니다. Fulton은 당시 영국과 전쟁 중이던 프랑스 정부에 접근하여 그의 잠수함이 영국 군함의 바닥에 화약 지뢰를 배치하는 데 사용될 수 있다는 제안을 받았습니다. 약간의 설득 끝에 프랑스인은 보트 개발에 자금을 지원하기로 동의했고 1800년에 Fulton은 최초의 잠수함인 Nautilus, 를 진수했습니다. 루앙에서.

24.5피트(7.5m) 길이의 타원형 선박은 일반 선박처럼 수면 위를 항해했지만 선박이 25피트(7.6m) 깊이에 잠겼을 때 돛대와 돛이 갑판에 평평하게 놓일 수 있었습니다. 속이 빈 금속 용골을 물로 채우고 있습니다. Fulton의 계획은 금속 감시탑의 스파이크를 목표 선박의 바닥으로 망치로 두드리는 것이었습니다. 스파이크에 부착된 시간 해제된 지뢰는 잠수함이 범위를 벗어나면 폭발하도록 설계되었습니다. 시스템은 시험에서 작동했지만 영국 군함은 실험에 사용된 sloop보다 훨씬 빠르므로 느린 잠수함을 피할 수 있었습니다. 프랑스는 실패한 전투 시도 이후 프로젝트 자금 조달을 중단했지만 기술이 유망하다고 생각한 영국인은 Fulton을 자신의 편으로 가져 왔습니다. 불행히도 잠수함은 다시 한 번 테스트에서 잘 작동했지만 실제 상황에서는 만족스럽지 못한 것으로 판명되었습니다. 트라팔가 전투(1805)에서 실패한 후 영국도 이 프로젝트를 포기했습니다.

이러한 경험 후, Fulton은 새로운 탐색 영역인 Steam으로 눈을 돌렸습니다. 풀턴은 파리에서의 접촉을 통해 뉴욕주에서 20년 동안 증기 항법을 독점한 미국의 프랑스 외무장관 로버트 리빙스턴(1746-1813)을 만났습니다. 1802년, 두 사람은 비즈니스 파트너십을 맺기로 결정했습니다. 다음 해에 그들은 동료 미국인 John Fitch의 디자인을 기반으로 세느 강에서 증기선을 진수했습니다.

Fulton은 1803년 후반에 뉴욕으로 돌아와 디자인을 계속 발전시켰습니다. 4년 간의 작업 끝에 Fulton은 Clermont, 거의 시속 5마일의 속도로 증기 동력 선박. Fulton과 Livingston 간의 파트너십은 번창했고 Fulton은 마침내 인정받는 성공을 거두었습니다.

그의 아이디어에 대한 Fulton의 집요함과 믿음은 증기선이 미국의 강에서 주요 운송 수단이 되는 데 도움이 되었으며 그 결과 국내 운송 비용이 크게 절감되었습니다.

원자재

핵잠수함 제조에 사용되는 주요 재료는 강철입니다. 강철은 승무원과 잠수함의 모든 내부 작업을 포함하는 내부 선체와 외부 선체를 만드는 데 사용됩니다. 두 선체 사이에는 밸러스트 탱크가 있는데, 이 탱크는 물을 흡수하여 잠수함을 가라앉게 하고 물을 방출하여 잠수함을 떠오르게 합니다.

전형적인 잠수함.

강철 외에도 핵잠수함의 다양한 부품은 구리, 알루미늄 및 황동과 같은 다른 금속으로 만들어집니다. 완전히 장착된 핵잠수함을 구성하는 수천 개의 부품을 제조하는 데 사용되는 기타 재료에는 유리와 플라스틱이 있습니다. 전자 장비에는 실리콘 및 게르마늄과 같은 반도체가 포함됩니다. 잠수함에 동력을 공급하는 원자로는 우라늄이나 기타 방사성 원소를 에너지원으로 사용합니다.

제조
프로세스

제조 준비

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1 핵잠수함은 군용으로만 제작되기 때문에 건조 여부는 정부에서 결정한다. 미국에서는 해군의 수중전 사단(Undersea Warfare Division of the Navy)이 비행으로 알려진 잠수함 그룹의 제작을 요청할 책임이 있습니다.

2 해군은 핵잠수함을 구성하는 많은 부품을 제조하기 위해 수천 개의 회사로부터 입찰을 수락합니다. 잠수함의 선체는 일반적으로 General Dynamics Corporation의 Electric Boat Division에서 만듭니다. (원래의 Electric Boat Company는 1900년에 미해군이 사용한 최초의 잠수함을 만들었습니다.)

3 핵잠수함 자금은 대통령이 의회에 제출한 국방예산에 포함된다. 승인되면 제조 프로세스가 시작됩니다. 원자로는 정부의 해군 원자로 프로젝트에서 공급됩니다. 이러한 원자로를 제조하는 데 사용되는 방법은 철저히 보호되며 공개는 국가 안보를 침해하는 것으로 간주됩니다.

선체 만들기

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약 2-3인치(5.1-7.6cm) 두께의 강판 4개를 철강 제조업체에서 얻습니다. 이 플레이트는 아세틸렌 토치로 적절한 크기로 절단됩니다.

5 절단된 강판은 엄청난 압력을 받아 대형 금속 롤러 사이로 이동합니다. 각각 직경이 약 28인치(71.1cm)이고 길이가 약 15피트(4.6m)인 롤러가 하나의 롤러가 다른 롤러 두 개 위에 놓이도록 설정됩니다. 강판이 상단 롤러 아래로 이동하고 두 개의 하단 롤러 위로 이동함에 따라 곡선으로 구부러집니다. 원하는 곡률이 얻어질 때까지 플레이트를 앞뒤로 굴립니다.

6 선체의 형태를 나타내는 목재 템플릿 주위에 곡선형 강판을 배치합니다. 그런 다음 손으로 함께 용접하여 선체의 일부를 형성합니다. 이 섹션은 크레인으로 들어 올려 다른 섹션 옆에 배치됩니다. 두 섹션은 자동 용접기 아래에서 천천히 압연되어 함께 밀봉됩니다. 회전하는 부분이 용접기 아래에서 여러 번 이동하여 이음매가 매우 강해집니다.

7 용접된 부분은 주위에 구부러진 T자형 강철 리브를 용접하여 강화됩니다. 이들은 가열에 의해 만들어집니다 잠수함 제조는 매우 복잡하며 수동 및 자동 프로세스를 모두 사용합니다. 큰 강판을 압연하여 내부 및 외부 선체 모양으로 용접합니다. 비계는 제조 중에 세워져 접근성이 방해받지 않습니다. 제조의 모든 측면은 검사 및 품질 관리 조치를 통해 확인됩니다. 예를 들어, 용접된 강철 구성요소는 X선으로 검사됩니다. 파이프는 누출을 확인하기 위해 헬륨으로 채워져 있습니다. 그 결과, 해군 원자로 프로그램은 모든 원자력 프로그램 중 최고의 안전 기록을 가지고 있는 것으로 간주됩니다. 구부릴 수 있을 정도로 부드러워질 때까지 강철 막대를 사용합니다. 자동 해머가 바의 끝을 때려서 선체와 일치하는 곡선을 만듭니다.

8 여러 섹션을 함께 용접하면 내부 선체가 생성됩니다. 동일한 과정을 반복하여 외부 선체를 형성합니다. 내부 선체는 강철 리브에 용접된 다음 외부 선체에 용접됩니다. 강철 리브는 두 개의 선체를 분리하여 잠수함의 깊이를 제어하는 ​​밸러스트 탱크를 위한 공간을 허용합니다. 외부 선체는 내부 선체의 바닥과 측면까지만 확장되어 잠수함이 직립 상태를 유지할 수 있습니다.

9 한편, 잠수함을 여러 개의 수밀 구획으로 나누기 위해 내부 선체 내부에 철판을 용접합니다. 강철 데크와 격벽도 제자리에 용접됩니다. 외부 용접 이음매는 고속 연삭 휠로 연마하여 매끄럽게 만듭니다. 이것은 그림을 위한 표면을 개선할 뿐만 아니라 잠수함에 여행 중에 마찰을 거의 경험하지 않는 유선형 표면을 제공합니다. 그런 다음 선체는 보호 코팅 층으로 칠해집니다.

외관 마무리

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10 방향타 및 프로펠러와 같은 외부 부품은 다양한 금속 가공 기술을 사용하여 만들어집니다. 많은 금속 부품에 사용되는 한 가지 중요한 방법은 모래 주조입니다. 이 프로세스에는 원하는 부품의 목재 또는 플라스틱 모델을 만드는 작업이 포함됩니다. 그런 다음 모형은 금형에 들어 있는 단단하게 채워진 단단한 모래로 둘러싸여 있습니다. 금형의 절반이 분리되어 모델을 제거할 수 있습니다. 원하는 부품의 모양이 굳은 모래에 구멍으로 남아 있습니다. 용융 금속을 캐비티에 붓고 냉각시켜 원하는 부품을 만듭니다.

11 선체는 비계로 둘러싸여 있어 작업자가 선체의 모든 부분에 접근할 수 있습니다. 외부 구성 요소는 용접되거나 다른 방식으로 부착됩니다. 소나 장비와 같은 특정 구성 요소는 선체에 부착된 다음 수중 여행 중 마찰을 줄이기 위해 부드러운 강철 시트로 덮여 있습니다.

인테리어 마무리

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12 대형 장비가 건조되면서 내부 선체 내부에 배치됩니다. 더 작은 장비는 완성된 후 내부 선체로 가져옵니다. 잠수함은 내부 장비의 대부분이 설치되기 전에 발사됩니다. 진수식 후 잠수함은 내부 작업이 계속되는 피팅 아웃 도크로 예인됩니다. 잠망경, 스노클, 엔진 및 전자 장비와 같은 필수 구성 요소가 설치됩니다. 냉장고, 전기레인지, 에어컨, 세탁기 등 승무원의 편의를 위한 장비도 이때 설치된다.

13 잠수함이 첫 해상 시험을 시작하면서 원자로가 작동을 시작합니다. 승무원은 대서양 크루즈 동안 훈련을 받습니다. 무기는 종종 바하마의 안드로스 섬 앞바다에서 발사되고 테스트됩니다. 잠수함은 "Precommissioning Unit"(PCU)에서 "United States Ship"(USS)으로 명칭을 변경하는 행사에서 공식 취역했습니다. 그런 다음 잠수함은 현역에 들어가기 전에 쉐이크다운 순항을 거칩니다.

품질 관리

국방에서 중요한 역할, 승무원의 생명이 적절한 기능에 달려 있다는 사실, 원자로에 내재된 위험은 품질 관리가 거의 모든 다른 제조 제품보다 핵잠수함에서 더 중요함을 보장합니다. 건설이 시작되기 전에 다양한 구성 요소를 만드는 데 사용할 재료에 구조적 결함이 있는지 검사합니다. 이전에는 핵잠수함의 새로운 설계가 제안되었을 때 개선 사항이 있는지 확인하기 위해 축소 모델이 만들어졌습니다. 새로운 디자인의 축척 도면을 만든 다음 작은 세부 사항을 자세히 연구할 수 있는 전체 크기의 종이 패턴으로 확장했습니다. 빌더가 공간을 절약하거나 더 쉽게 접근할 수 있도록 구성 요소의 위치를 ​​조정할 수 있는 기회를 주기 위해 내부의 실물 크기 모형이 만들어졌습니다. 현재 설계 모델링, 수정 및 시뮬레이션은 모두 컴퓨터를 사용하여 향상됩니다.

강판을 절단 및 압연하여 선체를 형성할 때 모든 치수가 16분의 1인치(0.16cm) 이내로 정확한지 확인하기 위해 검사를 받습니다. 작은 부품은 1/10000인치(0.00025cm) 이하로 정확해야 합니다. 모든 강철 부품의 적절한 용접은 X선으로 검사됩니다. 파이프에 헬륨을 채우고 누출 여부를 확인하여 파이프를 검사합니다. 모든 기기는 제대로 작동하는지 테스트를 거칩니다. 특히 원자로는 안전성을 확인하기 위해 엄격한 테스트를 거칩니다. 이러한 예방 조치의 결과로, 해군 원자로 프로그램은 모든 원자력 프로그램 중 최고의 안전 기록을 가지고 있는 것으로 간주됩니다.

잠수함이 취역한 후 전시 상황에서 어떻게 작동하는지 보기 위해 셰이크다운 크루즈를 거칩니다. 잠수함의 속도와 기동성은 필요한 요구 사항을 충족하는지 테스트합니다.

부산물/폐기물

원자력 잠수함에서 발생하는 폐기물을 처리하는 가장 큰 문제는 원자로에서 발생하는 방사성 폐기물입니다. 원자력 잠수함에서 발생하는 폐기물은 대형 원자력 발전소에서 발생하는 폐기물보다 훨씬 적지만 유사한 폐기 문제가 있습니다. 해군 원자로 프로그램은 방사성 폐기물을 안전하게 보관한 우수한 기록을 보유하고 있습니다. 그러나 일부 환경운동가들은 핵잠수함이 사고나 군사작전 중 침몰할 경우 방사능 물질이 누출될 가능성에 대해 우려를 표명했다.

미래

핵잠수함은 앞으로도 수년간 해군 방어 시스템의 중요한 부분으로 남을 것으로 예상됩니다. 미래의 설계는 핵잠수함의 속도와 깊이 능력을 향상시키는 새로운 방법을 특징으로 할 것입니다. 연구는 또한 탐지되지 않은 채로 적군함을 탐지하는 개선된 능력으로 이어질 것입니다. 소련의 붕괴로 국방예산이 감소함에 따라 미 해군은 효율성을 유지하면서 핵잠수함의 비용을 절감해야 하는 과제에 직면해 있습니다. 이 목표를 염두에 두고 1990년대에 크고 값비싼 Seawolf 를 대체하는 것을 목표로 New Attack Submarine 프로그램이 고안되었습니다. 더 작고 저렴하지만 동등하게 효과적인 핵잠수함으로 잠수함을 공격하십시오.