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アルファ級（ソ連の呼称はプロジェクト705リラ（ロシア語: Лира、意味は「竪琴」、NATOの報告名はアルファ）は、 1971年から1990年代初頭までソ連海軍で運用された原子力攻撃型潜水艦のクラスであり、1隻は1996年までロシア海軍で運用されていた。アルファ級は、これまでに建造された軍用潜水艦の中で最速の部類に入り、試作潜水艦K-222（NATOの報告名はパパ級）だけが水中速度でアルファ級を上回っていた。[ 3 ]
プロジェクト705潜水艦は、他の潜水艦とは一線を画す独特な設計をしていた。船体にチタンを革新的に使用しただけでなく、動力源として強力な鉛ビスマス液体金属冷却原子炉を採用したことで、従来の設計に比べて原子炉のサイズが大幅に縮小され、潜水艦全体のサイズも縮小し、非常に高速な航行が可能になった。しかし、これは原子炉の寿命が短く、使用していないときは保温しておく必要があったことも意味していた。そのため、これらの潜水艦は迎撃艦として使用され、ほとんどの場合、北大西洋への高速突撃に備えて港に待機していた。[ 4 ]
プロジェクト705は1957年にMGルサノフによって初めて提案され、ルサノフ主導による初期設計作業は1960年5月にレニングラードで開始された[ 1 ] [ 2 ]。設計タスクはマラヒト設計局の2つの前身（もう1つはTsKB-16）の1つであるSKB-143に割り当てられた。
このプロジェクトは、厳しい要求を満たすために非常に革新的なものでした。すなわち、あらゆる船舶を確実に追跡できる十分な速度、対潜兵器を回避し水中戦闘で確実に勝利する能力、特に空中MADアレイやアクティブソナーに対する低い探知性、最小限の排水量、そして最小限の乗組員数です。
特殊なチタン合金製の船体を使用して、小型で抵抗の少ない、1,500トンの6区画[ 2 ]の潜水艦を建造し、非常に高速（ 40ノット（46 mph 、74 km/h ）以上）で深海潜航が可能にする。この潜水艦は迎撃艦として運用され、港内または哨戒ルートにとどまり、接近する艦隊に到達するために高速で出撃する。高出力の液体金属冷却式原子炉が考案され、港内では外部加熱によって液体状態に保たれる。また、高度な自動化により、必要な乗組員数をわずか16人にまで大幅に削減する。
設計上の実際的な問題点がすぐに明らかになり、1963年に設計チームが交代し、より穏健な設計が提案された。これにより、すべての主要寸法と船の重量が800トン増加し、乗組員もほぼ倍増した。[ 5 ]
同様の設計の試作型であるプロジェクト661またはK-162（1978年以降はK-222）巡航ミサイル潜水艦（NATOではパパ級と呼ばれる）は、セヴェロドヴィンスクのSEVMASH造船所で建造され、1972年に完成した。建造期間が長かったのは、数多くの設計上の欠陥と製造上の困難が原因だった。広範囲にわたる試験が行われた後、1980年の原子炉事故により退役した。最高速度は41.2ノット（47.4 mph、76.3 km/h）、試験深度は400 m（1,300 ft）だった。これと他の報告が相まって、米海軍にいくらかの不安を生じさせ、 ADCAP魚雷計画とシーランスミサイル計画の急速な開発を促した（後者はソ連の計画に関するより決定的な情報が判明した際に中止された）。イギリス海軍による高速魚雷「スピアフィッシュ」の開発は、プロジェクト705潜水艦の能力に関する報道を受けて行われたものでもあった。
1964年にプロジェクト705として生産が開始され、レニングラードの海軍造船所とセヴェロドヴィンスクのセヴマシュプレドプリヤティエ（SEVMASH - 北方機械製造企業）の両方で建造が行われた。一番艦のK-64はレニングラードで建造された。レニングラードではその後3隻のプロジェクト705潜水艦が建造され、セヴェロドヴィンスクでは3隻のプロジェクト705K潜水艦が建造された（原子炉プラントのみが異なる。下記参照）。最初の艦は1971年に就役した。[ 2 ]プロジェクト705潜水艦は、すべての革新をテストし、その欠点を修正するための実験プラットフォームとして意図されており、その後、新世代の潜水艦の基礎となるものであった。この高度に実験的な性質が、その将来をほぼ決定づけた。[ 6 ] 1981年、7番艦の完成をもって生産は終了した。すべての艦は北方艦隊に配属された。
その船の動力源は鉛ビスマス冷却、ベリリウム減速原子炉であった。このような液体金属冷却原子炉は他のタイプに比べて多くの利点がある。[ 7 ]
1960年代の技術では、信頼性の高いLMR（低質量回転炉）を製造することは困難であり、今日でもその製造は難しいと考えられているが、LMRの利点は非常に魅力的だと考えられていた。2つの発電所が独自に開発され、1つはレニングラードのOKB Gidropress（ハイドロプレス）によるBM-40A 、もう1つはニジニ・ノヴゴロドのOKBM設計局によるOK-550で、どちらも一次冷却段階に鉛-ビスマス共晶溶液を使用し、どちらも155MWの電力を発電した。
試験での設計上の最大速度は、全艦艇で43～45ノット（49～52マイル/時、80～83キロメートル/時）で、 41～42ノット（47～48マイル/時、76～78キロメートル/時）の速度を維持することができた。最高速度への加速には1分かかり、全速力での180度方向転換にはわずか40秒しかかからなかった。この機動性は、当時運用されていた他のすべての潜水艦とほとんどの魚雷を凌駕していた。実際、訓練中、この潜水艦は他の潜水艦から発射された魚雷をうまく回避できることが証明され、アメリカのADCAPやイギリスのスピアフィッシュのようなより高速な魚雷の導入が必要となった。しかし、その代償として、最大速度での騒音レベルが非常に高かった。アメリカ海軍情報部によると、戦術速度はスタージョン級潜水艦と同程度であった。[ 8 ]
推進力は40,000 shpの蒸気タービンによってスクリューに供給され、 船尾安定板の先端にある2つの100 kWの電気スラスタは、静かな「クリーピング」（低速戦術操縦）と、機関故障時の緊急推進に使用された。電力は2つの1,500 kWターボ発電機によって供給され、バックアップとして500 kWのディーゼル発電機と112個の亜鉛銀電池バンクが備えられていた。[ 2 ]
OK-550プラントはプロジェクト705で使用されましたが、後に705Kでは、OK-550の信頼性の低さからBM-40Aプラントが設置されました。BM-40Aは信頼性は向上したものの、旧式の加圧水型原子炉に比べてメンテナンスの手間がはるかに大きいことが判明しました。問題は、鉛/ビスマス共晶溶液が125 ℃（257 °F）で固化することです。固化してしまうと、燃料集合体が固化した冷却材の中に凍結してしまうため、原子炉を再起動することは不可能になります。そのため、原子炉を停止するたびに、液体冷却材を外部から過熱蒸気で加熱する必要があります。潜水艦が係留されている桟橋の近くには、原子炉が停止しているときに艦の原子炉に過熱蒸気を供給するための特別な施設が建設されました。また、小型船も桟橋に配備され、その蒸気プラントからアルファ級潜水艦に蒸気を供給していました。
沿岸施設は潜水艦に比べてはるかに軽視され、潜水艦の原子炉を加熱できないことがしばしばあった。そのため、潜水艦が港にいる間も施設を稼働させ続けなければならなかった。これらの施設は1980年代初頭に完全に機能しなくなり、それ以降、運用中のアルファ級潜水艦の原子炉はすべて常時稼働させている。BM-40A原子炉は停止せずに何年も稼働できるが、そのような運転を想定して特別に設計されたものではなく、本格的な原子炉のメンテナンスは不可能になった。このため、冷却材の漏洩や、航海中に原子炉が故障して凍結するなど、多くの故障が発生した。しかし、原子炉を常時稼働させる方が沿岸施設に頼るよりも良いことがわかった。冷却材の凍結により4隻の潜水艦が退役した。
OK-550とBM-40Aの設計はいずれも使い捨て原子炉であり、冷却材が必然的に凍結するため燃料補給は不可能だった。その代わりに、唯一の負荷での寿命が非常に長く（最長15年）、その後原子炉は完全に交換されることになっていた。このような解決策は、運用期間を短縮し信頼性を向上させる可能性はあるものの、依然としてコストが高く、使い捨て原子炉の構想は1970年代には不評だった。さらに、プロジェクト705は原子炉を迅速に交換できるモジュール設計ではないため、このようなメンテナンスには通常の潜水艦の燃料補給と同等以上の時間がかかることになる。
ソ連の原子力潜水艦の多くと同様に、705型潜水艦は二重船殻構造を採用していた。内側の船殻が水圧に耐え、外側の船殻がそれを保護するとともに、最適な流体力学的形状を実現していた。優美な曲線を描く外側の船体とセイルは、水中での高速航行と優れた操縦性を実現するために、高度に流線型に設計されていた。
試作機を除き、プロジェクト705および705K潜水艦6隻すべてがチタン合金製の船体で建造された。これは、当時のチタンのコストと、チタンを扱うために必要な技術や設備を考えると、潜水艦設計において画期的なものであった。[ 9 ]エンジニアリング上の困難は、船体に亀裂が生じたためすぐに退役した最初の潜水艦で明らかになった。その後、冶金と溶接技術が改善され、後続の艦艇では船体の問題が発生しなかった。アメリカの情報機関は、サンクトペテルブルク造船所を出発したトラックから落ちた金属くずを回収することで、建造にチタン合金が使用されているという疑念を裏付けた。[ 8 ]
耐圧殻は6つの防水区画に分かれており、そのうち3番目（中央）の区画のみが有人で、他の区画はメンテナンスのためだけにアクセス可能だった。3番目の区画には、試験深度での圧力に耐えられる強化球形隔壁があり、攻撃を受けた際に乗組員に追加の保護を提供した。生存性をさらに高めるため、この船には射出式救助カプセルが装備されていた。[ 10 ]
プロジェクト705に当初指定されていた試験深度要件は500メートル（1,600フィート）でしたが、予備設計が完了した後、SKB-143はこの要件を400メートル（1,300フィート）に緩和することを提案しました。試験深度を下げ、耐圧殻を薄くすることで、原子炉、ソナーシステム、横隔壁の重量増加を補うことになります。[ 1 ] [ 2 ]アルファ級潜水艦が1,000メートル（3,300フィート）以上潜航できるという通説は、冷戦中に西側諜報機関が行った推定に基づいています。
これらの潜水艦向けに、以下のような一連の新しいシステムが開発されました。
潜水艦の全システムは完全に自動化されており、人間の判断を必要とするすべての操作は管制室から実行された。このような自動化は航空機では一般的だが、他の軍艦や潜水艦では、これらのタスクを実行する複数の独立したチームが配置されている。乗組員の介入は進路変更や戦闘時のみ必要で、洋上での整備は行われなかった。これらのシステムのおかげで、アルファ潜水艦の戦闘シフトは管制室に常駐する8名の士官のみで構成されていた。原子力潜水艦の乗組員は通常120名から160名だが、当初提案された乗組員数は14名（調理員を除く全員が士官）だった。後に、新世代潜水艦の運用訓練を受けられる追加の乗組員を乗艦させる方が実用的であると考えられ、乗組員数は士官27名と准士官4名に増加した。また、電子機器のほとんどが新開発であり、故障が予想されたため、その性能を監視するために追加の乗組員が配置された。信頼性の問題の一部は電子機器に関連しており、より成熟した、より高度に開発された監視システムがあれば、いくつかの事故は予見できた可能性がある。実験システムとしては、全体的な性能は良好とみなされた。
乗組員数を減らし、自動化を徹底した主な理由は、潜水艦のサイズを縮小するためだけではなく、長い指揮系統を即時電子機器に置き換えることで反応速度を向上させ、あらゆる行動を迅速化するためであった。[ 11 ]
アルファ級潜水艦で2件の冷却材喪失事故が発生した。 [ 13 ] 1971年、蒸気システムの溶接不良により水分が漏れ込み、塩化物を取り込んで凝縮し、液体金属冷却材を含む一次冷却管に滴り落ちた。これにより、タスクオーダー900の一次冷却管が腐食し破損した。この事故の後、一体型プール型原子炉への移行が適切な設計進化と考えられた。
2番目の事故はプロジェクト705K（タスクオーダー105）で発生した。蒸発器セクションの蒸気発生器チューブが腐食し、蒸気が一次系に漏れた。一次系の圧力が上昇したが、この事故での全圧力に耐えられるように設計されていた。しかし、運転中に高感度マノメーターへのバルブを閉じることを義務付ける手順が守られていなかった。その結果、高圧が高感度計器に到達してそれを破壊し、ポロニウムで汚染されたエアロゾルが原子炉区画の居住部分に流れ込んだ。原子炉は修理可能であったが、完全に新しいものに交換することが決定された。[ 13 ]
アルファ級潜水艦は、他のほとんどすべての原子力潜水艦と同様に、実際に戦闘で使用されることはなかった。しかし、ソ連政府は計画された艦艇数を誇張することで、アルファ級潜水艦を有効活用した。[ 14 ]これは、主要な艦隊を追跡し、戦争時には撃破することで制海権を獲得できると考えられていた。米国はこれに対し、アルファ級潜水艦を確実に追跡できる射程、速度、知能を備えた魚雷を開発するため、 ADCAP計画を開始し、英国海軍はスピアフィッシュ魚雷計画を開始した。[ 15 ]
アルファ級潜水艦は、新世代の軽量高速潜水艦の第一号となることを意図しており、退役前には、長射程650mm魚雷を装備したプロジェクト705Dや、攻撃型潜水艦に対して自衛できることを意図したプロジェクト705A弾道ミサイル型など、派生設計のファミリーが既に存在していた。そのため、哨戒基地は 不要となるはずだった。しかし、ロシア/ソ連のSSN開発の主軸は、最終的にアクラ級潜水艦となる、より大型で静粛性の高い潜水艦に向けられていた。[ 16 ]
アルファ級潜水艦で開発、テスト、改良された技術とソリューションは、将来の設計の基礎となった。潜水艦制御システムのスイートは、後にアクラ級、またはプロジェクト971攻撃型潜水艦で使用された。アクラ級は乗員50名で、アルファ級よりは多いが、他の攻撃型潜水艦の半分以下である。アクラ級潜水艦は、アルファ級とビクターIII級のハイブリッドであり、ビクターIII級のステルス性と曳航式ソナーアレイとアルファ級の自動化を組み合わせたものである。[ 17 ]
プロジェクト・サファイアは、極東カザフスタンのウスト・カメノゴルスク郊外にあるウルバ冶金工場の倉庫から、アルファ級潜水艦用の超高濃縮ウラン燃料1,278ポンド（580kg ）を回収するための、アメリカ合衆国の秘密軍事作戦であった。この燃料は、ソ連崩壊後、ほとんど保護されずに保管されていた。[ 18 ]ウラン酸化物ベリリウムとして知られるこの物質は、潜水艦で使用するためにウルバ工場でセラミック燃料棒の形で製造された。「カザフスタン政府はこの物質がそこにあることを全く知らなかった」と、後にカザフスタン当局者はハーバード大学の国家安全保障アナリスト、グラハム・アリソンに語った。[ 18 ] 1994年2月、テネシー州オークリッジのY-12工場のエンジニア、エルウッド・ギフトが、幅約20フィート、長さ約30フィートの金庫室にクォートサイズの鋼鉄缶に保管されているのを発見した。一部はワイヤー棚に、その他は床に置かれていた。缶は埃で覆われていた。[ 18 ]イランが原子炉燃料の購入を求めて正式に現地を訪れたという知らせがすぐに届いた。ワシントンはタイガーチームを編成し、1994年10月8日、サファイアチームはマクギー・タイソン空軍州兵基地から、130トンの機材を積んだ3機の黒塗りのC-5ギャラクシー輸送機で飛び立った。チームは1,050個のウラン缶の処理と缶詰めに、週6日、12時間交代で6週間を要した。サファイアチームは1994年11月18日にウランの再缶詰めを完了し、費用は1,000万ドルから3,000万ドル（実際の費用は機密扱い）だった。缶は米国への安全な輸送のために447個の特別な55ガロンドラムに詰められた。 5機のC-5ギャラクシーがデラウェア州ドーバー空軍基地から派遣され、チームとウランを回収しようとしたが、4機は悪天候のため引き返すことを余儀なくされた。テネシー州民がウスト・カメノゴルスク地域の孤児院に寄付した3万ポンドの物資を積んだ1機のC-5だけが目的地に到着した。最終的に2機目のC-5が到着し、2機の飛行機はウランをドーバーまで運び、そこからオークリッジに輸送されて原子炉燃料用に混合された。[ 18 ]
最初の艦は1974年に退役した。さらに5隻が1990年に、7隻目が1996年に退役した。K -123は1983年から1992年の間に改修を受け、原子炉区画がVM-4加圧水型原子炉に置き換えられた[ 2 ]。訓練に使用された後、1996年7月31日に正式に退役した。艦の退役には、原子炉が液体金属で冷却されているため、原子炉が停止すると核燃料棒が冷却材と融合し、原子炉を解体する従来の方法が利用できないという特異な問題があった[ 19 ] 。フランスの原子力・代替エネルギー庁は、グレミハの専用乾ドック（SD-10）用の特殊設備を設計し寄贈し、原子炉を解体できるまで取り外して保管するために使用された。[ 20 ]