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原子力潜水艦とは、原子炉を動力源とする潜水艦 のことであるが、必ずしも核兵器を搭載しているとは限らない。
原子力潜水艦は、「従来型」（通常はディーゼル電気式）潜水艦に比べて性能面で大きな利点があります。原子力推進は空気と完全に独立しているため、従来型潜水艦のように頻繁に浮上する必要がありません。原子炉によって生成される大量の電力により、原子力潜水艦は長時間高速で航行でき、燃料補給の間隔が長いため、航続距離は事実上無制限となり、航行時間を制限する要因は食料やその他の消耗品の補給の必要性などに限られます。[ 2 ]このように、原子力推進は、すべての電気式（バッテリーまたは燃料電池駆動）潜水艦が直面する任務時間の制限という問題を解決します。さらに、原子力潜水艦は、電気分解と脱塩によって海水から酸素と真水を生成することで、消耗品をある程度再生することができます。[ 3 ] [ 4 ]
原子力技術の高コストのため、世界の軍事大国の中で原子力潜水艦を保有している国は比較的少ない。ソ連の潜水艦では、深刻な原子力事故や放射線事故を含む放射線事故が発生しているが、 S1W以降の設計のアメリカ海軍の原子炉は、1954年のUSSノーチラス（SSN-571）の進水以来、事故なく稼働している。[ 5 ] [ 6 ]
米国の分類では、原子力潜水艦はSSxNと表記され、SSは「潜水艦」、x=Gは誘導ミサイル（通常は巡航ミサイル）を搭載していること、x=Bは弾道ミサイル（通常は大陸間弾道ミサイル）を搭載していること、Nは原子力潜水艦であることを意味します。SSNはミサイルを搭載しない原子力攻撃型潜水艦を指します。 [ 7 ]
原子力潜水艦のアイデアは、1939年にアメリカ海軍の海軍研究所の物理学者ロス・ガンによって初めて提案された。 [ 8 ]イギリス海軍は1946年に原子力推進プラントの設計の研究を開始した。[ 9 ]
世界初の原子力潜水艦の建造は、米国海軍艦艇局の原子炉部門と原子力委員会に所属する科学者と技術者のグループによる原子力推進プラントの開発成功によって可能になった。1951年7月、米国議会は、米国海軍のハイマン・G・リックオーバー大佐の指揮の下、初の原子力潜水艦ノーチラスの建造を承認した（ジュール・ヴェルヌの1870年の小説『海底二万里』に登場するネモ船長の架空の潜水艦ノーチラス、実証済みの最初の実用的な潜水艦ノーチラス、そして第二次世界大戦で輝かしい活躍を見せた別のUSSノーチラス（SS-168）と同じ名前である）。
ウェスティングハウス社が原子炉の建造を任された。潜水艦がエレクトリック・ボート社で完成すると、ファーストレディのメイミー・アイゼンハワーがノーチラスの艦首で伝統的なシャンパンのボトルを割り、1954年9月30日にUSSノーチラス（SSN-571）として就役した。 [ 10 ] 1955年1月17日、同艦はコネチカット州グロトンを出港し、海上公試を開始した。潜水艦の全長は320フィート（98メートル）で、建造費は約5500万ドルだった。このような艦艇の有用性を認識した英国海軍本部は、原子力潜水艦の建造計画を立てた。[ 11 ]
ソ連は1950年代に米国に続いて原子力潜水艦の開発に着手した。米国がノーチラス号を開発したことに刺激を受け、ソ連は1950年代初頭にオブニンスクの物理動力工学研究所で、後にクルチャトフ研究所所長となるアナトリー・P・アレクサンドロフの下で原子力推進炉の開発に着手した。1956年、彼のチームが設計した最初のソ連製推進炉が運用試験を開始した。一方、ウラジーミル・N・ペレグドフ率いる設計チームは、原子炉を収容する艦船の開発に取り組んでいた。蒸気発生の問題、放射能漏れ、その他の困難など多くの障害を克服した後、これらの共同開発による最初の原子力潜水艦、NATOがノベンバー級潜水艦と呼ぶプロジェクト627キット級のK-3レニンスキー・コムソモールが1958年にソ連海軍に就役した。[ 12 ]
イギリス初の原子力潜水艦HMSドレッドノートには、1958年の米英相互防衛協定に基づきイギリスに供与されたアメリカ製のS5W原子炉が搭載された。ドレッドノートの船体と戦闘システムはイギリスの設計と建造によるものであったが、船体の形状と建造方法はアメリカの設計へのアクセスによって影響を受けた。[ 9 ]ドレッドノートの建造中、ロールス・ロイスは、ドーンレイの海軍研究所HMSバルカンでイギリス原子力庁と協力して、全く新しいイギリス製の原子力推進システムを開発した。1960年、イギリスの2番目の原子力潜水艦がビッカース・アームストロングに発注され、ロールス・ロイスのPWR1原子炉を搭載したHMSヴァリアントは、初の完全イギリス製の原子力潜水艦となった。[ 13 ]米国からのさらなる技術移転により、ロールス・ロイスは原子炉設計において完全に自給自足できるようになったが、その見返りとして、潜水艦の設計と静音化技術に関する「相当な量」の情報が英国から米国に移転された。[ 14 ] [ 15 ]ヴァリアント級潜水艦の筏システムは、潜水艦の静音化において英国海軍に優位性をもたらしたが、米国海軍はそれよりもかなり後になってから導入した。[ 16 ]
原子力は戦略弾道ミサイル潜水艦（SSB）の推進に理想的であることが証明され、潜航して探知されない能力を大幅に向上させた。世界初の運用可能な原子力弾道ミサイル潜水艦（SSBN）は、ポラリスA-1ミサイル16発を搭載したUSSジョージ・ワシントン で、1960年11月から1961年1月にかけて最初のSSBN抑止哨戒を実施した。ソ連はすでにプロジェクト629（ゴルフ級）のSSBを数隻保有しており、最初のSSBNであるプロジェクト658 （ホテル級）の不運なK-19が1960年11月に就役した時点で、米国よりわずか1年遅れていた。しかし、この級はゴルフ級と同じ3発のミサイルを搭載していた。 16基のミサイルを搭載した最初のソ連のSSBNはプロジェクト667A（ヤンキー級）で、その最初の艦は1967年に就役した。その時点で米国は41隻のSSBNを就役させており、「自由のための41隻」という愛称で呼ばれていた。[ 17 ] [ 18 ]
冷戦の最盛期には、ソ連の4つの潜水艦造船所（セヴェロドヴィンスクのセヴマシュ、サンクトペテルブルクのアドミラルテイスキー造船所、ニジニ・ノヴゴロドのクラスノエ・ソルモヴォ、コムソモリスク・ナ・アムーレのアムールスキー造船所）から、年間約5隻から10隻の原子力潜水艦が就役していた。1950年代後半から1997年末まで、ソ連、そして後のロシアは合計245隻の原子力潜水艦を建造したが、これは他のすべての国を合わせた数よりも多い。[ 20 ]
英国では、英国海軍の過去および現在の原子力潜水艦はすべて（HMSコンカラー 、HMSレナウン 、HMSリベンジ の3隻を除く）、バロー・イン・ファーネス（BAEシステムズ・サブマリン・ソリューションズまたはその前身であるVSEL ）で建造されており、現在も原子力潜水艦の建造が続けられている。コンカラーは、1982年のフォークランド紛争中にマーク8魚雷2発で巡洋艦ARAヘネラル・ベルグラーノ を撃沈し、魚雷で敵艦を攻撃した最初の原子力潜水艦となった。
2026年現在6か国が何らかの形で原子力戦略潜水艦を配備している。米国、ロシア、英国、フランス、中国、インドである。[ 21 ]ブラジル、オーストラリア[ 22 ] [ 23 ] 、北朝鮮を含む他のいくつかの国は、原子力潜水艦を建造するためのさまざまな段階のプロジェクトを進行中である。[ 24 ] [ 25 ] その一方で、米国はコロンビア級潜水艦を開発している。16基のミサイル発射管を備え、2031年に最初の哨戒任務を行う予定である。このクラスの潜水艦は12隻が就役する予定で、耐用年数は約42年である。[ 26 ]
従来型潜水艦と原子力潜水艦の主な違いは、発電システムです。原子力潜水艦はこの目的のために原子炉を使用します。原子炉は、プロペラシャフトに接続された電動モーターを駆動する電力を生成するか、原子炉の熱を利用して蒸気タービンを駆動する蒸気を生成します（原子力船舶推進を参照）。潜水艦で使用される原子炉は、通常、高濃縮燃料を使用して、より小型の原子炉から大量の電力を供給し、燃料交換の間隔を長くすることができます。これは、原子炉が潜水艦の耐圧殻内にあるため困難です。また、これまでに潜水艦で使用された原子炉は、ほぼすべて加圧軽水炉（PWR）型です。[ 27 ]核拡散への懸念から、一部の原子力潜水艦は、陸上での発電に使用される民生用軽水炉で使用される燃料に匹敵する低濃縮ウランを燃料として使用しています。 [ 28 ]例えば、フランスのルビ級潜水艦は、燃料に7% の235 Uを含む低濃縮ウランを使用しています。 [ 29 ]低濃縮燃料を使用する欠点は、燃料交換サイクルが短くなることです (陸上原子力発電所の燃料交換サイクルは一般的に 18 ～ 24 か月です[ 30 ] )。これにより、潜水艦の稼働率が低下します。さらに、燃料に含まれる238 U は中性子を吸収し、プルトニウムとマイナーアクチニドに核変換されるため、使用済み燃料の処分で問題になる可能性があります。[ 31 ] [ 32 ] PWR 以外の原子炉は、ソ連のアルファ級潜水艦やUSS シーウルフ (SSN-575)に搭載されていました。しかし、これらは技術的な行き詰まりと見なされ、それ以上追求されませんでした。
The nuclear reactor also supplies power to the submarine's other subsystems, such as for maintenance of air quality, fresh water production by distilling sea water, temperature regulation, etc. All naval nuclear reactors currently in use are operated with diesel generators as a backup power system. These engines are able to provide emergency electrical power for reactor decay heat removal, as well as enough electric power to supply an emergency propulsion mechanism. Submarines may carry nuclear fuel for up to 30 years of operation. The only resource that limits the time underwater is the food supply for the crew and maintenance of the vessel. In practice, psychological considerations also apply as it is not desirable for the crew to spend too long in the enclosed space of a submerged submarine.[33]
The stealth technology weakness of nuclear submarines is the need to cool the reactor even when the submarine is not moving; about 70% of the reactor output heat is dissipated into the sea water. This leaves a "thermal wake", a plume of warm water of lower density which ascends to the sea surface and creates a "thermal scar" that is observable by thermal imaging systems, e.g., FLIR.[34] Another problem is that the reactor is always running, creating steam noise, which can be heard on sonar, and the reactor pump (used to circulate reactor coolant) also creates noise, as opposed to a conventional submarine, which can move about on almost silent electric motors.
ロシア海軍は2027年にポセイドンという名の原子力推進・核武装無人潜水艇を導入する計画であると報じられている。[ 35 ] [ 36 ]公開文献で入手可能な限られたデータによると、小型（おそらく濃縮ウラン燃料）原子炉を使用し、最高速度130 km/hで航行できるとされている。特別に設計されたベルゴロド級潜水艦から発射され、第二次攻撃兵器として沿岸の大都市を攻撃することが期待されている。（ただし、ポセイドンの初期試験はディーゼル電気潜水艦サロフで行われた）。第二次攻撃兵器としてSSBNの代わりに無人潜水艇を使用する主な利点は、SSBN乗組員の命の損失を防ぐことである。第二次攻撃核ミサイルがSSBNから直接発射された場合、潜水艦の位置が明らかになり、別の潜水艦、水上艦、または陸上から発射された巡航ミサイルまたは弾道ミサイルによる第三次攻撃で迅速に破壊される可能性がある。UUVが核爆弾を投下すると、母艦の位置は不明のままとなり、母艦は3回目の攻撃にも耐えられる可能性が高い。2024年現在、同様の兵器を開発している国は他に知られていない。[ 27 ]
原子力潜水艦の耐用年数はおよそ25～30年と推定されており、その後は部品の疲労や腐食、陳腐化、運用コストの上昇に直面する。[ 37 ] [ 38 ]これらの潜水艦の廃止は長いプロセスであり、一部はしばらくの間予備として保管または保管され、最終的に解体されるが、その他はすぐに処分される。 [ 39 ] [ 38 ]原子力潜水艦を運用する国々は、原子力潜水艦の廃止に関して異なる戦略を持っている。[ 40 ]それにもかかわらず、原子力潜水艦の効果的な処分には費用がかかり、2004年には約40億ドルかかると推定された。[ 41 ] [ 42 ]
一般的に、原子力潜水艦の廃止措置には 2 つの選択肢があります。 1 つの選択肢は、原子炉から燃料を抜き取り、放射性物質を含む材料や部品を取り除いた後、原子炉を含む船体部分を潜水艦から切り離し、低レベル放射性廃棄物の処分場に輸送して、廃棄物処理手順に従って埋設するというものです。[ 38 ] 2 番目の選択肢は、原子炉から燃料を抜き取り、潜水艦の推進装置を解体し、原子炉以外の区画に通気口を設置し、原子炉区画に液体を充填するというものです。[ 37 ] [ 38 ]潜水艦を密閉した後、指定された深海処分場に曳航し、浸水させて海底にそのまま沈めることができます。[ 38 ]この最後の選択肢は、過去にいくつかの海軍や国によって検討されたことがあります。[ 43 ]しかし、海洋投棄は陸上投棄よりも安価であるものの、ロンドン投棄条約や海洋法条約などの規制や国際法に関する不確実性から、この選択肢を進めることはできていない。[ 43 ]
出典: [ 47 ]
世界で最も死者数の多い原子力および放射線事故のいくつかは、原子力潜水艦の事故によるものです。現在までに、これらはすべて旧ソ連の艦艇によるものです。[ 5 ] [ 6 ] [ 65 ]原子炉事故で炉心損傷と原子力潜水艦からの放射性物質の放出を引き起こした例には、次のものがあります。[ 5 ] [ 66 ]
英国は、消音のための筏の概念や初期のポンプジェットなど、米国の潜水艦設計に重要な貢献をした。