Submarino Nuclear

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Antecedentes

Um submarino nuclear é um navio movido a energia atômica que viaja principalmente debaixo d'água, mas também na superfície do oceano. Anteriormente, os submarinos convencionais usavam motores a diesel que necessitavam de ar para se mover na superfície da água e motores elétricos movidos a bateria para se mover abaixo dela. A vida útil limitada das baterias elétricas significava que mesmo o submarino convencional mais avançado só poderia permanecer submerso por alguns dias em baixa velocidade e apenas algumas horas em velocidade máxima. Por outro lado, os submarinos nucleares podem permanecer submersos por vários meses. Essa habilidade, combinada com tecnologia avançada de armas, torna os submarinos nucleares um dos navios de guerra mais úteis já construídos.

História

A primeira proposta séria de um navio projetado para viajar debaixo d'água foi feita pelo matemático inglês William Bourne em 1578. Bourne sugeriu o uso de dois cascos, um de madeira e um de couro, mas este dispositivo nunca foi realmente construído. O primeiro submarino funcional foi construído pelo inventor holandês Cornelis Drebbel em 1620. Usando um design semelhante ao proposto por Bourne, este dispositivo foi impulsionado abaixo da superfície do rio Tamisa por oito remos de madeira.

Durante o início do século XVIII, vários pequenos submarinos foram construídos com projetos semelhantes. Em 1747, um inventor desconhecido sugeriu anexar bolsas de pele de cabra a um submarino. Encher os sacos com água baixaria o submarino e ejetar água dos sacos o aumentaria. O mesmo conceito básico é usado em tanques de lastro modernos.

O submarino foi usado pela primeira vez na guerra durante a Revolução Americana. A tartaruga, projetado pelo estudante de Yale David Bushnell, tentou anexar um explosivo a um navio de guerra britânico, mas não conseguiu penetrar no revestimento de cobre do casco do navio. Em 1801, o inventor americano Robert Fulton construiu o Nautilus, um submarino construído com folhas de cobre sobre reforços de ferro. O Nautilus, que podia transportar uma tripulação de quatro pessoas, conseguiu afundar navios em testes, mas foi rejeitado pela França e pela Inglaterra. Fulton estava trabalhando em um submarino a vapor que podia transportar uma tripulação de cem pessoas quando morreu em 1815.

Durante a Guerra Civil Americana, Horace L. Hunley financiou a construção de submarinos para a Confederação. O terceiro desses navios, o H. L. Hunley, atacou e afundou o navio da União Housatonic em 17 de fevereiro de 1864, mas foi destruída na explosão resultante.

Durante o final do século XIX, vários submarinos foram construídos nos Estados Unidos e na Europa. Os métodos de mover o submarino evoluíram de hélices manuais para motores a vapor, motores a gasolina e motores elétricos. Submarinos usando motores a diesel para viagens de superfície e baterias elétricas para viagens subaquáticas foram usados ​​com sucesso na Primeira e Segunda Guerra Mundial.

O desenvolvimento da energia nuclear após a Segunda Guerra Mundial revolucionou a tecnologia dos submarinos. Sob a direção de Hyman Rickover, engenheiro e oficial da Marinha dos Estados Unidos, os inventores americanos Ross Gunn e Philip Abelson projetaram o Nautilus, o primeiro submarino nuclear lançado em 1954. Em 1959, alguns submarinos nucleares, conhecidos como submarinos estratégicos, eram usados ​​para transportar mísseis com ogivas nucleares. Outros submarinos nucleares, conhecidos como submarinos de ataque, foram projetados para afundar navios e submarinos inimigos. Submarinos estratégicos e submarinos de ataque tornaram-se uma parte vital das forças navais em todo o mundo. O primeiro uso de um submarino nuclear em combate ativo ocorreu em 1982, quando o submarino de ataque britânico Conqueror afundou o navio argentino General Belgrano durante o conflito nas Ilhas Malvinas.

Robert Fulton

Robert Fulton, mais conhecido por seu trabalho em tecnologia de barcos a vapor, nasceu em Little Britain, Pensilvânia, em 1765. Quando criança, Fulton gostava de construir dispositivos mecânicos. Seu interesse se voltou para a arte à medida que amadurecia e, embora ele conseguisse se sustentar com as vendas de retratos e desenhos técnicos, a resposta geral que seu trabalho recebeu foi decepcionante e o convenceu a se concentrar em suas habilidades de engenharia.

Em 1797, enquanto pesquisava canais em Paris, França, Robert Fulton ficou fascinado com a noção de um "barco de mergulho", ou submarino, e começou a projetar um baseado nas idéias do inventor americano David Bushnell. Fulton abordou o governo francês, então em guerra com a Inglaterra, com a sugestão de que seu submarino poderia ser usado para colocar minas de pólvora no fundo de navios de guerra britânicos. Depois de alguma persuasão, os franceses concordaram em financiar o desenvolvimento dos barcos e, em 1800, Fulton lançou o primeiro submarino, o Nautilus, em Rouen.

A embarcação oval de 24,5 pés (7,5 m) de comprimento navegou acima da água como um navio normal, mas o mastro e a vela podiam ser colocados planos contra o convés quando a embarcação estava submersa a uma profundidade de 25 pés (7,6 m) por enchendo sua quilha oca de metal com água. O plano de Fulton era martelar um prego da torre de comando de metal no fundo de um navio visado. Uma mina liberada pelo tempo presa ao espigão foi projetada para explodir assim que o submarino estivesse fora de alcance. Embora o sistema funcionasse nos testes, os navios de guerra britânicos eram muito mais rápidos do que o saveiro usado nos experimentos e, portanto, conseguiram escapar do submarino mais lento. Os franceses pararam de financiar o projeto após a tentativa fracassada de batalha, mas os britânicos, que consideravam a tecnologia promissora, trouxeram Fulton para o seu lado. Infelizmente, mais uma vez o submarino funcionou bem nos testes, mas se mostrou insatisfatório em situações práticas. Após seu fracasso na Batalha de Trafalgar (1805), os britânicos também abandonaram o projeto.

Após essas experiências, o destemido Fulton se voltou para uma nova área de exploração - vapor. Por meio de seus contatos em Paris, Fulton conheceu Robert Livingston (1746-1813), o ministro das Relações Exteriores dos Estados Unidos na França que também possuía um monopólio de 20 anos na navegação a vapor no estado de Nova York. Em 1802, os dois decidiram formar uma parceria comercial. No ano seguinte, eles lançaram um barco a vapor no rio Sena que foi baseado no projeto do colega americano John Fitch.

Fulton voltou a Nova York no final de 1803 para continuar a desenvolver seus projetos. Após quatro anos de trabalho, Fulton lançou o Clermont, um navio a vapor com uma velocidade de quase cinco milhas por hora. A parceria entre Fulton e Livingston prosperou e Fulton finalmente alcançou um sucesso reconhecido.

A persistência de Fulton e a crença em suas idéias ajudaram os barcos a vapor a se tornarem uma importante fonte de transporte nos rios nos Estados Unidos e resultou em uma redução significativa dos custos de transporte doméstico.

Matérias-primas

O principal material usado na fabricação de um submarino nuclear é o aço. O aço é usado para fazer o casco interno que contém a tripulação e todo o funcionamento interno do submarino, e o casco externo. Entre os dois cascos estão os tanques de lastro, que retiram água para fazer o submarino afundar e ejetam água para fazer o submarino subir.

Um submarino típico.

Além do aço, várias partes de um submarino nuclear são feitas de outros metais, como cobre, alumínio e latão. Outros materiais usados ​​para fabricar os milhares de componentes que constituem um submarino nuclear totalmente equipado incluem vidro e plástico. Equipamentos eletrônicos incluem semicondutores como silício e germânio. O reator nuclear que alimenta o submarino depende do urânio ou de algum outro elemento radioativo como fonte de energia.

O processo de fabricação

Preparação para fabricação

• 1 Como os submarinos nucleares são fabricados apenas para uso militar, a decisão de construí-los é tomada pelo governo nacional. Nos Estados Unidos, a Divisão de Guerra Submarina da Marinha é responsável por solicitar a fabricação de um grupo de submarinos, conhecido como vôo.
• 2 A Marinha aceita licitações de milhares de empresas para fabricar os diversos componentes que constituem um submarino nuclear. O casco do submarino é geralmente feito pela Divisão de Barcos Elétricos da General Dynamics Corporation. (A Electric Boat Company original fez os primeiros submarinos usados ​​pela Marinha dos Estados Unidos em 1900.)
• 3 O financiamento para submarinos nucleares está incluído no orçamento de defesa apresentado pelo presidente ao Congresso. Se aprovado, o processo de fabricação começa. O reator nuclear é fornecido pelo projeto Reator Naval do governo. Os métodos usados ​​para fabricar esses reatores nucleares são vigiados de perto e a divulgação seria considerada uma violação da segurança nacional.

Fazendo o casco

• 4 Placas de aço, com aproximadamente 2-3 pol (5,1-7,6 cm) de espessura, são obtidas de fabricantes de aço. Essas placas são cortadas no tamanho adequado com tochas de acetileno.
• 5 As placas de aço cortadas são movidas entre grandes rolos de metal sob toneladas de pressão. Os rolos, cada um com cerca de 28 pol. (71,1 cm) de diâmetro e cerca de 15 pés (4,6 m) de comprimento, são configurados de forma que um rolo se apoie em dois outros. Conforme a placa de aço se move sob o rolo superior e sobre os dois rolos inferiores, ela é dobrada em uma curva. A placa é enrolada para frente e para trás até que a curvatura desejada seja obtida.
• 6 As placas de aço curvas são colocadas em torno de um molde de madeira que delineia a forma do casco. Eles são então soldados uns aos outros à mão para formar uma seção do casco. A seção é içada por um guindaste e colocada próxima a outra seção. As duas seções são laminadas lentamente sob um soldador automático, que as sela. As seções giratórias se movem sob o soldador várias vezes, resultando em uma costura extremamente forte.
• 7 As seções soldadas são reforçadas pela soldagem de nervuras de aço curvas em forma de T ao redor delas. Estes são feitos por aquecimento A fabricação de um submarino é altamente complexa e utiliza processos manuais e automatizados. Grandes folhas de aço são laminadas e soldadas na forma dos cascos interno e externo. O andaime é erguido durante a fabricação para que a acessibilidade permaneça livre. Cada aspecto da fabricação é verificado por medidas de inspeção e controle de qualidade. Por exemplo, componentes de aço soldados são inspecionados com raios-x. Os tubos são preenchidos com hélio para verificar se há vazamentos. Como resultado, o programa Naval Reactors é considerado o melhor registro de segurança de qualquer programa de energia nuclear. barras de aço até que fiquem macias o suficiente para dobrar. Martelos automáticos batem nas pontas da barra, produzindo uma curva que combina com o casco.
• 8 Soldar várias seções juntas produz um casco interno. O mesmo processo é repetido para formar um casco externo. O casco interno é soldado a nervuras de aço que são então soldadas ao casco externo. As nervuras de aço separam os dois cascos, permitindo espaço para os tanques de lastro que controlam a profundidade do submarino. O casco externo se estende apenas até o fundo e as laterais do casco interno, permitindo que o submarino permaneça em pé.
• 9 Enquanto isso, placas de aço são soldadas no interior do casco interno para dividir o submarino em vários compartimentos estanques. Decks de aço e bulktheads também são soldados no lugar. As costuras externas de soldagem são polidas por rebolos de alta velocidade, tornando-as lisas. Isso não apenas melhora a superfície para pintura, mas também fornece ao submarino uma superfície aerodinâmica que sofre pouco atrito durante a viagem. O casco é então pintado com camadas de revestimentos protetores.

Terminando o exterior

• 10 Componentes externos, como lemes e hélices, são feitos usando várias técnicas de usinagem. Um método importante usado para muitos componentes de metal é a fundição em areia. Este processo envolve fazer um modelo de madeira ou plástico da peça desejada. O modelo é então cercado por areia endurecida firmemente compactada presa em um molde. As metades do molde são separadas, permitindo a retirada do modelo. A forma da peça desejada permanece como uma cavidade na areia endurecida. O metal derretido é despejado na cavidade e deixado esfriar, resultando na peça desejada.
• 11 O casco é cercado por andaimes, permitindo que os trabalhadores alcancem todas as partes dele. Os componentes externos são soldados ou fixados de outra forma. Certos componentes, como equipamento de sonar, são fixados ao casco e então cobertos com lâminas lisas de aço para reduzir o atrito durante a viagem subaquática.

Terminando o interior

• 12 Equipamentos grandes são colocados dentro do casco interno à medida que são construídos. Equipamentos menores são trazidos para o casco interno após sua conclusão. O submarino é lançado antes que grande parte do equipamento interno seja instalado. Após a cerimônia de lançamento, o submarino é rebocado para uma doca de montagem, onde os trabalhos de interior continuam. Componentes vitais como periscópios, snorkels, motores e equipamentos eletrônicos são instalados. Equipamentos para o conforto da tripulação, como geladeiras, fogões elétricos, ar condicionado e máquinas de lavar também são instalados neste horário.
• 13 O reator nuclear começa a operar quando o submarino inicia seus primeiros testes no mar. A tripulação é treinada durante um cruzeiro no Oceano Atlântico. As armas são lançadas e testadas, geralmente nas águas da Ilha de Andros, nas Bahamas. O submarino é oficialmente comissionado em uma cerimônia que muda sua designação de "Unidade de Pré-comissionamento" (PCU) para "Navio dos Estados Unidos" (USS). O submarino então passa por um cruzeiro de inspeção antes de entrar em serviço ativo.

Controle de qualidade

O papel vital que desempenha na defesa nacional, o fato de que a vida de sua tripulação depende de seu funcionamento adequado e os perigos inerentes a seu reator nuclear garantem que o controle de qualidade seja mais importante para um submarino nuclear do que para quase qualquer outro produto manufaturado. Antes do início da construção, os materiais que serão usados ​​para construir vários componentes são inspecionados quanto a quaisquer falhas estruturais. Anteriormente, quando um novo projeto para um submarino nuclear foi proposto, um modelo em escala foi construído para ver se alguma melhoria poderia ser feita. Desenhos em escala do novo design foram feitos e depois expandidos para padrões de papel em tamanho real que permitiram que pequenos detalhes fossem estudados de perto. Uma maquete em tamanho real do interior foi feita para dar aos construtores a chance de ajustar a localização dos componentes a fim de economizar espaço ou torná-los mais acessíveis. Atualmente, a modelagem, modificação e simulação de design são aprimoradas pelo uso de computadores.

Quando as placas de aço são cortadas e laminadas para formar o casco, elas são inspecionadas para garantir que todas as dimensões tenham uma precisão de 0,16 cm (1/16 cm); as peças menores podem precisar ter uma precisão de até um décimo de milésimo de polegada (0,00025 cm) ou menos. A soldagem adequada de todos os componentes de aço é inspecionada com raios-x. Os tubos são inspecionados enchendo-os com hélio e verificando se há vazamentos. Cada instrumento é testado para garantir que funciona corretamente. Em particular, o reator nuclear passa por testes rigorosos para garantir que é seguro. Como resultado dessas precauções, o programa Naval Reactors é considerado o melhor registro de segurança de qualquer programa de energia nuclear.

Depois que o submarino é comissionado, ele passa por um cruzeiro de inspeção para ver como funcionaria em condições de guerra. A velocidade e manobrabilidade do submarino são testadas para garantir que ele atenda aos requisitos necessários.

Subprodutos / resíduos

A maior preocupação com os resíduos produzidos por submarinos nucleares envolve os resíduos radioativos produzidos por reatores nucleares. Embora os resíduos produzidos por um submarino nuclear sejam muito menores do que os produzidos por uma usina nuclear maior, existem problemas semelhantes de eliminação. O programa Naval Reactors tem um excelente histórico de armazenamento seguro de resíduos radioativos. Alguns ambientalistas, no entanto, expressaram preocupação com a possibilidade de material radioativo ser liberado se um submarino nuclear for afundado por acidente ou durante operações militares.

O Futuro

Espera-se que os submarinos nucleares continuem sendo uma parte vital dos sistemas de defesa naval por muitos anos. Projetos futuros apresentarão novas maneiras de melhorar as capacidades de velocidade e profundidade dos submarinos nucleares. A pesquisa também levará a uma capacidade aprimorada de detectar navios inimigos sem ser detectado. Com o fim da União Soviética, levando a orçamentos de defesa reduzidos, a Marinha dos EUA enfrenta o desafio de reduzir o custo dos submarinos nucleares, mantendo sua eficácia. Com esse objetivo em mente, o programa Novo Submarino de Ataque foi criado na década de 1990, com o objetivo de substituir o grande e caro Seawolf ataque submarinos com submarinos nucleares menores, menos caros, mas igualmente eficazes.