Tàu ngầm hạt nhân là tàu ngầm dựa vào lò phản ứng hạt nhân để điều khiển toàn bộ các hệ thống vận hành tàu. Tàu ngầm hạt nhân có thể trang bị vũ khí hạt nhân hoặc không trang bị. Những lợi thế chính mà năng lượng hạt nhân mang lại cho tàu chính là tốc độ lặn và bán kính hoạt động (có thể tuần tra khi lặn trong nhiều tuần thay vì nhiều giờ). Tàu ngầm hạt nhân chiến lược là một trong những trụ cột của bộ ba hạt nhân được định nghĩa trong chiến lược hạt nhân thời Chiến tranh Lạnh.
Tàu ngầm hạt nhân là tàu ngầm chạy bằng lò phản ứng hạt nhân, nhưng không nhất thiết phải được trang bị vũ khí hạt nhân. Trong phân loại của Hoa Kỳ, tàu ngầm chạy bằng năng lượng hạt nhân được chỉ định là SSxN, trong đó SS biểu thị tàu ngầm, x=G nghĩa là tàu ngầm được trang bị tên lửa dẫn đường (thường là tên lửa hành trình), x=B nghĩa là tàu ngầm được trang bị tên lửa đạn đạo (thường là tên lửa liên lục địa) và N nghĩa là tàu ngầm chạy bằng năng lượng hạt nhân. SSN dùng để chỉ tàu ngầm tấn công chạy bằng năng lượng hạt nhân, không mang tên lửa.
Tàu ngầm HMS Astute
Tàu ngầm hạt nhân có những lợi thế đáng kể về hiệu suất so với tàu ngầm “thông thường” (thường là tàu ngầm điện-diesel). Hệ thống đẩy hạt nhân, hoàn toàn độc lập với không khí, giúp tàu ngầm không phải nổi lên mặt nước thường xuyên, như tàu ngầm thông thường. Lượng điện lớn do lò phản ứng hạt nhân tạo ra cho phép tàu ngầm hạt nhân hoạt động ở tốc độ cao trong thời gian dài và khoảng cách dài giữa các lần tiếp nhiên liệu mang lại phạm vi hoạt động gần như không giới hạn, giới hạn duy nhất về thời gian hành trình là các yếu tố như nhu cầu tiếp tế thực phẩm hoặc các vật tư tiêu hao khác. Do đó, hệ thống đẩy hạt nhân giải quyết vấn đề về thời gian thực hiện nhiệm vụ hạn chế mà tất cả các tàu ngầm điện (chạy bằng pin hoặc pin nhiên liệu) đều phải đối mặt. Chi phí công nghệ hạt nhân cao khiến có tương đối ít cường quốc quân sự trên thế giới triển khai tàu ngầm hạt nhân. Trong lịch sử, các lò phản ứng hải quân của Mỹ bắt đầu từ S1W đã hoạt động không có sự cố nào kể từ khi tàu ngầm hạt nhân đầu tiên của Mỹ được hạ thủy vào năm 1954.
Năm 1954, với việc đưa vào hoạt động USS Nautilus, Mỹ đánh dấu việc đưa năng lượng hạt nhân sử dụng cho tàu ngầm. Vì lò phản ứng hạt nhân không cần oxy nên chỉ cần một nhà máy điện duy nhất là đủ cho cả tàu có thể hoạt động trên mặt nước và dưới nước. Hơn nữa, vì lượng rất nhỏ nhiên liệu hạt nhân (uranium làm giàu) cung cấp năng lượng trong thời gian rất dài nên tàu ngầm hạt nhân có thể hoạt động hoàn toàn dưới nước ở tốc độ cao vô thời hạn. Sự thay đổi này mang tính cách mạng về mặt quân sự và chính trị. Trong cuộc tấn công tàu ngầm tiền hạt nhân điển hình, tàu ngầm tiếp cận mục tiêu trên mặt nước để tránh làm cạn kiệt pin và chỉ lặn xuống ngay trước khi nhìn thấy mục tiêu. Việc tiếp cận dưới nước phải được thực hiện ở tốc độ rất thấp, không quá hai hoặc ba hải lý để tránh lãng phí pin. Chỉ huy tàu ngầm phải tiết kiệm pin cho đến sau cuộc tấn công, khi đó tàu sẽ phải sử dụng toàn bộ năng lượng dưới nước (và tốc độ có thể là 7 đến 10 hải lý) để tránh bị phản công. Ngay cả khi đó, một lần sạc đầy pin cũng chỉ kéo dài khoảng một hoặc hai giờ ở tốc độ tối đa. Nhu cầu tiết kiệm năng lượng pin này buộc tàu ngầm diesel-điện phải tiếp cận mục tiêu một cách lặng lẽ và chậm nhất có thể, đồng nghĩa với việc chúng không thể giao chiến với hầu hết các tàu chiến mặt nước di chuyển nhanh như tàu sân bay và thiết giáp hạm. Tàu ngầm hạt nhân ở một đẳng cấp hoàn toàn khác. Chúng không chỉ có thể né tránh tự do (tức là ở tốc độ tối đa trong thời gian không xác định) sau khi tấn công, mà còn có thể hoạt động tự do trước khi tấn công, theo kịp các tàu nổi nhanh. Hiệu suất đó hoàn toàn vượt quá khả năng của bất kỳ tàu ngầm tiền hạt nhân nào.
Sự khác biệt chính giữa tàu ngầm thông thường và tàu ngầm hạt nhân là hệ thống phát điện. Tàu ngầm hạt nhân sử dụng lò phản ứng hạt nhân. Chúng tạo ra điện để cung cấp năng lượng cho động cơ điện được kết nối với trục chân vịt hoặc dựa vào nhiệt của lò phản ứng để tạo ra hơi nước làm quay tua bin hơi nước (hệ thống đẩy hạt nhân trên biển). Các lò phản ứng được sử dụng trong tàu ngầm thường sử dụng nhiên liệu được làm giàu cao (thường lớn hơn 20%) để có thể cung cấp một lượng lớn năng lượng từ lò phản ứng nhỏ và hoạt động lâu giữa các lần tiếp nhiên liệu – điều này rất khó khăn do vị trí của lò phản ứng bên trong thân tàu ngầm phải chịu áp suất cao dưới long biển. Ngoài ra, hầu như tất cả các lò phản ứng hạt nhân được sử dụng trong tàu ngầm cho đến nay đều là loại lò phản ứng nước nhẹ áp lực. Lò phản ứng hạt nhân cũng cung cấp năng lượng cho các hệ thống phụ khác của tàu ngầm, chẳng hạn như để duy trì chất lượng không khí, sản xuất nước ngọt bằng cách chưng cất nước muối từ đại dương, điều chỉnh nhiệt độ, v.v. Tất cả các lò phản ứng hạt nhân của hải quân hiện đang sử dụng đều được vận hành bằng máy phát điện diesel làm hệ thống điện dự phòng. Các động cơ này có thể cung cấp điện khẩn cấp để loại bỏ nhiệt phân rã lò phản ứng, cũng như đủ điện để cung cấp cho cơ chế đẩy khẩn cấp. Tàu ngầm có thể mang theo nhiên liệu hạt nhân trong thời gian hoạt động lên đến 30 năm. Nguồn tài nguyên duy nhất hạn chế thời gian dưới nước là nguồn cung cấp thực phẩm cho thủy thủ đoàn và bảo dưỡng tàu.
Điểm yếu về công nghệ tàng hình của tàu ngầm hạt nhân là cần phải làm mát lò phản ứng ngay cả khi tàu ngầm không di chuyển; khoảng 70% nhiệt lượng đầu ra của lò phản ứng bị tiêu tán vào nước biển. Điều này để lại một “dòng nhiệt”, luồng nước ấm có mật độ thấp hơn bốc lên bề mặt biển và tạo ra một “vết sẹo nhiệt” có thể quan sát được bằng các hệ thống hình ảnh nhiệt. Một vấn đề khác là lò phản ứng luôn hoạt động, tạo ra tiếng ồn hơi nước, có thể nghe thấy trên sonar và bơm lò phản ứng (được sử dụng để tuần hoàn chất làm mát lò phản ứng) cũng tạo ra tiếng ồn, trái ngược với tàu ngầm thông thường, có thể di chuyển bằng động cơ điện gần như im lặng.
Tuổi thọ của một tàu ngầm hạt nhân được ước tính là khoảng 25 đến 30 năm, sau thời gian này, tàu ngầm sẽ phải đối mặt với tình trạng bị ăn mòn các thành phần, lỗi thời và chi phí vận hành tăng cao. Việc loại biên những tàu ngầm này là một quá trình dài; một số được giữ lại làm dự trữ hoặc cất giữ trong một thời gian và cuối cùng bị loại bỏ, một số khác bị loại bỏ ngay lập tức. Các quốc gia vận hành tàu ngầm hạt nhân có các chiến lược khác nhau khi nói đến việc loại biên tàu ngầm hạt nhân. Tuy nhiên, việc loại bỏ hiệu quả tàu ngầm hạt nhân rất tốn kém, ước tính chi phí khoảng 4 tỷ đô la.
Từ khóa: tàu ngầm; hạt nhân;
– CMD –
