Come funzionano i sottomarini e quando si definiscono “nucleari”

Il sottomarino è una delle macchine tecnicamente più complesse mai realizzate dall’uomo e può immergersi fino a sparire a migliaia di metri di profondità. Il sottomarino è un mezzo navale progettato per operare principalmente sott'acqua.  Esistono diversi tipi di sottomarino e anche le loro dimensioni variano: si va da quelli a propulsione nucleare a quelli a propulsione ibrida (diesel-elettrica), anche se in pratica funzionano tutti allo stesso modo: modificano il loro peso imbarcando acqua all'interno di alcune casse o espellendola e, così facendo, riescono a immergersi e a risalire. Nel video presente qui sopra e nel testo di seguito approfondiamo la questione.

La struttura del sottomarino

La struttura di un sottomarino è composta da due scafi indipendenti: uno esterno e uno interno. Lo scafo interno contiene l’equipaggio e tutti gli apparati vitali e di navigazione, mentre quello esterno contiene dei serbatoi, chiamati casse, che si riempiono e si svuotano di acqua per l’immersione e l’emersione. Questo tipo di struttura a doppio scafo è concepita per resistere all’enorme pressione dell’acqua.

Lo scafo esterno e quello interno sono separati da sezioni, che sono di due tipi: le casse di zavorra sono quelle che, imbarcando acqua, aumentano il peso complessivo del sottomarino; le casse di assetto, che si trovano a prua e a poppa, servono invece a mantenere in equilibrio il sottomarino quando è in immersione.

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Come funziona l'immersione e l'emersione?

Per immergersi, il sottomarino apre dei portelli collegati alle casse di zavorra. Questi portelli si trovano sia sul fondo dello scafo, le prese a mare, che nella parte alta, gli sfiatatoi.
All’apertura delle prese a mare, le casse si allagano completamente permettendo al sottomarino di immergersi, mentre gli sfiatatoi fanno uscire l’aria quando è necessario far entrare l'acqua.

Per riemergere il sottomarino svuota gradualmente le casse immettendo aria compressa nei serbatoi. Per muoversi è dotato di timoni sia verticali che orizzontali che servono a guidare il sottomarino. Infine, il famoso periscopio per guardare in superficie fuoriesce da una torretta chiamata vela.

Il sistema propulsivo

I sottomarini odierni possono essere sia a propulsione nucleare e sia funzionare con sistemi ibridi, cioè con motori diesel-elettrici. Nei sottomarini nucleari, c’è una vera e propria centrale nucleare tanto potente da poter alimentare un piccolo centro abitato. I sottomarini nucleari, in sostanza, non devono fare rifornimento periodicamente: hanno un’autonomia potenziale di circa 8-10 anni.

Come in una centrale nucleare convenzionale, il reattore del sottomarino genera un'enorme quantità di calore tramite la fissione nucleare per produrre il vapore necessario ad azionare una turbina che produce elettricità per ricaricare le batterie. Pertanto nei modelli più moderni e silenziosi le eliche vengono mosse da motori elettrici, alimentati da batterie, alimentate a loro volta dal reattore nucleare.

I sottomarini convenzionali sono azionati da un sistema ibrido diesel-elettrico in cui il generatore diesel ricarica le batterie le quali, a loro volta, azionano poi le eliche. Ovviamente i sottomarini diesel-elettrici hanno un limite rispetto a quelli nucleari: non possono rimanere immersi per lunghi periodi di tempo, perché finiscono il gasolio. Le eliche hanno una forma particolarissima e sono progettate appositamente per emettere il minor rumore possibile. Questo perché i sottomarini militari sono concepiti per essere furtivi il più possibile.

Come si respira in un sottomarino?

Per spiegare come fanno i marinai a respirare in un sottomarino dobbiamo tornare alla vela: in questa torretta ci sono vari sistemi sollevabili, come radar e antenne per le telecomunicazioni, ma quello più importante è lo snorkel. Cos’è lo snorkel? Avete presente il tubo della maschera? Ecco, immaginatelo in grande per un sottomarino.

Lo snorkel funziona solo quando il sottomarino è in superficie ed è fondamentale perché immette ossigeno fresco nel sistema di circolazione dell’aria, sia per l’equipaggio che per il funzionamento dei motori diesel. Quando invece il sottomarino è in immersione, l’ossigeno si produce a bordo: si attivano dei dispositivi che contengono delle cartucce solide che, tramite delle reazioni chimiche, assorbono la CO2 presente nell'aria trasformandola in ossigeno. I più moderni e sofisticati sottomarini addirittura generano ossigeno attraverso l’elettrolisi dell’acqua dolce, cioè quel processo di separazione di ossigeno e idrogeno, tramite l'elettricità.

I sottomarini nucleari più grandi del mondo

Durante la Guerra Fredda sono stati progettati e costruiti i più potenti sottomarini nucleari della storia, capaci di lanciare missili balistici intercontinentali come ad esempio quelli americani della classe Ohio che pesano circa 19.000 tonnellate.

D'altra parte i Russi non sono stati da meno e con il progetto Progetto 971 Ščuka-B hanno proprio esagerato: conosciuto con il nome in codice della NATO Typhoon, è il più grande sottomarino nucleare della storia. È fatto tutto in titanio, il suo peso è di 33.000 tonnellate ed è lungo ben 172 m. Inoltre può raggiungere una velocità massima di 50 km/h in immersione: praticamente è un palazzo galleggiante che può arrivare ovunque nel mondo senza mai essere individuato.

Chi possiede più sottomarini nucleari?

Ecco in sintesi la classifica degli Stati che vantano più sommergibili nucleari:

1. Stati Uniti: 72
2. Russia: 45
3. Cina: 14
4. Regno Unito: 11
5. Francia: 10
6. India: 2