La recente perdita del sottomarino indonesiano Nanggala e del suo equipaggio, certificata dal ritrovamento del suo relitto avvenuto il 25 aprile scorso, oltre a colpire l’opinione pubblica mondiale per la tragicità dell’evento, ha riportato alla luce le considerazioni sulla capacità di queste unità subacquee di poter scendere al di sotto della superficie marina.
Il Nanggala era un vascello a propulsione diesel-elettrica, del tipo hunter/killer (o Ssk in gergo), creato cioè per cercare e colpire le unità navali avversarie restando a lungo in immersione. Un’unità piccola, se paragonata ai più grandi battelli a propulsione nucleare statunitensi, russi, inglesi, francesi o cinesi (Ssn o Ssbn), ma altrettanto letale per via delle caratteristiche di impiego. Il sottomarino indonesiano è stato ritrovato dai Rov (Remotely Operated Vehicle) dei vascelli di soccorso inviati in loco su un fondale di 838 metri circa, ben al di sotto della sua profondità limite (o di schiacciamento) che si stima si aggiri intorno ai 500 metri. La profondità operativa del battello indonesiano, costruito da un cantiere navale tedesco insieme alla sua unità gemella, il Cakra, viene data intorno ai 240 metri.
Architettura e terminologia
Questi dati sulle profondità aprono degli interrogativi per il pubblico. Quanto possono immergersi i sottomarini? Qual è la profondità massima che possono sopportare? Perché hanno un tale limite?
I dati precisi sulla resistenza dei sottomarini alla pressione dell’acqua sono generalmente coperti da segreto, tuttavia, sono disponibili alcune informazioni sulla progettazione, i test e la profondità operativa massima di diversi tipi di sottomarini.
La resistenza di un sottomarino alla pressione dell’acqua dipende principalmente dal materiale utilizzato per costruirlo, dalle soluzioni costruttive adottate e dalla capacità dello scafo. Occorre una premessa: un sottomarino non è un batiscafo. I due differiscono profondamente per via dello scopo per il quale sono nati, pertanto possono adottare materiali e metodologie di costruzione profondamente diverse tra loro. Un sottomarino è un’unità da guerra che deve avere un certo livello di silenziosità, ma soprattutto è dotata di aperture nello scafo per permettere il lancio di siluri e altre tipologie di armi.
Lo scafo di un sottomarino non è un unico cilindro di acciaio, ma ha un’architettura complessa: c’è uno scafo esterno, leggero, nato per avere le qualità idrodinamiche atte a permettere il giusto connubio tra velocità e silenziosità, e lo scafo resistente, interno al primo, dove è ricavato lo spazio per l’equipaggio e per tutti gli allestimenti del battello. Lo scafo esterno è solitamente costituito da una sottile piastra di acciaio, poiché non deve resistere alla pressione in quanto l’acqua del mare fluisce attraverso apposite fessure attraverso di esso, e quindi subisce la stessa pressione su entrambi i lati. Lo scafo resistente, o a pressione, è quello che deve sopportare il “peso” della colonna d’acqua, che come sappiamo dalla fisica viene esercitato da ogni direzione, e al suo interno viene tenuta la normale pressione atmosferica. Questo scafo è generalmente costruito in acciaio ad alta resistenza al carbonio con una struttura complessa, oppure in titanio. Il titanio è migliore dal punto di vista della furtività, ma dopo una serie di cicli di immersioni ed emersioni tende a diventare fragile.
Tra i due scafi, solitamente, ci sono le casse di carburante e di zavorra/equilibrio. Queste ultime mantengono la galleggiabilità del battello, il suo equilibrio in immersione, e funzionano come delle “vesciche natatorie” in cui l’aria immessa (o emessa) spinge l’acqua all’esterno aumentando la conseguente spinta di Archimede per scarico del peso.
Prima di parlare dei limiti di profondità di un sottomarino, è necessario chiarire i termini rilevanti usati.
I valori di profondità sono parametri di progettazione primari e misurazioni della capacità di un sottomarino di operare sott’acqua. La forza dei loro scafi limita le profondità alle quali i sottomarini possono immergersi. È essenziale anche rendersi conto che esiste un limite a quanto alta la pressione può accumularsi all’interno del sottomarino: ad esempio l’ossigeno diventa tossico ad alte pressioni, quindi, la pressione interna non può equalizzarsi con quella esterna.
La profondità di progetto (design depth) è la profondità nominale elencata nelle specifiche del sottomarino. I progettisti calcolano lo spessore del metallo dello scafo, il dislocamento del battello e molti altri fattori correlati come la tenuta delle prese a mare. Poiché i progettisti incorporano un margine di errore nei loro calcoli, la profondità di schiacciamento effettiva di un sottomarino dovrebbe essere leggermente più elevata della sua profondità di progetto.
La profondità di prova (test depth) è la profondità massima alla quale un sottomarino può operare in normali circostanze in tempo di pace e viene testata durante le prove in mare. La profondità di prova è fissata a due terzi della profondità di progettazione per i sottomarini U.S, Navy, mentre la Royal Navy imposta la profondità di prova a leggermente più della metà (i 4/7) della profondità di progettazione. Per la Marina Tedesca questa invece è esattamente a metà della profondità di progettazione.
La massima profondità operativa (maximum operating depth) è la profondità massima alla quale un sottomarino può operare in qualsiasi condizione, come ad esempio in combattimento.
La profondità di schiacciamento, ufficialmente chiamata profondità di collasso, è la profondità alla quale lo scafo di un sottomarino collasserà implodendo a causa della pressione.
Quanto può scendere in profondità un sottomarino?
C’è una profondità di immersione sicura per qualsiasi classe di battello, e questa viene regolarmente raggiunta per scopi di esercizio. La profondità teorica massima di immersione viene quindi calcolata dagli ingegneri coinvolti nella costruzione e progettazione. Questo può, in teoria, essere superato in quanto, come detto, ci sono dei margini di sicurezza dati dalla stessa progettazione. La profondità di schiacciamento, ovviamente, è il limite ultimo raggiungibile per un sottomarino. Questi limiti possono essere gestiti in fase di progettazione e anche di navigazione, non essendo mai del tutto certi: a meno che non si verifichi un incidente, non si saprà mai qual è l’esatta profondità di schiacciamento.
L’anzianità dello scafo del sottomarino e quante volte il sottomarino ha superato la sua profondità massima sono altri fattori che influenzano la resistenza del sottomarino. La vita dello scafo di un sottomarino è stimata dai cicli di immersione: ogni volta che un sottomarino si immerge e va in profondità, si riduce la vita dello scafo. Il superamento della profondità di prova, poi, ne riduce particolarmente la durata.
Ogni sottomarino ha la propria profondità massima specificata di X metri ottenuta durante il test iniziale della classe a cui appartiene. È generalmente accettato che la profondità massima (profondità di implosione o schiacciamento) sia circa 1,5 o 2 volte più profonda della profondità di prova.
Per fare qualche esempio, da quello che sappiamo grazie a dati ricavati da fonti disponibili, la profondità di prova di un vascello statunitense classe Los Angeles è di 450 metri, dato che suggerisce una profondità massima di 675–900 metri. Questo è un sottomarino con uno scafo pressurizzato in acciaio ad alta resistenza HY-80. Questo numero indica la resistenza alla pressione in migliaia di Psi (pounds per square inch): quindi un acciaio HY-80 significa che può resistere a pressioni di 80mila Psi (5624 Kg/cm2), un acciaio HY-100 – introdotto negli anni ’80 – a 100mila Psi (7030 Kg/cm2), mentre l’acciaio HY-130 a 130mila Psi (9139 Kg/cm2).
Alcuni sottomarini sovietici / russi usano il titanio (più forte ma più fragile come già detto). Il primo, Project 705 “Lira”, noto in occidente col suo codice Nato di “Alfa”, è noto per essere arrivato a mille metri di profondità, suggerendo quindi una profondità massima di 1500-2000 metri. Le classi successive (come i Project 945B Kondor – o codice Nato “Sierra II”) possono probabilmente andare almeno alla stessa profondità.
Vi riportiamo alcuni limiti di profondità dei sottomarini a propulsione nucleare più noti (Ssn e Ssbn): classe “Typhoon” profondità di prova 900 metri; classe Astute oltre 300 metri; classe Akula I profondità di prova 480 metri mentre si scende a 520 per Akula II e III, profondità operativa massima stimata di 600 metri; classe Ohio profondità di prova maggiore di 240 metri così come per i classe Virginia; i russi classe Borei vengono dati a una profondità di prova di 950 metri; i francesi classe Rubis, a 350 mentre i classe Barracuda dovrebbero oltrepassare questa soglia.
Per fare un piccolo confronto guardiamo ora ai valori dei sottomarini tipo Ssk. I classe Scorpene vengono dati per resistenti a profondità maggiori di 350 metri, i Type 209 a 500 metri, i Type 212 hanno una profondità di prova di 250 metri e una di schiacciamento oltre di 700; i Type 214 si ritiene abbiano una profondità operativa superiore a 250 metri stimata addirittura a 400; i russi della classe Kilo hanno una profondità operativa di 240 metri mentre la massima dovrebbe essere di 300; i classe Yuan hanno una profondità di prova di 550 metri.
Il sottomarino in grado di raggiungere le profondità maggior i mai costruito risulta essere il sovietico K-278 Komsomolets, dotato di scafo in titanio. Il Komsomolets era un sottomarino a propulsione nucleare appositamente progettato per avere una profondità operativa di 1300 metri.
Come detto non è solo una questione di resistenza dell’acciaio (o del titanio), ma anche una di soluzioni costruttive: un sottomarino deve essere in grado di operare perfettamente a elevate profondità, pertanto tutte le sue “prese a mare”, ovvero le aperture dallo scafo resistente a quello esterno, devono essere costruite perfettamente a tenuta. Particolare attenzione viene anche data alle pompe che devono essere in grado di sopportare e vincere l’enorme pressione esterna.
