Il Regno di Svezia costruisce sommergibili, prima, e sottomarini, poi, da più di un secolo sia per la flotta nazionale sia, dagli anni Ottanta, per l’esportazione. La Svezia conta meno di 10 milioni di abitanti su una superficie di circa 450.000 km2 con oltre 2.400 km di costa, ed un PIL di circa 600 miliardi in USD (2024). Per confronto, l’Italia conta poco meno di 59 milioni di abitanti, un PIL pro-capite di 20.000 USD inferiore a quello svedese (2024) e il 50% di superficie in meno. La Svezia, come Finlandia, Polonia, Germania e le tre repubbliche baltiche, si trova a condividere il Mar Baltico con un inquilino scomodo per la NATO – della cui alleanza La Svezia è membro effettivo da marzo 2024 -, ovvero la Federazione russa.
Per mantenere il controllo sul Mar Baltico, la Svezia si è dotata di sottomarini con capacità: di ricognizione, di sorveglianza e d’intelligence (ISR), specialmente per spionaggio di segnali elettronici (SIGINT); antinave/antisommergibile (ASuW/ASW); di posamine; e di missioni speciali. Nonostante i nuovi battelli siano in grado di affrontare missioni in mare aperto e missioni d’altura, il loro habitat naturale è quello costiero. La progettazione è stata dunque incentrata sulla furtività, sull’autonomia in immersione e sulla manovrabilità in prossimità del fondale. Quest’ultima caratteristica è garantita da uno scafo idrodinamico a “goccia” relativamente corto e da sei timoni (due di prua sulla vela e quattro di prora in configurazione a X).
La Marina Svedese possiede cinque sottomarini da attacco diesel-elettrici monoalbero e monoelica, allestiti nel cantiere navale Kockums: tre appartenenti alla classe Gotland (Tipo A19); e due, seppur uno in riserva, della classe Södermanland (Tipo A17), precedentemente nota come Västergötland. I due battelli Södermanland hanno ripreso il mare all’inizio del nuovo millennio a seguito di un importante ammodernamento, grazie alla progettazione modulare dei battelli Saab Kockums AB. Gli altri due sottomarini della ex-classe Västergötland sono stati trasferiti, dopo l’ammodernamento, alla Marina della Repubblica di Singapore, come classe Archer.
Le classi Södermanland e Gotland sono a singolo scafo, hanno lunghezza di circa 60 m, diametro medio di circa 6 m, dislocamento massimo in immersione di circa 1.600 t e velocità massima in immersione di 36 km/h. L’armamento ASuW/ASW è costituito rispettivamente da: sei e quattro tubi lanciasiluri da 533 mm, caricabili con siluri pesanti Tipo 62; due e tre tubi da 400 mm, caricabili con siluri leggeri Tipo 45 o 47. I siluri Tipo 47 filoguidati hanno la peculiarità di poter essere caricati due per tubo. La capacità standard degli armamenti è di 12 siluri pesanti e 6 leggeri, oltre a 48 mine marine trasportabili esternamente. L’automazione e la computerizzazione del commando permettono ad un singolo operatore di movimentare l’intero sottomarino, anche in profondità e a velocità di crociera. Questa soluzione permette una sensibile riduzione dell’equipaggio (circa una ventina di membri per battello), favorendo un miglior accomodamento e costi operativi inferiori.
Nel 2018, la classe Gotland ha subito l’aggiornamento di metà vita (MLU) per circa 120 milioni di USD, che includeva l’aggiunta di una sezione di due metri, un miglioramento al sistema propulsivo, e miglioramenti per l’operatività in climi caldi. Grazie a questo aggiornamento, i Tipo A19 rimarranno in servizio oltre il 2030, affiancati dai nuovi sottomarini della classe Blekinge (Tipo A26) attualmente in allestimento. I Tipo A26, con varo previsto verso la fine del decennio in corso, sostituiranno i due battelli Tipo A17 (i quali potrebbero essere trasferiti alla Polonia). Grazie ad una sezione di prua maggiorata, questa nuova classe presenterà tubi di lancio multi-missione (Multi-Mission Portal™) per: droni sottomarini (UUV); veicoli sottomarini filoguidati (Sub-ROV); ed operatori umani, come membri delle forze speciali. Nel frattempo, Saab Kockums AB già propone al governo svedese lo sviluppo della successiva classe.
La particolarità dei sottomarini svedesi – dalla classe Gotland in poi (un primato mondiale), compresi i riammodernati Tipo A17 – è il sistema di potenza anaerobica (AIP) ausiliare, usato in parallelo a due motori a combustione interna (ICE) diesel. Questo sistema AIP vede l’impiego di motori Stirling, alimentati a gasolio e ossigeno liquido criogenico (LOX), entrambi stivati nello scafo. I due motori sono accoppiati a motori/generatori elettrici da circa 75kW per ricaricare le batterie o per la propulsione.
La storia di questo sistema imbarcato risale alla Seconda guerra mondiale, quando sotto il Terzo Reich vennero progettati gli U-Boot Tipo XXIV e Tipo XXVI. Questi, però, non vennero mai completati. I sovietici ripresero i progetti nel dopoguerra, per poi abbandonare questa soluzione in favore della propulsione nucleare, dati l’inaffidabilità ed il rischio di esplosioni ed incendi. Alla fine degli anni Ottanta, Kockums AB installò un prototipo del suo sistema AIP Stirling su almeno un sottomarino della classe Näcken (Tipo A14), aggiungendo una sezione di circa otto metri allo scafo.
Il motore Stirling è un tipo di motore a movimento alternato a combustione esterna (ECE), che opera secondo un ciclo chiuso, inventato dall’omonimo fisico agli inizi del 1800. Diversamente da ciò che avviene negli ICE, nel ciclo Stirling la combustione avviene esternamente, può quindi essere alimentato da ogni combustibile (sia esso solido, liquido, o gassoso), da un qualsiasi corpo ad una temperatura superiore a quella del motore, dall’energia nucleare, o ancora da quella solare. Idealmente, lo Stirling è costituito da due zone termostatiche separate: il calore generato dalla combustione serve a mantenere una delle due “calda”, mentre la seconda è a temperatura inferiore. All’interno del motore è presente un fluido che funge da termovettore. Questo si espande nella zona calda, spingendo un pistone che, attraverso un manovellismo, mette in rotazione l’albero motore. Il fluido caldo viene poi trasferito alla zona “fredda”, alla quale cede energia termica. Una volta raffreddato, il fluido viene reimmesso nella zona calda per ricominciare il ciclo. Lo Stirling, quindi, compie quattro fasi termodinamiche (riscaldamento, espansione, raffreddamento e compressione del fluido) e la differenza in energia termica trasferita, proporzionale a quella tra le due zone, viene trasformata in energia meccanica. Le fasi di espansione e compressione avvengono a temperatura costante, mentre quelle di riscaldamento e raffreddamento a volume costante. Questo ciclo è detto “chiuso” poiché il fluido rimane sempre confinato all’interno del motore e la sua quantità è costante: non avvengono scambi di materia con l’esterno, solo di energia.
Ciò che contraddistingue lo Stirling, da altri motori ad aria calda, è il rigeneratore: questo è infatti un particolare scambiatore di calore che consente non solo di assorbire calore dal fluido quando questo viene spostato dalla zona calda a quella fredda, ma anche di immagazzinarla. Il calore così accumulato viene poi “restituito” al fluido per innalzarne nuovamente la temperatura, ancora prima che raggiunga la zona calda. Questo sistema permette, quindi, il recupero di energia altrimenti persa durante l’accumulo e la dissipazione del calore; ed accelera le fasi di scambio termico, dato che il fluido immesso nelle due zone ha già subito un processo di “pre-riscaldamento” o “pre-raffreddamento”. Oltre al rigeneratore, il motore presenta altri scambiatori che permettono di riscaldare e raffreddare il fluido: la zona calda presenta uno scambiatore di calore ad alta temperatura; mentre quella fredda ne presenta uno a bassa temperatura. Essendo il ciclo Stirling ideale un processo reversibile, se azionato tramite una fonte di energia meccanica esterna, il motore può svolgere il compito di pompa di calore o di sistema frigorifero (anche criogenico).
Il motore Stirling ricorre a diverse soluzioni per separare le due zone a differenti temperature e movimentare il fluido. Solitamente, la pulsazione del fluido (l’oscillazione ciclica della pressione) tra una zona e l’altra può avvenire tra due (o più) pistoni collocati in differenti cilindri, solitamente con schema a V. Oppure, può avvenire tra un pistone di potenza ed un “dislocatore” – un particolare pistone condotto, dedicato unicamente alla movimentazione del fluido tra le due zone e sfasato rispetto al pistone – coassiali, posti all’interno di un solo cilindro (dove le due estremità ricoprono l’una il ruolo di zona calda, l’altra quello di zona fredda). La prima configurazione è detta “alfa”, mentre la seconda “beta”. Una terza configurazione, la “gamma”, è una crasi delle due precedenti: una configurazione beta che non vede il dislocatore posizionato nello stesso cilindro del pistone di potenza, ma in una camera separata (pur essendo condotto dal moto del primo, come nella configurazione alfa).
Un ECE, richiedendo diversi scambiatori di calore e zone attraverso le quali il fluido è solo trasferimento (le “zone morte”), è solitamente più ingombrante e pesante, a parità di potenza erogata, di un ICE. Inoltre, nella realtà, lo scambio di energia tra una zona termica e l’altra risulterebbe, senza sistemi di raffreddamento esterni, in una progressiva bilanciatura della temperatura (cosa che porterebbe allo spegnimento del motore dettato dalla cessazione della pulsazione). Infine, l’intrinseca inerzia termica degli ECE, ne rende l’avviamento lento e costringe il funzionamento a regime pressoché costante e preferibilmente basso (così da permettere uno scambio termico nelle fasi di espansione e compressione maggiore). Di contro, la combustione esterna presenta vantaggi notevoli:
- l’assenza di contatto diretto fra gas combusti e parti meccaniche in movimento ne riduce usura e lubrificazione;
- non presentando valvole e non dovendo sopportando scoppi, il motore è costruttivamente più semplice;
- la combustione avviene in maniera continua ed uniforme, con rapporto stechiometrico aria-combustibile ottimale, risultando completa e, quindi, vantaggiosa in termini di rendimento ed economicità;
- lo Stirling è “silenzioso” rispetto ai motori a scoppio, data la combustione esterna;
- le vibrazioni sono limitate anche grazie ai bassi regimi ai quali opera il motore;
- su un sottomarino, il raffreddamento è sempre garantito dall’apporto d’acqua marina scambiata con l’ambiente marino o oceanico.
Sui sottomarini svedesi, la combustione avviene all’interno di una camera pressurizzata. Questo facilita il discioglimento dei gas di scarico in acqua salata anche ad elevate profondità, senza l’uso di un compressore esterno. Il fluido, invece, è solitamente un gas inerte facilmente gestibile, come l’elio (eccellente anche per ottenere alte efficienze).
La propulsione anaerobica a gasolio costituisce l’unione a “basso costo” dei punti di forza di altri battelli della stessa categoria e di categorie superiori. Questo perché non necessita di impianti di raffreddamento ad elevata portata (richiesti dalla propulsione nucleare navale) e non richiede la miscela atmosferica d’aria per funzionare (contrariamente agli ICE). In particolare i sottomarini convenzionali, che ricaricano le batterie attraverso i motori a combustione interna, devono rimanere in superficie o a quota periscopica per ore, al fine di aspirare aria attraverso lo snorkel. Queste situazioni espongono il battello ai radar, ai sensori chimici e ad infrarosso (IR), o al sonar passivo delle unità nemiche. Per di più, la capacità delle batterie è limitata, ed i sottomarini diesel-elettrici senza AIP sono costretti a ripetere l’operazione di ricarica più volte durante una sola navigazione. Dato che furtività ed autonomia in immersione sono le richieste per i sottomarini svedesi, le unità di potenza ausiliarie Stirling risultano la soluzione ideale.
Il dato della reale autonomia dei sottomarini svedesi è segreto militare (e industriale), ma diverse dichiarazioni ufficiali lo collocano nell’odine di grandezza temporale delle “settimane”. Successivamente alla partecipazione ad un gioco di guerra nel 2005, l’autonomia in immersione con solo AIP risulta superiore a 14 giorni a 9 km/h. Il raggio d’azione sarebbe, dunque, maggiore di 3.000 km. Prima dell’adozione dello Stirling, permanenze in mare simili erano appannaggio solo dei sottomarini a propulsione nucleare (SSN). Questi rimangono comunque gli unici a garantire autonomia virtualmente illimitata (anche a più di 35 km/h), limitata quasi esclusivamente dalle scorte alimentari. Lo Stirling pecca in potenza anche rispetto ai motori a combustione interna. Se un ICE imbarcato su un sottomarino può raggiunge qualche megawatt di potenza, un AIP Stirling ha potenze più contenute, solitamente nell’ordine delle decine di chilowatt (sino alle centinaia di chilowatt). Per compensare, i tipo A17 e A19 usano i tradizionali motori diesel per lunghi spostamenti in superficie e a quota periscopica in acque tranquille.
I sottomarini svedesi partecipano alle esercitazioni internazionali dalla fine della Guerra fredda, nelle acque del Mare del Nord, del Mediterraneo, dell’Oceano Atlantico e di quello Pacifico. Tra il 2004 e il 2005, un sottomarino della classe Gotland (da circa 100 milioni di USD), durante una battaglia navale simulata tra USA-Svezia, eluse i controlli dell’intero gruppo da battaglia in supporto alla super-portaerei USS Ronald Reagan (da 6 miliardi di USD). Il battello colpì virtualmente la Ronald Reagan con “più siluri” (comunque sufficienti ad affondarla). Infine, si ritirò indisturbato. A seguito di questo avvenimento, la US Navy noleggiò HSwMS Gotland per due anni, dal 2005 al 2007, al fine di impiegarlo come “nemico” sia in contesti costieri sia in mare aperto, per studiare i sottomarini da attacco dotati di AIP (denominati secondo la classificazione statunitense come “SSP”). Durante questo periodo, il Gotland “affondò” anche altre portaerei/portaelicotteri e fregate. Il comandante della Prima Flottiglia Sottomarini svedese, capitano Jens Nykvist, affermò che buona parte di questo successo era data proprio dall’AIP Stirling: “Abbiamo maggior autonomia in immersione rispetto ai normali SSK […] Inoltre, è una propulsione con rapporto costi-benefici maggiore, se comparato ai reattori nucleari imbarcati o alle celle a combustibile”.
Per migliorare ulteriormente la furtività dei Tipo A17 e A19, come su altri sottomarini: i macchinari sono acusticamente isolati e montati su smorzatori in gomma per ridurne le vibrazioni; la firma magnetica è bilanciata da elettromagneti indipendenti e da dispositivi per la riduzione di campi elettromagnetici a frequenze estremamente basse (ELF), come schermature conduttive e neutralizzatori della carica superficiale; lo scafo è ricoperto da materiale anecoico (RAM); l’elica, oltre ad avere un design anti-cavitazione (verosimilmente a sette pale), viene solitamente tenuta a bassi regimi secondo la tattica della “camminata silenziosa” (la quale impone anche lo spegnimento dei sistemi di bordo non essenziali).
Kockums AB ha fornito su licenza motori Stirling allo Stato del Giappone, da montare su 10 dei 12 nuovi sottomarini della classe Sōryū (quattro per battello). L’assemblaggio dei motori è stato affidato a Kawasaki Heavy Industries (KHI), per poi essere inviati ai cantieri navali. Il primo battello, SS-501 Sōryū, è entrato in servizio nel 2009. In precedenza, la Kockums AB aveva fornito un motore Stirling per equipaggiare il sottomarino TSS-3601 Asashio, della classe Harushio, come banco prova. L’undicesimo ed il dodicesimo battello di questa classe sono, però, dotati di batterie agli ioni di litio (Li-ion), anziché di quelle al piombo-acido. Queste batterie hanno densità energetica superiore e, occupando sia lo spazio dedicato alle precedenti batterie sia quello dei motori Stirling, l’autonomia in immersione risulterebbe aumentata. La firma acustica è così ulteriormente ridotta, a fronte di una differenza in costo di circa 30 milioni di USD (a favore degli Stirling). Nonostante l’incremento in autonomia sia secretata (e forse discutibile), la velocità di ricarica, la quasi totale d’assenza di “effetto memoria” e la non necessità di stivare LOX a bordo – anche se pure le Li-ion preoccupano per i rischi di incendio e di esplosione: motivo per il quale altre marine sono restie nell’adottarle -, rendono queste batterie una buona soluzione per una delle classi di SSK più grande al mondo. La classe Sōryū, infatti, opera prevalentemente nelle acque aperte del Mar del Giappone e dell’Oceano Pacifico, contrariamente ai battelli svedesi. Dunque, aree all’interno delle quali trovare zone “isolate” dove emergere ed accendere gli ICE per ricaricare le batterie risulta un problema minore.
L’Istituto di Ricerca n.711 di Shangai sui motori marini diesel ha dotato di un sistema AIP Stirling un sottomarino sperimentale Tipo 032 Qing. Successivamente, la Repubblica Popolare Cinese ha varato la class Yuan (Tipo 039 A/B), operante AIP Stirling. I 20 battelli di questa classe imbarcano sia missili antinave (ASM) sia siluri. Gli appartenenti a questa classe sono tra i più grandi sottomarini convenzionali in servizio alla Cina, pur mantenendo una buona manovrabilità in acque costiere, anche rispetto alla classe Kilo russo-sovietica (alla quale s’ispira) e alla Sōryū. Inoltre, questa classe è stata esportata alla Repubblica islamica del Pakistan e al Regno di Thailandia.
