Еще на начальной стадии разработки установки научный руководитель проекта член-корреспондент А.И. Лейпунский предложил использовать в качестве теплоносителя эвтектический сплав свинца и висмута – в отличие от жидкого (расплавленного) натрия, являвшегося теплоносителем первого контура ЖМТ американской Seawolf. В тот период, какими-либо сведениями об американской установке и ее жид- кометаллическом теплоносителе наши проектанты не располагали – сравнивать предложенный А.И. Лейпунским сплав было не с чем. В итоге им пришлось исходить из технологических возможностей отечественной промышленности и свойств самого сплава. Как потом оказалось, выбор был сделан правильный – сплав свинца и висмута позволял использовать в первом контуре дешевые низколегированные стали, не склонные под давлением к коррозионному растрескиванию (из-за чего не «пошла» ЖМТ Seawolf) в присутствии ионов хлора и кислорода.
На стадии предварительной проработки (в комплексной группе Н.А. Доллежаля) стало очевидным, что при таких же объемах первого контура, как и в установке с ВВР, ЖМТ должна была иметь (и имела) большую массу теплоносителя, более разветвленную сеть основного и вспомогательных трубопроводов первого контура, газовой системы и системы обогрева. Немаловажным фактором являлось и ее высокая стоимость. Вместе с тем, ЖМТ обладала целым рядом преимуществ перед ВВР. Наиболее существенными из них являлись: низкое давление (около 20 кг/см2 ) в первом контуре; большее давление во втором, чем в первом контуре (что препятствовало распространению радиоактивности по кораблю в случае нарушения герметичности трубной системы ПГ); возможность аварийного расхолаживания реактора без использования ПГ и ЦНПК (за счет естественной циркуляции сплава внутри реактора по каналам расхолаживания), а также сравнительно высокие параметры получаемого пара. В конечном итоге, преимущества ЖМТ возобладали над недостатками, и работы над ней продолжились. Причем требование равенства масс, а также габаритов обеих типов установок сохранялось, чем и обеспечивалась возможность размещения ЖМТ в пятом отсеке АПЛ пр. 627.
Для получения исходных данных ФЭИ к январю 1955 г. в Обнинске соорудила экспериментальную ЖМТ «Петля», а для поиска наиболее рациональной схемы ее размещения на АПЛ пр. 627 в Подольске – натурный деревянный макет пятого отсека корабля. В мае 1955 г. он был осмотрен представителями МСП и ВМФ, а затем утвержден соответствующим совместным решением. Эксперименты с установкой «Петля» и опыты с ее размещением в натурном отсеке лодки, показали, что теплоносителю первого контура из сплава свинца и висмута присущи серьезные недостатки, которые следовало учесть в процессе размещения ЖМТ на лодке пр. 627А. Стало очевидным, что постройка такого корабля может затянуться на неопределенный срок.
Устройство ЖМТ мы рассмотрим на примере установки РМ-1, которой оснастили АПЛ пр. 645. Она также как и установка с ВВР, была выполнена по двухконтурной схеме, но со сплавом свинца и висмута в первом контуре. Реактор также представлял собой толстостенный вертикально стоящий цилиндр, выполненный из низколегированной углеродистой стали с наглухо заваренной задней частью. Внутри корпуса реактора также находилась активная зона (A3), загруженная трубчатыми ТВЭЛ (диаметром 8-10 мм), а также стержнями системы управления и защиты (СУЗ). Снаружи корпуса реактора располагались ионизационные камеры системы автоматического регулирования его мощности. Для исключения замерзания теплоносителя при неработающей ППУ, все оборудование первого контура (в том числе и трубопроводы) на всех наружных поверхностях, имело обогрев, выполненный в виде трубок («спутников») диаметром 10 мм. Пар в систему обогрева подавался с берега или из специального электрического котла (мощностью примерно 100 кВт).
Особый интерес в ЖМТ представляет устройство и работа первого контура. Так как сплав свинца и висмута обладал высокой температурой кипения, его можно было нагревать в широком диапазоне температур, не опасаясь вскипания. Благодаря этому давление в первом контуре поддерживалось на сравнительно низком уровне, исходя лишь из гидравлического сопротивления контура. В петле первого контура использовался один трехсекционный ПГ. Каждая его секция состояла из теплообменника и сепаратора, к которому подвешивался насос многократной принудительной циркуляции (НМПЦ). Теплообменник имел испарительный и нагревательный участки. ПГ работал по следующей схеме. Питательная вода из ПТУ попадала в сепаратор и смешивалась там с конденсатом, образующимся в результате сепарации влажного пара, поступающего из испарительного участка ПГ. Эта водная смесь направлялась НМПЦ в испарительный участок, где превращалась во влажный пар, который направлялся в сепаратор. Образовавшийся в результате сепарации влажного пара насыщенный пар поступал в пароперегревательный участок секции ПГ, а конденсат смешивался в сепараторе с подаваемой в него свежей питательной водой. Перегретый пар шел на турбину ГТЗА.
Характерно то, что главный и вспомогательный ЦНПК через сальниковые уплотнения имели постоянную протечку теплоносителя, который собирался в отдельном баке протечек, а оттуда с помощью специального насоса возвращался в контур. Для исключения контакта воздуха с разогретым сплавом в первом контуре была создана газовая (гелиевая) подушка. Утечка гелия из контура в насосах предотвращалась масляным уплотнением валов, а в арматуре – сильфонами.
Помимо первого контура ЖМТ имела следующие трубопроводные системы: обогрева оборудования, газовой защиты сплава от окисления, уплотнения валов насосов, охлаждения оборудования третьего и четвертого контуров. В качестве биологической защиты реакторов в ней использовалась цистерна водо-свинцовой защиты, охлаждаемой водой третьего контура.
При всех негативных последствиях данного обстоятельства, оно, тем не менее, позволило в процессе работ над проектом 645 учесть большую часть предложений экспертной группы вице-адмирала А.Е. Орла, которые не были реализованы на первых отечественных АПЛ. Среди этих предложений особо выделялась установка: АТГ (вместо НТГ); плоских (вместо сферических) межотсечных переборок, рассчитанных на давление 10 кг/см 2 ; устройства быстрого заряжания (УБЗ) ТА; второго перископа и дополнительной биологической защиты. Впоследствии (примерно в декабре 1955 г.) со стороны СКВ-143 последовало предложение об изготовлении конструкций легкого корпуса, ограждения выдвижных и боевой рубки, а также обшивки рулей и стабилизаторов из маломагнитной стали. Благодаря этому снижалась масса размагничивающего устройства (более чем в два раза), потребляемая им мощность и число отверстий (для прохода кабелей) в прочном корпусе. Подобное решение, о чем уже говорилось, было воспроизведено на АПЛ пр. 675.
Внедрение АТГ позволило создать электроэнергетическую установку (ЭЭУ), не зависящую от режимов использования и от технического состояния ГТЗА, что в целом улучшало маневренные качества ГЭУ корабля. В частности, теперь в ней исключалась необходимость перевода питания потребителей на АБ при реверсах и работе на малых частотах вращения гребных валов, свойственная остальным отечественным АПЛ первого поколения. Однако использование АТГ со своими конденсаторами усложняло схему ЭЭУ из-за появления комплекса новых систем и вспомогательных механизмов. Для того чтобы избежать неизбежного увеличения водоизмещения лодки из схемы ЭЭС были исключены оба ДГ со всеми обслуживающими их механизмами и запасами дизельного топлива.
Очевидным недостатком такого решения стало то, что в случае выхода из строя обоих ГТЗА корабль был вынужден идти (даже в надводном положении) под ГЭД. Интересно то, что из-за сокращения мощности, потребляемой вспомогательными механизмами, и использования паровых приводов ЦНПК (вместо электрических) емкость его АБ была на 23% меньше, чем емкость батарей прототипа (пр. 627)[34*].
Одним из требований экспертной группы вице-адмирала А.Е. Орла, по результатам проектирования первой отечественной АПЛ, предусматривалось обеспечение аварийного всплытия лодки с глубины 100 м при затоплении любого из отсеков прочного корпуса. Как известно, на кораблях пр. 627и пр. 627А его можно было осуществить при затоплении лишь одного второго отсека. Внедрение плоских (вместо сферических) переборок, рассчитанных на давление 10 кг/см2 , позволяло реализовать предложения ВМФ в части касающейся аварийного всплытия. Однако оно привело к частичному изменению общей компоновки корабля и увеличению, по сравнению с прототипом, весовой нагрузки.