thumb|Włoski . Okręt niemieckiego typu 212A, w którym po raz pierwszy na przemysłową skalę zastosowano ogniwa paliwowe w okrętach podwodnych Napęd niezależny od powietrza (ang. Air Independent Propulsion – AIP) – grupa rodzajów napędu okrętów podwodnych, których działanie nie jest uzależnione od dostępu do powietrza atmosferycznego z zewnątrz okrętu. Wprawdzie wszystkie zasadnicze warunki zaliczenia do tej grupy napędów, spełniają także systemy napędu jądrowego, jednakże zasadniczo nie zalicza się tego rodzaju napędu do grupy systemów AIP, które oparte są na chemicznych źródłach energii. Pierwsze praktyczne próby wdrożenia idei napędu AIP związane są z pracami Hellmutha Waltera w III Rzeszy, jednakże prawdziwy rozwój systemów AIP nastąpił pod koniec zimnej wojny, aby doczekać się praktycznych zastosowań dopiero w latach 90. XX wieku, w postaci systemów opartych na silniku Stirlinga, układzie MESMA oraz ogniwach paliwowych. Okręty podwodne wykorzystujące te technologie wciąż jednak są jeszcze jednostkami hybrydowymi, w których podstawowym układem napędowym jest tradycyjny układ spalinowo-elektryczny, układ AIP zaś spełnia jedynie rolę pomocniczą. Szybki rozwój technologii podwodnych, już w najbliższej przyszłości powinien jednak zaowocować całkowitym przejściem na napęd niezależny od dostępu powietrza atmosferycznego.

Geneza Jak pokazał argentyńsko-brytyjski konflikt o Falklandy-Malwiny, uzależnienie napędu spalinowego od dostępu powietrza atmosferycznego jest piętą achillesową okrętów podwodnych z napędem diesel-elektrycznym. Pomimo to, nawet dla nowoczesnych marynarek okręty z napędem konwencjonalnym stanowią trudnego do pokonania przeciwnikaStan Zimmerman: Submarine Technology for the 21st Century, s. 33-57.. Co więcej, siła odstraszania nawet niewielkiej floty okrętów diesel-elektrycznych stanowi znaczną komplikację w planowaniu operacji ofensywnej przez wrogą flotę. W płytkich, przybrzeżnych wodach, które są najprawdopodobniejszym teatrem przyszłych konfliktów morskich, jednostki z napędem spalinowo-elektrycznym mogą stanowić duże wyzwanie dla swoich nuklearnych odpowiedników. Atutem jednostek z tego rodzaju napędem są ich rozmiary oraz bezgłośność. Eksportowe niemieckie jednostki typu 209, o wyporności 1200–1500 ton, mają mniejszy czynny przekrój sonarowy (Sonar Cross Section) niż większe okręty z napędem jądrowym (jednostki typu Los Angeles – 6800 ton, czy projektu 971 (NATO: Akula) o wyporności 8000 ton). Korzystając z akumulatorów, współczesne okręty diesel-elektryczne mogą być niezwykle cichym przeciwnikiem. Co więcej, zdolne są do położenia się na dnie morskim – gdzie są praktycznie niewykrywalne – pasywnie oczekując na swój cel. Ponieważ okręty z napędem jądrowym muszą stale pobierać wodę morską w celu chłodzenia rdzenia swojego reaktora, zaś ujęcia wody znajdują się zwykle w dnie okrętu, jednostki tego rodzaju nie dysponują możliwością zalegania na dnie morskim.

Konwencjonalne silniki Diesla czerpią energię z oleju napędowego poprzez utlenianie tlenem zawartym w powietrzu. Powietrze jednak zapewnia nie tylko tlen, lecz jest także czynnikiem termodynamicznym w którym pracuje silnikRoy Burcher, Louis Rydill: Concepts in submarine design, s. 128-130.. Gdy okręt znajduje się w zanurzeniu, powietrze atmosferyczne nie jest dostępne, dlatego tego rodzaju siłownia może działać jedynie przez bardzo krótki czas – do wyczerpania się powietrza wewnątrz okrętu, co jest bardzo niebezpieczne dla załogi jednostki. Wywołuje to konieczność korzystania z energii elektrycznej zgromadzonej w akumulatorach, która jednak dość szybko się wyczerpuje. Najsłabszą stroną okrętów podwodnych z napędem diesel-elektrycznym jest więc potrzeba okresowego wynurzania się celem ładowania akumulatorów; jednostki tej klasy są bardzo łatwo wykrywalne na powierzchni morza, toteż od dziesięcioleci podejmowane są próby uniezależnienia jednostek tej klasy od powietrza atmosferycznego. Najbardziej udanym sposobem było wprowadzenie napędu jądrowego, jednak nie wszystkie państwa, z najróżniejszych przyczyn, mogą sobie pozwolić na posiadanie okrętów tego rodzaju. Alternatywą do napędu nuklearnego jest napęd hybrydowySławomir Kuźmicki: Ewolucja napędu okrętów podwodnych od połowy XX wieku, s. 48-58.. W układzie napędowym tego rodzaju, okręt z klasycznym napędem spalinowo-elektrycznym wyposażony jest w dodatkowy układ energetyczny bądź napędowy, działający bez konieczności zapewnienia dostępu do powietrza atmosferycznego. Zdając sobie sprawę z ograniczeń taktycznych okrętów napędzanych systemami uzależnionymi od dostępu powietrza atmosferycznego, konstruktorzy w kilku krajach już przed wybuchem II wojny światowej prowadzili badania, bądź przynajmniej prace teoretyczne, mające w przyszłości doprowadzić do pozbawienia jednostek tej klasy ich podstawowej słabości. Na czoło tych badań wysunęli się konstruktorzy niemieccy.

Turbina Waltera

W 1936 roku, po uzyskaniu przez Niemcy „legalnej” możliwości pozyskiwania okrętów podwodnych, niemiecki inżynier Hellmuth Walter zaproponował rewolucyjny „podwodny statek”Na mocy traktatu wersalskiego (1919) który zakończył I wojnę światową, Niemcy nie mogły konstruować ani w inny sposób pozyskiwać jednostek podwodnych. Niemieccy inżynierowie jednak, potajemnie konstruowali okręty podwodne już w latach dwudziestych, dla szeregu innych krajów, korzystając z założonego w tym celu przez siebie w Holandii przedsiębiorstwa IvS.. Podstawowe założenia napędu w obiegu zamkniętym, określanego mianem turbiny Waltera, opracowane zostały przez Waltera już w 1930 roku w stoczni Germaniawerft. Jego dość złożony system napędowy oparty był na rozkładzie wysoko stężonego nadtlenku wodoru (perhydrolu)Norman Polmar, Cold War Submarines, The Design and Construction..., s. 33-35.. Perhydrol był przenoszony w zbiorniku poniżej głównego kadłuba sztywnego, skąd ciśnienie wody wypychało go do porcelanowej komory, gdzie wchodził w kontakt z niezbędnym do rozkładu katalizatorem. Wskutek tego procesu powstawała para wodna i tlen o temperaturze 963 °C – przechodzące następnie do komory spalania, gdzie następował zapłon oleju napędowego, oraz – w celu zmniejszenia temperatury i zwiększenia ilości pary – natrysk wody na powstały w procesie spalania gaz.

thumb|U-1406 w 1945 roku. Widoczne otwarte wrota zbiorników perhydrolu Mieszanina pary i gazu przenoszona była rurociągami do turbiny, a następnie do kondensatora, gdzie następowało rozdzielenie wody i powstałego w komorze spalania dwutlenku węgla, który był następnie wyprowadzany na zewnątrz okrętu. Po przeprowadzonych z sukcesem próbach w roku 1940, złożono zamówienie na pierwsze okręty podwodne wyposażone w napęd Waltera: V80, U-792 i U-794. Ostatnie z tych okrętów – oznaczone jako typ XVIIA – przyjęto do służby w październiku 1943 roku. Kolejna para okrętów tego typu, U-793 i U-795, weszła do służby w kwietniu 1944. W marcu 1944 U-793 z admirałem Dönitzem pod pokładem, osiągnął pod wodą prędkość 22 węzłów, w czerwcu tego samego roku, U-792 osiągnął prędkość 25 węzłów. Uzyskanie możliwości rozwijania tak wysokich na owe czasy prędkości podwodnych, stanowiło tym większe osiągnięcie, iż jednostki te okazały się łatwe w prowadzeniu przy wysokich prędkościach. Amerykańskie badania przeprowadzone na przejętych po zakończeniu wojny jednostkach, dowiodły jednak, że napęd Waltera był dalece niedopracowany, a wręcz niebezpieczny. Podobne doświadczenia zostały przeprowadzone przez brytyjską Royal Navy, która podjęła początkowo prace nad rozwojem układu napędowego opartego na turbinie Waltera, zarzuciła je jednak na rzecz napędu jądrowego. Nie bez wpływu na to pozostawał fakt, że wysoko stężony nadtlenek wodoru jest materiałem bardzo niebezpiecznym, łatwopalnym przy kontakcie z praktycznie jakimkolwiek innym materiałem.

Obok napędu Waltera testowano także koncepcje napędu w cyklu zamkniętym. W typie okrętów XVIIK, próbowano zastosować działający w zamkniętym obiegu silnik Diesla Kreislauf, wykorzystujący w operacjach podwodnych zmagazynowany tlen. Projekt typu XXXVIW przewidywał zastosowanie systemu opartego na czterech szybkich silnikach Diesla zaadaptowanych z napędów kutrów torpedowych. Również w tym przypadku zamierzano zastosować zmagazynowany tlen jako utleniacz. Ani jeden okręt obu tych typów nie został zbudowany. Systemy w obiegu zamkniętym używające zmagazynowanego tlenu posiadają przewagę większej dostępności tego ostatniego nad perhydrolem używanym przez napęd Waltera, do ich słabych stron natomiast należy waga tlenu zmagazynowanego w stanie gazowym. W celu rozwiązania tego problemu, podjęto studia nad możliwością produkcji tlenu na pokładzie okrętu. Zasadniczo, napęd w oparciu o turbinę Waltera oferował wyższą prędkość podwodną, dzięki systemom obiegu zamkniętego, oraz możliwe było dłuższe przebywanie okrętu pod wodą.

W związku z rozwojem sytuacji wojennej i kurczeniem się niemieckich zasobów, skompletowano jedynie trzy okręty z napędem Waltera wyposażone do walki – były to U-1405, U-1406 oraz U-1407 – wszystkie typu XVIIB. Żaden z nich nie wszedł jednak do służby operacyjnej. Okręty te zapowiadały zbliżającą się rewolucję w konstrukcji okrętów podwodnych – wejścia do użytku operacyjnego jednostek niezależnych od dostępności powietrza atmosferycznego. Wszystkie trzy wybudowane bojowe jednostki z obiegiem zamkniętym w chwili zakończenia wojny znajdowały się w brytyjskiej strefie okupacyjnej – we Flensburgu oraz w Cuxhaven. W związku z ustaleniami podjętymi w trakcie konferencji poczdamskiej w lipcu 1945 roku, U-1406 przejęły Stany Zjednoczone, U-1407 natomiast Wielka Brytania.

Amerykański napęd obiegu zamkniętego

Amerykańscy, brytyjscy i radzieccy oficerowie marynarki oraz technicy w ruinach III Rzeszy poszukiwali planów i komponentów programu Waltera. Nieskończone i zbombardowane U-1408 oraz U-1410 zostały znalezione przez Brytyjczyków w hamburskiej stoczni Blohm & Voss. W Kilonii, brytyjskie wojska przejęły kontrolę nad w większości niezniszczonym zakładem Walterwerke i aresztowały samego profesora Waltera z jego zespołem, który po dokonanym przez Brytyjczyków wraz z Amerykanami przesłuchaniu, został przerzucony na Zachód. W przeciwieństwie do US Navy, brytyjska Royal Navy odnowiła U-1407 i po pewnych ulepszeniach, 25 września 1945 roku wcieliła go do służby jako HMS „Meteorite”. Siłownia Waltera tego okrętu – określana w programie brytyjskim jako High-Test Peroxide (HTP) – została wymontowana, odnowiona i ponownie zainstalowana.