Двойник «Северного полюса»

Найти в Арктике пригодные для работы дрейфующих станций льдины все труднее: что поделаешь — глобальное потепление.

Но когда Россия объявила о строительстве самоходной платформы, которая заменит «ледяные» обсерватории, стало понятно, что многолетние исследования этого региона сворачивать не придется. Получив госконтракт, за реализацию проекта 00903 «Северный полюс» взялись петербургские корабелы. А вот каким в точности будет это первое в мире необычное сооружение, зависит от экспериментов с его небольшим «двойником»: первый этап таких модельных испытаний в Арктическом и Антарктическом научно-исследовательском институте (ААНИИ) подходит к концу.

Климат подвел

С нижегородским конструкторским бюро «Вымпел», которое готовит технический проект современной дрейфующей станции, петербуржцы сотрудничают много лет. Опираясь на данные, полученные в ледовом бассейне ААНИИ, партнеры этого института представили в свое время проект ледокола «Илья Муромец» и других сложных плавучих объектов. В итоге «Адмиралтейские верфи» к 2021 году должны построить по заданию Росгидромета ледостойкую самодвижущуюся платформу (ЛСП), используя чертежи и документацию «вымпеловцев».

Когда полярники убедились, что эпоха легендарных дрейфующих станций завершается, они приуныли. Климатические изменения затормозили исследования арктической зоны, а все попытки переделать для этих целей готовые суда ледового класса провалились. Была даже идея переоборудовать и использовать для «научного» дрейфа ледокол «Красин», но и от нее пришлось отказаться: слишком дорого и не вполне эффективно.

Некоторые надежды ученые, принимающие участие в одном из международных научных проектов, возлагают на немецкий ледокол Polarstern («Полярная звезда»), который временно может стать полярной станцией. И все‑таки никакое переустроенное судно, все понимают, ее не заменит. А вот петербургская ЛСП будет подходить для этого стопроцентно.

Такая платформа может пройти, скажем, из Мурманска через арктические моря на восток и, вмерзнув в «студеное» поле, начать продолжительный дрейф. Поэтому она должна быть приспособлена к долгому автономному и, что важно, комфортному плаванию, иметь могучий, как у ледокола, корпус и отличные мореходные качества. В то же время плавучая обсерватория будет оснащена от киля до клотика «умным» оборудованием, чтобы проводить круглогодичные наблюдения, связанные с геологией полезных ископаемых и геофизикой, аэрологией и океанографией, метеорологией и т. д.

«Мокрое» дело

Надо сказать, что в пользу многофункционального и безопасного для полярников инженерного сооружения петербургские специалисты выступали давно. И среди тех, кто выдвинул в числе первых такую идею, был завотделом ледовых качеств судов ААНИИ кандидат технических наук Владимир Лихоманов. В этом подразделении, к которому относится ледовый бассейн, и была изготовлена модель будущей ЛСП. Ее точная копия — в масштабе один к сорока…

Длинными коридорами мы идем в эту холодную «мокрую» лабораторию, которая расположена не в отдельной пристройке, а в самом здании арктического НИИ. Почему же модельные испытания проходят здесь, а не в более просторном корпусе Крыловского государственного научного центра? К такому вопросу все здесь, видно, привыкли, он никого не смущает.

«Наш ледовый бассейн открылся в 1955 году. Тогда институт располагался на Фонтанке, и бассейн стал первым в Советском Союзе, — рассказал Лихоманов. — Второй, более совершенный, появился спустя 35 лет уже на Васильевском острове, куда ААНИИ переехал. Но и тогда это был один из немногих в мире центров для испытаний судов ледового класса. По нашим следам пошли финны, немцы, канадцы, американцы, японцы. Да и второй в России опытовый бассейн открылся также в Ленинграде. Бассейн Крыловского научного центра строился с учетом нашего опыта».

Бассейн этого центра современнее, но отличие в другом. Здесь, в институте, готовят лед по своему «рецепту». Его гранулы, получаемые при распылении над бассейном воды, образуют кристаллическую «пленку», которую можно наращивать. Коллеги-крыловцы делают это же по финской методике. Получается, первые используют столбчатый, а вторые — гранулированный лед.

Свойства его разные, однако на результаты экспериментов это не влияет, что подтвердили сравнительные испытания, которые проводил Международный комитет опытовых ледовых бассейнов. Важнее правильно, в соответствии с теорией подобия, сделать модель и грамотно ее «обкатать», чтобы уточнить основные характеристики будущего судна или платформы…

Фанера возвращается

Облачившись в зимние куртки, мы проходим к месту эксперимента. Когда намораживают лед, температура здесь может достигать минус 18 градусов. Ученые крутят в «прихожей» бассейна двухметровый прототип платформы, навешивая датчики и видеокамеры. Затем из доковой части, минуя ворота, он подходит к водной дорожке, укрытой белым «покрывалом» толщиной 30 мм (в реальности это будет глыба 1,2 м) и пробивает себе дорогу, как заправский ледокол.

«Модель мы сделали из особой фанеры, обшив ее рейками и покрыв стеклотканью. На это ушло три недели, — поясняет сотрудник отдела Иван Свистунов. — Видите на ее бортах разметку? Вертикальные линии указывают на шпангоуты, а горизонтальные показывают осадку. Через металлические стержни-направляющие, которые установлены на носу и корме, проходит тросик, чтобы модель меньше «рыскала», двигаясь через лед, и шла по прямой».

Первый этап испытаний, начавшийся 6 августа, поможет определить проходимость ЛСП в сплошной ледяной толще, в канале и среди торосов, узнать, какую толщину льда и при каких усилиях сможет преодолевать такая платформа. А чтобы выяснить зависимость сопротивления от скорости, специалисты заставляют модель двигаться двумя способами. Первый — принцип падающего груза, когда металлическая шайба плавно опускается в шахту. Второй — закрепление модели через динамометр к катящейся по рельсам тележке.

Совершив за минуту-другую 30-метровый переход, фанерная копия возвращается на место, а инженеры снимают показания. Бригада рабочих занята своим делом: удаляет раскрошившийся лед, чтобы приготовиться к новым «горячим» испытаниям. На следующем этапе модель обретет винты и пойдет своим ходом. Это нужно для моделирования ситуации, при которой можно будет оценить работу винторулевых колонок и самоходные свойства платформы.

Предъявите паспорта!

Такие испытания велись в этом бассейне и раньше. А вот провести тесты на сжатие и остойчивость, по словам Алексея Чернова, старшего научного сотрудника отдела, предстоит тут впервые. Только теперь, наоборот, модель встанет поперек бассейна, а на нее с помощью тележки будут накатывать ледяные «волны».

Для чего это нужно? Чтобы узнать, как поведет себя вмерзшая в лед платформа при длительном дрейфе: не выдавит ли ее на поверхность, выдержит ли корпус и каким будет крен. Благодаря установленной на ЛСП системе мониторинга ледовых нагрузок можно будет изучать взаимодействие инженерных сооружений со льдами, чтобы лучше понимать распределение давления на корпус, особенности разрушения таких глыб и другие процессы. Раньше подобные исследования проводили только с дрейфующих льдин.

«Полвека назад наш институт разработал рекомендации для безопасного плавания в высокоширотных морях: так называемые ледовые паспорта, — говорит Владимир Лихоманов. — Их использовали российские и зарубежные суда, проходящие по Северному морскому пути. Не исключено, что новые правила будут готовиться на основе тех наших документов…»

Завершив в конце сентября испытания, специалисты института передадут проектировщикам расчетные данные по ледовым нагрузкам, чтобы скорректировать, если нужно, форму и конструкцию корпуса. Научившись противостоять ледовому натиску, ЛСП сама научит этому строителей настоящих платформ, которым суждено будет работать в экстремальных условиях Арктики.

Тесты на прочность

Когда создавался проект морской ледостойкой стационарной платформы «Приразломная», первые испытания модели проходили именно в «ледяной купели» ААНИИ. В результате впервые в мире компания «Газпром нефть» на «Приразломной» начала добычу углеводородов на арктическом шельфе.

Но речь идет не только о плавучих нефтяных «промыслах». В последние годы институт много работает по проектам, связанным с возведением в Заполярье береговых сооружений и мостов наподобие тех, что строятся на Гыданском полуострове. После экспериментов в ААНИИ недалеко от Салехарда вырастет мост через Обь.

Есть еще одна польза ледовых экспериментов петербургских ученых. Для дальневосточного порта «Ванино» институт провел на пятерку «экзаменовку» свайного основания угольного терминала. Еще раньше — при строительстве защитных сооружений Петербурга от наводнений — способность затвора дамбы работать в зимних условиях проверялась именно на модельных испытаниях в ААНИИ. Так что мостик в будущее у одного из старейших в мире ледовых бассейнов достаточно прочный.

Текст: Виктор Юшковский

Опубликовано «Санкт-Петербургские ведомости» 19.09.2018 г