- Решение данного вопроса требует новых подходов к способам добычи и транспортировки сырья, которые можно было бы реализовать с помощью подводных судов. Проекты подводных транспортов существуют давно, еще в 60-е годы некоторыми странами всерьез рассматривалась возможность перевозки грузов (в том числе полезных ископаемых) с помощью подводных лодок. Однако до практической реализации дело не дошло. Сейчас эта тема постепенно вновь становится актуальной, ведь преодолеть ледяной покров в Арктике не так легко, - поделился своим мнением на этот счет Виталий Земляк, кандидат физико-математических наук, заведующий кафедрой технических дисциплин Приамурского государственного университета имени Шолом-Алейхема (г. Биробиджан).
По мнению некоторых экспертов, нашей стране уже сейчас стоит обратить внимание на развитие подводных технологий при освоении месторождений. Так, в конце прошлого года на заседании Научно-технического совета РС, главный конструктор ЦКБ МТ "Рубин" Евгений Торопов отметил в своем выступлении, что доля добычи на шельфовых месторождениях через платформы, как отмечают эксперты, будет со временем сокращаться. Поэтому необходимо задуматься о том, как использовать подводные технологии. Также он предположил, что российская промышленность, ученые и РС могут в будущем создавать подводные суда сейсморазведки, буровые добычные комплексы, подводные транспортные средства. Нужно уже сегодня думать о том, как использовать имеющиеся технологии, чтобы создавать подводные добычные комплексы.
Сложности со всплытием
Вероятно, что и возвращение к теме перевозки углеводородов с помощью подводных танкеров не за горами. Однако, что касается работы в Арктике, существуют и некоторые опасные и непредвиденные моменты.
- Здесь возникает сложность. Во время подледного движения у судна может появиться необходимость произвести всплытие в сплошном льду, ведь всегда возможно возникновение аварийной ситуация. Традиционный способ всплытия, как правило, осуществляется путем статического нагружения льда снизу за счет создания положительной плавучести путем осушения балластных цистерн. Причем толщина сплошного льда, из-под которого может всплывать современная атомная подводная лодка, редко превышает 1-1,5 метра. Маневр длительный и опасный. Да и лед такой толщины далеко не везде встречается в северном регионе, - рассказывает Виталий Земляк.
Повысить ледоразрушающую способность подводных судов можно за счет использования резонансного метода разрушения ледяного покрова - для этого лодка не должна контактировать с поверхностью льда. В этом уверены ученые из Приамурского государственного университета имени Шолом-Алейхема. Свою теорию они проверяют экспериментальным путем. Для некоторых это, конечно, покажется удивительным, ведь в распоряжении исследователей нет огромных опытовых бассейнов, да и технические возможности университета в Биробиджане не сравнить с теми, которые есть в распоряжении у крупных исследовательских центров. Ледоразрущающая способность подводных судов, по мнению ученых, зависит от многих факторов.
- Как показывают эксперименты, после пересчета на натуру, перемещаясь на определенном заглублении, около 30-35 метров под поверхностью льда и со скоростью порядка 18-20 м/с можно разрушить лед толщиной более 2 метров. Конечно движение на таком заглублении и с такой высокой (предельной для современных субмарин) скоростью очень опасно, ведь ровный сплошной лед встречается редко и всегда есть опасность встретить заторошенный участок. Однако при высоком уровне ледовой разведки и при необходимости выполнить срочное всплытие метод мог бы быть востребован. К тому же большая часть наших экспериментов направлена на выявление таких ледовых условий и режимов движения, при которых можно было бы увеличить интенсивность изгибно-гравитационных волн, что позволит уйти на большую глубину и снизить скорость движения субмарин для генерации волн необходимой интенсивности, - описывает особенности метода заведующий кафедрой технических дисциплин.
По словам Виталия Земляка, он и его коллеги уже добились определенного успеха в решении этого вопроса. Эффективность метода в экспериментах удавалось повысить в 2,5 раза. Сегодня ученые занимаются изучением влияние глубины акватории на параметры волн. А уже следующей зимой они займутся исследованием влияния рельефа дна и режимов движения судна (торможение с последующим гидроударом).
Истоки резонансного метода
Впервые вопросом возможности разрушения ледяного покрова резонансным методом, путем генерации изгибно-гравитационных волн в ледяном покрове движущимися нагрузками, руководитель группы биробиджанских ученых Виталий Земляк занялся будучи студентом. Тогда он обучался в Комсомольском-на-Амуре государственном техническом университете по специальности "кораблестроение и океанотехника".
С данной тематикой ученого познакомил доктор технических наук, профессор, заслуженный изобретатель России Виктор Михайлович Козин. И до сих пор исследователи работают в этом направлении.
- Суть предложенного им метода заключается в том, что при движении объекта в ледяном покрове формируется система изгибно-гравитационных волн, при определенной интенсивности которых может произойти растрескивание или полное разрушение льда. Для этого объект должен перемещаться с определенной критической (резонансной) скоростью. В этом случае амплитуда колебаний ледяного покрова может резко возрасти и лед начнет интенсивно разрушать, возникнет явление изгибно-гравитационного резонанса. Подобные эффекты были обнаружены при эксплуатации дороги жизни в блокадном Ленинграде. Первые экспериментальные данные по исследованию влияния движущихся объектов на деформацию ледяного покрова были получены И.С. Песчанским в сороковых годах, - рассказывает Виталий Земляк.
Но, как отмечает исследователь, совсем не обязательно, чтобы нагрузка перемещалась по верхней поверхности льда - если она движется подо льдом, то возникает аналогичный эффект. В конце 90-х годов аспиранты под руководством Виктора Михайловича Козина впервые экспериментально доказали возможность разрушения льда изгибно-гравитационными волнами от движения моделей подводных судов.
- В 2008-2009 годах я смог повторить подобный эксперимент, а также провести исследование по влиянию ледовых условий на параметры изгибно-гравитационных волн. Мы моделировали трещины и разводья в модельном льду под которыми перемещалась модель субмарины. Эти эксперименты позволили установить новые ранее не известные эффекты, позволяющие увеличить эффективность разрушения льда. На один из этих эффектов удалось получить патент на изобретение РФ. Стоит отметить, что в нашем распоряжении не было ледового бассейна, эксперименты проводились на открытом водоеме. Была вырезана прорубь необходимого размера и установлена буксировочная система для выполнения прогонов моделей. Работа в течение месяца на свежем воздухе при температуре -25-28 градусов была не легкой, но удалось получить первые ценные сведения и показать эффективность метода.
Есть ли перспективы?
Хотя транспортировка углеводородов с использованием подводных лодок или танкеров сегодня не является первоочередной задачей для связанных с этим процессом отраслей, все-таки подобные разработки имеют место быть. Невозможно предугадать, как изменится ситуация годы спустя. Тем более, что использовать методы ученых-энтузиастов нашей страны, вероятно, можно и не только применительно к освоению шельфовых месторождений.
- Мне кажется, хоть на сегодняшний день и не существует транспортных подводных судов у нашего метода может быть практическая реализация. Если вопросом проектирования подобных судов займутся всерьез, а преимущества подводного транспорта над надводным в арктическом регионе очевидны, при высоком уровне ледовой разведки на предполагаемых маршрутах движения, данная методика экстренного аварийного всплытия может быть реализована. Кроме того спектр шумов растрескивания льда изгибно-гравитационными волнами близок к естественному, поэтому в случае использования данного метода боевыми подводными лодками это не нарушит их скрытность и судно может всплыть в достаточно толстом льды для выполнения боевого маневра с минимальными энергозатратами.
Возможно, имея в распоряжении необходимую технологическую базу и поддержку, таким ученым было бы проще разрабатывать новые методы для работы техники в условиях арктического региона. Стоит отметить, что в нашей стране есть подобные исследования, однако пока только в теории, особенно это касается движения нагрузки по льду. А генерация волн от погруженных источников исследована мало. По словам Виталия Земляка, подобные задачи решают в институте гидродинамики имени Лаврентьева в Новосибирске, а также в ряде других организаций, в том числе в Москве.
- Уникальность нашей работы это именно экспериментальные исследования, в которых в-первую очередь мы смотрим на качество результата, что усиливает эффективность метода, а что наоборот снижает, - отмечает заведующий кафедрой технических дисциплин Приамурского государственного университета имени Шолом-Алейхема.
Пока же нельзя сказать, что судостроители из соседних регионов готовы рассматривать подобные разработки и использовать их. Как рассказал "Корабелу" Виталий Земляк, в свое время в Комсомольске-на-Амуре, где когда-то строились подводные лодки, инициативные учены пытались наладить контакты с Амурским судостроительным судостроительным заводом. Однако этого сделать не удалось.
Но все это не мешает продолжать исследования. Тем более, что за последний год университету удалось существенно улучшить лабораторную базу.
- При поддержке ректора Приамурского государственного университета имени Шолом-Алейхема Льва Соломоновича Гринкруга был создан опытовый ледовый бассейн. Его размеры не велики длина 10 ширина 3 и глубина 1 метр, но зато у нас появилась возможность проводить эксперименты в нормальных условиях, что существенно повысило их качество. Бассейн размещен в одном из корпусов университета.
Но эксперименты проводятся в бассейне не круглый год. Причина — отсутствие рефрижераторной установки. Для экспериментов разработчики метода морозят лед естественным путем - в зимний период времени помещение бассейна не отапливается. По мнению руководителя исследований, этот способ подготовки к экспериментам не отнимает уникальность лаборатории, так как многие другие университеты не могут похвастать наличием ледовых бассейнов.
- Участие в различных грантах позволило закупить высокоточное оборудование для выполнения опытов. В Германии были куплены датчики перемещений, усовершенствована система буксировки моделей. Создана база для изготовления моделей субмарин. В лаборатории работают студенты и сотрудники нашего вуза. Сейчас идет работа по подготовке к монтажу подвесного двойного дна и циркуляционной системы для возможности моделирования подледных течений, глубины акватории и рельефа дна, - рассказывает Виталий Земляк.
Но учитывая тот факт, что лед в опытом бассейне намораживается естественным путем, исследования не всегда идут по графику. В этом году из-за мягкой зимы эксперименты проводились в основном вечером и ночью. С девяти вечера и до пяти утра, каждый день без перерывов с 3 декабря по 16 февраля посменно работали две бригады общей численностью 9 человек.
Исследования подобного рода многим экспертам покажутся несвоевременными. Но работа на перспективу может оправдать себя в любой момент. Тем более, что помимо экспериментов связанных с методом всплытия субмарин, ученые из биробиджанского университета проводят исследования наиболее актуальных для региона.
- В частности определение минимальной несущей способности льда при использовании его в качестве ледовых переправ на реках при перевозки различных грузов, армирование льда для повышения его несущей способности. В планах исследования повышения эффективности взрывных работ для предотвращения заторообразования на реках, только в этом случае в качестве нагрузки могут быть использованы взрывчатые вещества, подрываемые с определенной частой, что может привести к формированию изгибно-гравитационных волн и возникновению эффекта резонанса.
