Исследуя вечную мерзлоту: новая платформа «Северный полюс» скоро отправится изучать Арктику

И нельзя сказать, что их задача была менее опасной, чем у участников «Северного полюса – 1». Современный транспорт, снабжение и оборудование – все это, конечно, сделало пребывание ученых в Арктике намного комфортнее. Однако ситуацию усложнил климат: из-за глобального потепления полярные льды стали слишком ненадежными. Экспедицию «Северный полюс – 40» в 2013-м пришлось срочно эвакуировать, а вскоре от традиционных станций и вовсе отказались. Частично с функциями таких платформ справляются автоматы, которые самостоятельно дрейфуют в океане, ведя метеорологический мониторинг. Кроме того, за Арктикой сегодня наблюдают спутники и авиация, в том числе беспилотники. «Однако в ряде случаев для составления качественных прогнозов необходимы именно постоянные данные. А уж взять физические пробы или провести натурные эксперименты со спутника или вертолета просто невозможно, – рассказывает директор Арктического и антарктического НИИ (ААНИИ) Александр Макаров. – Конечно, существуют еще ледоколы и суда ледового класса. Но для них это непрофильное занятие: в силу особенностей конструкции туда нельзя погрузить достаточно оборудования и лабораторий, комфортно разместить членов экспедиции. Да и предназначены они не дрейфовать во льдах, а пробиваться через них».

Подходящий для дрейфа вариант известен с незапамятных времен. По некоторым данным, плоскодонные округлые суда, на которых ходили викинги и русские поморы, позволяли зимовать на севере. При небольшой осадке они не сжимались, а выталкивались замерзающими льдами и могли дрейфовать в них, пока весна не откроет свободный путь. Этот принцип использовал и Фритьоф Нансен при постройке деревянной шхуны «Фрам», которая в конце XIX – начале XX века поучаствовала в нескольких экспедициях в Арктику и Антарктику и благополучно дрейфовала, вмораживаясь в толстый паковый лед холодных морей.

Поэтому, когда российским ученым понадобилось новое судно, они знали, на что ориентироваться. «У платформы "Северный полюс" с "Фрамом" действительно похожая форма корпуса – овальная, которая позволяет безопасно перераспределить усилие сжатия льдами. Но на этом их сходство заканчивается, – продолжает Александр. – Подобных проектов в прошлом не существовало, и в этом была проблема: уникальность подразумевает множество новинок, исследований, испытаний и корректировок. Даже чтобы сформулировать исходные технические требования к проекту, потребовались масштабные исследования».

Модельные испытания новой ледостойкой самодвижущейся платформы (ЛСП) проходили в бассейне ААНИИ: на различных скоростях, при сплошном или битом льде, на чистой воде, в условиях сжатия во время дрейфа и т.д. Поскольку судно должно долго оставаться во льдах, к нему предъявляются особые требования с точки зрения автономности. Кроме того, многие эксперименты можно проводить только на льду, причем на приличном удалении от судна, чтобы исключить влияние работающего рядом большого техногенного объекта.Поэтому на ЛСП должны быть инструменты для удобной и безопасной организации мобильного лагеря на расстоянии до полукилометра от платформы. Наконец, внутри надо разместить научные лаборатории с их сложным оборудованием. Этот уникальный проект разрабатывался ААНИИ совместно с Росгидрометом, который будет одним из главных пользователей ЛСП, а также с корабелами Адмиралтейских верфей и КБ «Вымпел».

«В итоге мы имеем судно класса Arc5, в том числе по энерговооруженности: мощность головного двигателя составляет 4200 кВт, – добавляет Александр Макаров. – При этом корпус из сверхпрочной стали соответствует Arc8, что позволяет работать во всей акватории Северного Ледовитого океана». Ледовый класс Arc8 предполагает самостоятельное плавание во льдах толщиной до 2,1 м в зимне-весеннюю навигацию и до 3,1 м – в летне-осеннюю, а также преодоление ледовых перемычек «набегами», в движении. Скоростным судно не назовешь: на тихой воде оно развивает 10 узлов, но для выполнения нужных задач в Арктике большего и не нужно.

По словам Александра Макарова, конструкторам пришлось разработать новый пропульсивный комплекс – систему, передающую усилие от двигателя на винторулевую колонку. «Мы отказались от обычного в таких случаях электродвижения и электропривода колонки, – объясняет он. – Такая система недостаточно экономична, и, чтобы обеспечить автономность, пришлось бы увеличить размеры всего судна. Поэтому остановились на винторулевой колонке с прямым приводом от главного двигателя, а роль подруливающего устройства выполняет электрический водометный азимутальный движитель, находящийся в носовой части. Такие колонки нужной мощности в мире еще не создавали, несколько лидеров отрасли отказались браться за эту задачу. Работу выполнила компания "МСС", которая произвела и поставила уникальное оборудование».

В ААНИИ для «Северного полюса» проводились и испытания нового типа – определение остойчивости ЛСП, ее способности противостоять внешним силам при сжатии во льдах. Экспериментальное ледяное поле надвигалось на модель платформы, при этом измерялись усилия, воздействующие на корпус и винторулевую колонку, а также ускорения и углы наклона самой ЛСП. Работы на петербургских Адмиралтейских верфях стартовали в 2018 году, весной 2022-го судно было готово на 95%. Когда мы осматривали эту громаду, почти целиком затянутую строительными лесами, двигатель и основные системы уже функционировали, а строители монтировали вспомогательное оборудование – все, за исключением научной аппаратуры. Ученые ААНИИ ждут готовую платформу к середине лета.

Для комфортного пребывания людей во время долгих полярных экспедиций на судне предусмотрен обогрев основных проходов, наружных дверей и крышек, систем жизнеобеспечения. Вертолетная площадка способна принимать большие машины с несущими винтами диаметром около 21 м, такие как Ми-8 и Ми-38. «Но все же "Северный полюс" – это прежде всего база для исследовательской станции, – добавляет Александр. – Жить здесь в разы безопаснее, чем на льдине, и в десятки раз комфортнее. Можно разместить большое количество научной аппаратуры, обеспечить ее энергоснабжение и полноценную работу».

Как и дрейфующие станции прошлого, «Северный полюс» позволит вести длительный мониторинг ледовой обстановки, организовать исследования и наблюдения в области гляциологии, метеорологии, геологии и биологии моря, изучать ионосферу и магнитосферу Земли. «На данных о природной среде Арктики базируются предсказания погоды и глобальные климатические модели, – поясняет Александр Макаров. – Новое судно поможет улучшить ледовые прогнозы для навигации на Северном морском пути. Эксперименты в области механики разрушения льда станут основой для создания более безопасной инфраструктуры во всем транзитном коридоре в рамках глобального проекта комплексной транспортно-логистической системы для международных транзитных морских грузоперевозок по маршруту Азия – Европа».

Новая платформа должна закрыть если не все, то большинство потребностей исследователей Северного Ледовитого океана. На фоне продолжающегося потепления и сокращения объема льдов ЛСП без работы точно не останется, а задачи, с которыми она не справится, готовы взять на себя ледоколы: в составе экспедиционного флота ААНИИ есть суда «Академик Федоров» и «Академик Трёшников». «Тем не менее время и суровые условия эксплуатации при экстремально низких температурах дают о себе знать, и вскоре ледоколам потребуется замена. Так что остро встал вопрос о новом строительстве», – говорит Александр. Аванпроект судна, которое должно заменить «Академика Федорова», остающегося на службе более 35 лет, уже разработан ААНИИ совместно с Адмиралтейскими верфями и Невским проектно-конструкторским бюро. Ученые надеются, что им удастся получить финансирование – тогда через пять-шесть лет у них появится новый ледокол, способный ходить и к Северному, и к Южному полюсу. А пока в плавание отправится ЛСП «Северный полюс». На ее создание было потрачено больше 120 млн долл., и теперь от уникального судна ждут результатов – новых точных знаний о холодной «макушке» нашей планеты. Сегодня Заполярье перестало быть недоступным регионом, превратившись в важный и потенциально ценный ресурс, от понимания внутренней жизни которого отчасти зависит и наше собственное существование.