ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 85, № 7, с. 593-597
НАУКА ^^^^^^^^^^^^^^^ И ОБЩЕСТВО
Б01: 10.7868/80869587315070051
Авторы анализируют проблемы, возникшие перед судостроительной наукой на современном этапе освоения Арктики. Обеспечение добычи и транспортировки полезных ископаемых в Арктике и прибрежных шельфовых районах, развитие коммерчески привлекательного арктического транзита крупнотоннажных судов предполагают новые, ориентированные на ледовые условия технические решения, а также пересмотр многих традиционных подходов и нормативов в области создания ледовой техники. Решение этих задач возможно только при сотрудничестве представителей прикладной и фундаментальной науки.
ЗАДАЧИ СУДОСТРОИТЕЛЬНОЙ НАУКИ НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ
ОСВОЕНИЯ АРКТИКИ
А.В. Пустошный, К.Е. Сазонов
В высказанных на Научной сессии Общего собрания РАН (декабрь 2014 г.) прогнозах глобального потепления и его влияния на Арктику вектор колебался от сохранения тенденций потепления до некоторого периода стабильности. Можно упомянуть и неоднократно звучавшее на международных конференциях по судостроению мнение специалистов Арктического и Антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ) о предстоящем похолодании вследствие циклического 60-летнего снижения солнечной активности. Тем не менее даже при таком разбросе мнений тезис о глобальном потеплении климата формирует устойчивые ожидания приближающейся полной доступности арктических
4
Авторы работают в Крыловском государственном научном центре. ПУСТОШНЫЙ Александр Владимирович — член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник. САЗОНОВ Кирилл Евгеньевич — доктор технических наук, начальник лаборатории морской ледотехники.
pustoshny@fromru.com; kirsaz@rambler.ru
морей для судоходства. На последних международных конференциях по арктическому судостроению наряду с традиционными арктическими странами всё большую активность проявляют такие крупные неарктические судостроительные державы, как Китай, Южная Корея, Германия, причём Китай настойчиво добивается законодательного закрепления возможности своей хозяйственной деятельности в Арктике.
Как следует из доклада И.И. Мохова [1], даже при самом кошмарном сценарии потепления, которое повлечёт существенное изменение многих сторон жизни, период свободной навигации в Арктике к 2050 г. увеличится с 50 до 120—150 дней. Всё остальное время работа по-прежнему будет проходить в ледовых условиях.
Складывается парадоксальная ситуация: чем более доступной кажется Арктика, чем существеннее в летние месяцы будет сокращаться площадь её ледового покрова, тем большее внимание должно уделяться созданию различных объектов морской техники, предназначенной для безопасной эксплуатации в ледовых условиях. Кажущийся парадокс объясняется тем, что в случае глобального потепления речь идёт о качественном переходе от абсолютной невозможности коммерческой деятельности в Арктике к деятельности, хотя и сопряжённой с определёнными трудностями и рисками, но потенциально успешной и позволяющей решать целый ряд принципиальных задач развития мировой экономики, связанных с арктическими ресурсами.
Переход к коммерческой эксплуатации техники в Арктике уже приводит к её изменению. Мониторинг портфеля заказов судостроительной промышленности мира показывает постоянно
2
593
увеличивающийся спрос на суда ледового плавания и офшорные сооружения с ледовыми усилениями [2]. Большинство заказов составляют крупнотоннажные суда ледового плавания (танкеры, газовозы) длиной более 250 м и шириной корпуса более 40 м, а также специализированные ледоколы-снабженцы для обслуживания ледо-стойких платформ.
Несмотря на достаточный опыт строительства на отечественных заводах судов, обладающих максимальными возможностями для работы в ледовых условиях, — атомных ледоколов, проектное и научное обеспечение современной ледовой техники требует существенной адаптации к произошедшему на рубеже тысячелетий коренному изменению структуры арктической морской техники, появлению новых типов судов ледового плавания, а также ледостойких морских инженерных сооружений, предназначенных в первую очередь для разведки и добычи углеводородов на шельфе замерзающих морей. Ни в одном направлении прикладной науки в связи с началом коммерческого освоения Арктики не возникло так много новых задач, как в судостроительной сфере. Наиболее серьёзные изменения коснулись ледового транспортного флота — танкеров и газовозов. Чтобы достичь экономической эффективности, в арктических транспортных системах следует использовать крупнотоннажные суда водоизмещением 60 тыс. т и более. Это означает выход в Арктику судов, размеры которых намного превышают все ранее существовавшие для этого региона. Помимо роста габаритов, дополнительные сложности связаны с необходимостью ограничения осадки судов для мелководного арктического шельфа.
В недалёком прошлом все арктические суда имели весьма ограниченные размеры. Например, в СССР Северное морское пароходство, осуществлявшее Северный завоз, комплектовалось только судами водоизмещением около 5000 т. Нормы Российского регистра морского судоходства и требования к тактическим приёмам выполнения ледовых операций формировались на базе эксплуатации ледоколов и относительно небольших судов. Имеющиеся нормативные и руководящие документы недостаточно адекватно отражают современную ситуацию, предполагающую эксплуатацию крупнотоннажных судов. При применении нормативов ледовых усилений, созданных на базе малых и средних судов, корпуса и движители крупнотоннажных судов могут оказаться переупрочнёнными и переутяжелёнными, что снижает их эффективность в решении коммерческих транспортных задач. Можно поставить, например, гипотетическую задачу создания супертанкера для круглогодичной навигации в тяжёлых льдах. Однако в этом случае необходимый вес усиленного корпуса и сверхмощной
энергетической установки приведёт к весьма ощутимым потерям грузовместимости, а ледовые обводы корпуса и упрочнение движителей повлекут за собой значительное ухудшение экономических показателей при движении на участках свободной ото льда воды. Поэтому, например, транзитная перевозка по высокоширотным арктическим трассам может оказаться не дешевле, чем по вдвое более далёкому маршруту из Европы в Азию через Суэцкий канал. Сейчас подобная экономическая задача решается судовладельцами при подаче заявок на арктический транзит, объём которого в 2014 г. составил 150 судов. Судовладелец атомных ледоколов, обеспечивающих арктические проводки, компания "Атомфлот" сообщает, что ряд судов, проведённых Северным морским путём, вообще не имел ледовых усилений и это обеспечило судовладельцам максимальный экономический эффект. Необоснованное ужесточение требований к средствам арктического транзита, которое диктовало бы безусловное применение судов высоких и средних ледовых классов в условиях не более чем полугодовой навигации, когда 2 раза в год судовладельцы должны переориентировать логистические схемы, может сделать транзит коммерчески непривлекательным. С другой стороны, никто, и прежде всего арктические страны, не заинтересован в возникновении аварийных ситуаций на Северном морском пути из-за непригодности судов к ледовой навигации. Эта дилемма предполагает поиск компромиссов.
Таким образом, научная поддержка разработки нормативов и правил проектирования и постройки ледовых судов становится одной из важнейших задач, от решения которой зависит успех коммерческой деятельности в Арктике.
Выход в Арктику крупнотоннажных судов породил ряд проблем, связанных как с ледокольной проводкой, так и с их самостоятельной работой во льдах. Ширина судов (более 40 м) намного превышает ширину любого из существующих ныне ледоколов (максимальная ширина самых больших атомных ледоколов типа "Арктика" составляет всего 28 м). При движении во льдах современные ледоколы прокладывают канал, ширина которого не более 30—32 м. Для крупнотоннажных судов такой канал является узким: двигаясь по нему, они вынуждены доламывать кромку льда своим корпусом. Форма их корпуса в тех частях, которыми доламывается лёд, зачастую далека от оптимальной с точки зрения ледопроходимости, что приводит к неоправданному росту ледового сопротивления и необходимости оснащения судов энергетической установкой повышенной мощности [3]. Кроме того, из-за резкого роста водоизмещения и ширины современных судов становится неэффективным такой традиционный элемент тактики проводки судов во льдах, как широко применявшаяся ранее буксировка ледо-
ЗАДАЧИ СУДОСТРОИТЕЛЬНОЙ НАУКИ НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ
595
колом транспортного судна в тяжёлых ледовых условиях [4].
Серьёзные проблемы возникают и при обеспечении ледовой управляемости крупнотоннажных судов. Результаты теоретических и модельных исследований, а также данные пока немногочисленных натурных испытаний убедительно показывают, что радиус циркуляции таких судов во льдах составляет 10 и более миль [5]. В этих условиях ставится под вопрос применимость традиционной тактики проводки судов во льдах, одним из основных положений которой является выбор на каждом коротком участке трассы оптимального маршрута с использованием небольших разводий, трещин, с обходом торосистых образований.
Необходимость обеспечения в Арктике работы крупнотоннажных судов ледового плавания диктует нетрадиционные задачи при создании ледоколов нового поколения. Нужно, чтобы ширина корпуса таких ледоколов была сопоставима с шириной крупнотоннажных судов. Они должны быть способны прокладывать широкий канал во льдах для безопасной проводки крупнотоннажных судов при круглогодичной навигации, обладать повышенной мощностью — от 80 МВт и более — для преодоления существенно возросшего из-за увеличения ширины корпуса ледового сопротивления. Переработка большой мощности при крайне ограниченных габаритах движителей предполагает применение многовальных (четы-рёхвинтовых) установок и решение задачи кавитации движителей при проведении ледовых операций, когда нагрузка на винты максимальная. Определённые проблемы возникают и при оптимизации формы обводов корпуса перспективных ледоколов.
Чтоб
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.