Инновационный подводный транспорт в Арктике

Известно, что при освоении месторождений нефти и газа на континентальном шельфе, включая и Арктическую зону (АЗ) РФ, широко применяются подводные технологии. При этом, транспортировка добытых под водой углеводородов осуществляется в настоящее время только морскими судами и трубопроводным транспортом. Учитывая сложные природно-климатические условия АЗ РФ, необходимость выполнения стратегической задачи по развитию Северного морского пути (СМП), предусматривающей увеличение грузопотока с 16 млн. т в 2018г. до 80 -100 млн. т к 2024 г, и отсутствие достаточного количества ледоколов и судов обеспечения, становится актуальным вопрос создания более эффективных средств транспортировки углеводородов. Одним из инновационых путей решения этой проблемы является использование подводных танкеров ледового класса, загружаемых с буровых платформ подо льдом.

Попытки создания подводных грузовых судов имели место и ранее. Так в мае 1941 года знаменитый полярный ученый В. Визе обосновал возмож-ность перевозки подводными лодками грузов по трассе Севморпути. Проект был рассмотрен и академику Ю.А. Шиманскому было поручено возглавить разработку проекта грузовой подводной лодки для Арктики. Работы прервала война.

В 1950–60-х годах советские ученые планировали построить грузовую подводную лодку для Северного морского пути (рис. 1). Документы, свиде-тельствующие об этом, историки обнаружили в Центральном государственном архиве научно-технической документации Санкт-Петербурга. В архиве имеется эскиз и переписка, раскрывающие цели проекта и причины, по которым он не был реализован.

Судно, предназначенное для перевозки грузов подо льдами, должно было развивать «подледную скорость не менее 20 узлов», при этом иметь дальность хода в подледном положении не менее 3000–4000 миль. Грузовая подводная лодка так и не появилась в Арктике по экономическим соображениям. На совещании в Главсевморпути 11 августа 1960 года говорилось, что «в настоящее время перевозка грузов на судах подводно-подледного плавания менее рентабельна, чем на ледокольно-транспортных судах для генгруза и экономически выгодна для перевозки наливного груза на подводно-подледных танкерах грузоподъемностью порядка 30 тыс. тонн».

В 90-годы прошлого века ЦКБМТ «Рубин» разработало проект переоборудования законсервированных или списанных в резерв подводных стратегических ракетоносцев проекта 941 в подводные транспортные суда. Таким образом, корабль мог, по мнению разработчиков, беспрепятственно проходить подо льдами на большой глубине с большой партией грузов, чем очень заинтересовал заказчиков (в частности «Норильский никель»). В 2001 году проект был готов, однако не был реализован из-за недостатка финансирования.

В Санкт-Петербургском морском бюро машиностроения (СПбМБМ) «Малахит» велись работы над проектом подводной лодки, предназначенной для транспортировки нефтепродуктов. «Проект создан на основе новейших подводных технологий, использовавшихся в боевых атомных субмаринах, на выпуске которых специализируется СПбМБМ «Малахит». Место систем вооружения занимают нефтеналивные отсеки общей емкостью до 30.000 т. Предусмотрены дополнительные системы наблюдения и ориентации, которые обеспечивают безопасное кораблевождение в условиях Арктики, подо льдом. Конструкция танкера позволяет проводить погрузо-разгрузочные работы на глубине. Подводный танкер длиной около 300 метров может находиться в автономном плавании до 50 суток. В морском бюро машиностроения «Малахит» имеются проекты подводных грузовых судов различного назначения танкера, газовоза, контейнеровоза. Аналогичные разработки велись в 60-х годах прошлого века судо-строительными фирмами США, Норвегии, Японии, однако они так и не были реализованы в металле. По оценкам западных специалистов, при малых объемах перевозок их создание и эксплуатация невыгодна.

В современных условиях масштабного освоения и развития СМП, созданы экономические предпосылки для создания подводных танкеров. Не случайно на V Международном арктическом форуме «Арктика — территория диалога», проходившем в Санкт-Петербурге 9-10 апреля 2019 года, Президент Национального исследовательского центра (НИЦ) «Курчатовский институт» М. Ковальчук предложил подумать над идеей транспортировки сжиженного природного газа по Северному морскому пути с помощью атомного подводного флота.

Целью данной статьи является ознакомление с некоторыми инновацион-ными предложениями по созданию подводных грузовых судов.

Подводный танкер

Целью данной инновационной проработки является создание быстроходного, экономичного и пожаробезопасного подводного танкера, имеющего низкое гидродинамическое сопротивление и высокую степень защищённости от разлива нефтепродуктов.

Поставленная цель достигается путём создания танкера, имеющего форму подводной лодки, у которой вместо ходовой рубки установлен высокий, полый, герметичный вертикальный стабилизатор, оканчивающийся вверху лёгким стеклопластиковым поплавком, постоянно находящимся над водой, а в нижней части оканчивающийся ледорезом для преодоления участков Арктики покрытых льдом. Перевозимые нефтепродукты хранятся в мягких герметичных ёмкостях под водой. Конструкция подводного танкера в трёх проекциях представлена на рис. 2. (патент № 2380274 от 22.07.2008).

Как известно из практики, движение подводной лодки в приповерхностном слое воды весьма неустойчиво. Трудно удержать ПЛ на малой глубине на ходу из-за поверхностного эффекта. Для танкера диаметром корпуса 10 – 15 м и длиной 250-300 м устойчивое движение на малой глубине (порядка 10 – 15 м) весьма затруднительно, особенно при развитом волнении моря. Поэтому в данной конструкции вертикальный стабилизатор выполняет функции стабилизации глубины погружения танкера.

Крыльевая система создаёт дополнительную подъёмную силу на ходу танкера, если он погрузился под воду выше ватерлинии. Внутри стабилизатора находится лестница (лифт) для подъёма экипажа в поплавок и обратно, кабели и трубопроводы для подачи воздуха дизелям.

Лёгкий стеклопластиковый поплавок предохраняет танкер от провала на глубину свыше допустимой. В таком поплавке целесообразно разместить ходовую рубку и жилой блок (каюты экипажа, кают-компанию, туалет, камбуз и кладовую провизии).

Поплавок также выполняет функции спасательного устройства. Если тан-кер погрузится на глубину свыше допустимой (поплавок окажется на глубине свыше 10 м), то система автоматики подорвёт пироболты, соединяющие поплавок с вертикальным стабилизатором. В результате поплавок оторвётся от стабилизатора и всплывёт на поверхность. Таким образом, экипаж танкера будет спасён. Экипаж может вызвать отстрел поплавка и самостоятельно, например, в случае столкновения вертикального стабилизатора с другим судном и его отрыва от корпуса танкера.

В нижней части стабилизатора расположен ледорез, который используется при плавании в ледовых условиях. Для этого танкер подвсплывает, продув среднюю группу балластных цистерн. Положительная плавучесть в несколько тысяч тонн позволит взломать ледорезом лёд толщиной 0,5 — 1 м, но скорость танкера существенно снизится.

Прочные отсеки танкера должны быть рассчитаны на глубину до 40 — 50 м. От провала на большую глубину танкер защищает система аварийного продувания балластных цистерн, которая автоматически сработает при провале танкера на глубину свыше установленной оператором.

Подводный танкер более безопасен, чем надводный, т.к. любое судно из-за меньшей осадки пройдёт над ним, не повредив корпус и цистерны для жидких грузов.

Подводный танкер более быстроходен из-за малого гидродинамического сопротивления. В результате он перевезёт значительно больше грузов за год, чем надводный танкер аналогичной грузовместимости.

Подводные суда ледового класса

Для северного морского пути, да и всего арктического бассейна нужны специальные подводные суда для преодоления толстых паковых льдов. Возможная конструкция таких судов представлена на рис. 3 и 4. Эти суда должны плавать подо льдом как подводные лодки – в любых направлениях (в том числе и через Северный полюс).

В самом деле, зачем строить дорогие тяжёлые ледоколы, если арктические льды можно легко преодолеть под водой? Большая глубина погружения таким судам не нужна. Достаточно иметь глубину погружения 50 – 60 м , а имея хороший ледорез, судно сможет идти и по поверхности, (например, проходя через мелководье) и преодолевать тяжёлые льды.

Вы скажете, что надо периодически всплывать для определения места и связи с материком. Это так, но для всплытия достаточно пробить лёд в одном месте, а не ломать его на всём пути следования!

Вы можете возразить, что за большим атомным ледоколом могут идти несколько судов и это снизит стоимость перевозок. Всё так, но эти несколько судов нужно собрать в одном месте (а идут они обычно из разных портов). Всё это требует времени, а время – деньги! Кроме того, скорость плавания ледоколов во льдах не велика, а подо льдом можно плыть со скоростью 20 и более узлов. Вот и получается, что подводные танкеры, газовозы и сухогрузы вполне конкурентоспособны.

Рассмотрим более подробно возможные конструкции этих подводных судов.

Подводный танкер ледового класса

На рис. 3 представлена конструкция атомного танкера (он же газовоз, поскольку газ перевозится в жидком виде под давлением).

Используется танкер следующим образом.

Экипаж танкера размещается в прочной всплывающей (в случае аварии) капсуле. В ней расположены жилые и служебные помещения. При заходе подо льды, включается эхоледомер (в верхней части рубки) определяющий толщину льда над танкером.

При необходимости всплытия (для связи и навигации) танкер выключает ход и продувает балластные цистерны. Рубка взламывает лёд и оказывается на поверхности.

При необходимости движения в надводном положении (из-за малых глубин) ледорез разрезает лёд, поднимая его вверх.

При возникновении аварийной ситуации, если всплытие невозможно, автоматика отстреливает болты, прижимающие всплывающую капсулу к корпусу танкера и та всплывает, имея несколько тонн положительной плавучести.

Однако над капсулой может оказаться толстый паковый лёд, который она не сможет пробить. В этом случае автоматика выстреливает кумулятивные реактивные снаряды, расположенные вдоль рубки снаружи. Они идут вверх с большой скоростью, взрываются, разрушая крепкий лёд, и капсула всплывает в образовавшуюся полынью. Теперь можно использовать спутниковую связь и навигацию для вызова спасателей.

Подводный сухогруз ледового класса

Подводный сухогруз ледового класса (рис. 4) устроен аналогично подводному танкеру, только вместо танков для перевозки жидких грузов имеет прочный грузовой отсек типа пенала, в котором размещён специальный грузовой контейнер. Контейнер может заводиться и выводиться из грузового отсека в надводном положении через откидную носовую оконечность, которая открывается и закрывается с помощью гидроцилиндра. Для герметичности стыка, целесообразно дополнительно уплотнять его с помощью кремальеры.

Грузовой контейнер должен быть предварительно вывешен и удифферентован по ватерлинию, чтобы беспрепятственно заходить и выходить из прочного корпуса с помощью буксира. Для точной вывески по бокам контейнера сделаны карманы для твёрдого балласта.

Варианты конструктивного исполнения грузового контейнера могут быть самыми разнообразными:

— не самоходная баржа;

— самоходная баржа;

— баржа — лихтеровоз (выпускает самоходные лихтеры для движения по малым рекам);

— десантовысодочная баржа (для высадки десанта с плавающей десантной техникой);

Грузовой контейнер в варианте самоходной или несамоходной баржи сможет перевозить сыпучие грузы, железнодорожные грузовые контейнеры, автотранспорт.

Используется подводный сухогруз следующим образом.

Подойдя бортом к пирсу (или встав на якорь, рейдовую бочку), он открывает носовую оконечность. Загруженный в него контейнер (баржа) цепляется буксиром, вытаскивается и буксируется на разгрузку к причалу с портовыми кранами. Самоходная баржа выходит самостоятельно.

Тем временем к сухогрузу доставляется другой контейнер (баржа) с грузом. Производится его точная вывеска и дифферентовка твёрдым балластом по ватерлинию. Затем, швартовными концами портовые буксиры подводят его к загрузочному отверстию сухогруза. Далее используют тросовую лебёдку, установленную в верхней передней части грузового отсека сухогруза.

Заключение

Предложенные в статье инновационные решения, могут быть использованы при создании подводных судов, которые способны найти применение не только в полярных районах, но и в любых морях и океанах, обеспечивая доставку грузов быстрее и дешевле, чем обычные (надводные) танкеры, газовозы и сухогрузы. Их водоизмещение может составлять 20 – 50 тыс. и более тысяч тонн.

Берков Ю.А., почётный работник науки и техники РФ, к.в.н.

Илюхин В.Н., председатель секции «Поисково-спасательная техника и технологии», НТО им. академика А.Н.Крылова, д.т.н.

Овчинников А.В., НИИ спасания и подводных технологий ВУНЦ ВМФ, «Военно-морская академия», к.т.н