Транспортная система Северного морского пути (СМП) в настоящее время является малоэффективной. Флот ледоколов и транспортных судов арктического плавания стареет.
Вместе с тем в последние годы интерес к арктическим регионам возрос. В российской арктической зоне сосредоточено 25-30% мировых запасов нефти и газа, перспективен также экспорт навалочных грузов. Потребность в морском экспорте углеводородов по СМП оценивается к 2020 г. в объеме 40-50 млн. тонн в год, но по оптимистическим прогнозам этот объем может увеличиться вдвое. СМП короче южных маршрутов между Европой и Дальним Востоком и западным побережьем Америки. В то же время Суэцкий и Панамский каналы достигли предела своей пропускной способности. Кроме того, существует угроза международного терроризма в районах южных океанских путей.
Арктическая транспортная система может быть создана на различной технической основе: 1) с проводкой транспортных судов ледоколами; 2) с использованием надводных транспортных судов с ледовыми усилениями, позволяющими обходиться без ледокольной проводки; 3) с применением подводных транспортных судов.
Известно, что при морских перевозках массовых грузов крупнотоннажные суда более эффективны, однако при ледокольной проводке таких судов требуется канал большой ширины, что усложняет работу ледоколов. Для самостоятельного движения во льдах крупнотоннажным судам с арктическими ледовыми усилениями необходимы чрезмерно большие затраты энергии. Как показывает многолетний опыт эксплуатации СМП, использование на нём традиционных транспортных систем связано с чрезмерными расходами и рисками.
Проекты подводных транспортных судов для перевозки массовых грузов, способных двигаться подо льдом, существуют давно [1, 2]. Кроме того, имеется большой опыт эксплуатации подводных лодок с длительными переходами подо льдом. Подводному судну нет постоянной необходимости ломать ледяной покров. Но если необходимо, лёд может быть разрушен или контактным способом, или гидродинамическим давлением, создаваемым движущимся судном.
В последние годы были предложены проекты подводного супертанкера для транспортировки из Арктики сжиженного газа американской фирмы General Dynamics, программа канадского правительства по созданию подводно-надводных судов для перевозки массовых грузов. ЦКБ «Рубин» для компании «Норильский никель» разработало проект навалочного судна грузоподъёмностью 15 тыс. тонн на основе переоборудования атомных ПЛ проекта 941 («Тайфун») /5/. Ещё ранее КБ «Малахит» предлагал проекты подводных рудовозов и танкеров грузоподъёмностью до 30 тыс. тонн. Переоборудование атомных ПЛ под транспортные суда позволяет частично решить проблему их утилизации.
Имеется большой опыт эксплуатации боевых ПЛ в арктических морях, с протяжёнными переходами под многолетними льдами. Однако при необходимости всплытия ПЛ в сплошном ледяном покрове возникает опасность появления различных аварийных ситуаций. В настоящее время всплытие подо льдом производится тремя способами: 1) с предварительным поиском полыньи достаточных размеров; 2) с предварительным подрывом ледяного покрова; 3) статическим разрушением ледяного покрова рубкой за счёт медленного всплытия корабля. В последнем случае обеспечивается разрушение льда толщиной не более полуметра, так как усилие всплытия корабля создаётся путём осушения уравнительных цистерн, объём которых составляет малую часть от водоизмещения ПЛ. Осушение цистерн главного балласта для разрушения льда не допускается, так как оно может привести к потере остойчивости корабля.
Вместе с тем, возможно разрушение ледяного покрова бесконтактным способом - путём использования гидродинамических нагрузок от движения подводного судна вблизи поверхности льда. Этот вопрос подробно изучался в работах В.М. Козина и А.В. Онищука с применением экспериментов на моделях ПЛ в опытовом бассейне и в водоёмах с естественным ледяным покровом [3]. Было показано, что предельная толщина сплошного льда, разрушаемого гидродинамическими нагрузками от движения ПЛ в несколько раз превышает таковую при статическом проломе ледяного покрова в процессе всплытия.
Кроме того, специализированные подводные ледокольные суда, имеющие форму обводов и усиления корпуса, оптимизированные с целью разрушения льда и формирования каналов в ледяном покрове, способны гораздо быстрее надводных ледоколов подойти к судам, зажатым во льдах.
Гидродинамическая нагрузка на ледяной покров зависит от водоизмещения, заглубления, скорости и формы корпуса подводного судна.
Чижиумовым С.Д. и Земляком В.Л. выполнены численные расчеты напряжённо-деформированного состояния ледяного покрова под воздействием гидродинамических нагрузок, вызванных движением подводных судов среднего водоизмещения с учетом влияния ледовых условий на различных заглублениях корпуса. На следующем рисунке показано распределение изгибных напряжений во льду от движения подводного судна.
При некоторой скорости движения судна существует сочетание параметров изгибных волн в ледяном покрове и гравитационных гидродинамических волн, приводящих к резонансу. При этом способность подводного судна разрушить ледяной покров существенно возрастает [2, 3].
Основным препятствием для внедрения такого способа разрушения ледяного покрова следует считать повышенную опасность столкновения с подводными выступами ледяного покрова, особенно учитывая, что наиболее эффективное разрушение льда соответствует высоким скоростям движения вблизи ледяного покрова.
Однако крупнотоннажные подводные суда (водоизмещением более 100 тыс. тонн) смогут создавать уровень гидродинамических давлений, достаточный для бесконтактного разрушения льдов толщиной более двух метров при относительно невысоких скоростях движения.
Источники
1. Токмаков А.А. Подводные транспортные суда. - Л.: Судостроение, 1965.
2. Козин В.М.. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. - М.: Академия Естествознания, 2007, 355 с.
3. Козин В.М., Онищук А.В.. Ледоразрушающая способность изгибно-гравитационных волн от движения объектов. - Владивосток: Дальнаука, 2005, 191 с.
Чижиумов С.Д.
| 
