Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
1.3. Разрушение ледяного покрова резонансными ИГВ от движущегося подводного судна
Происходящие изменения районов освоения сырьевых и энергетических ресурсов России повышают значимость Северных регионов страны и арктического шельфа что требуют повышения экономической эффективности, скорости и регулярности морских перевозок.
Предстоящая разработка нефте и газоносных месторождений в Северных морях, возможность использования кратчайшего морского пути между портами Европы и Азии обусловили комплексную транспортную проблему, включающую решение трех основных задач:
- вывоз углеводородного сырья из Арктики в Азиатско-Тихоокеанский и Атлантический регионы;
- завоз нефтепродуктов, промышленных и продовольственных товаров в районы Крайнего Севера;
- транзитные перевозки дорогостоящих и срочных грузов по маршруту Европа - Азия через Северный Ледовитый океан по высокоширотным трассам (рис.1.21).
Рис.1.21.Схема предполагаемых маршрутов плавания подводных транспортных судов
Предполагаемое развитие подводного транспортного флота в России обусловлено рядом объективных причин: разработкой арктического шельфа, возрождением Северного Морского Торгового Пути, конверсией судостроительной промышленности, утилизацией атомных подводных лодок (АПЛ) [11] и пр.
В течение 60-90 г.г. АПЛ практически постоянно находились в арктических морях, систематически совершали трансарктические переходы подо льдом. В зону плавания АПЛ входят Центральный арктический бассейн, окраинные шельфовые моря и судоходные проливы.
Примечательны такие примеры: во время подледного плавания глубина под килем АПЛ в ряде случаев достигала 4-6 метров, зазор между рубкой и нижней кромкой льда уменьшался до 3 метров [137]. Для обеспечения их безопасного подледного плавания подводные лодки должны оснащаться специальным оборудованием (рис.1.22). На рис.1.23. показан процесс всплытия подводной лодки в сплошном льду. Для плавания подлодки в ледовых условиях усиливают конструкции вертикального стабилизатора и верхней части ее рубки, рубочные горизонтальные рули могут поворачиваться на 900.
Рис.1.22.Схема расположения гидроакустических антенн на американской АПЛ:
1- эхоледомер для измерения расстояния до нижней кромки льда и его толщины; 2 - гидролокатор для обеспечения навигационной безопасности подледного плавания; 3 - гидролокатор для определения профиля и толщины льда; 4 - эхолот; 5 - помещение с электронной аппаратурой для оценки подледной обстановки
Рис.1.23.Всплытие подводной лодки в сплошном льду толщиной 0,35 м
Ледяной покров представляет собой идеальное естественное укрытие для ракетных подводных лодок, основным тактическим свойством которых является максимальная скрытность действий, а значит, и районом развертывания многоцелевых подводных лодок, действующих с целью недопущения ракетных пусков, либо осуществляющих охранение ракетоносцев. В будущем можно с уверенностью прогнозировать дальнейшее освоение арктических районов подводными лодками.
Проектными организациями России прорабатывается возможность создания подводных транспортных средств, которые бы являлись частью комплексной транспортной системы в Арктике. Так, например, для транспортировки грузов в Арктике Санкт - Петербургским СПМБМ "Малахит" разработано три типа подводных судов с атомной энергетической установкой: танкеры, контейнеровозы, многоцелевые суда-снабженцы. Их создание возможно путем переоборудования АПЛ, выведенных из состава флота или проектированием подводных судов для арктических условий [137].
В первом случае к корпусу АПЛ пристыковываются (врезаются) побортно два грузоналивных или контейнерных блока (отсека), лодки дооборудуются средствами для погрузочно-разгрузочных операций, системами наблюдения и маневрирования в стесненных условиях и на мелководье.
Во втором случае специально спроектированные подводные транспортные суда для арктической транспортной системы, проекты которых показаны на рис.1.24, будут иметь неограниченный район плавания подо льдами с эксплуатационной скоростью не менее 15 узлов, всплывать во льдах толщиной до 3 метров.
Рис.1.24.Схемы общего расположения (сверху вниз): подводного танкера - продуктовоза; многоцелевого судна снабжения; подводного контейнеровоза; подводного танкера
Например, форма обводов подводного танкера-продуктовоза выбиралась по результатам испытаний в ледовом бассейне. В качестве примера на рис.1.25 показан процесс испытания модели атомной подводной лодки в ледовом бассейне. Соответственно была выбрана клиновидная форма корпуса, дающая возможность при плаваниях во льдах разрушать лед снизу из подводного положения.
Рис.1.25. Испытания модели подводной лодки в ледовом бассейне
Технико-экономический анализ транспортной системы показывает, что технология арктического подводного транспорта является стратегическим вариантом в развитии Крайнего Севера России.
Проектной организацией "Рубин" разрабатывался проект переоборудования в рудовоз тяжелого атомного подводного ракетного крейсера, выведенного из состава ВМФ по договору СНВ-1. Так, в декабре 1999 года тяжелый атомный подводный крейсер проекта 941, после его вывода из состава ВМФ, был принят гражданским экипажем и более трех лет ожидал переоборудования под рудовоз для АО «Норильский никель». По этому проекту переоборудованная транспортная АПЛ должна быть способной перевозить значительное количество груза - до 10000 т (в подводном положении), а в надводном положении - преодолевать ледяные поля сплоченностью 8 - 10 баллов и толщиной 1,5 - 2 метра (рис.1.26).
Движительный комплекс подводного судна должен был обеспечивать экономичный подводный ход 16 - 18 узлов и со скоростью 2 - 3 узла в надводном положении при форсировании сплошного ледяного покрова толщиной до 2,6 м. При подводном плавании на безопасной глубине при осадке килей торосов до 20 м глубина моря должна быть не менее 60 - 70 м.
Для реализации проекта предложен вариант транспортной компании с использованием трех переоборудованных АПЛ с оптимальной организацией грузопотоков (рис.1.27). Однако данный проект не был реализован на практике.
Рис.1.26.Общий вид АПЛ для переоборудования в подводное транспортное судно
Рис.1.27.Схема маршрутов транспортной ПЛА
Одним из главных вопросов научно-практической конференции "100 лет российскому подводному флоту" был перевод атомного кораблестроения на решение задач народно-хозяйственного назначения.Так, академик Е. Велихов заявил, что корабельную ядерную энергетику можно эффективно использовать, как и отечественный опыт, в создании атомных объектов мирного назначения, например: в строительстве подводных танкеров-газовозов (рис.1.28) для транспортировки газа со Штокмановского газоконденсатного месторождения (ежегодная добыча до 100 млрд. кубометров газа).
Рис.1.28. Проект конверсии подводного крейсера в газовоз
Для этих целей потребуется не менее 50 подводных газовозов. По проекту подводный танкер-газовоз имеет следующие характеристики: длина - 215 м; ширина - 40 м; высота - 20 м; скорость подводная - 15 уз.; глубина погружения - 100 м; грузовместимость - 70 тыс. м3; экипаж - 35 чел.; стоимость - 180 млн. долл. (рис.1.29).
Анализ данной проблемы показал, что современные подводные транспортные технологии не гарантируют безопасной эксплуатации транспортных судов под ледяным покровом. Главным образом, это обусловлено неспособностью подводных судов производить немедленное всплытие в паковом льду. Для подводных транспортных судов это качество имеет решающее значение в экстремальных ситуациях.
Рис.1.29. Подледный танкер-газовоз
Традиционный способ всплытия подводного судна в сплошном льду заключается в проломе льда корпусом судна, имеющего положительную плавучесть. На рис.1.30 показаны особенности маневрирования атомной ПЛ при всплытии в полынье.
Рис.1.30.Всплытие атомной подводной лодки в полынье
Толщина ледяного покрова, из-под которого может всплыть АПЛ, достигает 200 см. Для всплытия АПЛ в более толстом льду производится подрыв льда торпедами.
Повысить ледоразрушающие качества подводных судов при всплытии во льдах предлагается новой технологией ледоразрушения, основанной на гидродинамическом воздействии подводного судна на ледяной покров. Вариантом решения названной проблемы могут быть гидродинамические способы разрушения ледяного покрова [88].
На способности подводного судна возбуждать во льду резонансные ИГВ для разрушения ледяного покрова существенной толщины основан резонансный метод разрушения ледяного покрова [159].
Далее рассмотрены способы резонансного метода разрушения ледяного покрова, позволяющие эффективно разрушать сплошной лед для безопасного всплытия подводных судов во льдах.