«Поющие» трубы Арктики

Зачем в августе 2007 года наша экспедиция установила российский флаг на дне Северного Ледовитого океана?

Леонид Фонарев ,

г. Архангельск

Издавна повелось: путешественники, добравшись туда, где еще не ступала нога человека, устанавливают там флаг своей родины. Американцы, например, высадившись на Луну, первым делом установили там звездно-полосатый стяг. Еще раньше поставили флаги на обоих полюсах нашей планеты экспедиции Пири и Амундсена.

Наши исследователи последовали традиции. Ведь по словам руководителя экспедиции вице-спикера Государственной думы России Артура Чилингарова, еще никому не удавалось спуститься на дно самого северного океана планеты и поднять с глубины 4261 м на поверхность пробы грунта.

Это не означает, что Россия юридически застолбила за собой данную территорию. Хотя по возвращении А.Чилингаров дал понять, что наша страна претендует на это.

Еще недавно такое заявление, наверное, не привлекло бы особого внимания — морское дно изучено хуже, чем поверхность Луны, и добраться туда столь же трудно, как высадить десант на естественный спутник нашей планеты. Но в нынешнем, XXI веке ситуация резко изменилась. Дело в том, что, по предварительным оценкам экспертов, примерно четверть еще не разведанных запасов нефти и природного газа может скрываться именно под дном Северного Ледовитого океана. А это ни много ни мало 100 млрд. т условного топлива — огромное богатство. И, поставив свой флаг, тем самым Россия дала понять, что претендует на эту приполярную территорию, а значит, и на расположенные под морским дном полезные ископаемые.

Добыча полезных ископаемых в районах, прилегающих к полюсу, кажется сегодня безумно дорогим и сложным делом. Однако нефть и газ все растут в цене, а техника совершенствуется. Так что не исключено, что через четверть века добыча «черного золота» на полюсе окажется вполне реальным и прибыльным делом. Кроме того, не будем забывать, что начавшееся глобальное потепление способно привести к тому, что вскоре вся Арктика окажется свободной ото льдов, что весьма облегчит добычу.

И потому заявление, прозвучавшее в России, побудило американцев, в свою очередь, приступить к организации собственной полярной экспедиции, чтобы выяснить, где кончается подводная часть Северной Америки. Вслед за нами в Арктику направили свой ледокол датчане. Готовятся к подобным экспедициям канадцы.

Добыча полезных ископаемых в Заполярье требует сложного оборудования.

А дело тут вот в чем. Согласно конвенции ООН по морскому праву, расширение 200-мильной экономической зоны, которую сегодня имеет каждое прибрежное государство, допускается лишь в том случае, если границы подводной окраины материка, его континентального шельфа, простираются за указанные пределы.

Наши специалисты намерены представить в ООН данные, подтверждающие, что значительная часть морского дна — в частности, хребет Ломоносова — является продолжением прибрежного шельфа, а значит, Россия имеет право на присоединение 1,2 млн. кв. км к своей территории.

Словом, многие страны мира самым серьезным образом рассматривают возможность разработки глубоководных месторождений газа и нефти, оценивают масштаб проблем не только политических, но и технических.

Разработанные в настоящее время прибрежные полупогруженные платформы представляют собой настоящие ледоколы. Однако их создатели понимают, что по мере продвижения в глубь Арктики нынешних конструкций может оказаться недостаточно, и разрабатывают новые. Например, бурение предполагают вести с погруженных платформ, подныривающих под лед, а то и со специализированных подлодок. Уже очевидны и мелкие, казалось бы, проблемы.

Так, например, при разработке морских скважин устье ее соединяют с хранилищами «черного золота» на поверхности, а то и непосредственно с танкерами с помощью гибких шлангов, ведь при малейшем смещении судна или нефтедобывающей платформы никакая жесткая труба не выдержит.

И все бы ничего — современные технологи умеют делать шланги достаточно прочными. Но…

Добытчики стали жаловаться, что трубы «поют».

Первыми с такой проблемой столкнулись норвежцы, потом и наши газовики. Суть феномена можно понять, открыв кран в ванной. Не исключено, что и он громко «запоет», а труба при этом начнет вибрировать. Однако если дома это мелкая неприятность, то на производстве этот феномен, как выяснилось, грозит крупными неприятностями. Трубы входят в резонанс, и, чтобы они не порвались, приходится резко, порою на порядок — с 30 до 3 м/с — снижать скорость перекачки газа. Другими словами, производительность падает настолько, что добыча газа может стать убыточной.

В Норвегии для решения этой проблемы был даже создан специальный научный центр. Ну, а наши промысловики обратились в Центральный аэрогидродинамический институт.

«Нельзя сказать, чтобы проблема была для нас абсолютно новой, — сказал по этому поводу заместитель начальника акустического отделения ЦАГИ, руководитель сектора теоретических проблем аэроакустики, профессор Виктор Феликсович Копьев. — Например, на некоторых самолетах во время испытаний обнаруживались «поющие» бомболюки. Издают иногда на больших скоростях неприятные звуки те или иные детали автомобилей, и даже небоскребы при некоторых условиях могут «запеть» на ветру».

Как выяснилось, газовики обратились по адресу: уже первые опыты показали, что внутренние поверхности шлангов при некоторых условиях становятся периодически неоднородными. Все микронеровности, зазубрины, которые там есть, порождают завихрения потока.

Однако если в гидроаэродинамике такие явления обычно связаны с образованием неких вихрей, турбулентностей, энергия которых затем преобразуется в акустический шум, то в данном конкретном случае проблема может быть связана даже с процессами, корни которых уходят, например, в физику плазмы, полагает профессор.

Сейчас аэродинамики тщательно изучают параметры, при которых происходят те или иные процессы, как можно на них влиять, описывают происходящие процессы языком формул.

Станислав НИКОЛАЕВ , Владимир ЧЕРНОВ

 

Баржа- «перевертыш», корабль — «конек»

В программе телеканала «Дискавери» как-то показали судно-поплавок. Не могли бы вы пояснить, как оно устроено и для чего предназначено?

Алексей Коновалов ,

г. Мурманск

Мы когда-то уже упоминали об этом оригинальном судне, которое своим видом напоминает гигантскую бейсбольную биту. Называется оно FLIP, что после расшифровки и перевода означает «плавучая платформа для приборных исследований», имеет водоизмещение 700 т и принадлежит Военно-морскому флоту США.

Построено было судно еще в 1962 году для отработки акустического наведения ракет, запускаемых с подводных лодок. После того как эта программа была выполнена, гражданские исследователи из Океанографического института Скриппса в Сан-Диего решили, что платформа прекрасно подходит для самых разнообразных океанографических работ.

«С тех пор прошло уже более 45 лет, наш FLIP все еще служит океанографическому сообществу и все так же остается единственным в своем роде», — с гордостью говорит Билл Гейне, руководитель программы по использованию судна.

В рабочем положении FLIP представляет собой отлично стабилизированный морской буй — почти идеальную платформу для изучения океана. Смонтированные в нижней части судна гидрофоны могут выявлять как шум проходящих судов и подлодок, раскаты далеких землетрясений, так и «разговоры» китов и рыб. Недавно исследователи окончательно расстались с поговоркой «Нем, как рыба». Они записали «хор» рыбьей стаи, который по громкости не уступал реву болельщиков на трибунах стадиона.

Другие датчики, спускаемые в морские глубины с помощью специальных стрел и лебедок, позволяют измерять температуру и соленость воды, ее плотность и другие характеристики. А доплеровские сонары дают возможность фиксировать смещения масс воды внутри волн с точностью до 1 см/с на 1 куб. км океана.

Когда это судно выходит из порта, оно похоже на самую обычную баржу. Но вот FLIP приходит в заданную точку океана, и начинается самое интересное. Оператор в определенной последовательности начинает заполнять водой кормовые отсеки-трюмы, и баржа постепенно становится торчком. Теперь над поверхностью воды торчит только ее нос.

На месте FLIP удерживается тремя прочными нейлоновыми канатами и якорями. Суммарная масса якорей — 9 т. Правда, при выполнении некоторых исследовательских работ требуется, чтобы FLIP, напротив, не стоял на месте, а свободно дрейфовал. Так, в одном из экспериментов FLIP прошел в дрейфе 240 км.

У этого аппарата нет собственного движителя, однако на нем смонтирован небольшой маневровый винт с гидравлическим приводом. Он нужен, чтобы поворачивать по мере надобности буй вокруг вертикальной оси, сохраняя стабильную ориентацию в пространстве по азимуту. Кроме того, на судне есть три дизель-генератора, вырабатывающих 340 кВт электроэнергии для работы научной аппаратуры.

Еще одна интересная деталь: все двигатели, якорные лебедки и даже койки в каютах закреплены на специальных поворотных подвесках, так что при трансформации судна могут сохранять постоянное положение относительно горизонта. Когда буй принимает окончательное положение (вертикальное или горизонтальное), все подвижное снаряжение фиксируется специальными шпильками. В каждой каюте по две двери — в стене и в потолке, а в душевой два душа — для вертикального и горизонтального положения.

Переход в горизонтальное положение осуществляется подачей в балластные отсеки 90 000 л сжатого воздуха, который хранится под давлением 18 атм в специальных баллонах. В результате вода постепенно вытесняется через те же заливные отверстия, и судно принимает обычный вид.

Весь переворот занимает менее 30 минут.

Прослуживший почти полвека FLIP постепенно стареет, и на смену ему, по идее, должно прийти новое судно. Один из его вариантов разработал француз Жак Ружери. По своей первоначальной профессии он — архитектор; во многих городах Франции стоят здания, построенные по его проектам. Но в свободное время Ружери в течение вот уже трех десятилетий придумывает какие-то удивительные корабли и аппараты, футуристические базы на морском дне.

Последний проект, показанный архитектором в нации ональном Морском музее Франции, представляет собой гигантское полуподводное судно Sea Orbiter, по своему внешнему виду напоминающее морского конька.

Автор проекта считает традиционные средства для исследования глубин — акваланги, субмарины и батискафы — неудобными. Другое дело — корабль-лаборатория, в котором ученые могут со всеми удобствами изучать и глубины, и поверхность океана.

Высота Sea Orbiter сверху донизу — 51 м; причем 31 м приходится на подводную часть. Ширина судна всего 10 метров.

На этом судне-небоскребе насчитывается около десятка палуб, на которых имеется все, что может понадобиться 18 исследователям и членам экипажа. К примеру, на Sea Orbiter есть наблюдательные площадки с 360-градусным обзором, как над, так и под водой. Предусмотрена и возможность выхода под воду исследователей в аквалангах. Кроме того, на судне будет и подводный робот с дистанционным управлением, способный погружаться на глубину до 600 м.

По словам автора проекта, он уже получил положительные отзывы от многих ученых, включая специалистов NASA. «На Sea Orbiter есть учебная секция, в которой имеются кухня, каюты со спальными местами, где акванавты будут жить, как экипаж космического корабля, — объясняет Ружери. — Кроме того, выход из судна под водой очень похож на шлюзовой модуль для выхода в открытый космос».

Модель Sea Orbiter высотой 3,5 метра уже прошла 6-месячные испытания в норвежском центре Marintek, где находится самый большой в Европе экспериментальный бассейн. Уменьшенная копия корабля устояла на волнах, которые были бы 15-метровыми для полномасштабного образца.

Если финансирование поступит своевременно, то международная научная станция Sea Orbiter может быть построена уже в 2009 году.