Вышла в свет книга Б.И.Нигматулина и В.А.Пивоварова «Реакторы с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. История трагедии и фарса». Подробнее 

Серьезным препятствием при плавании в морях Арктического бассейна являются сжатия льдов, порой полностью блокирующие продвижение судна на неопределенное время и даже приводящие к тяжелым повреждениям вплоть до гибели слабых судов [1].

Выполненный ААНИИ и Мурманским пароходством анализ условий плавания на трассе СМП показал, что протяженность пути плавания в условиях сжатий различной степени составляет в среднем 10‒25% от общего расстояния переходов и проводок судов в летний период и 20‒40% ‒ в зимний период навигации [2,3]. К сожалению, отсутствуют очень важные для судоходства до сих пор не изученные данные о наиболее вероятной дислокации сжатий на акватории, о временной их продолжительности, а главное, повторяемости сжатий различной интенсивности, не позволяющие достаточно уверенно планировать транзитные рейсы по Севморпути, особенно в период зимней навигации. 

Вместе с тем, существующая шкала интенсивности сжатий и имеющиеся статистические сведения об уменьшении ширины канала за ледоколом при различной степени сжатий, представленные в таблицах 1 и 2, позволяют выполнить предварительную оценку ожидаемого влияния ледовых сжатий на условия плавания по Северному морскому пути с использованием материалов о влиянии ширины канала на скорость проводки судна лидирующим ледоколом [4]. 

Табл. 1. Шкала интенсивности сжатий

Балл	Характеристика
0	Лед на “расплыве” ‒ лед сплоченностью 9‒10 баллов, пришедший в заметное движение при начавшемся разрежении
1	Слабое сжатие. В зоне сжатия наблюдаются небольшие участки чистой воды; образуются отдельные торосы взлома, а в молодом льду ‒ наслоения. Тертый лед в результате общего уплотнения выжимается кверху, на края льдин
2	Значительное сжатие. В зоне сжатия участки чистой воды закрываются. Торосы взламываются. В результате интенсивного торошения молодых льдов частично захватываются и однолетние льды, появляются свежие торосы в виде гряд и наслоений. Тертый лед набивается в плотный слой и вспучивается, образуя валы (подушки)
3	Сильное сплошное сжатие. Происходит интенсивное торошение однолетних льдов, частично захватывающее двухлетние и многолетние льды. Всюду наблюдаются валы тертого льда и гряды торосов. Молодой лед преимущественно всторошен

Табл. 2. Расстояния за кормой ледокола в кабельтовых для задаваемой степени уменьшения ширины канала при различных степенях сжатий

Ниже представлены результаты такой оценки применительно к челночному танкеру дедвейтом 80 тыс. т ледового класса Аrс-7 с ледокольной носовой оконечностью и следующими основными характеристиками:

Длина по КВЛ, м	243,0
Ширина по КВЛ, м	36,0
Осадка по КВЛ, м	14,5
Водоизмещение, т	101 000
Мощность на валах, МВт	25
Ледопроходимость, м	1,9
Скорость хода на чистой воде, уз	18,8

Рассмотрена проводка танкера по трассе Севморпути в зимний период универсальным атомным ледоколом УАЛ «Арктика» со следующими параметрами:

Длина по КВЛ, м	160,0
Ширина по КВЛ, м	33,0
Осадка по КВЛ, м	10,5
Водоизмещение, т	33 530
Мощность на валах, МВт	60
Ледопроходимость, м	2,8
Скорость хода на чистой воде, уз	22,0

Принятые в расчетах ледовые условия на трассе соответствуют имеющимся статистическим данным по реализации плавания судов в Арктике в прошлом столетии. Согласно существующей номенклатуре рассмотрены “легкий”, “средний” и “тяжелый” типы ледовых условий применительно к апрелю и маю – месяцам, характеризующимся максимальным нарастанием толщины льда в зимний период в арктических морях.

Протяженность трассы плавания от Карских Ворот до Берингова пролива принята с учетом статистики транзитных рейсов равной 3 260 миль. Осредненная по всей трассе толщина льда в апреле-мае составляет около 1,25 м при “легком” типе, около 1,65 м при “среднем” и около 2,0 м при “тяжелом” типе ледовых условий.

Об условиях на высокоширотных маршрутах нет необходимой информации.

В процессе проводки скорость движения каравана определяется либо скоростью прокладки ледоколом канала, если судно имеет достаточную мощность, чтобы не отставать от него, либо же скоростью продвижения судна по готовому каналу, если из-за недостаточной мощности она меньше достижимой ледоколом. Это обстоятельство учитывается в настоящих расчетах и графически показано на рис. 1.

Рис. 1. Скорость проводки судна ледоколом в зависимости от толщины льда, скорости прокладки канала ледоколом и скорости движения судна в канале

В отличие от самостоятельного движения во льдах, когда скорость судна зависит от его индивидуальных характеристик ледовой ходкости, при следовании в караване за ледоколом на скорость судна значительное влияние оказывает ширина канала, прокладываемого ледоколом. Для учета этого на основании специально выполненных натурных и модельных испытаний разработана безразмерная диаграмма по определению скоростей движения судов в ледовых каналах V_л [5]. Главным параметром диаграммы является относительная ширина судна b, которая характеризуется отношением ширины судна B_с к ширине ледокола B_л. Степень влияния относительной ширины судна учитывается коэффициентом k_к, для определения которого используется упомянутая безразмерная диаграмма, которая может быть представлена следующими аналитическим зависимостями:

где V_о  — скорость судна на чистой воде, уз; h — толщина льда в канале, м; h_л ‒ ледопроходимость судна, м; k_к ‒ коэффициент, учитывающий ширину канала:

Для определения достижимой скорости хода на открытой тихой воде может быть применена эмпирическая формула [6]:

где L ‒ длина судна по КВЛ, м; T ‒ осадка судна по КВЛ, м; δ ‒ коэффициент общей полноты корпуса судна по КВЛ; N_в‒ суммарная мощность на гребных валах, кВт.

В качестве расчетной формулы для оценки ледопроходимости h_л ледокольно-транспортных судов с традиционными ледокольными обводами носовой оконечности корпуса предлагается основанное на анализе опыта постройки и испытаний отечественных ледокольных судов, а также специально выполненных серийных модельных испытаний регрессионное выражение [6]:

где j ‒ угол наклона форштевня к КВЛ, град.; α₀   ‒ угол заострения КВЛ, град.; β₀  ‒ угол развала шпангоута на нулевом теоретическом шпангоуте, град.; b₂ ‒ угол развала шпангоута на втором теоретическом шпангоуте, град.; b₁₀ ‒ угол развала шпангоута на мидель-шпангоуте, град.; L ‒ длина судна по КВЛ, м; B ‒ ширина судна по КВЛ, м; D ‒ водоизмещение по КВЛ, т; P_e ‒ суммарная тяга гребных винтов на режиме, близком к швартовному, т; f_d ‒ коэффициент динамического трения корпуса о лед:

Предлагаемая формула (3) успешно используется при решении задач по сравнению вариантов и выбору рациональных характеристик ледоколов и судов ледового плавания в процессе их технико-экономического обоснования. Она также применяется в практике конструкторских бюро для оценки достижимой ледопроходимости или потребной мощности судна по заданной ледопроходимости, а также для оптимизации параметров формы обводов носовой оконечности, исходя из условия обеспечения наименьших затрат мощности.

Следует отметить, что при настоящем моделировании рассматривается линейная зависимость скорости прокладки канала ледоколом от толщины льда по известной скорости хода на чистой воде и нормативной ледопроходимости ледокола при минимальной устойчивой скорости 2 узла.

Реальная же кривая ледовой ходкости имеет выпукло-вогнутый, то есть S-образный вид. Это необходимо учитывать при определении скоростей движения ледокола во льдах, близких к предельным при скоростях меньше 1,5–2 уз, когда ледокол прибегает к работе набегами.

В режиме прокладки канала набегами во льдах запредельной толщины скорость продвижения может быть рассчитана по предложенной ААНИИ эмпирической формуле:

где h_л  ‒ ледопроходимость прокладывающего канал ледокола, м.

Для удобства выполнения практических расчетов таблица 2 с данными по ширине канала за ледоколом в зависимости от степени сжатий представлена в графическом виде на рис. 2. А на рис. 3 показана зависимость ширины канала от степени сжатия на безопасно допустимой дистанции за кормой ледокола УАЛ «Арктика», равной около 5‒6 кабельтов. Так, на этом расстоянии канал за ледоколом шириной 33 м при сжатии 1 балл сужается до 25 м, а при сжатии 2 балла он сужается до 10 м.

Рассчитанные с учетом вышеизложенных исходных данных зависимости ледовой ходкости рассматриваемого танкера дедвейтом 80 тыс. т под проводкой ледокола «Арктика» без учета и с учётом ледовых сжатий 1 и 2 балла представлены на рис. 4. При сжатии 3 балла канал за ледоколом практически полностью “складывается” и продвижение танкера возможно только с помощью его околок ледоколом.

Рис. 2 – Зависимость уменьшения ширины канала за ледоколом от интенсивности сжатий и расстояния за кормой ледокола в кабельтовых:

 

Рис. 3 – Влияние ледовых сжатий на уменьшение ширины канала за кормой ледокола УАЛ «Арктика» на расстоянии 5–6 кбт в зависимости от интенсивности сжатий

При плавании в условиях сжатий дополнительные осложнения создает образование торосистости. По оценкам ААНИИ [7] каждый балл торосистости в отношении проходимости соответствует в среднем увеличению толщины льда на около 25%. Очевидно, при торосистости 1 балл в силу избирательной способности ледокол может маневрировать между торосами. При торосистости же больше 2-х баллов, соответствующей интенсивности сжатий 2 балла и выше, в настоящих расчетах средняя толщина льда на трассе была соответственно увеличена на 25% при сжатии 2 балла и на 50% при сжатии на 3 балла.

Рис. 4 – Зависимость скорости ледокола и танкера от толщины ровного сплошного льда и ширины канала при движении танкера в канале за ледоколом с учетом и без учета ледовых сжатий:

1 – ледовая ходкость ледокола УАЛ «Арктика» в слошном льду;

2 – ледовая ходкость танкера в сплошном льду;

3 – скорость танкера в канале без учета сжатия;

4 – скорость танкера в канале при сжатии 1 балл;

5 – скорость танкера в канале при сжатии 2 балла

Результаты выполненных с учетом изложенных предпосылок и исходных данных расчетов скоростей проводки танкера при различных типах ледовых условий в акватории Севморпути представлены в таблице 3. Нетрудно видеть, что при интенсивных сжатиях более одного балла, генерирующих одновременно повсеместную торосистость, происходит значительное (в разы) снижение скоростей проводки судна, равно как и продвижения лидирующего ледокола.

Табл. 3. Скорости проводки челночного танкера дедвейтом 80 тыс. т ледоколом УАЛ «Арктика» по трассе СМП в зимнюю навигацию при различных типах ледовых условий и интенсивности сжатий льда

Тип ледовых условий		“легкий”	“средний”	“тяжелый”
Средняя толщина льда в апреле-мае, м		1,25	1,65	2,0
Скорость проводки танкера, уз	без сжатий	13,0	10,3	7,8
	сжатие 1 балл	12,1	10,0	7,8
	сжатие 2 балла	6,8	3,1	1,1
	сжатие 3 балла	2,0	0,7	0,3

С использованием полученных результатов расчетов скоростей проводки танкера определены ожидаемые затраты времени на транзитный рейс танкера под проводкой ледокола «Арктика» по Севморпути при различных сочетаниях видов ледовых сжатий и в зависимости от типа ледовых условий, представленные в таблицах 4 и 5.

Табл. 4. Затраты времени на проводку челночного танкера дедвейтом 80 тыс. т ледоколом УАЛ «Арктика» по трассе СМП в зимнюю навигацию при различных типах ледовых условий с учетом неблагоприятного распределения интенсивности ледовых сжатий на пути следования каравана

Тип ледовых условий		“легкий”	“средний”	“тяжелый”
Средняя толщина льда на трассе в апреле-мае, м		1,25	1,65	2,0
Общее время рейса на трассе протяженностью 3 260 миль, сут.		17,2	33,9	67,4
Средняя скорость проводки танкера, уз		7,9	4,0	2,0
Затраты времени на проводку танкера ледоколом на участках трассы СМП, сут.	без сжатий 2 282 мили (70%)	7,3	9,2	12,2
	с сжатием 1 балл 326 миль (10%)	1,1	1,4	1,7
	с сжатием 2 балла 326 миль (10%)	2,0	4,4	12,3
	с сжатием 3 балла 326 миль (10%)	6,8	18,9	41,2

 

Табл. 5. Затраты времени на проводку челночного танкера дедвейтом 80 тыс. т ледоколом УАЛ «Арктика» по трассе СМП в зимнюю навигацию при различных типах ледовых условий и умеренной интенсивности ледовых сжатий на пути следования каравана

Тип ледовых условий		“легкий”	“средний”	“тяжелый”
Средняя толщина льда на трассе в апреле-мае, м		1,25	1,65	2,0
Общее время рейса на трассе протяженностью 3 260 миль, сут.		12,2	18,2	31,5
Средняя скорость проводки танкера, уз		11,1	7,5	4,3
Затраты времени на проводку танкера ледоколом на участках трассы СМП, сут.	без сжатий 2 282 мили (70%)	7,3	9,2	12,2
	с сжатием 1 балл 685 миль (21%)	2,4	2,9	3,7
	с сжатием 2 балла 244 мили (7,5%)	1,5	3,3	9,3
	с сжатием 3 балла 49 миль (1,5%)	1,0	2,8	6,2

 

Как можно видеть из представленных в этих таблицах данных, оценка влияния сжатий выполнена применительно к 30% общей протяженности трассы в наиболее тяжелое по ледовым условиям времени года (апрель-май), при разных типах ледовых условий. В таблице 4 рассмотрено равное распределение всех трех степеней сжатия (по 10% от протяженности трассы СМП). Можно предположить, что вероятность такого тяжелого сочетания маловероятна, и такой случай является редким.

К сожалению, необходимая статистика по повторяемости сжатий различной интенсивности и их продолжительности отсутствует, что не позволяет с достаточной уверенностью планировать рейсооборот судов, совершающих транзит по СМП, особенно в период зимней навигации.

Выполненное варьирование сжатиями различной интенсивности позволяет оценить влияние каждого балла сжатий на потери времени рейса. Как можно видеть из приведенных в таблицах 4 и 5 данных, ледовые сжатия большой интенсивности, значительно уменьшая скорость движения каравана, в итоге могут привести к увеличению в разы общего времени проводки судна по трассе СМП, особенно при “среднем” и “тяжелом” типах ледовых условий.

Рис. 5 иллюстрирует полученные в данном исследовании ожидаемые скорости ледокольной проводки челночного танкера по трассе СМП в зимний период при различных типах ледовых условий без учета и с учетом ледовых сжатий. Приведенные расчёты продемонстрировали существенное влияние ледовых сжатий на эффективность зимнего транзита судов по Северному морскому пути. Вместе с тем, для более тщательного изучения целесообразности осуществления круглогодичной навигации на Севморпути необходимо проведение вероятностных исследований повторяемости сжатий различной интенсивности, их продолжительности и локализации.

 Рис. 5. Скорости ледокольной проводки танкера по трассе Севморпути в зимнюю навигацию при “легком”, “среднем” и “тяжелом” типах ледовых условий без и с учетом ледовых сжатий:

1 – скорость проводки танкера при отсутствии сжатий на всем протяжении трассы;

2 – скорость проводки танкера с учетом ледовых сжатий на протяжении 30% трассы СМП с распределением их интенсивности: 1 балл на протяжении 21%, 2 балла на протяжении 7,5% и 3 балла на протяжении 1,5%;

3 – скорость проводки танкера с учетом ледовых сжатий на протяжении 30% трассы СМП при равном соотношении их интенсивности (по 10% каждый балл)