Подводные транспортные суда

Крупная американская фирма разработала, в частности, проект 170000-тонного подводного танкера. Подводные транспортные суда имеют определенные энергетические преимущества по сравнению с обычными торговыми судами. При движении надводного судна традиционного типа на поверхности воды создается волнение, на преодоление которого непроизводительно расходуется значительная часть энергии установки. Если же судно будет двигаться под поверхностью воды, то волновое сопротивление с увеличением глубины будет уменьшаться, а при глубине погружения примерно 100 м практически совсем исчезнет. Сказанное означает, что при равной мощности установки под водой можно двигаться быстрее, а это в конечном счете ведет к росту провозной способности судна. Но эффект уменьшения сопротивления судна с увеличением глубины погружения проявляется лишь при высоких скоростях, когда волновое сопротивление составляет основную часть полного сопротивления судна. При низких же скоростях, например, при 10—15 уз, доминирует сопротивление трения, пропорциональное площади смоченной поверхности судна. Но совершенно ясно, что смоченная поверхность у подводного судна будет больше, чем у надводного. Следовательно, при низких скоростях подводное транспортное судно не имеет пропульсивных преимуществ перед обычным надводным. Итак, подводное транспортное судно только тогда будет представлять собой интересное с экономической точки зрения транспортное средство, когда речь пойдет о высоких скоростях движения. В опубликованных до сего времени проектах подводных транспортных судов предусмотрены скорости от 20 до 40 уз. Из опыта эксплуатации боевых атомных подводных лодок известно, что скорости порядка 40 уз не являются редкостью. Теоретически достижимой является и скорость 60 уз. Разумеется, подобные цели можно будет ставить лишь тогда, когда появятся энергетические установки достаточной мощности. Некоторые цифры помогут уяснить существующую ситуацию. Подводное транспортное судно водоизмещением 20 тыс. м3 для движения со скоростью 30 уз требует мощности энергетической установки порядка 37 тыс. кВт. Сравнимое же надводное судно для достижения той же скорости требует уже по меньшей мере 55 тыс. кВт. Однако в качестве торгового такое маленькое подводное судно едва ли будет экономичным, так как при водоизмещении 20 тыс. м3 его грузоподъемность не превысит 10 тыс. т. Исследованиями установлено, что подводное транспортное судно становится экономически выгодным начиная с водоизмещения 100 тыс. м3. Но для движения такого судна со скоростью 40 уз на нем должна быть предусмотрена установка мощностью от 200 до 300 тыс. кВт, а это уже мощность городской электростанции!


Есть и другая техническая проблема подводного плавания. Известно, что с увеличением глубины погружения на каждые 10 м действующее на корпус судна давление воды возрастает на 1 кг/см2. На глубине 100 м (а быстроходные подводные суда должны будут погружаться даже более глубоко) давление снаружи будет в 10 раз выше, чем внутри судна. Следовательно, корпус подводного судна можно уподобить некоему котлу, только нагруженному не изнутри, а снаружи. Чем больше забортное давление, тем сложнее, тяжелее и дороже будут конструкции судового корпуса. Именно в этом аспекте полупогруженные и полностью погруженные транспортные суда сильно различаются между собой. Для полупогруженных судов еще могут применяться корпусы с прямоугольными или овальными поперечными сечениями, в то время как у полностью погруженных судов прочные корпусы должны иметь цилиндрическую или сплюснутую, так называемую китообразную форму, что позволяет им лучше воспринимать большое наружное давление. Но при круговой форме поперечного сечения возникают трудности на ограниченных глубинах моря, так как осадка такого подводного транспортного судна после всплытия будет очень велика. Эта проблема в ряде случаев может быть решена путем применения составных конструкций подводных транспортных судов. Таким образом, подводные транспортные суда смогут заходить только в глубоководные порты. При равной грузоподъемности строительная стоимость подводного транспортного судна по современным оценкам будет в 3—5 раз больше по сравнению с обычным торговым судном. Эксплуатация подводных транспортных судов в морском судоходстве может быть экономичной лишь при значительном снижении соотношения строительных стоимостей, чего едва ли можно ожидать до конца текущего века.

С точки зрения назначения подводных транспортных судов внимание проектировщиков сосредоточено прежде всего на перевозках нефти. Это объясняется различными причинами. При перевозке жидких грузов, способных противостоять забортному давлению, грузовые танки подводного танкера могут иметь облегченную конструкцию. При балластном переходе забортное давление будет восприниматься водяным балластом. Часть грузовых танков, однако, обязательно должна иметь прочную конструкцию. В балластном пробеге, когда легкие грузовые танки заполнены не нефтегрузом, а более тяжелой забортной водой, баланс сил плавучести и веса, необходимый для возможности подводного плавания, сохраняется за счет оставления прочных грузовых танков пустыми. Следовательно, подводный танкер может иметь более простую конструкцию по сравнению с подводным сухогрузным судном, что приводит к снижению его строительной стоимости. Тем не менее, перевозки нефти на подводных танкерах между главными районами ее добычи и потребления даже в будущем едва ли окажутся целесообразными по экономическим соображениям. Это справедливо также в отношении полупогруженных танкеров, корпус которых движется в непосредственной близости к поверхности воды, а над волнами возвышается лишь ходовой мостик. Несмотря на более низкие скорости громадных надводных танкеров, перевозка нефти на них обходится много дешевле, за исключением случая, когда плавание проходит в арктических водах; здесь перспективы применения подводных танкеров выглядят совсем в другом свете. В Арктике уже известны многочисленные нефтяные месторождения и ожидается открытие новых. Использование этих месторождений зависит в первую очередь от транспортных возможностей. Для вывоза нефти, наряду с судами ледового плавания, о которых разговор пойдет ниже, могут быть использованы трубопроводы и подводные танкеры. Существует много проектов подводных танкеров с атомной энергетической установкой, предназначенных для вывоза нефти из Арктики. Это подводные суда дедвейтом до 300 тыс. т. Предпосылки надежной эксплуатации подводных танкеров сводятся к следующему. Подводные танкеры должны быть оборудованы эхолотами, направленными как вниз — в сторону морского дна, так и вверх — на ледовый покров. На морском дне по всему пути следования подводного танкера должна быть выставлена цепочка гидроакустических навигационных маяков. Порты погрузки нефти должны располагаться в местах с достаточными глубинами.


Подводный танкер может грузиться и не всплывая на поверхность. Такая подводная погрузка возможна в районе моря, где имеется достаточная глубина для свободного маневрирования судна. Пока неясно, будет ли подводный танкер получать нефть из промежуточного нефтехранилища или непосредственно из устья нефтяной скважины. Установка больших подводных нефтехранилищ обойдется дорого и трудноосуществима в арктических условиях. Если же грузить подводный танкер непосредственно из устья нефтяной скважины, этот процесс займет много времени. Может быть именно по этим соображениям получит приоритет транспортная система с использованием подводных барж. Система представляет собой комбинацию из надводного и подводного судов. Мощный ледокол поведет за собой на длинном буксире несамоходную подводную баржу грузоподъемностью 250 тыс. т. Подводная баржа будет автоматически удерживаться на глубинах от 150 до 300 м и благодаря этому беспрепятственно пройдет под ледовым покровом. Мощность энергетической установки буксира должна составлять 120—140 тыс. кВт. Здесь уже не преследуется цель высоких скоростей, предусмотренные проектантами 20 уз, по-видимому, являются пределом. Главной задачей является обеспечение транспортировки больших количеств груза в покрытых льдами арктических морях с приемлемыми экономическими показателями. Подводная баржа во всяком случае обойдется дешевле, чем оснащенный, атомной установкой подводной танкер. Поэтому такую баржу и по экономическим соображениям будет целесообразно грузить прямо из скважины на морской буровой.

Вывозом нефти с арктических нефтепромыслов, по-видимому, и ограничивается возможная сфера применения подводных транспортных судов. Все остальные транспортные функции, например, перевозка насыпных грузов, генеральных грузов или контейнеров, не станут задачей подводных судов и в отдаленном будущем, так как надводные суда смогут осуществить это намного лучше. Большое практическое значение подводные лодки имеют уже сегодня для исследования океана и освоения его богатств. Здесь уместно вспомнить о начавшихся в 1958 г. экспедиционных рейсах советской научно-исследовательской подводной лодки «Северянка». Малые подводные лодки оказались весьма полезными при исследованиях морских глубин, разведке подводных рудных месторождений, обнаружении рыбных косяков, наблюдении за состоянием подводных трубопроводов, обследовании подводной части морских буровых, а также на многих других работах. http://www.seaships.ru/undersea.htm


Россия владеет огромными северными территориями, полностью зависящими от внешних поставок продовольствия, в первую очередь — топлива. Завозится все это морским путем — ни железных, ни протяженных автомобильных дорог на Крайнем Севере нет. Единственная альтернатива морскому транспорту — самолеты, но стоимость доставки грузов этим транспортом чрезвычайно высока. Доставлять грузы морским путем можно в крайне ограниченный отрезок времени — от 1,5 до 2,5 месяца в году. Основной грузопоток приходится на нефтепродукты — в конце 1990-х годов он составлял 8;10 млн. тонн. В 1989-м компания «Роснефть», основной на тот момент поставщик нефтепродуктов на Крайний Север, обратилась к СПМБМ «Малахит» с предложением разработать проект атомного подводного танкера. Соображения были следующими.

Стоимость традиционной проводки ледовых караванов судов атомными и дизель-электрическими ледоколами составляет от 35% до 40% стоимости доставки грузов. Это раз. Горючее доставляется одним махом, поэтому необходимо строительство дорогостоящих складских сооружений, способных вместить годовой запас, как в портах формирования караванов (традиционно Мурманск), так и в конечных пунктах доставки, что съедает еще 25;35% стоимости доставки. Это два. При прохождении транспортных судов в составе караванов в арктических льдах велик процент повреждаемости судов — их надо чаще ремонтировать. Это три. Ну и наличие флотилии таких уникальных подводных судов дало бы возможность запустить самый короткий морской путь из Европы в страны Азии — через Северный Ледовитый океан и Берингов пролив. Все эти выгоды должны были компенсировать более высокую (как минимум в три раза) стоимость подледного танкера. «Малахит» разработал целое семейство подводных грузовых судов — танкер, газовоз и контейнеровоз, — но из-за случившегося в 1998 году финансового кризиса проект так и не был реализован.

В начале 1990-х подводными транспортами заинтересовалась компания другого профиля, «Норильский никель», также полностью зависящая от северной навигации. Как раз в это время в стране началось усиленное муссирование темы конверсии, в частности, выводимых из состава ВМФ атомных подводных ракетоносцев. Особый интерес вызывали не имеющие аналогов в мире тяжелые подводные ракетные крейсеры «Тайфун» (проект 941). Дело в том, что у этого корабля двигательная установка, жилые и служебные помещения расположены в кормовой части судна, а боевая часть — впереди. Заменив боевую часть на «гражданскую», можно было бы за сравнительно небольшие деньги получить подводный сухогруз грузоподъемностью до 10 тысяч тонн. С таким вот предложением РАО «Норильский никель» обратилось к разработчикам «Тайфуна» ЦКБ МТ «Рубин». Атомная двигательная установка заказчика не смущала — так или иначе для замены отработавших свой ресурс ледоколов России придется строить атомные суда. Вопрос в другом: что это будет — ледоколы или подлодки.


Основной грузопоток «Норильского никеля» пролегает между двумя портами — Мурманском и Дудинкой. Первая же проблема подводного контейнеровоза состоит в том, что для движения под водой, а следовательно, и подо льдами подлодке нужны глубины не менее 70;100 метров, тогда как значительная часть пути в Карском море пролегает на меньших глубинах. Так что просто нырнуть на рейде в Мурманске, а всплыть в Дудинке никак не получается. А ведь надо еще пройти от Диксона до Дудинки по Енисею, минуя его перекаты, что требует осадки никак не более 9,5 метра. Таким образом, мирный «Тайфун» должен преодолевать ледовые поля толщиной до 1,5;2 метров! Для сравнения, полноценные ледоколы, работающие в устье Енисея («Таймыр», «Вайгач», «Капитан Сорокин»), рассчитаны точно на такие же нагрузки. Значит, «Рубину» нужно было создать ни много ни мало как ныряющий полноценный атомный ледокол!

Конструкторы «Рубина» предложили экономичный путь переоборудования боевой лодки в транспортную с минимальным объемом работ на ПО «Севмашпредприятие». Кормовая часть корпуса, включающая атомную энергетическую установку, не изменялась. Также сохранялся модуль обеспечения управления, навигации, связи и средств освещения ледовой обстановки. Добавлялись ледовые подкрепления, включая усиления надстройки и придание корпусу (преимущественно в носовой части) ледокольной формы. Предусматривалось размещение прочных трюмов достаточных размеров с грузовыми погрузочными люками диаметром 4,5 м.

На достаточных глубинах судно преодолевает ледовые поля в подводном положении, на мелководье поднимается на 17;70 метров и, взламывая лед снизу, идет в полупогруженном состоянии. Для преодоления ледовых участков на предельном мелководье с глубинами 8;12 метров (Турушинский и Безымянный перекаты), а также для увеличения ледопроходимости при встрече с торосистыми участками и возможности работы набегами грузовой «Тайфун» всплывает в надводное крейсерское положение и взламывает лед сверху, как обычный надводный ледокол.

Большую же часть пути атомный сухогруз должен преодолевать под водой. Это обеспечивает независимость от погодных условий (штормы и волнения), большую скорость хода (из-за отсутствия кавитации гребных винтов), возможность форсирования ледовых полей без их разрушения.

Проект атомного сухогруза был полностью готов еще в 2001 году, но на этом этапе застопорился.

В сегодняшней России интерес к подводным танкерам вновь возродился, не в последнюю очередь благодаря активному пропагандисту идеи академику Евгению Велихову. Дело в том, что шельф Северного Ледовитого океана — крупнейшая нефтегазоносная провинция на земле. Для России наиболее интересны акватории Баренцева и Карского морей — там расположены основные запасы углеводородного сырья. Но если Баренцево море хоть летом освобождается ото льдов, то акватория Карского 10;11 месяцев в году скована льдами. Существует два пути решения проблемы добычи в этих суровых условиях. Первый, традиционный, — строительство усиленных ледовых буровых платформ, способных противостоять гигантскому давлению арктических ледовых полей. Платформа «Приразломная» весом более 85 тысяч тонн и стоимостью более $850 млн. сейчас достраивается в доках завода «Севмаш». Работать ей придется на месторождении Приразломное в Печорской губе.

Второй путь — полностью уйти под лед, расположив под водой буровые установки, перекачивающие станции, хранилища и подводные причалы. Предварительные оценки показывают, что себестоимость добычи газа таким способом будет обходиться примерно в $16 на тысячу кубометров против $12 при разработке Уренгойского сухопутного месторождения. Кстати, цена той же тысячи кубометров на российской границе вырастает уже до $200;260.

Разрабатывает финансируемый «Газпромом» уникальный подводный буровой комплекс «Аквабур» нижегородское ЦКБ «Лазурит». Главный конструктор «Аквабура» Станислав Лавковский считает, что подводная добыча газа в Баренцевом море, кишащем айсбергами, рентабельнее раза в два надводной, а в Карском море и вовсе безальтернативна. Технологии, применяемые в комплексе, стократно отработаны при конструировании военных аппаратов. «Для нас, подводников, эти глубины как семечки, — говорит Станислав Лавковский, — проект абсолютно реален и построен на уже существующей элементной и технологической базе».

Алгоритм работы комплекса следующий. В период краткосрочной навигации надводное судно устанавливает на глубинах от 6 до 400 метров донную опорную плиту массой 8900 т. Плита служит фундаментом для подводного бурового судна, перемещающегося по ней, как по рельсам. Само судно способно автономно работать под водой 3 месяца и имеет на борту запас расходных материалов для сооружения одной вертикальной скважины глубиной до 3,5 км. После этого к «Аквабуру» приплывает подводное судно снабжения, обновляющее контейнеры с запасами, и бурение продолжается. Каждая из опорных плит рассчитана на бурение до 8 скважин. После выработки всех скважин судно переплывает на новую опорную плиту. Подводное буровое судно спроектировано с таким расчетом, что в случае аварийной ситуации мгновенно отстыковывается от плиты и всплывает, проламывая своим корпусом любой арктический лед. Данная концепция пока не предусматривает подводных танкеров — углеводороды транспортируются от опорной донной плиты на берег по подводным трубопроводам. Обратно же тянется кабель с электропитанием и связью. Станислав Лавковский утверждает, что такая концепция дешевле вывоза продукции подводными танкерами. Единственное, в чем нуждается «Аквабур», — это подводные контейнерные суда снабжения.

По предварительным расчетам, для разработки в Карском море Русановского или Ленинградского месторождений нужно пробурить 296 скважин, которые обеспечат 200 млрд. м3 газа в год, что при нынешних ценах на газ окупит затраты через 12 лет. Для этого потребуется спустить на воду 5 подводных буровых судов «Аквабур» и смонтировать 35 опорных плит. Общие инвестиции в обустройство месторождений оцениваются в $12 млрд.

Однако ждать реализации подобного проекта в ближайшие годы не стоит. Самое главное препятствие состоит в том, что на ямальском берегу нет магистральных газопроводов, которые могли бы транспортировать газ дальше. Тем не менее с постройкой транспортной газопроводной системы Ямал-Европа проект обретет реальные черты, считает Станислав Лавковский. К тому времени и сухопутные запасы углеводородов поистощатся, и газ подорожает. Ждать осталось недолго, каких-то 30;50 лет.Статья «» опубликована в журнале «Популярная механика» (№5, Май 2006).