Арктика за гранью фантастики. Будущее Севера глазами советских инженеров, изобретателей и писателей

По первому варианту «на реке Оби между устьем её левобережного протока – реки Щучьей – и островом Яри сооружается плотина, и тем самым течение реки Оби направляется вверх по долине реки Щучья до водораздельного участка между реками Щучья и Байдаратой, на водоразделе сооружается канал, заканчивающийся со стороны Байдарацкого склона также плотиной. При обеих плотинах сооружаются морские судоходные шлюзы и гидростанции». По второму варианту «плотина намечается на самой Обской губе, непосредственно ниже впадения в неё Тазовской губы, и пропуск Оби в Байдарацкую губу по системе озёр Ярро-то и речке Юрибей». По третьему варианту предполагается «…сооружение плотины ещё севернее по Обской губе, ниже впадения в неё реки Зелёной, и переброс Оби по системе рек и озёр: Зелёной, Ямбу-то, Ней-то, Мутной»[35 - Там же. Л. 25–26.].

Изменение направления устья Оби, по мнению Беляева, привело бы к тому, что:

1)?Район быстро бы очищался от льда вплоть до Маточкина Шара.

2)?Карские проливы были бы свободны для плавания.

3)?Период навигации удлинился бы на два месяца и начинался бы на месяц раньше и кончался на месяц позже теперешнего, то есть пропускная способность увеличилась бы в два раза.

Кроме того, по двум последним вариантам подпирающими мелководную Тазовскую губу создаётся возможность осуществить водный путь по рекам Таз, Русская и Турухан в реку Енисей. Автор отмечал, что, «имея полную возможность маневрировать при посредстве водоспуска у двух полтин, мы в любой момент можем направить тёплые массы воды в нужном, вызывающем в данный момент опасения, направлении»[36 - Там же. Л. 28.].

В записке К. А. Козловского от 1933 года содержатся сходные идеи, которые автор называет «Усть-Обской проблемой». Автор подсчитал, что река Обь в течение навигации подаёт за Северный полярный круг не менее 5 х 1015 бол. кал.[37 - Большой калорией (то же, что килокалория, устаревшее название) обозначается количество тепла, необходимое для нагревания 1 л воды на 1 °С.] «положительного» тепла, которое в состоянии расплавить не менее 68 км

льда. Козловский предполагал организовать сброс порядка 200 км

обской воды в Байдарацкую губу по Транс-Ямальскому самотечному каналу в течение июня – июля, что привело бы к увеличению продолжительности навигации и сокращению пути от устья Оби до Баренцева моря.

При этом автор «Усть-Обскую проблему» решал в увязке со строительством Обь-Енисейского самотечного канала, рассчитанного на сброс воды с нижнего бьефа предполагаемой Нижне-Енисейской ГЭС. Кроме того, поступающую из Енисея в Обь воду, по мнению автора, можно было бы ещё использовать для дополнительного питания намечающейся на Нижней Оби в районе Нарыкары-Чемаши гидроэлектростанции. В зависимости от параметров перечисленных выше гидротехнических сооружений необходимо было проектировать соответствующую плотину в Обской губе.

Схема отклонения реки Оби в Байдарацкую губу Карского моря

Наука и техника. 1936. № 12. С. 8

Одним из материалов для строительства плотины Козловский видел лёд: «Существуют проекты двигателей, работающих на разности температур. На севере зимой мы имеем значительные разности температур между водой и воздухом (25–30 гр). Почему бы не использовать эту энергию для постройки ледяных плотин? Отнимая от воды тепло, можно заставить образовываться донный лёд, а получаемую при этом энергию использовать для накачивания воды на поверхность льда и образования наледей. Сооружённая таким образом плотина может быть использована для создания грандиозного подпора и сброса тёплых вод Оби через Ямальский водораздел. В дальнейшем тёплые воды Оби должны растопить и размыть, может быть, с помощью землесосов и гидромониторов, более глубокое русло. После этого надобность в плотине может уже отпасть, и она должна быть растоплена»[38 - РГАЭ. Ф. 4372. Оп. 32. Д. 289. Л. 28.].

Технические возможности реализации проектов не соответствовали масштабам замысла. Кроме того, первоначальная задача состояла именно в улучшении судоходных условий, что проще достигалось за счёт совершенствования ледоколов и создания устойчивой системы мореплавания по трассе СМП.

Арктическая энергетика

Энергообеспечение всегда было одной из самых серьёзных проблем в Арктике. Электроэнергия, необходимая для освещения и обогрева жилищ, а также для работы механизмов, должна была доставляться на большие расстояния (что влекло за собой проблему сооружения линий электропередачи в тяжёлых условиях мерзлоты и бездорожья) либо вырабатываться на месте с помощью относительно маломощных генераторов.

Ещё в 1930-х годах появились разные варианты развития полярной энергетики. Наиболее экзотично выглядела идея получения электричества за счёт таяния льда, позаимствованная у западных инженеров. Более реалистичными казались приливные и ветряные электростанции, однако конкретные технические решения по монтажу ветроустановок были неосуществимыми на практике. Предлагались варианты установки генераторов на дирижабли и огромные стальные конструкции – своеобразные «паруса».

Гораздо практичнее выглядели проекты арктических атомных и гидроэлектростанций. В послевоенное время подвижные АЭС на шасси тяжёлых гусеничных машин дошли до стадии опытных образцов. Разрабатывалась и грандиозная программа арктического гидростроительства, однако технические и экологические проблемы вынудили отказаться от её реализации.

Энергия из холода

В 1920-х годах появился проект французских инженеров Г. Клода и П. Бушеро по получению энергии из тепла тропических пустынь или вод. Затем другой француз, Баржо, предложил получать энергию, используя разницу температур полярных морей и воздуха арктических областей. Если из-подо льда откачать воду и дать ей замёрзнуть, то полученная теплота могла бы нагреть до испарения летучую жидкость, что, в свою очередь, привело бы в действие турбину. Отработанный газ затем в холодильниках снова преобразовывался бы в жидкость. Идеи Баржо подробно были описаны в обзоре журнала «Наука и техника» (1930), а затем в книге В. Н. Лебедева «Арктика» и в статьях Г. Гюнтера и А. Пана[39 - Арктический холод как источник энергии // Наука и техника. 1930. № 22. С. 5–6; Гюнтер Г. Арктическая силовая станция // Знание – сила. 1933. № 7–8. С. 2–3; Лебедев Н. К. Арктика. М.–Л., 1932. С. 141–145; Пан А. У порога новой энергетической эры // Техника – молодёжи. 1935. № 4. С. 43–47.].

Наиболее подходящей жидкостью для получения энергии из холода, по мнению Баржо, являлся жидкий углеводород бутан, точка кипения которого при нормальном атмосферном давлении – 17° ниже нуля.

Французский учёный разработал и модель котла, в котором вода при 0° смешивается с жидким бутаном. Пары бутана устремляются через отводную трубу в турбину, которую они и приводят в движение. Турбина, в свою очередь, приводит в движение динамо-машину. Для питания энергией в течение круглых суток электростанции мощностью в 30 тыс. л. с., по расчётам Баржо, понадобилось бы солёное озеро величиной в 1 км

, промёрзшее на глубину 15 см. Учёный шёл дальше и предлагал построить замкнутый круговой канал, обоими концами сообщающийся с турбиной. Канал также мог бы быть проведён в толще ледяного покрова на озере, реке или море, где будет построена турбина.

Полученная таким способом энергия оказалась бы довольно дешёвой. Это было особенно важно для Арктического региона, где топлива очень мало, а его добыча сопряжена с колоссальными трудностями. Советские инженеры считали, что идеи французского учёного будут реализованы не в Канаде, как полагал Баржо, а «у нас в СССР»[40 - Пан А. У порога новой энергетической эры // Техника – молодёжи. 1935. № 4. С. 46.].

Схема устройства полярной электростанции по Баржо

(приведена по статье А. Пана)

Из-подо  льда  по  трубам,  защищённым  теплоизолирующим  материалом,  подаётся внутрь котельного помещения к котлам подлёдная вода. В этих котлах-испарителях – жидкий холодный бутан. Вода впрыскивается, и под действием её тепла (а она теплее бутана, хотя имеет всего температуру в 2°) бутан начинает кипеть. Пары его отводятся по  трубопроводу  в  турбину,  а  вода,  у  которой  холодный  бутан  отнимает  тепло, замерзает и в виде ледяной крупы падает на дно испарителей, откуда непрерывно выгребается (бутан с водой не смешивается). Пары бутана проходят через турбину и приводят её во вращение, поэтому динамо даёт ток. Далее пары бутана попадают в конденсатор – холодильник, куда непрерывно подаются куски замёрзшего ледяного рассола с температурой –22°. Охлаждаясь, пары бутана сжимаются, а «солёный лёд» нагревается  и  тает.  Жидкий  бутан  возвращается  по  трубам  обратно  в  испаритель. Растаявший ледяной рассол выпускается наружу в бассейны и там снова замерзает под действием низкой температуры окружающего воздуха.

Полярная электростанция Баржо. Наружный вид

Пан А. У порога новой энергетической эры // Техника – молодёжи. 1935. № 4. С. 45

Идея использования арктического холода для получения энергии спустя десятилетия снова завладела умами учёных. Было подсчитано, что за зиму на территории СССР выпадает до триллиона тонн снега, а таяние его сопровождается такой передачей теплоты, которой достаточно (согласно проведённым расчётам) для выработки 2 трлн кВт/ч электроэнергии (это в два раза превосходит весь энергетический баланс, включающий нефть, уголь, газ и атомную энергию). Поэтому в особых условиях Арктики и Антарктиды «ледовая энергетика» могла бы оказаться рентабельной. Профессор Г. И. Покровский полагал, что в Арктике можно было бы создать станцию, в которой был бы котёл с жидкостью, температура кипения которой была бы выше 0 °С, но ниже температуры окружающей среды: «При таких условиях жидкость обязательно закипит, а полученный пар станет производить работу в поршневом двигателе или турбине. Завершив её, отработанный пар поступит в устройство, охлаждаемое тающим снегом или льдом»[41 - Покровский Г. Дед Мороз и энергетика // Техника – молодёжи. 1979. № 2. С. 6.]. Так Г. И. Покровский предложил идею ледовой электростанции, призывая молодых изобретателей и новаторов продолжить изыскания в заданном направлении.

«Летающая ветроэлектрическая станция – задача ближайшего будущего»

В 1930-е годы активно обсуждалось использование альтернативных видов энергии. В частности – использование энергии ветра. Смелый проект представил инженер В. Егоров на страницах журнала «Техника – молодёжи» в 1938 году. Он предложил создать мощные ветростанции не на земле, а в воздухе, где на высоте 600–700 м над землёй наблюдаются весьма значительные скорости ветра. Ветросиловой агрегат В. Егорова состоял «из двухлопастного ветроколеса, насаженного на один вал с ограничительной муфтой, редуктором и генератором, смонтированными в особом металлическом кожухе, напоминающем по внешности фюзеляж самолёта». Муфта была предназначена «для ограничения вращающего момента при возможных толчках и неожиданных порывах ветра». Редуктор служил «для увеличения числа оборотов, передаваемых от ветроколеса к синхронному генератору переменного тока». Подобную несложную конструкцию ветростанции можно было устанавливать на высокие опоры. Но автор придумал более действенный, по его мнению, способ. Он предложил использовать дирижабли: «К цельнометаллическому корпусу дирижабля подвешивается на стальных тросах система ветросиловых агрегатов. Все агрегаты соединены между собой лёгкими, но весьма прочными металлическими фермами, что препятствует перемещению ветродвигателей друг относительно друга и придаёт жёсткость всей системе подвески в целом. Одновременно эти фермы могут служить и для передвижения обслуживающего персонала»[42 - Егоров В. Электростанция в воздухе // Техника – молодёжи. 1938. № 12. С. 34.].

Иллюстрации А. Катковского к статье В. Егорова «Электростанция в воздухе»

Техника – молодёжи. 1938. № 12. С. 37

Было ли это технически возможно в то время? Автор статьи полагал, что да: «Уже сейчас существуют дирижабли с цельнометаллическим корпусом объёмом в 70 тыс. м

. Вполне возможно построить и такой корпус, который нам необходим. Больше того, существуют технические проекты подобных дирижаблей. Если до сих пор всё же цельнометаллические дирижабли такого объёма не строили, то главным образом потому, что в них не было особой надобности»[43 - Там же. С. 36.]. Подобная летающая ветроэлектрическая станция могла бы работать в любых комбинациях – самостоятельно, в связке с наземными станциями или совместно с другой воздушной электростанцией и т. д.

Такие летающие ветровые электростанции имели бы «огромное, совершенно неоценимое значение» в районах, где очень трудно или вообще невозможно построить наземную станцию, например, в болотистых местностях, в пустыне, «в районах, где отсутствует местное топливо, а привозное находится очень далеко, и особенно в Арктике», которая «необычайно богата сильными, постоянно дующими ветрами, и здесь можно создать огромные электростанции в воздухе». Заглядывая в будущее, автор статьи представлял себе такую картину: «Мощные гигантские ледоколы бороздят воды и пробивают льды Северного Ледовитого океана. Эти ледоколы не нуждаются в топливе – они пользуются энергией летающих электростанций, находящихся над ними и причаленных к корме»[44 - Там же.].

Иллюстрации  К. Арцеулова  к статье В. Егорова «Электростанция в воздухе»

Техника – молодёжи.  1938. № 12

КОНСТАНТИН КОНСТАНТИНОВИЧ АРЦЕУЛОВ (17(29).05.1891–18.03.1980) – русский и  советский  лётчик,  художник-иллюстратор,  внук  художника  И.  К.  Айвазовского.  Участник Первой мировой и Гражданской войн. Первый в мире вывел самолёт из штопора, что ставит его в один ряд с П. Нестеровым. Организатор школы планеризма в СССР, испытатель первого советского истребителя. Был репрессирован, после чего перестал летать на самолётах, стал планеристом и художником-оформителем, акварелистом. Оформил более 50 книг, сотрудничал с журналами «Техника – молодёжи», «Знание – сила», «Крылья Родины», «Юный техник» и др. Участвовал в издании Детской энциклопедии.

В статье П. Дюжева описывался другой тип дирижабля-ветродвигателя. Выполнив задачу по перевозке пассажиров и грузов, воздушное судно поднималось бы на высоту в 600 м, где удерживалось бы стальными тросами. Там «на оболочке его раскрываются лопасти, идущие в несколько рядов», и корпус «становится мощным колесом ветродвигателя»[45 - Дюжев П. Дирижабль-ветродвигатель // Техника – молодёжи. 1940. № 1. С. 56.]. Данные идеи применения дирижаблей так и остались фантастическими.

Владимир Петрович Ветчинкин

Анатолий Георгиевич Уфимцев

ВЛАДИМИР ПЕТРОВИЧ ВЕТЧИНКИН (17(29).06.1888–06.03.1950) – доктор технических  наук,  учёный,  работавший  в  области  аэродинамики,  ветроэнергетики,  ракетной техники.  Заслуженный  деятель  науки  и  техники  РСФСР  (1946),  действительный  член Академии артиллерийских наук (1947). Лауреат Сталинской премии.

АНАТОЛИЙ  ГЕОРГИЕВИЧ УФИМЦЕВ  (1880–1936)  –  учёный-самоучка,  изобретатель ветроэлектродвигателя.

В начале 1930-х годов свои работы над новыми типами ветроустановок начали инженеры В. П. Ветчинкин и А. Г. Уфимцев. Заглядывая далеко вперёд, они предложили использовать многоветряковые рамные ветроэлектростанции. По этому проекту рамная сверхмощная ветроэлектростанция на 100 тыс. кВт состоит из 224 ветровых колёс (диаметр каждого – 20 м). Ветроколёса смонтированы на общей вертикальной раме, имеющей вид гигантского ромба: «Ромб укреплён на вертикальной поворотной башне, опирающейся своим нижним концом на гидравлический подпятник, а верхним укреплённой в подшипнике, удерживаемом расчалками. С лобовой и тыловой сторон ромба из его центральной башни выступают вперёд и назад горизонтальные решётчатые фермы с растяжками, увеличивающими жёсткость всей конструкции. Задние фермы несут на своих концах поверхность хвостового оперения. Цель этого устройства – повернуть ромб с ветровыми колёсами лобовой стороной на ветер»[46 - Кажинский Б., Кармишин А. Ветросиловые плотины / Рис. В. Филатова, Л. Башкирцева // Техника – молодёжи. 1951. № 12. С. 18.]. Размеры установки велики: ширина ромба до 500 м, вес около 10 тыс. т, высота 350 м (то есть почти равна по высоте самому высокому зданию на свете)[47 - Высота в 350 м была значительной для 1930-х годов. Тогда самым высоким зданием в мире являлся небоскрёб Эмпайр-стейт-билдинг (Нью-Йорк, США; высота верхнего этажа – 373,1 м, со шпилем – 443,2 м; сооружение держало пальму первенства по высоте с 1931-го по 1970 год). Сейчас самое высокое здание – небоскрёб Бурдж-Халифа, возвышающийся на 828 м (Дубай, ОАЭ).]. Использование подобных установок – плотин для ветра – возможно было в различных районах страны (в том числе в Заполярье и на Новой Земле).

Ветросиловая плотина В. П. Ветчинкина и А. Г. Уфимцева.

Иллюстрация В. Филатова и Л. Башкирцева к статье Б. Кажинского и А. Кармишина «Ветросиловые плотины» Техника – молодёжи. 1951. № 12. С. 16, 20

Проект большой рамной ветроэлектростанции оказался нерентабельным – по оценке заместителя генерального директора НПО «Циклон» А. Островского, данной в 1980 году, стоимость 1 кВт/ч энергии от ветроагрегата очень велика по сравнению со стоимостью 1 кВт/ч от традиционных производителей. Поэтому впоследствии обращались лишь к идее развития небольших ветроустановок (мощностью до 16 кВт)[48 - Островский А. Старые добрые «ветрила» // Техника – молодёжи. 1980. № 11. С. 24.].

Передвижные атомные электростанции