От фантастики к реальности

От фантастики к реальности
Юрий Берков

Освоение Арктики – тема как никогда актуальная. Строятся атомные ледоколы для круглогодичного плавания по Северному морскому пути. Это очень дорогие суда. Но возможен и другой вариант освоения Севморпути. Зачем колоть толстый паковый лёд и тратить кучу энергии, если можно пройти под ним, как ходят подводные лодки. Рассмотрим несколько таких проектов, а также мои предложения по освоению Сибири и Дальнего востока, роботизации, судоподъёму, развитию энергетики и искусственному интеллекту.

От фантастики к реальности

Юрий Берков

© Юрий Берков, 2019

ISBN 978-5-0050-2247-9

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Юрий Берков

От фантастики к реальности

Освоение Арктики – сейчас эта тема, как никогда актуальна. Строятся гигантские атомные ледоколы для круглогодичного плавания по Северному морскому пути. Это очень дорогие и сложные суда. Но возможен и другой вариант освоения Севморпути. Зачем колоть толстый паковый лёд, и тратить кучу энергии, если можно пройти под ним как ходят подводные лодки. Рассмотрим несколько таких проектов, а также мои предложения по освоению Сибири и Дальнего востока, роботизации, судоподъёму, развитию энергетики и искусственному интеллекту.

Предисловие

Признаюсь сразу – я не совсем писатель, я – кандидат военных наук, ведущий научный сотрудник одного военного НИИ, почётный работник науки и техники, изобретатель (имею 48 патентов).

Научно-фантастической литературой (роман «Новые кроманьонцы») я занялся в начале 90-х, когда из-за развала страны спрос на науку упал почти до нуля. В стране тогда полным ходом шла горбачёвская перестройка, и в голове крутилось много мыслей об обществе будущего. Хотелось написать, как можно всё устроить по справедливости, по уму, по-человечески.

Кое-что из научной фантастики моего романа стало уже реальностью, но многое ещё в будущем.

Однако и это будущее можно приблизить, если рассмотреть некоторые мои фантастические проекты с точки зрения инженера-конструктора, что я и попытался сделать в этой работе.

В ней освещены вопросы создания:

– подводных лодок для транспортировки грузов по Северному морскому пути;

– судов на воздушной подушке с ядерными энергетическими установками для освоения Арктики, Сибири и Дальнего востока;

– универсального строительного робота;

– системы судоподъёма с больших глубин;

– геотермальных электростанций;

– искусственного разума.

Надеюсь, что мои предложения будут полезны для нашей экономики и государства в целом.

1. Экономичный подводный танкер

Целью настоящей проработки является создание быстроходного, экономичного и пожаробезопасного подводного танкера, имеющего низкое гидродинамическое сопротивление и высокую степень защищённости от разлива нефтепродуктов.

Поставленная цель достигается путём создания танкера, имеющего форму подводной лодки, у которой вместо ходовой рубки установлен высокий, полый, герметичный вертикальный стабилизатор, оканчивающийся вверху лёгким стеклопластиковым поплавком, постоянно находящимся над водой, а в нижней части оканчивающийся ледорезом для преодоления участков моря покрытых льдом. Перевозимые нефтепродукты хранятся в мягких герметичных ёмкостях под водой на значительной глубине. Конструкция подводного танкера в трёх проекциях представлена на рис. 1 (патент №2380274 от 22.07.2008).

Рис. 1. Экономичный подводный танкер

Подводный танкер состоит из: лёгкого корпуса 1; прочного энергетического отсека (атомной силовой установки или обычных дизель-генераторов) 2; прочного отсека движения (парогазовых турбин или гребного электродвигателя) 3; уравнительной цистерны 4; носовой дифферентно-уравнительной цистерны 5; балластных цистерн 6; мягкой топливной цистерны 7 (для нужд танкера); мягких цистерн для жидких грузов 8 (при откачке жидких грузов цистерны сжимаются и грузы замещаются забортной водой); баллонов воздуха высокого давления (ВВД) 9; твёрдого балласта 10; полого, герметичного вертикального стабилизатора 11 с ледорезом 12; лёгкого стеклопластикового поплавка 13; горизонтальных плоскостей 14 расположенных вокруг стабилизатора и имеющих небольшой угол атаки по отношению к горизонту (выполняют роль подводных крыльев при погружении под воду на ходу); кормовых вертикальных рулей 15 (для управления по курсу); кормовых горизонтальных рулей 16 (для управления по глубине).

Как известно из практики, движение подводной лодки в приповерхностном слое воды весьма неустойчиво. Трудно удержать ПЛ на малой глубине на ходу из-за поверхностного эффекта. Для танкера диаметром корпуса 10 – 15м и длиной 200 – 250м устойчивое движение на малой глубине (порядка 10 – 15м) весьма затруднительно, особенно при повышенном волнении моря (при килевой качке). Вертикальный стабилизатор 11 выполняет функции стабилизации глубины погружения танкера, как на стопе, так и на ходу. Действует он следующим образом.

На стопе танкер с помощью уравнительной цистерны вывешивается так, чтобы нижняя половина стабилизатора (до ватерлинии) была под водой, а верхняя (выше ватерлинии) над водой. При глубине погружения танкера 10 – 15м (расстояние от поверхности до лёгкого корпуса) высота стабилизатора должна составлять не менее 20 – 25м.

Если танкер погрузится ниже ватерлинии, то водоизмещение стабилизатора 11 возрастёт и возникнет дополнительная подъёмная сила. Если танкер всплывёт выше ватерлинии, то водоизмещение стабилизатора уменьшится и возникнет дополнительная топящая сила. Так автоматически осуществляется стабилизация глубины погружения танкера на стопе.

Крыльевая система 14 создаёт дополнительную подъёмную силу на ходу танкера, если он погрузился под воду выше ватерлинии (например, из-за неправильной перекладки кормовых горизонтальных рулей или воздействия сильной килевой качки). Вообще кормовые горизонтальные рули 16 при данной конструкции стабилизатора 11 имеют вспомогательное значение. Всё время перекладывать их нет необходимости. При нормальной вывеске и дифферентовке танкер будет удерживать заданную глубину за счёт стабилизатора 11 и крыльевой системы 14.

Внутри стабилизатора находится лестница (лифт) для подъёма экипажа в поплавок и обратно, кабели и трубопроводы для подачи воздуха дизелям.

Лёгкий стеклопластиковый поплавок 13 предохраняет танкер от провала на глубину свыше допустимой, как на ходу, так и на стопе. Для этого его водоизмещение вместе с вертикальным стабилизатором должно составлять не менее 3 – 5% от полного водоизмещения танкера. Так, если танкер имеет водоизмещение 20000 м

, то суммарное водоизмещение поплавка и стабилизатора должно быть не менее 500 м

(300 м

поплавок и 200 м

стабилизатор). В таком поплавке целесообразно разместить ходовую рубку и жилой блок (каюты экипажа, кают-компанию, туалет, камбуз и кладовую провизии). Поплавок также выполняет функции спасательного устройства. Если танкер погрузится на глубину свыше допустимой (поплавок окажется на глубине свыше 10 м), то система автоматики подорвёт пироболты, соединяющие поплавок с вертикальным стабилизатором. В результате поплавок оторвётся от стабилизатора и всплывёт на поверхность. Таким образом, экипаж танкера будет спасён. Экипаж может вызвать отстрел поплавка и самостоятельно, например, в случае столкновения вертикального стабилизатора с другим судном и его отрыва от корпуса танкера.

В нижней части стабилизатора расположен ледорез 12, который используется при плавании в лёгких ледовых условиях. Для этого танкер подвсплывает, продув среднюю группу балластных цистерн. Положительная плавучесть в несколько тысяч тонн позволит взломать ледорезом 12 лёд толщиной 0,5 метра без существенного снижения скорости. При этом канал будет достаточно узким, что ведёт к экономии мощности по сравнению с обычным ледоколом. Для более тяжёлых льдов потребуется другая конструкция подводного танкера.

Прочные отсеки танкера должны быть рассчитаны на глубину до 40 – 50 м. От провала на большую глубину танкер защищает система аварийного продувания балластных цистерн, которая автоматически сработает при провале танкера на глубину свыше установленной оператором (срабатывает прежде чем произойдёт отстрел поплавка 13).

В порту танкер всплывает в надводное положение, продув балластные цистерны. В результате его осадка уменьшается до осадки обычного надводного судна. Однако в глубоководном порту целесообразно погрузить танкер под воду до уровня поплавка (режим зависания на поплавке), в этом случае он не будет мешать стоянке других судов.

Подводный танкер более безопасен, чем надводный, т.к. любое судно из-за меньшей осадки пройдёт над ним, не повредив корпус и цистерны для жидких грузов.

Подводный танкер более быстроходен из-за малого гидродинамического сопротивления. В результате он перевезёт значительно больше грузов за год, чем надводный танкер аналогичной грузовместимости.

2. Подводный танкер ледового класса

Предложенный выше подводный танкер способен преодолевать довольно тонкий лёд и может плавать зимой в лёгких ледовых условиях. Ему не требуется атомная энергетика, т.к. он постоянно связан с поверхностью. Для северного морского пути, да и всего арктического бассейна нужны специальные подводные суда для преодоления толстых паковых льдов. Возможная конструкция таких судов представлена на рис. 2 и 3. Эти суда должны плавать подо льдом как настоящие подводные лодки – в любых направлениях (в том числе и через Северный полюс).

Большая глубина погружения таким судам не нужна. Достаточно иметь глубину погружения 50 – 100 м. А, имея хороший ледорез, судно сможет идти и по поверхности, (например, проходя через мелководье).

Вы скажете, что надо периодически всплывать для определения места и связи с материком. Это так, но для всплытия достаточно пробить лёд в одном месте, а не ломать его на всём пути следования! А это совсем другие, значительно меньшие энергозатраты, а, следовательно, и меньшая стоимость перевозок.

Вы можете возразить, что за большим атомным ледоколом могут идти несколько судов и это снизит стоимость перевозок. Всё так, но эти несколько судов нужно собрать в одном месте (а идут они обычно из разных портов). Всё это требует времени, а время – это деньги! Кроме того, скорость плавания ледоколов во льдах не велика, а подо льдом можно плыть со скоростью 20 и более узлов. Вот и получается, что подводные танкеры и газовозы вполне конкурентоспособны.

Рассмотрим более подробно конструкции этих подводных судов.

На рис. 2 представлена конструкция атомного танкера (он же газовоз, поскольку газ перевозится в жидком виде под давлением). Цифрами на рис обозначены: 1 – лёгкий корпус; 2 – отсек атомной энергоустановки; 3 – отсек двигателей и рулевого управления; 4 – прочный корпус; 5 – гидролокатор обзора по курсу (для предупреждения столкновения с другим судном, айсбергом, подводной скалой); 6 – цистерны главного балласта; 7 – прочная капсула – отсек экипажа, всплывающий при аварии; 8 – грузовой отсек, разделённый вертикальными переборками на отдельные секции (танки), для предотвращения перетекания жидких грузов в нос и провала на глубину (при дифференте на нос) или выброса судна на поверхность (при дифференте на корму), внизу эти переборки имеют небольшие отверстия для закачки или осушения отсеков, сверху они не доходят до прочного корпуса (может пролезть человек); 9 – баллоны ВВД; 10 – твёрдый балласт; 11 – ледорез; 12 – цистерна грязной воды; 13 – цистерна чистой воды; 14 – туалет, душевая; 15 – аккумуляторный отсек (герметичные литий-ионные батареи); 16 – регенеративные патроны; 17 – камбуз-столовая, кладовая пищевых продуктов; 18 – спальные места; 19 – ходовая рубка (по бокам снаружи расположены гнёзда для реактивных снарядов, пробивающих тяжёлый лёд); 20 – уравнительная цистерна (по бортам); 21 – входной (он же загрузочно – разгрузочный) люк для жидкого топлива; 22 – контактный силовой разъём, размыкающийся при аварийном всплытии капсулы; 23 – система гидравлики. Жидкие грузы загружаются и разгружаются через люк 21.