13 декабря 2019

Плавучий институт: как устроено российское судно «Академик Мстислав Келдыш»

Журнал «Популярная Механика» 11 декабря 2019

В последние годы научно-исследовательское судно «Академик Мстислав Келдыш» не остается подолгу в порту своей приписки. Едва заглянув на «базу», проведя необходимый ремонт и пополнив припасы, он отправляется в новый рейс. Обновляется и научная команда, работающая на судне: приближаясь к 40-летию, оно остается одним из самых крупных «плавучих институтов», центром притяжения студентов и ученых всего мира.

Судно «Академик Мстислав Келдыш» совершило немало открытий, которые прочно вошли в историю научно-исследовательского флота и сохранились даже в умах обычных людей, далеких от науки. На будущее у этого судна планы не менее серьезные: в рамках национального проекта «Наука» будет проведена модернизация, которая даст возможность исследователям работать в комфортных условиях и идти в ногу со временем.

«Радовались как дети», — сказал океанолог, член-корреспондент РАН Игорь Семилетов по итогам летне-осенней экспедиции 2019 года на судне «Академик Мстислав Келдыш». Посетив Восточно-Сибирское море, ученые впервые в истории наблюдали, как на глубине из-под океанского дна происходят выбросы природного газа. Он накапливался медленно и целые эпохи оставался заперт в составе метаногидратов вечной мерзлоты. Ученые давно предсказывали, что по мере глобального потепления климата этот газ будет высвобождаться и поступать в атмосферу, но теперь «Келдышу» и его команде удалось убедиться в этом на деле.

Игорь Семилетов не без тревоги замечает, что скорость деградации подводной мерзлоты оказывается намного выше ожиданий ученых, и кое-где она протаяла уже до горизонтов залегания газовых гидратов. «В последние 30 лет скорости вертикальной деградации подводной мерзлоты удвоились по сравнению с предыдущими столетиями и достигли 18 см/год, что на порядок выше ранее принятых оценок, — добавляет ученый. — Этот результат заставляет принципиально пересмотреть постулат о том, что подводная мерзлота стабильна и к концу 21 века может протаять максимум лишь на несколько метров».

Некоторые специалисты смотрят на этот процесс с особой опаской. Метан — намного более мощный парниковый газ, чем углекислый. Поступая в атмосферу, он может еще сильнее ускорить рост температуры. Он приведет к дополнительным выбросам метана — и новому витку потепления — недаром такой катастрофический сценарий называют «метангидратным ружьем» — эффект может быть таким же губительным для планеты, как выстрел из ружья — для человека. Впрочем, другие эксперты не склонны к панике и задумываются о возможностях добычи огромных ресурсов «морского» газа. И те, и другие работают на «Академике Келдыше» — судне, которое уже давно остается в эпицентре мировой океанологии и самых громких экспедиций.

Начало флагмана

Первым крупнотоннажным научно-исследовательским судном в нашей стране стал «Витязь». Он был переоборудован из германского грузопассажирского теплохода «Марс» и передан Институту океанологии, где получил новое имя. Водоизмещение «Витязя» превышало 5700 тонн, и он долго оставался флагманом отечественного исследовательского флота.

Аналогичным образом, на базе пассажирских и грузовых теплоходов, строились и последовавшие за ним «научные» корабли. Однако к концу 1960-х, когда накопился большой опыт их эксплуатации, советские корабелы определили архитектурные типы, оптимальные не для «гражданских», а именно для научно-исследовательских судов (НИС). Развернулось масштабное строительство по нескольким унифицированным проектам. Одним из них стал проект 4600, на основе которого на верфях финской компании Hollming в 1981 г. был построен «Академик Мстислав Келдыш».

Это крупнотоннажное универсальное НИС водоизмещением более 6300 т отличается несимметричным расположением средней надстройки. Благодаря этому океанологические лебедки, которые позволяют манипулировать спускаемым оборудованием, удалось разместить ближе к центральной части судна, где они испытывают минимальное воздействие килевой качки. Параллельно надстройка частично скрывает рабочую палубу от ветра и воды. Технические отверстия сточных систем выведены на противоположный борт, и рабочий остается «чистым», облегчая использование техники и измерительной аппаратуры.

Такая архитектура оказалась действительно эффективной и принесла науке немало удивительных открытий, а судну — мировую славу. «"Академик Мстислав Келдыш» является уникальным, — рассказывает капитан корабля Юрий Горбач. — На нем имеются носовое и кормовое подруливающие устройства, а также четыре главных двигателя, что позволяет проводить научные исследования в любых режимах". Служа носителем глубоководных аппаратов, судно участвовало во множестве крупных экспедиций, связав свое имя с такими знаменитостями, как «Титаник» и линкор «Бисмарк». Даже предыстория «Келдыша» легендарна — и началась она почти как политический детектив.

Первые «Рыбы»

Заполучить глубоководные обитаемые аппараты (ГОА) советские ученые пытались еще с 1960-х. Производство таких батискафов лежало за пределами возможностей промышленности СССР того времени. Поэтому заказ на постройку первого из них в 1971 г. получила канадская International Hydrodynamics Corp. (HyCo). Однако «война санкций» существовала уже тогда, и под давлением США соглашение о продаже было аннулировано, а уже построенный аппарат «Пайсис-4» (от лат. Pisces, «рыбы») передали коммерческим заказчикам. То же повторилось еще с несколькими батискафами серии. Выкрутиться удалось лишь с «Пайсис-7» и «Пайсис-11». Они производились в разных странах, по частям, после чего собирались, испытывались и затем переправлялись в СССР.

Они могли погружаться на глубину 2000 м и начиная с 1982 г. совершили ряд успешных экспедиций на «Академике Келдыше» — в Северную Атлантику, в Индийский и Тихий океаны. Так, в 1983 г. работавшие на судне ученые показали, что от антарктических течений могут отсоединяться обширные синоптические вихри, которые переносят холодную воду на север, а теплую — к югу, играя большую роль в формировании климата. А осенью 1986 г. с борта «Келдыша» «Пайсис» спускался к срединному хребту в центральной части Тихого океана, изучив подводный вулканизм и его связь с накоплением рудных залежей.

Однако довольно скоро стало ясно, что для решения множества важных задач «Пайсисов» ученым уже недостаточно. Требовались аппараты, способные погружаться намного глубже и находиться под водой дольше. Поэтому в 1985 г. на верфях финской Rauma Repola началось производство двух батискафов «Мир». К 1987 г. на «Келдыше» был оборудован ангар и спуско-подъемное устройство, и судно приняло новое оборудование. В декабре ГОА были испытаны в Атлантике, впервые погрузившись на глубину более 6100 м. По оценкам Анатолия Сагалевича, одного из конструкторов и многолетнего капитана ГОА «Мир-1», их рабочая глубина — 6000 м — позволяет охватить более 98% дна Мирового океана.

Два «Мира»

18-тонные аппараты состоят из четырех жестких сфер, соединенных трубчатой рамой. Внутри 2,1-метровой сферы обитаемого корпуса размещается экипаж из трех человек. Все четыре внутренние сферы изготовлены из редкой марагеновой стали, невероятно легкой и прочной. За счет работы маршевого двигателя «Миры» способны развивать скорость на глубине до 5 узлов, а пара боковых двигателей обеспечивают маневренность. Несмотря на приличный возраст батискафов, число аппаратов подобного уровня в мире до сих пор можно пересчитать на пальцах одной руки.

Неудивительно, что вооруженный ими «Келдыш» провел не только целый ряд уникальных научных исследований, но и стал базой для экспедиций, имевших большое общественное значение, включая погружения к погибшим атомным подлодкам «Комсомолец» в 1989 г. и «Курск» — в 2000—2001. А в 1998 г. команда спустилась и к останкам японской субмарины I-52, потопленной американцами к западу от Центральной Африки в 1944 г. По некоторым сведениям, она могла перевозить в нацистскую Германию около двух тонн золота, хотя найти его не удалось даже «Мирам»; на поверхность были подняты лишь оловянные слитки.

Посещал «Келдыш» и другую легенду Второй мировой, немецкий линкор «Бисмарк», с 1941 г. лежащий на дне Датского пролива. Однако настоящая слава корабля и его батискафов оказалась «киношной». Режиссер Джеймс Кэмерон — по первой (и несостоявшейся) профессии морской биолог — использовал уникальную связку судов для съемок фильма «Титаник». Мировая популярность ленты принесла известность и российскому исследовательскому судну.

 «Титаник» и «курильщики»

«Анатолий Сагалевич, Женя Черняев и я провели сотни часов вместе внутри «Миров», любуясь чудесами, которые имели счастье наблюдать лишь немногие на Земле, — вспоминал об этом времени Джеймс Кэмерон. — Для меня это было грандиозное приключение. Для Анатолия и его команды — обычная работа: «сделать невозможное перед обедом»». Анатолий Сагалевич, руководитель лаборатории Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН, доктор технических наук, профессор, рассказывает об этой работе куда сдержаннее. «Их огромная кинокамера стояла внутри нашей мини-субмарины. Оператор снимал через центральный иллюминатор, а пилот управлял, глядя в боковой. Было непросто, но мы это сделали».

Вместе с командой Кэмерона «Келдыш» совершил и еще одно громкое достижение, организовав в 2005 г. первую прямую видеотрансляцию с глубины. Картинка передавалась на поверхность по 6-километровому оптоволоконному кабелю, а затем уже антенна самого судна отправляла ее на спутник. Но хотя такие «киношные» проекты имели большой резонанс, для «Келдыша» они никогда не были основными. Все это время судно продолжало научную работу, а «Миры» погружались не только к останкам кораблекрушений, но и к самым удивительным биологическим и геологическим объектам океана.

Одной из основных целей работы океанологов были гидротермальные источники в районах Срединно-Атлантического хребта — знаменитые «черные курильщики». По словам Анатолия Сагалевича, они остаются едва ли не самым впечатляющим зрелищем в его жизни: настоящий оазис, кишащий живыми организмами посреди обширной пустыни океанского дна, обычно скудной и мертвой. Склонный к поэзии капитан даже воспел этих странных существ в стихах:
«Тюльпановые ряды вестиментифер
Вдали краснеют, как альпийский луг.
Курильщик греет, словно калорифер,
Окутывая дымом все вокруг.»

Плавучий институт

НИС «Академик Мстислав Келдыш» и ГОА «Мир» стали уникальным исследовательским комплексом — целым плавучим институтом длиной 122,2 и шириной 17,8 м. Многотонная махина приводится в движение четырьмя дизельными двигателями мощностью по 1460 л.с., подведенными к паре 4-лопастных винтов, позволяющих развивать до 16 узлов (около 30 км/ч). Еще один винт расположен в поперечном канале в носовой части судна, обеспечивая повышенную управляемость и маневренность. Также в кормовой части судна располагается кормовое подруливающее устройство — винто-рулевая колонка, которая позволяет вращать установленный на ней гребной винт на 360°. На борту работают ученые из России, часто вместе с ними отправляются иностранные коллеги, а также аспиранты и студенты из различных вузов — это и Московский физико-технический институт, и МГУ, и знаменитый Томский политехнический, и многие другие. И хотя «Мир-1» уже отправлен в музей, второй батискаф также продолжает исследования.

«Согласно уставу, безопасности мореплавания и технике безопасности «главным» на судне является экипаж, — объясняет капитан «Келдыша» Юрий Горбач. — Но во всем, что касается научных работ и выполнении научной программы, на первый план выходят ученые во главе с начальником экспедиции». Сегодня, когда Арктика стремительно тает и почти так же стремительно вовлекается в хозяйственную деятельность, здесь обнаруживаются все новые следы Холодной войны — захоронения и просто свалки потенциально опасных радиоактивных отходов, включая реакторы старых атомных подлодок. В своем 76-м рейсе в июле-августе 2019 г. ученые на борту «Келдыша» провели оценку таких загрязнений, локализовали и проверили состояние самых опасных источников. «В ходе экспедиции мы обследовали ранее не изученные крупные объекты захоронений радиоактивных отходов, в том числе подводную лодку К-27 в заливе Степового. Измерения, проведенные на самих объектах и на морском дне неподалеку от них, показали отсутствие утечек радиоактивности», — уточняет начальник экспедиции, руководитель лаборатории Института океанологии, академик РАН Михаил Флинт.

А в 78-м судно посетило Восточную Арктику, изучив состояние донной мерзлоты и выбросы газов. Магистрант САФУ и участник экспедиции Николай Меринов рассказывает о своем опыте: «…мы искали метан в океане. Мы использовали метод гидроакустики: с помощью эхолота следили за показаниями, за тем, как рассеивается звук от пузырьков метана, которые исходят из дна. То есть, мы фиксировали так называемые «газовые факелы». В начале экспедиции мы имели весьма поверхностное представление о том, где мы будем проводить исследования и о том, что будем искать. Изучая на практике таяние мерзлоты в шельфовой морской зоне, обнаружив места выхода парниковых газов, мы сильно обогатили свой исследовательский опыт. Мы приобрели больше практических навыков, чем теоретических. Будучи метеорологами, получили хорошие знания по океанологии от наших наставников. Гидроакустика, например, была для нас новой темой».

И эта экспедиция прошла не зря: «Мы нашли так называемые сипы — места выхода метана на поверхность из толщи воды. Это было захватывающее зрелище, — сказал об этом еще один участник похода, магистрант САФУ Евгений Костяев. — Мы видели, как целые пузыри метана выходят из-под воды». Едва вернувшись из похода, 1 декабря «Келдыш» снова покинул Калининград и направился в 140-суточный рейс к берегам Антарктиды.

В поход под Новый год

Нынешняя 79-я экспедиция посвящена всестороннему изучению Антарктики, взаимодействия водных масс в ее атлантическом секторе, в море Скотия и проливе Дрейка. Ученые проведут оценку современного состояния природных комплексов. В походе участвуют исследователи из десятка организаций страны, и их работа обеспечит выполнение обязательств России по Мадридскому протоколу Договора об Антарктике и Конвенции по сохранению морских живых ресурсов Антарктики (АНТКОМ). Такие задачи поставлены перед командой непосредственном МИДом, и работа предстоит почти круглосуточная — до самой весны. Новый год члены экспедиции встретят в океане.

«К празднику теплоход украшается, в салоне или в конференц-зале наряжается елка, устраивается праздничный ужин. В качестве экзотики иногда украшают и основной инструмент океанолога — «розетта» — цилиндрообразный остов из труб с закрепленными измерительными приборами и батометрами (специальными емкостями для забора проб воды с разных горизонтов глубины), — рассказал нам начальник экспедиции на «Келдыше», заведующий лабораторией ИО РАН, доктор физико-математических наук Евгений Морозов. — На борту — «сухой закон», и за употребление спиртного могут списать на берег. Но если кто-нибудь сумел пронести одну-другую бутылку шампанского, то под звон московских курантов ученые хлопнут пробками. Другой вопрос — когда хлопать? Мы движемся на запад и раз в несколько дней переводим стрелки на час назад, так что начало 2020-го года застанет нас уже на подходе к Латинской Америке».

По расширенной программе

Научный флот страны продолжает активную работу: в 2019 г. проведено 30 морских экспедиций, а к 2024 году запланировано 238 исследовательских рейсов. Такая работа не под силу одному «Келдышу» и даже судам Центра морских экспедиционных исследований Института океанологии, вместе взятым. Поэтому в ближайшие годы флот ждет пополнение. Дело в том, что одной из масштабных задач национального проекта «Наука», который был запущен в 2018 г. и должен завершиться в 2024-м, заявлено развитие исследовательской инфраструктуры.

Среди прочего предполагается и расширение базы российского научно-исследовательского флота. На 2020−2024 гг. запланировано строительство и оснащение двух больших многофункциональных НИС, на что предусмотрено финансирование в размере 28,3 млрд руб и модернизация пяти имеющихся судов. Уже разработано техническое задание на разработку проектной документации и проведен конкурс, победителем которого стало ЦКБ «Лазурит». Завершение этого этапа работ запланировано в срок не позднее 30 апреля 2020 года.

Готовятся для новых судов и новые научные кадры. Нацроект «Наука» подразумевает особую поддержку молодежи — достаточно сказать, что финансирование в 1,5−2 млн рублей ежегодно уже выделено для почти 500 инициативных проектов молодых ученых. Параллельно для повышения конкурентоспособности российского образования и развития научно-исследовательского потенциала реализуется и национальный проект «Образование».

Один из входящих в него федеральных проектов — «Молодые профессионалы» направлен на повышение конкурентоспособности российских университетов за счет развития их научной и инновационной деятельности, а также подготовки высококлассных производственных кадров, без которых история со строительством «Пайсисов» может повториться снова. В программе принимают участие не только школы и училища, но и вузы — участники федерального проекта «5−100», опорные и национальные исследовательские университеты. О результатах этих усилий мы узнаем уже через несколько лет, когда к легендарному «Келдышу» присоединятся новые научно-исследовательские суда. Возможно, кому-то из них доведется стать новой легендой.

Такие стратегические шаги — с одной стороны, модернизация НИС, а с другой — воспитание молодых профессионалов — вкупе с накопленным опытом научного флота обещают уже в ближайшие годы принести свои плоды. У наших кораблей по плану множество крупных экспедиций и исследований, будут и новые открытия, о которых мы обязательно расскажем.

Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки РФ и
Центра морских экспедиционных исследований Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН (ЦМЭИ ИО РАН)

 

Вы находитесь здесь:Главная/СМИ о нас/Плавучий институт: как устроено российское судно «Академик Мстислав Келдыш»

 

TPL_A4JOOMLA-WINTERLAKE-FREE_FOOTER_LINK_TEXT