Сверхглубокое бурение скважин

Земля как объект исследования геологии доступна для прямого наблюдения только с поверхности. О ее составе и строении можно судить лишь по косвенным данным. Оттого и стремятся геологи проникнуть как можно дальше в глубь Земли с помощью бурения. Современная техника позволяет бурить скважины на континентах глубиной до 10‑15 километров.

Буровые скважины чаще всего делают для разведки месторождений полезных ископаемых, для извлечения из недр воды, нефти и газа, а также для инженерных изысканий и других прикладных целей. Кроме того, с 1970‑х годов бурение все шире используется как метод решения фундаментальных научных проблем современной геологии. Кстати, сами результаты научного бурения во многом оказались неожиданными и заставили пересмотреть теоретические представления, которые до этого казались очевидными и незыблемыми.

Начало систематического научного бурения относится к 1960‑м годам. В 1968 году в США было спущено на воду специальное буровое судно, и началась реализация международной программы глубоководного бурения в океанах. За более чем тридцатилетнюю историю в Мировом океане пробурили сотни скважин, которые пересекли рыхлые осадки океанского дна и углубились в подстилающие базальты. Самая глубокая из скважин была пробурена в Тихом океане к югу от берегов Коста‑Рики. Ее глубина достигла 2105 метров ниже океанского дна. Океанское бурение открыло новую страницу в геологии, поскольку раньше точных данных о строении дна океанов практически не было.

Теперь о бурении на суше. Скважины научного бурения на континентах, как правило, относятся к категориям глубоких (3‑7 километров) или сверхглубоких (более 7 километров). В этом отношении с ними можно сопоставить лишь скважины, которые бурятся для поисков, разведки и эксплуатации глубоко залегающих месторождений нефти и газа в США. Самая глубокая скважина из них – Берта Роджерс (9583 метра) была пробурена в 1973–1974 годах всего за 502 дня. Столь высокая скорость проходки обусловлена двумя факторами. Первый – возможности американской техники. Второй – бурение осуществлялось без отбора керна, то есть без подъема образцов горных пород на поверхность. Отбор керна требует большого дополнительного времени, но совершенно необходим при научном бурении. По этой причине глубокие и сверхглубокие поисковые и разведочные скважины имеют достаточно ограниченное значение как источники научной информации.

Первая программа систематического сверхглубокого континентального бурения с научными целями разработана и осуществлена в СССР. Основы этой программы были сформулированы еще в 1960–1962 годах. В мае же 1970 года на севере Мурманской области в десяти километрах от города Заполярного началось бурение Кольской сверхглубокой скважины. Ее проектную глубину определили в пятнадцать километров Но достичь ее не удалось, в 1991 году бурение прекратили на глубине 12261 метр. Тем не менее Кольская скважина до сих пор остается самой глубокой в мире.

Успехи Советского Союза не могли не подстегнуть другие страны. Ускорили разработку программ научного континентального бурения в Германии, Франции, США, Канаде, Японии, Великобритании. Одного из лучших результатов добились немцы, пробурившие сверхглубокую скважину КТБ‑Оберпфальц в Баварии (1990–1994 годы), которая достигла глубины 9101 метр.

«Существуют разные способы бурения, – пишут в «Соросовском образовательном журнале» В.С. Попов и А.А. Кременецкий. – Если глубина скважин невелика (сотни метров), то двигатель, находящийся на поверхности, вращает колонну стальных бурильных труб, на нижнем конце трубы крепится буровая коронка, армированная твердыми сплавами или алмазами. Вращаясь, коронка вырезает цилиндрический столбик породы, который постепенно заполняет специальную внутреннюю (колонковую) трубу. При бурении без отбора керна часто используют буровые головки, которые представляют собой систему нескольких вращающихся конусов, армированных твердыми сплавами. Если стенки скважины неустойчивы, в нее опускают стальную обсадную трубу. В процессе бурения насос постоянно закачивает в скважину специальный глинистый раствор, необходимый для придания устойчивости стенкам, охлаждения инструмента, выноса мелких частиц породы (шлама) и для других целей. Время от времени колонну буровых труб поднимают на поверхность с помощью лебедки, установленной на буровой вышке, выгружают керн, если необходимо, заменяют изношенную коронку на новую и опять опускают буровой снаряд на забой.

Бурение сопровождается измерениями физических свойств пород вдоль ствола скважины. Для этого на специальном кабеле в скважину опускают приборы, которые фиксируют температуру, электропроводность, магнитную восприимчивость, радиоактивность и другие свойства пород. Этот процесс называют каротажем скважин».

Опыт бурения в США и других странах показал следующее. За счет мощности двигателей и давления насосов, нагнетающих буровой раствор, а также увеличения грузоподъемности лебедок и прочности стальных буровых труб, таким способом можно бурить скважины глубиной до 9‑10 километров. Для бурения более глубоких скважин необходимы другие нетрадиционные инженерные решения. И такие решения были предложены и реализованы в ходе выполнения программ сверхглубокого научного бурения.

Выяснилось, что в тех случаях, когда забой скважины находится на многокилометровой глубине, целесообразно использовать забойные двигатели, установленные не на поверхности, а в нижней части буровой колонны, которая при этом сама не вращается. Забойные двигатели – это миниатюрные турбины или винтовые механизмы, которые приводятся во вращение буровым раствором, нагнетаемым под давлением в скважину.

Для уменьшения веса колонны буровых труб, достигающих длины несколько километров, их изготавливают из специальных легких, но достаточно прочных и термостойких сплавов. Алюминиевые сплавы, использованные при бурении Кольской скважины, были в 2,4 раза легче стали.

При достижении большой глубины возникает значительная разница между гидростатическим давлением столба бурового раствора и литостатическим (горным) давлением, обусловленным весом горных пород. Это может привести к разрушению стенок скважины, а это, в свою очередь, вызывает серьезные осложнения при бурении. Для достижения равновесия горного давления увеличивают плотность бурового раствора, добавляя в него специальные наполнители.

«Одна из наиболее сложных технических задач, – пишут Попов и Кременецкий, – заключается в том, чтобы обеспечить надежную работу бурового оборудования при высоких температурах, существующих в сверхглубоких скважинах. Это касается металлических деталей, их соединений, смазок, бурового раствора и измерительной аппаратуры. Хотя на забое, то есть в самой нижней точке скважины Солтон‑Си в США на глубине 3220 метров была зафиксирована температура 355 градусов Цельсия, а в другой скважине, пробуренной до 1440 метров в одной из молодых вулканических структур на западе США, измеренная температура достигала 465 градусов, современные технические средства не позволяют бурить сверхглубокие скважины при столь высоких температурах в течение длительного времени, поскольку термостойкость существующего бурового оборудования не превышает 200–300 градусов. Самые большие проблемы возникают с измерительной аппаратурой, особенно с электроникой, которая отказывает уже при 150 градусов. Водные буровые растворы сохраняют технологические свойства до 230–250 градусов. При более высокой температуре приходится переходить на нефтяную основу растворов и применять более сложные смеси. Высокая температура земных недр остается одним из главных факторов, ограничивающих глубину научного бурения.

Серьезные технические трудности связаны с самопроизвольным искривлением глубоких скважин в процессе бурения из‑за неравномерного разрушения пород на забое, геологических неоднородностей разреза и других причин. Например, забой Кольской скважины на глубине около 12 километров отклонился от вертикали на 840 метров. Существуют технические приемы удержания скважины в вертикальном положении. Так, благодаря удачной конструкции специального приспособления скважина КТБ‑Оберпфальц в Германии оставалась до глубины 7500 метров самой вертикальной скважиной в мире. Однако глубже это приспособление вышло из строя из‑за высокой температуры и давления, и скважина пошла своим путем; в результате на глубине 9101 метр она отклонилась от вертикали на 300 метров».

Сверхглубокое бурение потребовало создания специальной измерительной аппаратуры, контролирующей условия вдоль ствола и на забое. Малопригодной оказалась обычная технология каротажа с датчиками, которые опускают в скважину на термостойком кабеле. В результате длительных поисков удалось разработать телеметрическую и другую электронную аппаратуру, крепящуюся на буровом снаряде, а также автономные измерительные приборы, которые опускаются вниз и выносятся наверх потоком бурового раствора. Теперь сигналы датчиков могут передаваться не по проводам, а гидравлическим способом путем создания импульсов давления в буровом растворе.

Надо отметить, что глубокие и сверхглубокие скважины имеют телескопическую конструкцию. Бурение начинают с самого большого диаметра, а затем переходят на меньшие. Так, в Кольской скважине диаметр с 92 сантиметров в верхней части снизился до 21,5 сантиметров. А в скважине КТБ‑Оберпфальц – с 71 сантиметра до 16,5 сантиметров.

Механическая скорость бурения сверхглубоких скважин составляет 1‑3 метра в час. За один рейс между спуско‑подъемными операциями можно углубиться на 6‑10 метров. Средняя скорость подъема колонны буровых труб равна 0,3‑0,5 метров в секунду. В целом бурение одной сверхглубокой скважины занимает годы и стоит очень дорого. Например, бурение сверхглубокой скважины в Германии обошлось в 583 миллиона немецких марок. Затраты на сверхглубокое бурение в нашей стране были не меньше.

При бурении глубоких скважин не обходится, конечно, и без аварий. Наиболее часто они вызваны мертвым прихватом бурового снаряда. На устранение аварий требуется много времени. Порою же они не позволяют продолжить работу, и приходится начинать бурение нового ствола. Можно понять, насколько дорог и в прямом, и переносном смысле многокилометровый столбик керна диаметром от 5 до 20 сантиметров, который является одним из основных, но не единственным результатом научного бурения. Керн тщательно документируют и хранят в специальных помещениях. Затем его подробно изучают большие коллективы специалистов. Так, материал, полученный при бурении немецкой сверхглубокой скважины, изучали около 400 ученых. Позднее они опубликовали на их основе 2000 научных работ!

Когда собственно бурение завершено, работа на сверхглубокой скважине не прекращается. Скважина превращается в постоянно действующую лабораторию. Специалисты продолжают следить за изменением режима земных недр вдоль ствола скважины и в околоскважинном пространстве, проводят различные эксперименты. Такие лаборатории были созданы на базе Кольской и Воротиловской скважин в России и скважины КТБ‑Оберпфальц в Германии.

Глубоководный обитаемый подводный аппарат «Мир»

Одно из самых древних приспособлений для спуска человека под воду – водолазный колокол. Говорят, что в таком устройстве спускался под воду еще Александр Македонский. Сначала колокол очень походил на большую деревянную бочку, подвешенную на веревке вверх дном и опущенную в таком положении в воду. Воздух в бочке давал возможность дышать сидящему в ней водолазу. Со временем водолазный колокол совершенствовался, оснащался различными приспособлениями, облегчающими работу человека под водой. Он и сегодня применяется для доставки водолазов к месту работы.

Недостаток колокола очевиден – он очень ограничивает возможность передвижения под водой. А вот созданный в конце XIX века водолазный скафандр позволил человеку свободно работать под водой. Сейчас используются скафандры двух типов – мягкие и жесткие. Первые состоят из резинового костюма и металлического шлема со смотровым окном – иллюминатором. Воздух для дыхания подается с поверхности по резиновому шлангу, присоединенному к шлему, а отработанный воздух выпускается через специальный клапан в воду. В таком скафандре человек может работать на глубине до 100 метров. Жесткий скафандр состоит из стального цилиндра для туловища и системы меньших цилиндров для рук и ног, закрепленных на шарнирах. Он позволяет погружаться на глубину вдвое больше.

В начале 1940‑х годов известные французские ученые Ж.И. Кусто и Э. Ганьяном изобрели акваланг. Именно он позволил приобщиться к глубинам моря самому широкому кругу людей: спортсменам‑подводникам, археологам, исследователям морской флоры и фауны, геологам и океанологам. Однако в акваланге нельзя погружаться на большие глубины.

Начать освоение больших глубин помогла батисфера (от греческих слов «батхиз» – «глубокий» и «сфера» – «шар») – прочная стальная камера шарообразной формы с герметичным входным люком и несколькими иллюминаторами из прочного стекла. Она опускается с надводного судна на прочном стальном тросе. Запас воздуха хранится в баллонах, а углекислый газ и водяные пары поглощаются специальными химическими веществами. На одном из таких аппаратов под названием «Век прогресса» в 1934 году американцы У. Биб и О. Бартон спустились на рекордную для того времени глубину – 923 метра.

Но самых больших успехов в исследовании морских глубин достиг швейцарский ученый Огюст Пиккар. Еще в 1937 году он начал конструировать свой первый батискаф. Однако работу прервала война. Поэтому первый аппарат им был построен только в 1948 году. Он был сделан в виде металлического поплавка, заполненного бензином, потому что бензин легче воды, практически не поддается сжатию и оболочка поплавка не деформируется под влиянием огромных давлений. Снизу к поплавку подвешена шарообразная гондола из прочнейшей стали и балласт.

В 1953 году Огюст и его сын Жак опустились в батискафе «Триест» на глубину 3160 метров. А в январе 1960 года Ж. Пиккар и американец Д. Уолш в том же, только усовершенствованном, батискафе достигли самой глубокой отметки Мирового океана – дна Марианской впадины в Тихом океане на глубине 10912 метров.

Однако таких сверхглубоких впадин немного. Главные богатства скрыты на средних глубинах – от нескольких десятков метров до 2‑3 километров. И здесь вместо малоподвижных батисфер и батискафов нужны маневренные аппараты, оснащенные современными комплексами приборов и механизмов. Таким аппаратом стал советский «Мир».

Глубоководный обитаемый подводный аппарат «Мир» предназначен для исследований на глубинах до 6000 метров. Он может находиться под водой целых 80 часов. Длина аппарата – 6,8 метра, ширина – 3,6 метра, а высота – 3 метра. Диаметр сферического корпуса «Мира» – 2,1 метра. Вход расположен в верхней части. На борту «Мира» могут работать одновременно три человека. Экипаж поддерживает постоянную связь с судном по гидроакустическому каналу.

Когда «Мир» погружается, балластные цистерны заполняются водой, а при подъеме на поверхность включаются насосы и выкачивают воду. Ходовой электродвигатель, который питается от аккумуляторов, позволяет двигаться со скоростью до 9 километров в час. Два боковых двигателя позволяют осуществлять сложные маневры.

«Мир» оборудован телевизионной видеокамерой, фотоустановкой и мощными светильниками. Два манипулятора отбирают образцы грунта, животных и растительности. Пробы воды берут батометры. Аппарат снабжен небольшой буровой установкой, что позволяет брать пробы скального грунта. Для наблюдения есть иллюминаторы. Диаметр центрального составляет 210 миллиметров, а боковых – по 120 миллиметров.

Два аппарата «Мир» базируются на борту научно‑исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш». С их помощью была обследована подводная лодка «Комсомолец», покоящаяся на дне Норвежского моря. Участвовал «Мир» и в обследовании затонувшей в 2000 году подводной лодки «Курск».

Несмотря на то что «Мир» способствовал многим научным открытиям, настоящую известность ему принесло участие в съемках знаменитого фильма Джеймса Камерона «Титаник». Легендарный пароход «Титаник» затонул на глубине 4000 метров.

Выбор российских аппаратов «Мир» для проведения киносъемок фирмой «IMAX» стал мировым признанием наших глубоководных технологий и способности проведения подводных операций на больших глубинах. На выбор аппаратов «Мир» повлияли два обстоятельства. В наличии было сразу два аппарата. Это дало широкие возможности при проведении киносъемок под водой и в плане освещения отдельных объектов, и в плане взаимодействия на объекте, съемок одного аппарата другим на фоне объекта. Кроме того, аппараты «Мир» имеют большой центральный иллюминатор диаметром 210 миллиметров, что очень важно для широкоугольного объектива кинокамеры «IMAX».

Летом 1991 года, после решения основных технических проблем, научно‑исследовательское судно «Академик Мстислав Келдыш» отправился исследовать «Титаник», затонувший в 1912 году на глубине четырех тысяч метров. На борту «Келдыша» находилась группа геологов и биологов Института океанологии Российской академии наук, а также группа ученых Бэдфордского океанографического института из Канады.

Но основной целью экспедиции было проведение глубоководных съемок на «Титанике» с аппаратов «Мир» в соответствии со сценарием, написанным выдающимся режиссером Стивеном Лоу. За три недели состоялось семнадцать погружений аппаратов «Мир» на «Титаник». Съемки проводились на носовой, на кормовой части затонувшего судна, а также на огромной площади вокруг него. Здесь оказалось много различных предметов, выпавших из «Титаника» при затоплении. Сам Лоу принимал участие в пяти погружениях аппарата «Мир‑2» в качестве режиссера и оператора и сделал большую часть глубоководных съемок.

«Необычной была операция по съемкам левого винта "Титаника", – пишет Анатолий Сагалевич в журнале «Знание – сила». – Два аппарата «Мир» подползли под кормовой подзор затонувшего судна и сделали совершенно уникальные съемки. На экране мы видим огромный винт "Титаника", а справа – аппарат "Мир‑1". Великолепные съемки сделаны Стивеном Лоу с "Мира‑2". На экране вся сцена продолжается тридцать‑сорок секунд, а операция по съемкам заняла несколько часов: необходимо подойти, расположить соответствующим образом аппараты друг относительно друга, подобрать освещение и т д. А на борту судна в это время было неспокойно – пропала связь с обоими аппаратами, которые были заэкранированы сверху корпусом "Титаника". Командиры увлеклись и забыли о сеансах связи. Связь возобновилась, когда аппараты «выползли» из‑под подзора и вышли "на волю". Конечно, всего этого мы не видим на экране, там лишь винт и один из аппаратов рядом, но такая сцена, как говорят, дорогого стоит…

…Полтора часа этого необычайно захватывающего зрелища пролетают как одно мгновение. Это фильм не только о трагедии "Титаника". Это фильм об экспедиции Института океанологии на НИС "Академик Мстислав Келдыш", о людях, которые делают необычную, связанную с большим риском работу, о взаимоотношениях людей, живущих на разных континентах, но работающих в экспедиции как одна семья».

Ледокол «Арктика»

Как только не пытались бороться со льдом! Его таранили, вспахивали, пилили, растапливали, даже травили химикатами. Во времена Петра Великого, чтобы провести суда через ледяные поля, в последних пешнями и топорами прорубали неширокие каналы. Тогда же придумали ледокольные паромы – тоже деревянные, несамоходные длиной 8,5 метров, шириной 2,5 метра с поднятым штевнем и до предела заполненной чугунными чушками кормой. Такой паром лошади тянули по ледовому покрову, продавливая в нем судоходный канал, который потом очищали от обломков.

В начале XIX столетия в России на некоторых коммерческих судах к носовой части приставляли деревянный или металлический таран либо крепили к форштевню заостренные металлические башмаки.

Американцы пробовали применить для тех же целей колесо, смонтированное на носу судна и оснащенное металлическими ножами, зубьями и иглами. Испытывали и более сложные инженерные системы. К ним, в частности, относился «ледокольный снаряд», представлявший собой хитроумный механизм, размещенный в передней части судна. Он состоял из горизонтальных полозьев, которые при движении переносили на лед тяжесть корпуса. Одновременно в ледовый покров вгрызались мощные циркуляционные пилы, а сверху еще обрушивались подвешенные на цепях увесистые гири‑молоты. По мнению авторов этого проекта, такого комбинированного воздействия не мог бы выдержать лед любой толщины.

Не менее любопытным был проект шинно‑гиревого ледокола, разработанный в середине 1860‑х годов по предложению кронштадтского инженера Н. Эйлера. Такое судно предполагалось оборудовать массивным стальным тараном, рядом с ним, но на верхней палубе, установить десять кранов и с их помощью одновременно или поочередно разбивать лед чугунными гирями весом по 640 килограммов, сбрасываемыми на цепях с высоты 2 метров.

Опробованные судостроителями, моряками и изобретателями устройства, созданные методом проб и ошибок, в конце концов, привели их к мысли, что оптимальное решение столь сложной инженерной задачи заключается отнюдь не в усложнении конструкции ледокольного судна. Напротив, оно должно быть относительно простым и сочетать наиболее эффективный, проверенный многовековой практикой опыт борьбы со льдами со значительной энерговооруженностью.

12 марта 1897 года на заседании Академии наук выступил старший флагман 1‑й флотской дивизии вице‑адмирал С.О. Макаров. «Он сказал, что Россия своим фасадом обращена к Ледовитому океану и поэтому ни одна нация не заинтересована в ледоколах более нас, – пересказывал его доклад репортер кронштадтской газеты «Котлин». – Природа заковала нас во льды, и чем скорее мы сбросим эти оковы, тем раньше дадим возможность развернуться русской мощи».

Действительно, стоит обратиться к истории, чтобы убедиться – самые важные достижения в этой области судостроения принадлежат нашей стране. В России появились почти все «самые первые»: ледокол «Пайлот», линейный «Ермак», атомоход «Ленин», научно‑исследовательское судно «Таймыр», многоцелевой сухогруз ледового класса «Севморпуть» с ядерной силовой установкой.

Да и первое и единственное в мире серийное строительство атомных ледоколов началось у нас с 1977 году. За «Арктикой» последовали улучшавшиеся «Сибирь», «Россия», «Советский Союз» и «Ямал».

В 1864 году на английской верфи для России был построен пароход «Пайлот», способный продвигаться во льдах. Появление в 1899 году первого в мире мощного ледокола «Ермак», способного преодолевать льды до двух метров толщиной, оказало огромное влияние на все мировое ледоколостроение. Он коренным образом отличался от построенных ранее мелких портовых ледоколов размерами, обводами, мощностью, числом винтов, конструкцией корпуса, наличием ряда специальных устройств и систем. Форма корпуса «Ермака» обеспечивала высокие ледокольные свойства, разрушению льда способствовали клиновидные носовые шпангоуты. Несмотря на первые неудачи, последующая работа «Ермака» в тяжелых льдах подтвердила преимущества этого ледокола так называемого русского типа перед другими ледоколами.

В период Первой мировой войны для поддержания навигации в порту Архангельск по заказу России на иностранных верфях были построены несколько ледоколов по типу «Ермака».

В Советском Союзе строительство ледоколов для плавания в арктических морях началось с закладки в 1935 году четырех ледоколов типа «И. Сталин», которые вступили в строй в период с 1936 по 1941 год. Это были трехвинтовые суда с паровыми поршневыми машинами, стальным клепаным корпусом и двухслойным ледовым поясом. В конце 1950‑х годов они были модернизированы и переведены с угля на жидкое топливо, что увеличило их автономность.

В 1954–1956 годах в Финляндии по заказу СССР были построены три однотипных дизель‑электрических ледокола мощностью 12000 лошадиных сил: «Капитан Белоусов», «Капитан Воронин» и «Капитан Мелехов». Это были четырехвинтовые ледоколы (по два винта в носу и корме), со сварным стальным корпусом, достигающим в области ледового пояса толщины до 30 миллиметров.

Знаменательным событием в мировом судостроении явилась постройка в 1959 году на Балтийском заводе в Ленинграде первого в мире ледокола на ядерном топливе – атомохода «Ленин», который начал работать в Арктике в навигацию 1960 года.

По отзывам моряков, первые плавания «Ленина» в Арктике сразу же показали преимущества нового судна, его высокую ледопроходимость, автономность и замечательные маневренные качества даже в тяжелых условиях. В 1960 году «Ленин» стал флагманом морских транспортных операций на Северном морском пути.

Успешная многолетняя работа ледокола «Ленин» в Арктике, большой практический опыт, накопленный в процессе его эксплуатации, не только подтвердили целесообразность использования атомных энергетических установок на ледокольных и транспортных судах, но и доказали необходимость пополнения флота еще более мощными ледоколами для обеспечения постоянно растущего объема перевозок на Северном морском пути. В 1974 и 1977 годах со стапелей финской компании «Вяртсиля» сошли советские атомные ледоколы второго поколения – «Арктика» и «Сибирь», мощностью по 75000 лошадиных сил каждый.

Знаменитый полярный капитан, Герой Социалистического Труда Ю.С. Кучиев в январе 1972 года приступил к своим обязанностям на строящейся «Арктике». Тогда же ему стало известно, что новый «Ермак» оборудуют системой пневмообмыва корпуса, и Кучиев предложил оснастить ею и «Арктику», но не получил поддержки. Кстати, это устройство изобрел в 1966 году советский инженер Л.И. Уваров, через год такое же запатентовали и финны. Суть его заключается в том, что в район ватерлинии под давлением подается воздух, уменьшающий трение корпуса о лед. И действительно, эта идея оправдывается летом, при положительных температурах наружного воздуха. А зимой? Корпус ледокола находится в крошеве изо льда и снега. Если его обработать еще холодным воздухом, то оно превратится в солидную ледяную «бороду», которая намертво схватывается с обшивкой и так быстро нарастает, что способна даже остановить судно. При попытках усовершенствовать систему пневмообмыва предлагали к ватерлинии подавать отработанный пар, которого на атомоходе предостаточно, однако расход котельной воды оказался бы чрезмерным. Правда, потом появилась идея разогревать борт в том же месте тем же паром изнутри, после чего конденсировать его в холодильнике, – увы, она не была доработана.

Ледокол «Арктика» предназначен для проводки судов в ледовых условиях Арктики с выполнением всех видов ледокольных работ. Этот ледокол имеет высокие борта, четыре палубы и две платформы, бак и пятиярусную надстройку, а в качестве движителей используются три четырехлопастных гребных винта фиксированного шага.

Длина ледокола – 136 метров, ширина – 30 метров, водоизмещение – 23460 тонн, а осадка – 11,4 метра. Атомная паропроизводительная установка размещена в специальном отсеке в средней части ледокола. Ее мощность – 75000 лошадиных сил. Она позволяет развить «Арктике» скорость в 33 километра в час.

Корпус ледокола сделан из высокопрочной стали. В местах, подверженных наибольшему воздействию ледовых нагрузок, корпус усилен ледовым поясом.

На ледоколе имеются дифферентная и креновая системы. Буксирные операции обеспечивает кормовая электрическая буксирная лебедка. Для ведения ледовой разведки на ледоколе базируется вертолет. Контроль и управление техническими средствами энергетической установки ведутся автоматически, без постоянной вахты в машинных отделениях, помещениях гребных электродвигателей, электростанциях и у распределительных щитов. Контроль за работой и управление энергетической установкой осуществляются из центрального поста управления, дополнительное управление гребными электродвигателями выведено в ходовую рубку и кормовой пост.

Ходовая рубка – центр управления судном. На атомоходе она расположена в верхнем этаже надстройки, откуда открывается больший обзор. Ходовая рубка вытянута поперек судна – от борта до борта метров на 25, ширина ее – около 5 метров. На передней и боковых стенках почти сплошь располагаются большие прямоугольные иллюминаторы.

Внутри рубки только самое необходимое. Вблизи бортов и посередине располагаются три одинаковых пульта, на которых находятся ручки управления движением судна, индикаторы работы трех винтов ледокола и положения руля, курсоуказатели и другие датчики, а также кнопки заполнения и осушения балластных цистерн и огромная тифонная кнопка для подачи звукового сигнала. Вблизи пульта управления левого борта располагается штурманский стол, у центрального – рулевой штурвал, у пульта правого борта – гидрологический стол; около штурманского и гидрологического столов установлены тумбы радиолокаторов кругового обзора.

Государственный флаг на «Арктике» подняли 25 апреля 1975 года на рейде Таллина. В начале июня атомоход провел по Северному морскому пути на восток дизель‑электрический ледокол «Адмирал Макаров». В октябре 1976 года вырвал из ледового плена ледокол «Ермак» с сухогрузом «Капитан Мышевский», а также ледокол «Ленинград» с транспортом «Челюскин». Пришедший на смену Кучиеву капитан А.А. Ламехов назвал те дни «звездным часом» нового атомохода. Но, наверное, настоящим «звездным часом» для ледокола стало покорение Северного полюса.

Исследовать Северный Ледовитый океан с мощного ледокола предлагал адмирал С.О. Макаров. В 1899 году построенный по его проекту «Ермак» совершил два полярных похода. «Ни один корабль не отваживался входить во льды, в то время как «Ермак» свободно прогуливался по льдам к северу от Семи островов», – писал Степан Осипович.

В 1909 году в России начали работать ледокольные транспорты специальной конструкции «Таймыр» и «Вайгач», оснащенные всем необходимым для научных работ. В 1910–1915 годы они совершили ряд экспедиций по трассе будущего Северного морского пути, во время которых был открыт архипелаг Северная Земля.

В 1930–1940‑е годы, когда в Советском Союзе началось освоение Крайнего Севера и Дальнего Востока, тем, кто изучал арктические моря, предоставляли хорошо приспособленные для полярных акваторий ледокольные пароходы, например, «Г. Седов», ледорез «Ф. Литке», а то и ледоколы, если те не были заняты проводкой караванов. В 1934–1937 годах в Ленинграде построили гидрографические суда ледового класса «Мурман», «Океан» и «Охотск». Это были первые в мире научно‑исследовательские суда, рассчитанные на длительные плавания на Севере.

После Второй мировой войны основательное изучение Арктики начали и другие страны. Так, в 1953–1955 годах на верфи «Ингалл» для военного флота США построили «Глесьер». В основе его проекта были серийные ледоколы типа «Уинд», но водоизмещение увеличили до 8700 тонн. Силовая установка мощностью 21000 лошадиных сил состояла из десяти дизелей, работавших на генераторы, а те подавали напряжение на два электродвигателя «Вестингауз», вращавших гребные винты. До появления советского атомохода «Ленин» американский ледокол считался самым мощным в мире.

Но никто, кроме «Арктики», не решился покорить Северный полюс. В августе 1977 года ледокол отправился в свой знаменитый поход.

О нем написали в своей книге участники экспедиции В.А. Спичкин и В.А. Шамонтьев: «Многолетний сибирский – ледокол форсирует напролом, скорость его продвижения, конечно, невелика, но зато сам ход необычайно красив. Как известно, ледокол разрушает прочный лед не ударом форштевня, а, продавливая его своей массой: чем прочнее лед, тем большая часть ледокола должна всползти на него, чтобы вызвать разрушение. При этом место разломов льда смещается от носовой части к середине судна. При разрушении очень прочного льда места ломки смещаются настолько далеко от форштевня, что они даже не просматриваются из передних иллюминаторов ходовой рубки. Это создает фантастическое впечатление, будто весь огромный атомоход скользит по льду, как аэросани. Это тихое плавное продвижение, когда перед носом судна не видно ни трещины, ни ломающегося льда, ни фонтана ледяных брызг, делает эффект скольжения столь реальным, что, кажется, за кормой ледокола не должно быть обычного канала. Но взгляд назад, за корму, где по‑прежнему темнеет широкая дорога чистой воды, убеждает, что ледокол не скользит, а крушит эти поля многолетнего льда. Возле средней части ледокола дыбятся стотонные глыбы раздавленного льда».

«Арктику» спроектировало центральное конструкторского бюро «Айсберг», организованное в Ленинграде в 1947 году. На его счету также такие этапные суда, как атомный ледокол «Ленин», дизель‑электроход «Добрыня Никитич», транспорты «Амгуэма». А в начале 1990‑х годов там спроектировали двухвальный ледокол ЛК‑110Я с двумя реакторами. Общая мощность силовой установки составила бы не менее 110 МВт, водоизмещение – 55000 тонн, длина – 200 метров, ширина – 36 метров, осадка – 13 метров. Такие «лидеры» могли бы круглогодично трудиться в Северном Ледовитом океане, прокладывая путь караванам в любых условиях.