18 августа я побывал на Северном полюсе на самом мощном атомном ледоколе «50 лет Победы». Об этой увлекательной 10-дневной экспедиции из порта Мурманска по красивейшей русской Арктике и земле Франца Иосифа, об устройстве современных атомных ледоколов и их возможностях я обязательно расскажу в статьях и видеообзорах. Но начать я бы хотел издалека – с истории ледокольного флота России, постепенно показав каким скачком в его развитии стали новые технологии, в том числе атомные. Эта статья посвящена обзору доатомной ледокольной эры – от паровых ледоколов царских времен до первого надводного атомного судна – ледокола «Ленин».
«Ни одна нация не заинтересована в ледоколах, сколько Россия»
С XVII до середины XX-го века, в период между эпохой великих географических открытый и эрой покорения космоса, Арктика (как, впрочем, и Антарктика) была тем фронтиром человечества и той terra incognita, что привлекала первооткрывателей, энтузиастов и романтиков. Великие открытия, покорение полюса, научные исследования, поиск нового пути из Европы в Азию – все это побуждало мореплавателей и правителей арктических стран и крупных держав отправлять новые морские и сухопутные экспедиции на север. Покорителей севера знают не меньше, чем космонавтов – Нансен, Амундсен, а также наши Седов, Челюскин, Брусилов (прототип капитана из «Двух капитанов»), а затем знаменитый Папанин. В каком-то смысле север оказался даже сложнее для покорения, ведь первый надводный корабль добрался до Северного полюса лишь спустя 16 лет после полета Гагарина, в 1977 году.
Но у северной России даже среди арктических государств положение особое. Около 18% нашей территории находятся в Арктической зоне, за полярным кругом. До 40% всего населения Арктики живет в России. Поэтому помимо науки и исследований, для нашей страны важна и экономическая составляющая освоения Арктики. По некоторым оценкам, в настоящее время Арктика дает России до 15% ВВП и до 25% нашего экспорта, тут добывается 80% газа, 30% улова рыбы, а так же никель, алмазы и редкоземельные металлы. Ни одна другая страна не имеет таких экономических проектов в Арктике.
Освоение этой территории практически невозможно без судоходства по северным морям – Баренцеву, Белому, Карскому, Лаптевых и другим. А северный морской путь (далее для сокращения просто СМП) вдоль северного побережья России является не только внутренним транспортным коридором, но и кратчайшим морским путем из Европы в Азию. Кстати, подобный Северо-западный проход вдоль побережья Канады и США гораздо менее доступен из-за более мощного ледового покрова, и потому практически не используется для судоходства. Подробнее об этом можно почитать в блоге капитана нашего атомного ледокола Дмитрия Викторовича Лобусова, вот тут.
С поздней осени и до начала лета большая часть акватории арктических морей покрыта льдами. Лишь несколько месяцев в конце лета СМП может быть чист ото льда и доступен для прохождения обычными судами, так что этот короткий период и используется по максимуму для связи с "большой землей". Но для нормальной хозяйственной деятельности нужно этот период расширять, к тому же и в этот летний период встреча со льдом вполне возможна - может элементарно с севера "надуть". Так что вопрос о судоходстве во льдах особенно актуален для нашей страны уже не первый век, ведь даже столица царской России – Санкт-Петербург и Финский залив, сковывается зимой льдами.
Развитие и использование Северного морского пути с царских времен до наших дней претерпело несколько этапов, и включало в себя как строительство и развитие портов, ресурсных баз и месторождений, военных баз, так и строительство ледоколов. Сейчас главный импульс развитию СМП дает добыча газа и нефти в Арктике, а общий грузооборот уже превысил рекордные советские показатели в несколько раз и составляет более 30 млн. т. в год.
Поэтому у России в последние 120 лет был самый большой ледокольный флот, самые мощные ледоколы, и на текущий момент – единственный атомный ледокольный флот в мире, который мы только наращиваем. Ниже представлена инфографика (по ссылке крупнее) с крупнейшими ледоколами мира мощностью более 10 000 л.с. Картинка от 2017 года, так что она немного устарела, к тому же это взгляд из США с их терминологией и данными. Тем не менее она позволяет увидеть принципиальную «расстановку сил». Половина из около 90 самых мощных ледоколов мира – в России. Красными рамками выделены ледоколы побывавшие на Северном полюсе.
Тут надо понимать, что эта картинка в первую очередь отражает факт важности и востребованности ледоколов для экономики той или иной страны, и не является показателем того, что, например, другие страны в отличие от России не могут себе позволить много ледоколов или не умеют их строить. Умеют. И как я покажу позже, постройку многих ледоколов Россия заказывала за границей. Просто другим странам не всегда нужны ледоколы такой мощности и в таком количестве. Хотя интерес к Арктике растет и ситуация может меняться. США и Канада имеют или планируют построить неатомные ледоколы, сопоставимые по мощности с атомными. А Китай в ближайшие годы планирует построить свой первый атомный ледокол и очень интересуется "северным шелковым путем" в Европу.
Рождением российского и мирового тяжелого ледокольного флота мы во многом обязаны вице-адмиралу Степану Макарову, исследователю, ученому, теоретику и практику ледоколостроения конца 19 века. Именно ему принадлежат слова: «Россия есть здание, фасад которого обращен к Ледовитому океану» и «Ни одна нация не заинтересована в ледоколах, сколько Россия».
Макаров настоял на строительстве первого арктического ледокола в царской России, участвовал в его проектировании, сам ходил на нем в походы, мечтал покорить Северный полюс. Увы, не случилось. И это все помимо академических достижений и исследований, помимо военных заслуг (Макаров погиб в русско-японскую войну). Не случайно один из старейших и лучших мореходных вузов России, где готовят в том числе и экипажи атомных ледоколов, носит его имя.
Паровые угольные ледоколы
Усилиями Макарова в 1899 году в Англии по заказу России был построен первый мощный арктический ледокол «Ермак». Конечно, Макаров при его разработке опирался на богатый практический опыт предшественников-полярников, начиная с поморских деревянных судов кочей, нансеновского «Фрама» и многочисленных изобретений и усовершенствований современников, в том числе предложений Дмитрия Менделеева. Великий химик помогал Макарову и в продвижении проекта строительства ледокола по нашим государственным кабинетам. В итоге заложенная Макаровым концепция ледокола оказалась довольно живучей – его ледокол «Ермак» стал прототипом многих поколений ледоколов и дедушкой российского ледокольного флота, в том числе атомного.
Интересно, что по расчетам Макарова, ледокол для покорения Северного полюса должен был иметь мощность более 50 тыс. л.с. В каком-то смысле он окзался прав, т.к. первым добравшийся до полюса ледоколом стал атомный ледокол «Арктика» мошностью в 75 тыс л.с. Но технологии конца 19 века и экономические соображения повозлили создать первый русский ледокол мощностью лишь 10 тыс. л.с., что все равно было невероятным по тем временам.
Основная концепция макаровского ледокола заключается в том, что ледокол – это мощная энергетическая установка внутри крепкого стального корпуса особой формы. Заложенные Макаровым элементы тяжелого ледокола присутствуют практически во всех современных судах этого класса. Огромная мощность и скошенный нос позволяют ледоколу наезжать на лед сверху и проламывать его своей массой. В случае, если с ходу лед брать не удается, можно работать ударами. Это накладывает особые требования на энергоустановку и ее маневренность, отличая ее от судов других типов.
Система дифферентных цистерн в носу и корме позволяет раскачивать ледокол, повышая усилие для ломания льда или выталкивая ледокол в случае, если он застревает. Яйцеподобная форма в поперечном и продольном сечениях спасают корпус от раздавливания льдами и позволяют двигаться как носом, так и кормой. В то же время, большая ширина ледокола по сравнению с его длиной обеспечивает ему высокую маневренность и большую ширину прокладываемого во льдах канала. Выемка в корме для упора носа другого судна позволяет усиливать мощь ледокола при работе парой с другим ледоколом (по идее Макарова), но в современных условиях чаще используется для буксировки ведомых судов в тяжелой ледовой обстановке.
Таким образом, мощность, масса и форма – главные составляющие успеха ледокола. «Ермак» в этом плане был колоссальным шагом вперед по сравнению с предшественниками, он мог активно ходить во льдах Арктики гораздо увереннее чем другие суда, хотя в тяжелой ледовой обстановке был все равно слабоват.
Длина ледокола была около 90 м, ширина 21 м. Сухой вес ледокола был около 6000 т, при этом он мог брать на борт еще до 2700 т угля, т.е. примерно 50% от своей массы. При хождении во льдах расход угля достигал 150 т/сутки, а из 100 человек команды 28 были кочегарами. Изначальная мощность ледокола была около 12 тыс. л.с. на трех кормовых винтах и одном переднем. После модернизации передний винт был убран, а мощность трех паровых машин для кормовых винтов составила 9000 л.с.
В первую же навигацию «Ермак» спас многие затертые во льдах суда на Балтике, затем обеспечивал зимнюю проводку судов врядом с Санкт-Петербургом, так что затраченные на него деньги (полтора милиона по тем временам) окупились довольно быстро. Да и спасение военных кораблей и повышение их возможностей в зимнее время – задачка для северной морской державы немаловажная.
Подробно о ледоколе можно почитать в потрясающе детальной книге самого Макарова «Ледокол Ермак». Ледокол прослужил более 60 лет и успел повстречаться с "внуком" – атомоходом «Ленин». Но, к сожалению, в качестве музея его сохранить не удалось и он был утилизирован.
После поражения в русско-японской войне царское правительство озаботилось развитием севморпути. В 1916 был основан первый незамерзающий порт в Арктике - ненышний Мурманск. Теперь это самый крупный в мире город за полярным кругом. В 1909 году были построены два небольших ледокольных парохода «Таймыр» и «Вайгач», раз в 10 легче и маломощнее «Ермака». Их водоизмещение было по 1300 т, а мощность по 1200 л.с. Тем не менее в 1910-1915 на них была проведена первая комплексная гидрографическая экспедиция северного морского пути, изучено побережье Восточной Сибири, открыты многие новые земли. Ледоколы впервые прошли по северному морскому пути от Владивостока до Архангельска. Какое-то время в этой экспедиции ледоколом «Вайгач» командовал Александр Колчак. В конце 1980-х именами этих пароходов назовут два однотипных мелкоосадочных атомных ледокола проекта 10580.
К 1915 году была принята первая в России программа ледокольного судостроения. Помимо строительства и заказа за границей новых небольших ледоколов и закупки уже готовых у иностранных флотов, было решено построить второй мощный линейный ледокол.
В итоге на той же верфи в Англии, где строили «Ермак», по тому же но немного улучшенному проекту был заказан ледокол «Святогор». Построили его в 1917 году. И как и у страны в то время, у ледокола сложилась непростая судьба. В 1918 году он был затоплен возле Архангельска, затем поднят и захвачен англичанами. Через несколько лет выкуплен советским правительством. Позже переименован в «Красина» в честь советского дипломата, сыгравшего важную роль в его возвращении в Россию.
«Красин» прославился в 1928 году, когда спас полярную экспедицию исследователя Умберто Нобиле на дирижабле «Италия». Дирижабль пролетел над Северным полюсом, но на обратном пути потерпел крушение. Вывез уцелевших советский ледокол.
«Красин» был глубоко модернизирован в 1950-е, переведен с угля на мазут, и проработал на севморпути до 1972 года, а в 1990-е был превращен в музей. Сейчас его можно посетить в Санкт-Петербурге, возле Балтийского завода, где буквально за его кормой строят новые атомные ледоколы. Мне доводилось в этом музее бывать – рекомендую.
В 1932 году в СССР было образовано Главное управление по Северному морскому пути, которое занялось заказом новых ледоколов. В 1934 были представлены и одобрены проекты новых дизель-электрических ледоколов мощностью 12-14 тыс. л.с., но их проектирование и строительство столкнулось с рядом сложностей и они были отложены до лучших времен. Зато относительно быстро можно было наладить строительство улучшенных версий хорошо зарекомендовавших себя ледоколов проекта «Красина/Ермака». В итоге в 1938-1941 годах в Ленинграде и Николаеве были построены четыре первых в СССР арктических ледокола с головным судном «И. Сталин» (три других – «В. Молотов», «Л. Каганович», «А. Микоян»).
Как и «Красин», ледокол «И. Сталин» был серьезно модернизирован в 1958 году с заменой надстройки и переводом на жидкое топливо. В 1961 г. его переименовали в «Сибирь» и так он проработал до 1973 года. Остальные ледоколы серии не модернизировали и списали раньше. Так закончилась серия паровых ледоколов "русского типа".
Дизель-электрический скачок
Качественный переход к новому типу энергетической установки на ледоколах случился во время войны. Технологический переход заключался в уходе от угля и мазута в качестве топлива для котлов, вырабатывавших пар, который приводил в действие паровые машины. Вместо этого дизель-генераторы вырабатывали электрический ток, а винты ледокола вращались электродвигателями. Электрический привод позволял уйти от механической связи генераторов энергии и двигателей, что давало больше свободы в компоновке машинного отделения. При этом маневренность и способность менять обороты у электродвигателей выше, что немаловажно для ледокола с его скачкообразным темпом работы. Переход на дизель позволял повысить удельные мощности ледоколов и их автономность по запасу топлива.
Запланированное в конце 1930-х создание отечественных дизель-электрических ледоколов откладывалось, так что первые такие ледоколы пришли к нам из-за границы. Их поставили из США по ленд-лизу. Всего с 1942 года в США было построено восемь ледоколов класса «Wind». Они были чуть меньше и легче паровых русских ледоколов, но были на 3000 л.с. мощнее.
Три ледокола - «Southwind», «Northwind» и «Westwind», были переданы СССР в 1944-м и начале 1945-го. Под именами «Адмирал Макаров» (в честь того самого Макарова), «Капитан Белоусов» и «Северный Полюс» они трудились в СССР несколько лет и были возвращены США к 1955 году. Таким образом, американские суда были первыми дизель-электрическими ледоколами в составе советского флота.
Первый же собственный дизель-электрический ледокол появился в СССР даже на несколько месяцев позже, чем атомоход «Ленин», в 1960-м году. Это был ледокол «Москва». Проект ледокола был советский, но все пять судов серии (еще «Владивосток», «Киев», «Ленинград» и «Мурманск») с 1960 по 1969 годы были построены в Финляндии.
Переход на новую энергетическую установку увеличил мощность ледокола более чем вдвое по сравнению с паровыми предшественниками - до 22000 л.с. Увеличенное вдвое водоизмещение (до 15 тыс.т.) и размеры корпуса (122 м в длину и 24,5 м в ширину) так же повысили возможности новых ледоколов. По своим параметрам «Москва» превосходила самый мощный на тот момент американский дизель-электрический ледокол «Глейсер» (Glacier), построенный на 5 лет раньше.
Кстати, по фото выше можно заметить некотрое внешнее сходство первого советского дизель-электрического ледокола «Москва» и первого атомного ледокола «Ленин», построенного всего на несколько месяцев раньше. Это не удивительно, ведь их габариты вполне сопоставимы, а разрабатывало их одно и то же конструкторское бюро, ныне ЦКБ «Айсберг». И у них был один главный конструктор - Василий Иванович Неганов. Он же в свое время приложил руку и к проектированию ледоколов серии «И.Сталин». Так что преемственность в компоновочных решениях и даже во внешнем виде у отечественных ледоколов доатомной и атомной эры вполне сохранилась.
О самых мощных дизель-электрических ледоколах
Чтобы закрыть тему с дизель-электрическими ледоколами в этой статье, давайте заглянем вперед и посмотрим на современные действующие ледоколы такого типа.
Кроме ледоколов серии «Москва», в Финляндии по заказу СССР с 1960-х построили несколько десятков дизель-электрических ледоколов разных проектов. И даже пару атомных ледоколов, те самые «Вайгач» и «Таймыр». Хотя их построили без атомных энергоустановок, последние установили уже в СССР. Сейчас Финляндия, кстати, по прежнему строит для России неатомные ледоколы и поставляет оборудование для них, а сейчас мы заказываем ледоколы даже в Турции.
Как и в царские времена, когда за границей зачастую заказывали коммерческие суда, т.к. наши верфи были заняты строительством военных кораблей, в советское время да и сейчас тоже заказывать суда за рубежом зачастую оказывается выгоднее, быстрее и надежнее, если только речь не идет о некоторых чувствительных технологиях (например, атомных), госзаказе и тем более гособоронзаказе. Но в последние годы, с учетом развития Севморпути и роста заказов, и в России активно строят и проектируют не только атомные, но и дизель-электрические ледоколы.
Например, в 2020 году в Санкт-Петербурге был сдан самый большой и мощный построенный в России дизель-электрический ледокол «Виктор Черномырдин». Характеристики действительно внушительные: водоизмещение в 22 тыс.т., длина 142,4 м, ширина 29 м. Мощность - 25 МВт (33,8 тыс. л.с.). Во многих публикациях и даже в выступлении президента на церемонии поднятия флага говорится, что это самый мощный дизель-электрический ледокол в мире.
Но похоже, что это не совсем так. Три дизель-электрических ледокола одного проекта, построенные в Финляндии для СССР в 1974-1976 годах и до сих пор у нас работающих - «Ермак», «Адмирал Макаров», «Красин» (да, такая вот приемственность имен - святое дело на флоте), имеют мощность по 36 тыс. л.с., что на пару тысяч больше, чем у «Виктора Черномырдина»... Они чуть меньше в размерах и водоизмещении, и возможности по преодолению льдов у них могут быть другими, но все же по номиналу мощность у них выше.
Как мы увидим ниже, даже самые мощные и современные дизель-электрические ледоколы уступают по мощности самому первому атомному ледоколу. Но и у них много задач, ледоколы бывают разные, от небольших портовых до крупных линейных, и огромная мощность и автономность нужна не везде.
Тем не менее, к настоящему времени в мире построены и иные типы неатомных ледоколов, например, газотурбинные, в том числе вполне сопоставимые с атомными по мощности. Но об том в следующих статьях, когда мы будем подробнее разбирать современные атомные ледоколы.
Атомная энергия приходит на флот
После войны в СССР активно занялись освоением атомной энергии. В военных целях, конечно, для устранения атомной монополии США на атомное оружие. 29 августа 1949-го, со взрывом первой советской атомной бомбы на Семипалатинском полигоне, цель была достигнута. Но параллельно обсуждались варианты мирного применения атома. И тут мы уже не догоняли, а опережали остальной мир. В 1954-м была запущена первая в мире атомная электростанция в Обнинске. А в 1959-м был поднят флаг над первым в мире гражданским судном с атомной силовой установкой. Им стал атомный ледокол «Ленин».
Несколько стран позже построили единичные гражданские атомные суда (не очень удачно использовавшиеся), США построили атомные авианосцы, а атомные подводные лодки — самый массовый пример использования атомной энергии в качестве двигательной энергоустановки, появились у 5 стран. Но именно для СССР с его Северным морским путем оказалась востребована концепция атомного ледокола, которая и получила в дальнейшем мощное развитие. И по сей день атомные ледоколы есть только у России. Хотя скоро к клубу возможно присоединится Китай.
Дизельные ледоколы, пришедшие в 1950-е на смену паровым, имели вдвое большую мощность (до 22 тыс. л.с. против 10 тыс. л.с.), а современные — втрое. Но они по прежнему обладают важным недостатком — ограниченным запасом топлива, которого хватает на 1-2 месяца работы. За навигационный сезон, который может длиться 8 месяцев и больше, дизельный ледокол может сжечь топлива в несколько раз превышающее его массу, с соотвествующими выбросами продуктов сгорания. Не говоря уже о потере драгоценного времени на дозаправки в самый разгар навигации, когда от ледокола в прямом смысле слова может зависеть жизнь его подопечных во льдах.
Атомный ледокол «Ленин» мог работать весь сезон навигации без дозаправки, а современные ледоколы работают на одной загрузке топлива по 5 лет. Ну и атом сделал возможным очередной скачок мощности ледоколов, еще вдвое по сравнению с дизелями — мощность «Ленина» была уже 44 тыс. л.с.
Давайте подведем некоторый итог и сравним по параметрам основные упомянутые выше ледоколы доатомной и не только эры. Для удобства я свел все параметры из разных источников в одну табличку. Видно, что первый атомный ледокол превосходит по мощностным характеристикам и своих современников и даже современные дизель-электрические ледоколы. А ведь нынешние атомные ледоколы почти вдвое мощнее...
Продолжение следует
В следующей статье я подробнее разберу устройство атомного ледокола «Ленин», особенно его энергетической части, ну и некоторые интересные истории из его 30-летней службы и довольно непростой судьбы. Постараюсь сопроводить все это не только фотографиями с недавнего визита в музей-ледокол, но и видеообзором и видеоэкскурсией. Ну а затем, конечно, планируется рассказ о новых поколениях атомных ледоколов, самом мощном ледоколе «50 лет Победы» и походе в Арктику и на Северный полюс. Маленький тизер будущих статей:
PS: Традиционно я записал и видеоверсию этой статьи для своего youtube-канала об атомных технологиях. Не забывайте на него подписываться. Последний ролик с обзором всех АЭС России уже набрал там более 120 тыс. просмотров, так что возможно и вас он тоже заинтересует.
Рекомендуемые книги по теме:
«Ледокол Ермак», книга Макарова
Сокрушающие лёд. книга Семена Белкина о ледоколах
Дата-центр ITSOFT — размещение и аренда серверов и стоек в двух дата-центрах в Москве. За последние годы UPTIME 100%. Размещение GPU-ферм и ASIC-майнеров, аренда GPU-серверов, лицензии связи, SSL-сертификаты, администрирование серверов и поддержка сайтов.
