ПЛАВУЧАЯ ДРЕЙФУЮЩАЯ НАУЧНАЯ СТАНЦИЯ Российский патент 2013 года по МПК B63B35/44 B63B38/00 

Изобретение относится к плавучим сооружениям, в частности, к обитаемым людьми дрейфующим научным станциям типа «Северный полюс» (СП), расположенным на льдине и предназначенным для проведения исследований в высоких широтах Северного Ледовитого океана.

Сотрудниками дрейфующих станций СП выполняется обширная программа комплексных круглогодичных исследований в области океанологии, ледоведения, метеорологии, аэрологии, геофизики (наблюдения в ионосферном и магнитном полях), гидрохимии, гидрофизики, а также в области биологии моря.

По результатам экспедиций СП формируется информационный банк о природе и климате, механизмах взаимодействия океана и атмосферы, влияющих на погоду Земли и не только. Сводки плавучих метеостанций обеспечивают бесперебойную навигацию по Северному морскому пути.

Начиная с 1937 г., т.е. со времени открытия первой научной станции СП-1, и по настоящее время, такие станции размещают на дрейфующей льдинах.

Срок работы дрейфующей арктической станции напрямую зависит от жизни льдины, на которой она расположена. Поэтому для научной экспедиции тщательно выбирают достаточно большое и крепкое ледовое поле с толстым льдом, при этом оцениваются размеры льдины, ее толщина, и главное - прочность.

Тем не менее, за годы исследований многие полярные станции пришлось перебазировать или вообще закрыть из-за разрушения льдин, на которых они были расположены.

Так, по причине разрушения ледяного поля были закрыты станции СП-1 (1938 г); СП-2 (1951 г); СП-8 (1962 г); СП-10 (1964 г); СП-11 (1963 г); СП-12(1965 г); СП-13 (1967 г); СП-15 (1968 г); СП-190973 г); СП-31 (1991 г).

[www.aari.nw.ru/resourses/d0014/np/].

В последние годы, в связи с глобальным потеплением климата, опасность разрушения льдин еще больше возросла.

По информации американских исследователей в июле 2011 года ледяной покров Северного Ледовитого океана достиг своего минимума за тридцатилетний период наблюдений. [BarnetsObserver.]

В июле 2011 г. площадь ледового покрова составила в среднем 8 млн. кв.км. Это на 210.000 тыс.кв. км меньше, чем в июле 2006 года, когда был установлен прежний рекорд, и на 22% меньше среднего уровня этого месяца. Средняя температура на планете в июле 2011 года составила 16,37°C, что на 0,577°C выше средней температуры на XX век.

Вследствие этого процесса наблюдается непрерывное повышение температуры воды Северного ледовитого океана, уменьшение величины ледового покрова океана в целом, и как результат - снижение прочности льда.

Полярники отмечают, что толщина льда в арктическом бассейне по сравнению с 20 веком уменьшилась в два и более раз. Если раньше льды средней толщины 3-4 метра были "постоянной реальностью", то сейчас толщина доминирующих льдов в конце летнего периода не превышает полутора метров.

Теперь все труднее стало найти льдину, подходящую по всем параметрам для размещения на ней научной станции типа СП.

РИА Новости. Руководитель высокоширотной арктической экспедиции "Арктика-2011" Владимир Соколов:

"Мы испытываем определенные проблемы с подбором новой льдины для дрейфующей станции, поскольку этот год был очень теплым, он по тепловому влиянию близок к 2007 году, когда было исключительное разрушение льда за всю историю наблюдений в Арктике. Тогда площадь льдов сократилась до минимального размера. Лед исключительно разрушен в летний период, и найти подходящее ледовое поле с каждым годом становится все сложнее и сложнее, а в этом году - в особенности", - рассказал Соколов. [http//ria.ru/arctic_news/20110921/441246994.html].

Еще год назад для СП-38, проработавшей с 15 октября 2010 года по 1 октября 2011, было найдено ледовое поле размером 8 на12 км. Однако и этой дрейфующей станции не удалось избежать проблем - к лету через лагерь прошла трещина, через которую участникам экспедиции приходилось переправляться на лодках, а под силовой кабель от дизель-электростанции - сооружать импровизированный понтон.

[www.rg.ru/2011/09/26/reg-szapad/ldina.html].

Подходящую льдину для станции "Северный полюс-39", открытой 1 октября 2011 года на смену СП-38, так и не удалось найти. Поэтому было принято решение обосноваться на большом осколке того ледового поля, на котором дрейфовала предыдущая станция. Новая станция размещена на льдине размерами 2,3 на 1,8 км., представляющей собой сморозь старого и остаточного однолетнего льда. При этом лагерь станции размещен в основном на вставке старого льда, пересеченного грядами сглаженных торосов, размеры всего 700 на 400 метров. Домики станции развернуты на сглаженных буграх. С ледокола, доставившего экспедицию, на лед был выгружен необходимый для зимовки груз (около 250 тонн) и переставлены полярные домики-балки, в которых коллективу очередной полярной станции предстоит провести годовой дрейф, при условии, если лед выдержит этот год.

Цитата: «Современная научная полярная станция "Северный полюс" - это два десятка сооружений типа - "полярный дом Канаки - Овчинникова". Разработанный советскими инженерами еще для первых высокоширотных экспедиций; полярный домик представляет собой фанерный блок 5 метров в ширину, 2,5 в длину и два метра высотой, утепленный листами пенопласта. Фанерные домики ставят на расстоянии пяти метров друг от друга - иначе, при скученном расположении, их все вместе заметает снегом. Полярники уверяют, что их ненадежные с первого взгляда жилища - куда как теплые, даже в 35-градусный мороз люди не включают обогреватели на полную мощность. Часто бывает, что зимой домики перемерзают, а весной оттаивают и дают течь: для этого к потолкам полярники навешивают водостоки из скотча, по которым конденсат стекает в подставленные ведра. Впрочем, сохранившаяся популярность этого проекта домов (есть и другие варианты домиков для полярников) связана не с их сомнительным удобством, а с исключительной мобильностью. При перебазировании станции эти домики можно, не разбирая, увезти на новую льдину с помощью снегоходов». [«Российская газета» - 26.09.2011] www.rg.ru

Условия, в которых длительное время приходится жить и работать сотрудникам полярных станций, весьма суровые. О том, каким огромным физическим и моральным нагрузкам, подчас с риском для жизни, подвергаются участники экспедиции, можно судить хотя бы по выпискам из вахтенного журнала станции СП-32 (2003-2004 г.). [http://www. ivki.ru/kapustin/stations/ussr/sp3 2.html. (см. Приложение).

С каждым годом проведение научных работ в условиях проживания сотрудников на станции, расположенной на дрейфующей льдине, серьезно осложняется, более того - становится опасным.

В основу заявляемого изобретения поставлена задача: обеспечить сотрудникам научной станции, дрейфующей в высокоширотной акватории Северного Ледовитого океана, комфортные и безопасные условия для работы и проживания в течение длительного времени пребывания в автономном режиме.

Это достигается тем, что научное оборудование и средства обеспечения жизнедеятельности персонала станции размещены на устройстве, представляющем собой искусственную плавучую платформу круглой формы с наклонными бортами, при этом борта выполнены с двойными стенками, а пространство между стенками вакуумировано. Платформа снабжена механизмом, позволяющим устройству маневрировать на воде.

Заявляемое устройство изображено на рисунках, где:

Фиг.1 Изображение устройства - вид сбоку с разрезами.

Фиг.2 Изображение устройства - вид сверху с разрезами.

Фиг.3 Шпангоут (Поперечный разрез).

Описание устройства.

Устройство в целом представляет собой платформу, содержащую корпус 1, который обеспечивает плавучесть устройства, и надстройку 2.

Корпус и надстройка в плане имеют круглую форму. Борта корпуса выполнены наклонными и плавно расширяющимися в верхней части. Корпус включает в себя верхнюю 3, среднюю 4 и нижнюю 5 палубы. Надстройка 2 разделена палубой 6.

Стенки корпуса 1 - двойные. Наружная 7 и внутренняя 8 стенки герметично соединены между собой шпангоутами 9, со сквозными окнами 10. В полости между наружной стенкой 7 и внутренней стенкой 8 создан вакуум.

Устройство снабжено энергетической установкой 11 с приводом на движитель - гребной винт 12 или водомет (не показан). В нижней части корпуса имеется расширяющийся канал 13, в котором расположены движитель и руль 14, обеспечивающие маневрирование устройства на воде. Выходной проем канала 13 закрыт защитной решеткой в виде наклонно установленных пластин 15.

Надстройка 2 устройства снабжена покрытием 16 в форме купола, внутренняя поверхность которого покрыта слоем теплоизоляции 17 и слоем защиты от космической радиации 18.

На наружной поверхности купола 16 установлены навигационные, метеорологические и прочие научные приборы 19, а также ветроэнергоустановка 20. Устройство в целом оснащено спутниковыми навигационными системами.

Кольцевое пространство 21, образованное по периметру корпуса, с одной стороны - внутренней стенкой корпуса 8, с другой - переборками 22, служит резервуаром для жидкого топлива, которое одновременно является и дополнительной теплоизоляцией для внутренних помещений станции.

В целом устройство по форме напоминает круглую плавающую тарелку.

В перспективе может быть разработан типовой проект искусственной дрейфующей научной станции, нескольких типоразмеров, в зависимости от назначения конкретного устройства. В данный момент, полагаем, оптимальным может стать устройство диаметром около 28 метров, из следующих соображений. Именно такой размер заявляемого устройства позволяет буксировать его к месту назначения ледоколом типа «Арктика», который образует во льдах канал шириной 30 метров.

В то же время устройство диаметром 28 метров имеет достаточную полезную площадь, составляющую примерно 1500 м². В этом случае на перечисленных выше палубах могут быть размещены, как вариант, такие помещения и оборудование.

Верхняя палуба (полезная площадь - 380 м²): мостик управления платформой, радиорубка, штурманская рубка, научные лаборатории, помещение для эхолота, кладовая охлаждаемой провизии, теплица для выращивания овощей на гидропонике, ангар для моторной лодки и снегохода.

Средняя палуба (площадь 450 м²): кают-компания, каюты сотрудников станции, камбуз, столовая, медблок с УФ-излучателем, тренажерная комната.

Нижняя палуба (площадь 280 м²): дизель-генератор с приводом на движитель, ремонтная мастерская, бойлер, теплогенератор отопительной системы и вентиляции помещений станции, баня-сауна, кладовая неохлаждаемой провизии.

Вторая палуба надстройки (полезная площадь - 380 м²) - научные лаборатории. Заявляемое устройство функционирует следующим образом.

Платформы (одна или в сцепке в числе двух - трех аналогичных устройств) буксируется ледоколом, к месту, откуда планируется начать дрейф каждой из них.

Платформа пришвартовывается к выбранной льдине, по параметрам отвечающей условиям планируемой работы, после чего платформа вместе с льдиной отправляется в свободный дрейф, в течение которого сотрудниками станции проводятся научные исследования.

С помощью имеющейся энергетической установки, движителя и рулевого устройства платформа имеет возможность поворачиваться вокруг своей оси, ориентируясь на солнце, или даже перемещаться на некоторые расстояния.

Достоинства заявляемого устройства.

Обеспечена эффективная тепловая защита помещений станции, что является немаловажным в условиях Арктики. Это достигается следующими приемами:

- принятая круглая форма станции имеет минимальную поверхность контакта с окружающей средой при данном объеме, чем обеспечиваются минимальные тепловые потери через стенки помещений;

- вакуум между двойными стенками корпуса (принцип сосуда Дьюара) создает высокую теплоизоляцию помещений, расположенных в корпусе платформы; дополнительную долю в общей теплоизоляции помещений станции вносит и топливо, заключенное в кольцевом пространстве по периферии корпуса.

- форма крыши в виде купола уменьшает возможность налипания на нее снега. Это свойство может быть еще усилено, если на купол нанести водоотталкивающее покрытие.

Что касается условий безопасности личного состава станции в случае изменения общей ледовой обстановки, то она обеспечивается следующим.

- круглая форма корпуса в сочетании с профилем бортов препятствует сдавливанию платформы в случае движения окружающих льдин. Кроме того, платформа с помощью имеющейся силовой установки имеет возможность переместиться на некоторое безопасное расстояние. При возникновении же критической ситуации можно воспользоваться средством, описанным в моем изобретении по патенту РФ №2207290 Е.Н. Бойцов «Устройство для предотвращения сдавливания судна льдом». В63В 35/08, БИ №18, 2003.

Главное же достоинство данного изобретения заключается в том, что предлагаемое устройство в виде искусственной плавучей платформы обеспечивает участникам полярной экспедиции работу и проживание в комфортных условиях в течение всего периода их экспедиции.

Немаловажной является и экономическая сторона. Обычно личный состав дрейфующей полярной станции составляет 10-16 человек. По мнению начальника экспедиции «Арктика-2011» В. Соколова в идеале нужно больше вдвое для того, чтобы обеспечить нормальный режим жизни и работы, а не такой напряженный, как сейчас. Людей в реальности меньше, чем нужно, и это связано с тем, что крайне дорого пребывание на льдине каждого человека, государство не может дать те средства, которые нам необходимы.

http://www.gazeta.ru/science/2011/10/11_a_3797130.shtml].

Использование предлагаемой плавучей платформы способствует решению этой проблемы.

Специалисты Международного агентства по энергетике предупреждают, что Арктический ледовый покров тает такими темпами, что уже через какие-то четыре года он будет полностью исчезать с наступлением лета. К 2017 году изменение климата станет необратимым.

http://www.barentsobsevver.com

В этих условиях единственно перспективным средством для проведения научных исследований в высоких широтах Земли могут стать именно искусственные обитаемые людьми платформы предлагаемого типа.

Приложение 1. Выписка из вахтенного журнала СП-32.

Изобретение относится к плавучим сооружениям, в частности к обитаемым дрейфующим научным станциям. Обитаемая дрейфующая научная станция расположена на льдине и содержит научное оборудование и средства жизнеобеспечения персонала. Научное оборудование и средства обеспечения жизнедеятельности персонала станции размещены на искусственной плавучей платформе круглой формы с наклонными бортами. Борта выполнены с двойными стенками, полость между которыми вакуумирована. Станция снабжена силовой установкой с движителем, что позволяет устройству маневрировать на воде. Достигается повышение эффективности научных исследований, создание комфортных и безопасных условий для работы и жизнеобеспечения полярников, дрейфующих в акватории Северного Ледовитого океана. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Обитаемая людьми дрейфующая научная станция, расположенная на льдине и включающая в себя научное оборудование и средства жизнеобеспечения персонала станции, отличающаяся тем, что научное оборудование и средства обеспечения жизнедеятельности персонала станции размещены на искусственной плавучей платформе круглой формы с наклонными бортами, при этом борта выполнены с двойными стенками, полость между которыми вакуумирована.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено силовой установкой с движителем, позволяющим устройству маневрировать на воде.