Традиционные маршруты надводных судов по Северному морскому пути (СМП) проходят в прибрежной зоне, и в зависимости от ледовых условий их протяженность составляет 2200-2900 миль. Научно-проектные проработки возможных транспортных схем перевозок в арктическом регионе, применимых, в частности, и для транспортировки углеводородов из Тимано-Печерской, Баренцево-Карской и Западно-Сибирской провинций, показали, что, наряду с традиционными способами транспортировки трубопроводным и надводным морским транспортами, розможно использование и подводных средств: контейнеровозов, судов-снабженцев, наливных судов. Таким образом, появился совершенно новый АКТ судов-газовозов – подводный. Маршруты подводных суДов будут проходить, в основном, по глубоководным районам подо льдом с использованием кратчайшего морского пути. Например, подводный маршрут между Роттердамом и Йокогамой через Северный Ледовитый океан почти в два раза короче южных маршрутов. Оснащенность подводного транспорта атомными энергетическими установками (АЭУ) делает его независимым от погодных условий и ледовой обстановки и позволяет совершать продолжительные скоростные переходы по кратчайший арктическим маршрутам. Сопротивление воды движению подводных транспортных судов намного меньше, чем у аналогичных надводных. Комплекс мероприятий, предусмотренный в соответствии с «Кодексом IMO по безопасности АЭУ торговых судов», гарантирует безаварийную работу АЭУ и исключает радиоактивное загрязнение окружающей среды и перевозимых грузов.
Подводные танкеры-нефтевозы применялись еще во время войны 1914-1918 гг. Они обеспечивали заправку топливом боевых подводных лодок (ПЛ) на стоянке и на ходу, кроме того, осуществляли большой объем перевозок жидкого топлива для хозяйственных нужд. Конструкторы многих стран, наряду с проектированием боевых ПЛ, работали над созданием различных транспортных и пассажирских подводных и подледных судов. Главный конструктор «малюток» XII серии П.И.Сердюк еще в самом начале Великой Отечественной войны спроектировал подводный танкер с двумя расположенными один над другим корпусами. Через четыре года его последователи спроектировали подледный транспорт с двумя горизонтально расположенными корпусами.
Начиная с 70-х годов интерес к подводным транспортным судам резко возрос. Стал активно прорабатываться вопрос об эффективности использования крупных подводных судов с АЭУ, в том числе для вывоза нефти и газа из арктических районов. Техническая возможность постройки таких судов совершенно очевидна. Уже сейчас в научно-исследовательских и проектно-конструкторских организациях США, Англии, Японии и ряда других стран разработано свыше сотни различных проектов подводных судов: танкеров, газовозов, рудовозов и даже пассажирских лайнеров. Как правило, это очень большие суда, приспособленные для перевозки сотен тысяч тонн груза с весьма высокой скоростью. Одна из зарубежных фирм предложила проект подводного газовоза с АЭУ полным водоизмещением 671 тыс.т для транспортировки СГ подледным путем. Главные размерения газовоза: длина – 393 м, ширина – 74,3 м и высота борта – 28,6 м. Рабочая глубина погружения газовоза составляет 180 м, а скорость – 14,8 уз. Грузовые цилиндрические танки размещены по ширине судна в три ряда, а АЭУ и пост управления – в прочном корпусе 1 в кормовой части. Для повышения маневренности подводного судна-газовоза при плавании подо льдами его носовые горизонтальные рули расположены непосредственно на носовом обтекателе.
Рис. 1. Схема маршрутов подводных транспортных судов в Северном Ледовитом океане:
каботажных:
—- высокоскоростных трансарктических;
—- трасса Северного морского пути
Рис. 2. Газовоз для подводного плавания
Для нефтегазовых месторождений с тяжелыми ледовыми условиями при достаточных глубинах подводный вариант транспортировки углеводородов не имеет экономически оправданной альтернативы. Подводные суда арктического плавания в ледокольном сопровождении нуждаются лишь при проходе через мелководный Берингов пролив, где толщина намерзающего льда не достигает 2,0 м, или при подходе к морским портам и портопунктам погрузки-вы-грузки. Наиболее рациональным при наличии достаточных глубин является создание чисто подводного терминала, например, при разработке газоконденсатного Русановского месторождения со средней глубиной моря порядка 80 м или, тем более, Штокмановского с глубиной 320 м. Подводное судно с грузом нефти, газокйндёнсата или СГ будет подходить к подводному терминалу подо льдом, осуществлять разгрузку в подводный резервуар-хранилище, из которого наливной груз по трубопроводу подается в береговое хранилище и из него раздается потребителям. Погрузка подводного судна представляет собой обратный процесс.
Примером придонного причала-терминала может служить разработка СПМБМ «Малахит». Корпус причала состоит из трех цилиндров, прочность которых рассчитана на предельную глубину погружения, и легкого корпуса, предназначенного для защиты причала в процессе швартовки. В корпусе придонного причала размещены цистерны для хранения топлива общей вместимостью около 10 тыс.м3, помещения грузовых насосов, электростанции, установок осушения и сжижения ПГ, отделения конденсата, а наверху на палубе находятся устройства наведения и закрепления подводного судна, килевые площадки для посадки на причал швартующегося судна и патрубки грузовой системы. С береговым хранилищем придонный причал соединен трубопроводами.
На первый взгляд, опасность вероятного столкновения подводного судна с неровностямиледяного покрова над ним или с неровностями дна под ним весьма существенна. Может даже создаться v впечатление, что подводное судно является как бы зажатым между двумя жесткими экранами – льдом и дном. Но опыт подледного плавания отечественных и американских боевых ПЛ свидетельствует о том, что эти опасения значительно преувеличены. Боевые ПЛ еще в 1934 г. начали совершать свои первые подледные рейсы, а в 1940 г. было осуществлено групповое подледное плавание ПЛ. Надежность подледного плавания особенно наглядно была доказана во время одиночных и групповых походов отечественных и американских атомных подводных лодок (АПЛ) к Северному полюсу, в том числе кругосветных походов без всплытия на поверхность. В отдельных случаях глубина под килем АПЛ составляла всего 4-6 м, а зазор между рубкой и нижней кромкой льда не превышал 3 м. Толщина ровного ледяного покрова, из-под которого может всплыть боевая АПЛ, достигает 2 м.
Полноценная «видимость» подводных судов под водой обеспечивается комплексом совершенного навигационного оборудования, высокоточными гидроакустическими приборами, гидролокаторами-эхоледомерами, телевизионной аппаратурой. Это позволяет подводному судну при ходе с экономической скоростью уверенно обходить все встречающиеся на пути айсберги, стамухи, неровности дна и нижней поверхности ледяного покрова. На постоянных маршрутах подледных судов при подходе к мелководью могут использоваться гидроакустические буи и маяки, а для точного подхода подводного судка к придонному причалу вблизи от него на дне будут установлены маяки-ответчики, наводящие его на причал подобно тому, как наводятся самолеты на посадочную полосу. Без преувеличения можно утверждать, что безопасность подледного плавания экологическая чистота эксплуатации подводных судов обеспечена лучше, чем надводных.
Рис. 3. Схема разгрузки подводного наливного судна у подводного причала-терминала
Рис. 4. Подводный причал-терминал
Принятие законов Российской Федерации «О кедрах», «О нефти и газе», «О континентальном шельфе РФ», перспективных программ акционерных обществ «Газпром» и «Росшельф» и Правительства РФ: «Программа освоения ресурсов нефти и газа на арктическом шельфе РФ на 1995-2010 гг.», «Межотраслевые технико-экономические проблемы освоения углеводородных ресурсов континентального шельфа», «Арктический подводный мост» и ряда других позволило определить необходимый комплекс морской техники для работы на шельфе северных морей, что, впрочем, не исключает использования зтой техники и на месторождениях нефти и газа за пределами Арктики. Дли реализации вышеперечисленных задач и программ подготовлено технико-экономическое обоснование возможности и целесообразности развитая концепции «Подводная атомная транспортная система (ПАТС)», Предполагается, что в состав ПАТС для Арктики должны войти следующие типы подводных судов с АЭУ: танкеры, газовозы, контейнеровозы, многоцелевые суда-снабженцы.
Создание ПАТС возможно по двум направлениям:
—- строительство специально спроектированных для арктических условий подводных судов;
— переоборудование в транспортные выводимых из состава ВМФ боевых АПЛ.
Первое направление является более предпочтительным, так как обладает низкими удельными затратами на перевозку одной тонны груза по сравнению с переоборудованными АПЛ. В этом направлении активную работу осуществляют ведущие проектные организации: СПМБМ «Малахит», ЦКБ МТ «Рубин», ЦКБ «Лазурит».
В течение ряда лет СПМБМ «Малахит» прорабатывает возможность создания подводных транспортных средств, .которые решали бы перечисленные выше задачи и являлись частью комплексной транспортной системы в Арктике. К настоящему времени созданы проекты танкера-продуктовоза, нефтеналивного танкера, контейнеровоза и судна-снабженца. Следует .участь, что независимо от мировой потребности в углеводородах и местного состояния рынка углеводороды надо 5удет вывозить для отечественных нужд на западе в порты Мурманской и Архангельской областей, а на востоке – в порты и портопункты северо-востока Тюменской области, Красноярского края, республики Саха. Подводный танкер-продуктовоз как раз и предназначен для круглогодичного вывоза нефти с арктических месторождений и завоза нефтепродуктов в порты и портопунк-ты арктического побережья России. При формировании АКТ этого судна проектанты стремились обеспечить максимальную грузовместимость при ограничении главных размерений и выполнение необходимого уровня экологической безопасности в соответствии с требованиями международных конвенций для атомных судов. Танкер-продуктовоз способен осуществлять неограниченное плавание подо льдами с эксплуатационной скоростью не менее 15 уз, всплытие во льдах толщиной до 3 м и плавание в сплошных льдах толщиной до 2 м.
Форма подводного танкера-продуктовоза была выбрана на основании серии испытаний в ледовом бассейне. Клиновидная форма корпуса позволяет разрушать ледяной покров толщиной до 3 м при всплытии из-подводного положения, обеспечивает высокую ледо-проходимость при плавании в сплошных льдах толщиной до 2 м и малую осадку в надводном положении, что делает возможным перемещение судна в прибрежном мелководье и подход непосредственно к пунктам доставки нефтепродуктов. Внутри легкого корпуса размещены три цилиндрических и один цилиндро-конический (в корме) прочных корпуса, двух нижних корпусах находятся грузовые танки ( по четыре в каждом), баляастно-заместительные цистерны и грузовые насосные отделения. Над ними в верхнии цилиндре размещаются главный пост управления, жилые помещения, отсеки вспомогательных механизмов и дизель-генераторов. В кормовом цилиндре расположены реакторный отсек, румпельное отделение, турбогенераторные, и электромеханический отсеки. В носовой части размещен воздушный ящик (цистерна плавучести) и бульбообразный выступ, улучшающие мореходные качества танкера-продуктовоза при плавании в надводном положении и во льдах. Цистерны главного балласта находятся в Носу и корме. Все четыре прочных цилиндра сообщаются между собой прочными переходными шахтами.
Спроектированный СПМБМ «Малахит» подводный (по существу, подледный) танкер предназначается для вывоза углеводородного сырья с арктических месторождений (морских и береговых) и выгрузки в портах назначения. Судно удовлетворяет требованиям Международной конвенции по предотвращению загрязнения моря с судов (МАРПОЛ 73/78) и может быть построено под техническим надзором РосЬ«йского Регистра или любого другого классификационного общества в зависимости от желания заказчика. Груз перевозится в шести цилиндрических грузовых танках, окруженных по всему периметру прочными бапластно-заместительными цистернами, что значительно уменьшает риск утечки груза. В носовой части подводного танкера размещены рубка, выдвижные устройства, главный пост управления, жилые помещения, электромеханический отсек и спасательный подводный аппарат. В кормовой части танкера расположены грузовое насосное отделение, реакторный отсек, румпельное отделение, дизель-генераторный, турбинный и механический отсеки. Цистерны главного балласта находятся в носу и корме. Сообщение между носовым и кормовым отсеками осуществляется через специальный туннель, проложенный в верхней части в межкорпусном пространстве! При погрузке танкера в подводном положении его форма может быть приближена к форме боевых АПЛ, а грузоподъемность увеличена в 2,5 раза.
Рис. 5. Общее расположение подводного танкера-продуктовоза
Согласно принятым программам предполагается, что Русановс-кое газоконденсатное месторождение в Карском море, расположенное на глубине около 80 м и на расстоянии 100 км от северной оконечности Ямала, будет обслуживаться только подводным транспортом. Более того, Русановское месторождение рассматривается как полигон освоения газовых и газоконденсатных месторождений Баренцева и других арктических морей России. При этом не исключается вариант применения чисто подводной (подледной) технологии освоения этого месторождения, а также Штокмановского газоконденсатногб месторождения с учетом практического опыта работ, развернутых ЦКБ «Лазурит». Финансирование разработки предложений по подледным техническим средствам добычи нефти, газа и газоконденсата осуществляется «Газпромом» и «Росшельфом» с 1994 г. Удельное значение такой техники в общем объеме перспективной добычи нефти и газа достаточно велико и будет интенсивно возрастать в будущем.
Для Русановского месторождения предполагается постройка двух подводных газоконденсатовозов и четырех метановозов. Проработки, выполненные СПМБМ «Малахит», показали, что требуемая грузоподъемность подводного газоконденсатовоза должна составлять около 9 тыс.т, а рабочая глубина погружения – 100 м. АКТ подводного газоконденсатовоза близок танкеру-продуктовозу. В двух нижних прочных цилиндрах расположены грузовые танки, вокруг которых для большей безопасности устроены балластно-заместительные цистерны. Позади грузовых танков – насосные отделения. В верхнем цилиндре выделены отсек управления судном и жилые помещения. В корме размещены реакторный и энергетический отсеки. Цистерны главного балласта имеются в носу и корме судна. Кроме вывоза газового конденсата от месторождений проектируемое подводное судно предполагается использовать-для обеспечения потребностей в газовом конденсате Диксона, Хатанги, Пеаека и других поселений на берегах Северного Ледовитого океана согласно проекту «Арктический подводный мост». По прогнозам «Малахита», ввод в строй подводных газоконденсатовозов возможен до 2000 г.
Рис. 6. Общее расположение подводного танкера
Рис. 7. Подводный тазоконденсатовоз
Хуже обстоят дела с проектированием и постройкой подводных метановозов, так как температура транспортировки метана составляет около -163 С, что делает его конструкцию более сложной, чем конструкция газоконденсатовоза. Несмотря на это, СЛМБМ «Малахит», ЦКБ МТ «Рубин» и другие организации готовы к проектированию подводных судов-газовозов. К настоящему времени в СПМБМ «Малахит» разработан проект подводного газовоза-метановоза грузовместимостью 40 тыс.м3 с атомной энергетической
Рис. 8. Подводный газовоз-метановоз
установкой. Газовоз предназначен для плавания подо льдом с глубиной погружения до 180 м. Груз размещается в двух горизонтально расположенных прочных цилиндрах диаметром 14,0 м. Цилиндры разделены поперечными переборками на четыре грузовые емкости объемом по 2500 м3 и длиной по 34,0 м. Каждая емкость оборудована одним погружным грузовым насосом подачей 400 м3 и давлением 1,3 МПа. В корме расположены три прочных цилиндрических корпуса и прочная рубка. В двух нижних отсеках размещены энергетические отделения, а в верхнем – ПУГО, жилые и служебные помещения.
В менее короткие сроки, но и с большими материальными затратами создание подводного флота для транспортировки углеводородов можно осуществить путем переоборудования выводимых из состава ВМФ боевых АПЛ, имеющих остаточный србк службы 5-7 лет. Преимущества этого варианта в том, что к 2000 г. из состава ВМФ должно быть выведено около 150 АПЛ Российского флота. Переоборудование боевых АПЛ предусматривает укомплектование их погрузо-разгрузочными комплексами, системами обеспечения, наблюдения и маневрирования в условиях арктических морей и прибрежного мелководья. Кроме того, переоборудование боевых АПЛ предполагает повышение ядерной безопасности, улучшение условий обитаемости, демонтаж вооружения и принадлежащих ему систем, проведение комплекса ремонтных и модернизационных работ. При этом предусматривается несколько вариантов. Наиболее предпочтительным является вариант с пристыковкой к основному корпусу побортно двух цилиндрических блоков общей грузоподъемностью 2-4 тыс.т. В пристыкованных блоках размещаются грузовые танки, окруженные балластными цистернами, образованными конструкциями, рассчитанными на давление, соответствующее предельной глубине погружения. Насосные отделения и пост управления грузовыми операциями расположены в средней части пристыкованных корпусов
Второй вариант переоборудования боевой АПЛ предусматривает «врезку» в прочный корпус АПЛ отсеков для наливного груза. Подобная схема отличается своей простотой, но требует дополнительного обеспечения специальными балластными цистернами и системами. И, наконец, третий вариант представляет собой обобщение первыхдвух с учетом всех перечисленных выше преимуществ и недостатков.
Рис. 9. Варианты переоборудования боевой подводной лодки в наливное судно
Сравнение морского и трубопроводного транспорта газа показало некоторые преимущества последнего. Так, стоимость постройки подводного газоконденсатовоза грузоподъемностью порядка 9 тыс.т очень велика. Она значительно превышает даже стоимость аналогичного надводного танкера и составляет около 200 млн.долл. Постройка подводного метановоза обойдется раза в два дороже. Окупаемость затрат на разработку континентальных газовых месторождений Тюменской области с трубопроводным транспортом лежит в пределах 5-8 лет| а предварительные расчеты окупаемости Руса-новского месторождения с подводным морским транспортом показали сроки в 10-12 лет. Окупаемость подводных танкеров менее 4-5 лет. Выполненное технико-экономическое обоснование позволило отдать предпочтение все же чисто подводной транспортировке углеводородов от Русановского месторождения.
Основными преимуществами подводных судов перед надводными является минимальная зависимость от ледовых у климатических условий, что позволяет:
— существенно продлить навигационный период, а в перспективе довести его до круглогодичного;
— сократить расстояние перевозок между пунктами назначения на 9-37%;
— увеличить скорость перевозок на 30-40%;
— обеспечить большую провозную способность по сравнению с надводными судами;
— сократить потребное количество судов для заданного объема перевозок;
— отказаться от использования ледоколов;
— повысить надежность, регулярность и гарантированностъ завоза и вывоза грузов;
— решить проблемы конверсии в судостроительной промышленности и ряд социальных проблем занятости населения и увольняемых в запас высококвалифицированных специалистов ВМФ.
Таким образом, создание подводных судов и использование их при вывозе углеводородного сырья в Европу, Канаду и страны Азии и завозе в районы Крайнего Севера России является перспективным направлением совершенствования морской арктической транспортной системы. Считается, что в XXI веке подводные (подледные) суда будут являться основным видом транспорта для высокоширотных морских маршрутов.