Арктика за гранью фантастики. Будущее Севера глазами советских инженеров, изобретателей и писателей

Михаил Савинов, 2018

Какой представлял себе советский человек Арктику будущего? Что из смелых замыслов удалось реализовать на практике и в каких формах это было сделано? Как сложились судьбы романтических прожектёров? Арктика издревле привлекала своими колоссальными возможностями – в первую очередь природными богатствами. Однако на пути к ним стояла суровая природа Крайнего Севера. Эта книга посвящена проектам, придуманным для преобразования Арктики: изменение климата, создание удобных транспортных коридоров и специальной полярной техники, строительство особенных посёлков и городов в Заполярье. В силу разных обстоятельств многие из них оказались фантастичными. Возможно, идеи, о которых повествует книга, переосмыслят в будущем. Авторы – кандидаты исторических наук, сотрудники Арктического музейно-выставочного центра (Санкт-Петербург) – надеются, что книга предостережёт от необдуманных решений по отношению к природе Арктики. При написании использовались источники – от архивных документов до произведений фантастической литературы. Издание рассчитано на широкий круг читателей.

Арктическая энергетика

Энергообеспечение всегда было одной из самых серьёзных проблем в Арктике. Электроэнергия, необходимая для освещения и обогрева жилищ, а также для работы механизмов, должна была доставляться на большие расстояния (что влекло за собой проблему сооружения линий электропередачи в тяжёлых условиях мерзлоты и бездорожья) либо вырабатываться на месте с помощью относительно маломощных генераторов.

Ещё в 1930-х годах появились разные варианты развития полярной энергетики. Наиболее экзотично выглядела идея получения электричества за счёт таяния льда, позаимствованная у западных инженеров. Более реалистичными казались приливные и ветряные электростанции, однако конкретные технические решения по монтажу ветроустановок были неосуществимыми на практике. Предлагались варианты установки генераторов на дирижабли и огромные стальные конструкции — своеобразные «паруса».

Гораздо практичнее выглядели проекты арктических атомных и гидроэлектростанций. В послевоенное время подвижные АЭС на шасси тяжёлых гусеничных машин дошли до стадии опытных образцов. Разрабатывалась и грандиозная программа арктического гидростроительства, однако технические и экологические проблемы вынудили отказаться от её реализации.

Энергия из холода

В 1920-х годах появился проект французских инженеров Г. Клода и П. Бушеро по получению энергии из тепла тропических пустынь или вод. Затем другой француз, Баржо, предложил получать энергию, используя разницу температур полярных морей и воздуха арктических областей. Если из-подо льда откачать воду и дать ей замёрзнуть, то полученная теплота могла бы нагреть до испарения летучую жидкость, что, в свою очередь, привело бы в действие турбину. Отработанный газ затем в холодильниках снова преобразовывался бы в жидкость. Идеи Баржо подробно были описаны в обзоре журнала «Наука и техника» (1930), а затем в книге В. Н. Лебедева «Арктика» и в статьях Г. Гюнтера и А. Пана^[39].

Наиболее подходящей жидкостью для получения энергии из холода, по мнению Баржо, являлся жидкий углеводород бутан, точка кипения которого при нормальном атмосферном давлении — 17° ниже нуля.

Французский учёный разработал и модель котла, в котором вода при 0° смешивается с жидким бутаном. Пары бутана устремляются через отводную трубу в турбину, которую они и приводят в движение. Турбина, в свою очередь, приводит в движение динамо-машину. Для питания энергией в течение круглых суток электростанции мощностью в 30 тыс. л. с., по расчётам Баржо, понадобилось бы солёное озеро величиной в 1 км², промёрзшее на глубину 15 см. Учёный шёл дальше и предлагал построить замкнутый круговой канал, обоими концами сообщающийся с турбиной. Канал также мог бы быть проведён в толще ледяного покрова на озере, реке или море, где будет построена турбина.

Полученная таким способом энергия оказалась бы довольно дешёвой. Это было особенно важно для Арктического региона, где топлива очень мало, а его добыча сопряжена с колоссальными трудностями. Советские инженеры считали, что идеи французского учёного будут реализованы не в Канаде, как полагал Баржо, а «у нас в СССР»^[40].

Схема устройства полярной электростанции по Баржо

(приведена по статье А. Пана)

Из-подо льда по трубам, защищённым теплоизолирующим материалом, подаётся внутрь котельного помещения к котлам подлёдная вода. В этих котлах-испарителях — жидкий холодный бутан. Вода впрыскивается, и под действием её тепла (а она теплее бутана, хотя имеет всего температуру в 2°) бутан начинает кипеть. Пары его отводятся по трубопроводу в турбину, а вода, у которой холодный бутан отнимает тепло, замерзает и в виде ледяной крупы падает на дно испарителей, откуда непрерывно выгребается (бутан с водой не смешивается). Пары бутана проходят через турбину и приводят её во вращение, поэтому динамо даёт ток. Далее пары бутана попадают в конденсатор — холодильник, куда непрерывно подаются куски замёрзшего ледяного рассола с температурой — 22°. Охлаждаясь, пары бутана сжимаются, а «солёный лёд» нагревается и тает. Жидкий бутан возвращается по трубам обратно в испаритель. Растаявший ледяной рассол выпускается наружу в бассейны и там снова замерзает под действием низкой температуры окружающего воздуха.

Полярная электростанция Баржо. Наружный вид

Пан А. У порога новой энергетической эры // Техника — молодёжи. 1935. № 4. С. 45

Идея использования арктического холода для получения энергии спустя десятилетия снова завладела умами учёных. Было подсчитано, что за зиму на территории СССР выпадает до триллиона тонн снега, а таяние его сопровождается такой передачей теплоты, которой достаточно (согласно проведённым расчётам) для выработки 2 трлн кВт/ч электроэнергии (это в два раза превосходит весь энергетический баланс, включающий нефть, уголь, газ и атомную энергию). Поэтому в особых условиях Арктики и Антарктиды «ледовая энергетика» могла бы оказаться рентабельной. Профессор Г. И. Покровский полагал, что в Арктике можно было бы создать станцию, в которой был бы котёл с жидкостью, температура кипения которой была бы выше 0 °С, но ниже температуры окружающей среды: «При таких условиях жидкость обязательно закипит, а полученный пар станет производить работу в поршневом двигателе или турбине. Завершив её, отработанный пар поступит в устройство, охлаждаемое тающим снегом или льдом»^[41]. Так Г. И. Покровский предложил идею ледовой электростанции, призывая молодых изобретателей и новаторов продолжить изыскания в заданном направлении.

«Летающая ветроэлектрическая станция — задача ближайшего будущего»

В 1930-е годы активно обсуждалось использование альтернативных видов энергии. В частности — использование энергии ветра. Смелый проект представил инженер В. Егоров на страницах журнала «Техника — молодёжи» в 1938 году. Он предложил создать мощные ветростанции не на земле, а в воздухе, где на высоте 600–700 м над землёй наблюдаются весьма значительные скорости ветра. Ветросиловой агрегат В. Егорова состоял «из двухлопастного ветроколеса, насаженного на один вал с ограничительной муфтой, редуктором и генератором, смонтированными в особом металлическом кожухе, напоминающем по внешности фюзеляж самолёта». Муфта была предназначена «для ограничения вращающего момента при возможных толчках и неожиданных порывах ветра». Редуктор служил «для увеличения числа оборотов, передаваемых от ветроколеса к синхронному генератору переменного тока». Подобную несложную конструкцию ветростанции можно было устанавливать на высокие опоры. Но автор придумал более действенный, по его мнению, способ. Он предложил использовать дирижабли: «К цельнометаллическому корпусу дирижабля подвешивается на стальных тросах система ветросиловых агрегатов. Все агрегаты соединены между собой лёгкими, но весьма прочными металлическими фермами, что препятствует перемещению ветродвигателей друг относительно друга и придаёт жёсткость всей системе подвески в целом. Одновременно эти фермы могут служить и для передвижения обслуживающего персонала»^[42].

Иллюстрации А. Катковского к статье В. Егорова «Электростанция в воздухе»

Техника — молодёжи. 1938. № 12. С. 37

Было ли это технически возможно в то время? Автор статьи полагал, что да: «Уже сейчас существуют дирижабли с цельнометаллическим корпусом объёмом в 70 тыс. м³. Вполне возможно построить и такой корпус, который нам необходим. Больше того, существуют технические проекты подобных дирижаблей. Если до сих пор всё же цельнометаллические дирижабли такого объёма не строили, то главным образом потому, что в них не было особой надобности»^[43]. Подобная летающая ветроэлектрическая станция могла бы работать в любых комбинациях — самостоятельно, в связке с наземными станциями или совместно с другой воздушной электростанцией и т. д.

Такие летающие ветровые электростанции имели бы «огромное, совершенно неоценимое значение» в районах, где очень трудно или вообще невозможно построить наземную станцию, например, в болотистых местностях, в пустыне, «в районах, где отсутствует местное топливо, а привозное находится очень далеко, и особенно в Арктике», которая «необычайно богата сильными, постоянно дующими ветрами, и здесь можно создать огромные электростанции в воздухе». Заглядывая в будущее, автор статьи представлял себе такую картину: «Мощные гигантские ледоколы бороздят воды и пробивают льды Северного Ледовитого океана. Эти ледоколы не нуждаются в топливе — они пользуются энергией летающих электростанций, находящихся над ними и причаленных к корме»^[44].

Иллюстрации К. Арцеулова к статье В. Егорова «Электростанция в воздухе»

Техника — молодёжи. 1938. № 12

КОНСТАНТИН КОНСТАНТИНОВИЧ АРЦЕУЛОВ (17(29).05.1891–18.03.1980) — русский и советский лётчик, художник-иллюстратор, внук художника И. К. Айвазовского. Участник Первой мировой и Гражданской войн. Первый в мире вывел самолёт из штопора, что ставит его в один ряд с П. Нестеровым. Организатор школы планеризма в СССР, испытатель первого советского истребителя. Был репрессирован, после чего перестал летать на самолётах, стал планеристом и художником-оформителем, акварелистом. Оформил более 50 книг, сотрудничал с журналами «Техника — молодёжи», «Знание — сила», «Крылья Родины», «Юный техник» и др. Участвовал в издании Детской энциклопедии.

В статье П. Дюжева описывался другой тип дирижабля-ветродвигателя. Выполнив задачу по перевозке пассажиров и грузов, воздушное судно поднималось бы на высоту в 600 м, где удерживалось бы стальными тросами. Там «на оболочке его раскрываются лопасти, идущие в несколько рядов», и корпус «становится мощным колесом ветродвигателя»^[45]. Данные идеи применения дирижаблей так и остались фантастическими.

Владимир Петрович Ветчинкин

Анатолий Георгиевич Уфимцев

ВЛАДИМИР ПЕТРОВИЧ ВЕТЧИНКИН (17(29).06.1888–06.03.1950) — доктор технических наук, учёный, работавший в области аэродинамики, ветроэнергетики, ракетной техники. Заслуженный деятель науки и техники РСФСР (1946), действительный член Академии артиллерийских наук (1947). Лауреат Сталинской премии.

АНАТОЛИЙ ГЕОРГИЕВИЧ УФИМЦЕВ (1880–1936) — учёный-самоучка, изобретатель ветроэлектродвигателя.

В начале 1930-х годов свои работы над новыми типами ветроустановок начали инженеры В. П. Ветчинкин и А. Г. Уфимцев. Заглядывая далеко вперёд, они предложили использовать многоветряковые рамные ветроэлектростанции. По этому проекту рамная сверхмощная ветроэлектростанция на 100 тыс. кВт состоит из 224 ветровых колёс (диаметр каждого — 20 м). Ветроколёса смонтированы на общей вертикальной раме, имеющей вид гигантского ромба: «Ромб укреплён на вертикальной поворотной башне, опирающейся своим нижним концом на гидравлический подпятник, а верхним укреплённой в подшипнике, удерживаемом расчалками. С лобовой и тыловой сторон ромба из его центральной башни выступают вперёд и назад горизонтальные решётчатые фермы с растяжками, увеличивающими жёсткость всей конструкции. Задние фермы несут на своих концах поверхность хвостового оперения. Цель этого устройства — повернуть ромб с ветровыми колёсами лобовой стороной на ветер»^[46]. Размеры установки велики: ширина ромба до 500 м, вес около 10 тыс. т, высота 350 м (то есть почти равна по высоте самому высокому зданию на свете)^[47]. Использование подобных установок — плотин для ветра — возможно было в различных районах страны (в том числе в Заполярье и на Новой Земле).

Ветросиловая плотина В. П. Ветчинкина и А. Г. Уфимцева.

Иллюстрация В. Филатова и Л. Башкирцева к статье Б. Кажинского и А. Кармишина «Ветросиловые плотины» Техника — молодёжи. 1951. № 12. С. 16, 20

Проект большой рамной ветроэлектростанции оказался нерентабельным — по оценке заместителя генерального директора НПО «Циклон» А. Островского, данной в 1980 году, стоимость 1 кВт/ч энергии от ветроагрегата очень велика по сравнению со стоимостью 1 кВт/ч от традиционных производителей. Поэтому впоследствии обращались лишь к идее развития небольших ветроустановок (мощностью до 16 кВт)^[48].

Передвижные атомные электростанции

Послевоенные успехи атомной энергетики способствовали разработке мобильных атомных станций, которые предполагалось использовать именно в районах Крайнего Севера (в первую очередь для военных нужд). Основным проектом подвижной АЭС стала ТЭС-3 (транспортабельная атомная электростанция). Идея проекта принадлежала Е. П. Славскому, а непосредственными авторами разработки стали учёные из обнинского Физико-энергетического института Ю. А. Сергеев и Д. Л. Бродер.

Мобильная наземная станция имела двухконтурный водо-водяной реактор и представляла собой комплекс из четырёх гусеничных машин — «энергосамоходов» на увеличенном шасси тяжёлого танка Т-10. На одной такой машине размещался реактор, на второй — парогенератор, компенсатор объёма и насосы первого контура. Третья машина несла генератор, вырабатывавший энергию, а на четвёртом энергосамоходе находились пункт управления станцией и резервное энергетическое оборудование. Станция не могла работать на ходу. Чтобы её запустить, требовалось расставить энергосамоходы в нужном порядке, соединить их трубопроводами для теплоносителя и рабочего тела, проложить кабели.

Ефим Павлович Славский

ЕФИМ ПАВЛОВИЧ СЛАВСКИЙ (07.11.1898–28.11.1991) — советский государственный деятель, один из организаторов и руководителей атомной отрасли в СССР. По образованию — инженер-металлург (в 1933 году окончил Институт цветных металлов и золота в Москве). В 1946–1953 годах — заместитель начальника 1-го главного управления при Совете министров СССР, организатор производства оружейного плутония для первой советской атомной бомбы. В 1953–1955 годах заместитель, а в 1955–1957 — первый заместитель министра среднего машиностроения СССР. В 1957–1986 годах — министр среднего машиностроения СССР. При участии и под руководством Е. П. Славского разрабатывалась советская водородная бомба, строились атомные электростанции, развивалась атомная промышленность, укреплялся ядерный щит страны. Дважды лауреат Сталинской премии. Трижды Герой Социалистического Труда, награждён десятью орденами Ленина, двумя орденами Трудового Красного Знамени, орденами Октябрьской Революции, Оте-чественной войны I степени, многими медалями, иностранными наградами.

Опытный пуск готовой станции состоялся в 1961 году. Испытания продолжались до 1965 года. Параллельно обнинские конструкторы разрабатывали плавучую АЭС «Север» (её предполагалось использовать как для оборонных задач, так и в помощь нефтяникам, работавшим на арктическом шельфе). Станция должна была иметь два водо-водяных реактора мощностью по 3 МВт. Но в 1967 году Министерство обороны отказалось от плавучей станции, при этом были свёрнуты и все работы по ТЭС-3.

Так выглядели энергосамоходы станции ТЭС-3 — транспортабельной атомной электростанции

http://masterok.livejournal.com/443215.html

Другой вариант наземной передвижной АЭС был создан белорусскими конструкторами и получил название «Памир-630Д». Начатая под руководством В. Б. Нестеренко в 1963 году, разработка его отдельных узлов затянулась на многие годы. Станция была полностью готова лишь в 1980-х годах.

Станция имела одноконтурный реактор, который размещался на трёхосном автоприцепе с тягачом МАЗ-994. С целью уменьшения расхода воды в качестве теплоносителя и рабочего тела на АЭС «Памир» использовалась высокотоксичная тетраокись азота. Всего в комплексе были задействованы пять машин. Первый пуск станции состоялся незадолго до чернобыльской аварии. В 1988 году проект был свёрнут^[49]. Аналогичные проекты передвижных АЭС создавались в США.

В наши дни также существуют проекты подвижных АЭС для Арктики, один из которых — плавучая АЭС «Академик Ломоносов» — находится на стадии постройки (ввод в эксплуатацию намечен на 2019 год).

Планы гидростроительства в Арктике

Традиционный способ получения дешёвой электроэнергии — использование гидроресурсов. В 30–60-х годах ХХ века руководство СССР взялось за масштабные проекты гидростроительства в целях индустриализации страны. Затронули они и арктическую зону, правда, большая часть проектов так и не была реализована.

Ведущая организация по проектированию ГЭС «Гидропроект» прорабатывала варианты строительства гигантских гидросооружений в Арктике, среди которых особо следует отметить два мегапроекта — Нижнеобскую и Нижнеленскую ГЭС.

Нижнеобскую ГЭС рассматривали как важнейшую часть планируемой Единой энергетической системы для перераспределения потоков энергии между европейской частью СССР и Сибирью. Всего предполагалось соорудить три гидроэнергетических каскада на реках Обь, Иртыш, Томь. Нижнеобская ГЭС задумывалась как последняя в ряду каскада из 10 обских ГЭС и проектировалась как самая масштабная. Её предварительная мощность составляла 6 млн кВт/ч с площадью водохранилища в 113 тыс. км² (для сравнения — площадь Белого моря порядка 90 тыс. км²). Проектировали три варианта створа плотины — Нарыкарский, Андринский и Салехардский, последний рассматривался как приоритетный. Нижнеобская ГЭС должна была обеспечить электроэнергией промышленность Тюменской области и Урала. Проект активно обсуждали на различных уровнях власти, а также в экспертном обществе, вокруг него сталкивались интересы сторонников развития гидроэнергетики с одной стороны и нефтяной и газовой отрасли с другой. К началу проектирования перспективы нефтегазоносности территории, попадающей под затопление, были ещё не ясны. Строительство Нижнеобской ГЭС поддерживал Тюменский обком КПСС, и оно вполне могло быть реализовано, если бы не открытие в 1950-х годах газовых и нефтяных месторождений в Сибирском Приуралье и Среднем Приобье, после чего проект был постепенно забыт.

Нижнеленская ГЭС проектировалась в так называемой ленской «трубе» — узком месте перед впадением реки в море Лаптевых, где она проходит через Верхоянский хребет. Планировалось, что длина плотины будет порядка 2300 м, а высота — 118 м. Площадь Нижнеленского моря составляла в проекте свыше 60 тыс. км², а акватория водохранилища распространялась на 1500 км вверх по реке практически до Якутска. Годовая проектная мощность ГЭС — около 100 млрд кВт/ч, что в четыре раза мощнее Братской ГЭС. В случае успеха Лена превратилась бы в глубоководную трассу, которую планировалось продолжить каналом Лена — Охотское море. Подобная водная система позволяла бы морским судам с Северного морского пути через Лену и канал напрямую попадать в акваторию Тихого океана, сократив путь на несколько тысяч километров^[50].

Технические сложности, отсутствие прямых потребителей электроэнергии поблизости от планируемой плотины и трудно просчитываемые экологические последствия привели к приостановке данного проекта.

Примечания

39

Арктический холод как источник энергии // Наука и техника. 1930. № 22. С. 5–6; Гюнтер Г. Арктическая силовая станция // Знание — сила. 1933. № 7–8. С. 2–3; Лебедев Н. К. Арктика. М.–Л., 1932. С. 141–145; Пан А. У порога новой энергетической эры // Техника — молодёжи. 1935. № 4. С. 43–47.

40

Пан А. У порога новой энергетической эры // Техника — молодёжи. 1935. № 4. С. 46.

41

Покровский Г. Дед Мороз и энергетика // Техника — молодёжи. 1979. № 2. С. 6.

42

Егоров В. Электростанция в воздухе // Техника — молодёжи. 1938. № 12. С. 34.

43

Там же. С. 36.

44

Там же.

45

Дюжев П. Дирижабль-ветродвигатель // Техника — молодёжи. 1940. № 1. С. 56.

46

Кажинский Б., Кармишин А. Ветросиловые плотины / Рис. В. Филатова, Л. Башкирцева // Техника — молодёжи. 1951. № 12. С. 18.

47

Высота в 350 м была значительной для 1930-х годов. Тогда самым высоким зданием в мире являлся небоскрёб Эмпайр-стейт-билдинг (Нью-Йорк, США; высота верхнего этажа — 373,1 м, со шпилем — 443,2 м; сооружение держало пальму первенства по высоте с 1931-го по 1970 год). Сейчас самое высокое здание — небоскрёб Бурдж-Халифа, возвышающийся на 828 м (Дубай, ОАЭ).

48

Островский А. Старые добрые «ветрила» // Техника — молодёжи. 1980. № 11. С. 24.

49

Передвижные АЭС (ПАЭС): http://masterok.livejournal.com/443215.htmlё

50

См. подробнее: Комгорт М. В., Колева Г. Ю. Проблема повышения уровня индустриального развития Западной Сибири и проект строительства Нижнеобской ГЭС // Вестник Томского государственного университета. 2008. Вып. 308. С. 85–90; Магрицкий Д. В. Естественные и антропогенные изменения гидрологического режима низовьев и устьев крупнейших рек Восточной Сибири. Дисс.… канд. географ. наук. М., 2001.