Пахари льда: Как работают ледоколы

На заснеженной глади замерзшей реки копошились сотни людей. Издалека то, что там творилось, можно было принять за странный праздник или кулачный бой стенка на стенку. Однако приблизившись и присмотревшись, наблюдатель заметил бы, что в движениях людей присутствует упорядоченность, свойственная совместной работе. Несколько десятков мужиков долбили пешнями борозду во льду, а потом, присоединившись к сотням других, впрягались в необычный механизм — длинный, метров двадцати, заостренный ящик, нагруженный в задней части чугунными чушками. Снаряд, прозванный ледовыми санями, вползал на лед, продавливал его и подминал под себя отколовшиеся глыбы, оставляя за собой пересекающую реку длинную полынью шириной более двух метров.

Так в петровские времена были устроены ледовые паромы, которые иногда оснащались еще и пушками. Их ядра дробили лед по ходу парома.

Русская зима, длящаяся в северных районах по девять месяцев в году, подстегивала пытливый ум искать необычные способы плавания. А то, что фасадом наша страна выходит в Северный Ледовитый океан, представляющий собой кратчайшую дорогу из европейской части страны к богатствам Восточной Сибири и Дальнего Востока, заставляло идти через льды с риском для жизни.

Морское дело, привезенное при Петре I из Голландии и Англии, принесло в русский язык множество новых слов. Однако и Россия обогатила иностранные языки морским термином: ведь и немецкое Eisbreher, и английское icebreaker суть кальки с русского слова «ледокол». И обязаны мы этим кронштадтскому городскому голове Михаилу Бритневу.

Понятно, что двигали русским заводчиком, державшим на линии Петербург-Ораниенбаум-Кронштадт небольшой флот, не лингвистический интерес и не чистое честолюбие. Путь в Кронштадт пролегает по Финскому заливу, покрытому льдом 120 дней в году. Зимой туда добирались по замерзшему морю на санях, однако пока лед тонок, сообщение почти прекращалось.

Пытливый предприниматель, знакомый с опытом жителей русского Севера — поморов, которые более пятисот лет ходили по арктическим морям на своих деревянных суденышках, решил перенять их опыт. Обводы корпуса поморских кочей образовывали в носовой части острый угол приблизительно в 20−30 градусов. Вот и Бритнев приказал так же переделать носовую часть своего 60-сильного парохода «Пайлот». И 25 апреля 1864 года, значительно раньше обычного начала навигации, «Пайлот», ломая подтаявший лед, прошел из Кронштадта в Ораниенбаум, принеся своему владельцу немалый дополнительный доход. Подобно древним «ледяным саням», судно взбиралось на ледовое поле и своим весом ломало его. Позже судовладелец приспособил для ледового плавания и другой свой пароход — «Бой». Оба корабля прослужили в питерских водах около 25 лет, отработав способ прохождения ледовых полей, который и сегодня используют все ледоколы, включая суперсовременные атомные.

В 1871 году, когда небывалые морозы сковали европейские северные порты, к Бритневу обратились гамбургские промышленники, и он продал им чертежи переоборудованного «Пайлота» за 300 рублей. По этим чертежам был построен первый заграничный ледокол Eisbreher I, и конструкция корабля получила широкое распространение в мире.

Именно успех бритневской затеи подал известному русскому флотоводцу и океанологу адмиралу Макарову идею строительства первого линейного ледокола «Ермак», сыгравшего серьезную роль в освоении Арктики.

В своей публичной лекции 1897 года «К Северному полюсу — напролом» адмирал Макаров заявил: «Ни одна нация не заинтересована в ледоколах, сколько Россия. Природа заковала наши моря льдами, но техника дает теперь огромные средства, и надо признать, что в настоящее время ледяной покров не представляет более непреодолимого препятствия судоходству».

Год спустя в английском Ньюкасле был спущен на воду «Ермак». Он был построен по техническому заданию, разработанному под руководством самого Степана Макарова и поддержавшего его рискованный проект знаменитого русского химика Дмитрия Менделеева.

Действительно, как показали испытания, «непреодолимого препятствия» северные льды не представляли, и все же сладить с ними оказалось непросто.

Архимед, конечно, был прав, утверждая, что на погруженное в жидкость тело действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости. Однако во льдах судно еще и подвергается чудовищному боковому давлению, которое может раздавить его, как скорлупку. Поэтому сечение корпуса ледокола делается в виде бочонка или ореха, причем ватерлиния должна находиться ниже самой широкой части. Тогда льды, стискивающие ледокол, как бы ни старались, будут выталкивать его и не смогут раздавить. Естественно, к ледоколам применяются повышенные требования прочности и непотопляемости. Если заглянуть под утолщенную по сравнению с обычным кораблем обшивку, можно увидеть систему усиленных балок: стрингеров, шпангоутов... — а весь корпус ледокола разделен водонепроницаемыми переборками на несколько герметичных отсеков. В районе ватерлинии обшивка усилена дополнительной полосой — так называемым ледовым поясом. А для преодоления сопротивления трения корпуса о лед применяется пневмоомывающее устройство, прокачивающее через мелкие отверстия в борту пузырьки воздуха.

Скос обводов корпуса в носовой части, примененный изобретателем ледокола Бритневым, используется и сейчас. Причем заостряется не только форштевень («нос» корабля), но и ахтерштевень, поскольку двигаться во льдах приходится «челночным» способом — «вперед-назад». Интересно, что первоначально у ледокола «Ермак» было два гребных винта — спереди и сзади. Такую схему адмирал Макаров подсмотрел у американских малых ледоколов, ходивших по Великим озерам. Однако первое же столкновение с арктическими льдами показало, что передний винт в высоких широтах не помощник, и ледокол переделали.

Действие ледокола отнюдь не исчерпывается простой колкой льда, хотя, конечно, чем большая часть окажется поверх ледяного поля, тем длиннее плечо рычага и выше эффективность работы. Важна, как было сказано, и форма «носа», и упор (упорная сила) винтов, и инерционные свойства судна, работающего набегами.

Ледокол можно было бы сравнить с воинским подразделением, имеющим средства и тактику как для обороны, так и для наступления. Для наступления каждый ледокол оснащен дифферентной системой. В нескольких словах ее можно описать как две цистерны — носовую и кормовую, — поочередно наполняемые забортной водой. На первых ледоколах цистерны были соединены трубой, позднее каждую из них стали оснащать собственной помпой.

Забравшись на ледяное поле, ледокол наполняет водой носовые цистерны и придает дополнительную динамику движению сверху вниз. Попеременное заполнение цистерн заставляет его энергично раскачиваться с носа на корму, как действуют колуном, когда он застревает в полене. Выкачивая воду из носовых цистерн и заполняя кормовые, ледокол быстрее возвращается на чистую воду, чтобы повторить атаку.

Такая же система обеспечивает и раскачивание судна с борта на борт: с обeих сторон расположены дополнительные цистерны.

Естественно, что все эти действия требуют необычной для любого другого корабля энергонасыщенности. Неудивительно, что достаточно долго ледоколы не могли выполнять никакой другой морской работы — ни грузовой, ни пассажирской, — кроме проводки судов: все внутреннее пространство этих «бронированных сейфов» занимали двигатель и запас топлива. Как раз основной морской специальностью ледокола обусловлена форма его корпуса: он делается широким, чтобы остающийся позади него канал был удобен для прохода ведомых кораблей. Длину же судна, для лучшей маневренности, стараются уменьшить.

Первые ледоколы были паровыми, с котлами, работавшими на угле, и паровыми установками. Угля, заполнявшего почти все свободное трюмное пространство, обычно хватало дней на тридцать. Случалось, посреди маршрута командир ледокола сообщал каравану, что прекращает проводку и уходит в порт пополнять запасы топлива.

Следующим поколением стали дизельные ледоколы, силовые установки которых вращали роторы электрогенераторов. Ток поступал на электромоторы, приводившие в движение гребной вал с винтом.

Но для покорения арктических льдов требовалась все большая мощность, и на смену дизельным пришли атомные ледоколы, реакторы которых приводят в действие парогенераторы, паровые турбины обеспечивают работу электрогенераторов, а электромоторы — гребных валов с винтами. В трюмах атомоходов место топлива заняли мощные системы защиты от радиации.

Сто сорок лет истории ледоколов многое изменили в их конструкции, более всего возросла их мощь. Если мощность двигателей «Ермака» составляла 9,5 тыс. л.с., то вышедший в море примерно через полвека дизель-электрический ледокол «Москва» был вдвое мощнее — 22 тыс. л.с. Современные атомные ледоколы типа «Таймыр» запрягают уже 50 тыс. «лошадей».

Из-за трудностей их морской профессии мощность двигательных установок ледоколов в расчете на тонну водоизмещения вшестеро выше, чем у океанских лайнеров. Но даже атомные ледоколы качественно остались теми же — бронированными ящиками, наполненными табунами «лошадей». Дело ледоколов — проломить полынью для идущих за ними караванов обычных танкеров и транспортников. Этот принцип организации перевозок можно сравнить с движением барж за буксиром. Однако в последнее время все больше востребованы самоходные баржи, и морские инженеры стали задумываться о том, как научить транспортные корабли самостоятельно ходить во льдах.

Идея не нова: еще в 60-х годах XIX века первый русский железный военный корабль — броненосную канонерскую лодку «Опыт» попытались переделать по проекту инженера Эйлера в оригинальное ледокольное судно. «Опыту» придали носовой таран, установили на борту несколько кранов для сбрасывания 20−40-пудовых гирь, а в подводной части устроили «выстрелы» — шесты с укрепленной на них взрывчаткой. Однако испытаний «Опыт» не выдержал и был снова переоборудован в канонерскую лодку, названную «Миной».

Позднее предпринимались попытки резать лед фрезами или растапливать, но и они себя не оправдали (хотя на атомных ледоколах «Арктика» и «Сибирь» используются вспомогательные устройства нагрева носовой части корпуса). И тогда было решено пытаться изменить не просто способ ломки льда, но сам ледокол, сделав его не «колуном», а «лезвием». Для этого планировалось превратить корабль в «катамаран», два корпуса которого располагались бы друг над другом: все грузы поместить в нижнюю, подводную часть, а силовые установки — в надводную, и обе части соединить узкими «ножами», внутри которых разместятся идущие из корпуса в корпус погрузочно-разгрузочные трубы. Появится ли такой ледокол-транспортник, неизвестно, но то, что российский ледокольный флот должен развиваться и впредь, сомнению не подлежит: просторы Заполярья всегда будут манить своими богатствами.