Какое судно подойдёт для научной дрейфующей станции?

ЛСП "Северный полюс" в порту Санкт-Петербурга. 30 августа 2022 г. ААНИИ, фотография М.А. Емелиной.

85 лет назад была открыта первая советская научная дрейфующая станция «Северный полюс». В юбилейном 2022 году исследования Арктического бассейна продолжаются. В сентябре в свой первый рейс отправляется ледостойкая самодвижущаяся платформа (ЛСП) «Северный полюс». В наши дни суровые просторы Северного Ледовитого океана будут изучаться с борта этого уникального, первого в своём роде судна. Перелистывая страницы истории, вспомним о том, какими были первые проекты создания дрейфующих судов для полярников.

            Предложение «о применении свободно-дрейфующих судов»

Когда в 1954 г. работу высокоширотных воздушных экспедиций (ВВЭ) и станций «Северный полюс» (СП) было решено сделать регулярной -- тогда же задумались о том, как минимизировать расходы на организацию экспедиций и сделать безопасной жизнь исследователей в полярных условиях. 24 июня 1954 г. заместитель начальника Управления полярных станций Главсевморпути Павел Афанасиевич Гордиенко, участвовавший в 1948 г. в ВВЭ «Север-2», направил на имя начальника Главного управления Северного морского пути (ГУСМП) В.Ф. Бурханова докладную записку о возможности применения свободно дрейфующих судов. Он предложил «дрейфующие научные станции в СЛО устраивать на специально оборудованных баржах или лихтерах понтонного типа водоизмещением 800–1200 тонн»[1]. По его мнению, в зону молодого льда к северу от Новосибирских островов эти понтоны могли отбуксировать ледоколы, оттуда начинался бы свободный дрейф.

Карта научных станций на дрейфующих льдах в Центральной Арктике. 1957 г. Сайт «Национальный парк «Русская Арктика».

П.А. Гордиенко вспоминал об опыте «Фрама», указывал на опыт работы в тяжёлых льдах гидрографических судов типа «Смольный» в 1936–1948 гг.: они успешно проводили гидрографические и гидрологические работы, а шхуна «Ост» в 1939 г. благополучно пережила зимовку в Айонском массиве. Использование судна, по его мнению, снижало риск для полярников, работающих на льду, где их жизням угрожали разломы льдин и торошение. Он предлагал также отказаться от использования авиации для завоза людей, оборудования, продовольствия и т.д., оставив для неё функции ледовой авиаразведки, смены партий, доставки почты и свежих продуктов. П.А. Гордиенко указывал и на обнаруженную закономерность – образование в сентябре пространств чистой воды в северной части Чукотского моря и к северу от Новосибирских островов. Благодаря опыту «Жаннетты», «Фрама», «Г. Седова», исследователи уже понимали, какое направление имеет дрейф льдов, поэтому данный район становился исходным для старта дрейфа понтона, т.к. затем «во всех случаях он будет проходить через те высокоширотные районы СЛО, которые необходимо освещать в научных и оперативных целях метеорологическими, аэрологическими и гидрологическими наблюдениями»[2].

П.А. Гордиенко. Фотография начала 1960-х гг. ААНИИ.

В.Ф. Бурханов переслал проект в Арктический институт (АНИИ), который и руководил организацией и работами ВВЭ и СП, с просьбой дать по нему заключение. С предложениями П.А. Гордиенко в институте согласились. Директор АНИИ В.В. Фролов 17 июля 1954 г. писал В.Ф. Бурханову: 

Но в это время судостроительные заводы страны были сильно загружены гражданскими и военными заказами, один за другим модернизировались и ремонтировались ледоколы. А совместная программа работ ВВЭ и СП развивалась удачно. Поэтому проект П.А. Гордиенко не реализовали.

 Стальной «СП»

После проблем с организацией СП-10 (октябрь 1961 г.) и экстренной эвакуации СП-8 (март 1962 г.) в Арктическом и антарктическом научно-исследовательском институте (ААНИИ) снова задумались о том, чтобы снизить риски работы на станциях, а также улучшить условия жизни и работы на них. Полярники также мечтали о том, чтобы дрейфующие станции стали средством изучения не только центрального района Северного Ледовитого океана, но и его окраинных морей. Поэтому было решено вернуться к идее дрейфующего судна, специально приспособив его для научных исследований. Его предэскизный проект разработали старший научный сотрудник ААНИИ И.И. Позняк и начальник отдела ледовых прогнозов Н.А. Волков. Корпус судна имел бы особую форму (обводы ещё предстояло уточнить), его следовало делать из прочной стали. Авторы проекта предполагали снабдить судно вибрационной установкой, которая спасёт от крена при сжатии льдов, освободит в случае затора. Также они говорили о необходимости наличия мощной энергетической установки, которая будет приводить в движение водомётный движитель. Новому судну не понадобился бы ни руль, ни винты (они обычно не выдерживают ударов льдин). А водомётный двигатель мог также использоваться и для очистки корпуса судна ото льда.

Предполагалось, что судну необходимо водоизмещение в 1500–2000 т. На его борту планировалось разместить девять научных лабораторий и вертолёт. Судно могло бы принять запасы топлива и продовольствия из расчёта на 4–5 лет автономного дрейфа для 25–50 участников экспедиции. Расчёты показали, что строительство трёх таких судов окупилось бы в течение первых трёх лет их работы. Проект получил одобрение Учёного совета ААНИИ[4]. О нём не раз писали в газетах и журналах на протяжении нескольких лет. В публикациях судно часто именовалось стальным «СП»[5]. А вот в фондах института материалы по проекту, к сожалению, не сохранились. Поэтому известно о нём благодаря публикациям.

В сборнике «Летопись Севера» в 1971 г. вышла обстоятельная статья исследователя Арктики Б.А. Кремера, обращавшегося к читателям с вопросом: «Льды или суда?» Прослеживая историю дрейфующих станций, он приходил к однозначному выводу, что советские корабелы обладают огромным опытом строительства судов ледового класса и способны построить «современное большое металлическое судно, которое заменит дрейфующие станции и будет служить безопасной и удобной базой для научных работ»[6]. Далее автор в своей статье описывал именно проект Волкова-Позняка. Но до постройки «стального СП» дело так и не дошло: проект требовал дополнительных детальных проработок и финансирования. К тому же к этому времени стала реализовываться другая идея.

Проекты переоборудования действующих ледоколов под СП

Строительство специального судна по новому проекту – долгий и дорогостоящий процесс. Возникла альтернативная идея – переоборудовать в дрейфующую научную станцию существующий ледокол. В 1967 г. в ААНИИ под руководством заведующего лабораторией ледовой прочности Ю.Н. Попова выполнили проработку возможности использования в таком качестве портового ледокола проекта 97. Была подготовлена схема общего расположения судна, выполнен расчёт необходимой мощности энергетической установки[7]. По экономическим причинам дальнейшего развития проект не получил. Но время показало, что проработки делались не зря.

В 1977–1979 гг. на базе портового ледокола проекта 97 был построен научно-исследовательский ледокол «Отто Шмидт». При его создании учитывались расчёты, выполненные в 1967 г. То есть это было новое, а не переоборудованное судно, но созданное по существующему проекту. Техзадание на его проектирование и постройку также разрабатывалось в ААНИИ. На борту ледокола оборудовали 14 лабораторий и вычислительный центр, для работы с океанографическими приборами имелся комплекс лебёдок, позволявших опускать аппаратуру на глубины до 10 000 м. Для спуска приборов (и, при необходимости, аквалангистов) при плавании во льдах устроили сквозную гидрологическую шахту диаметром 800 мм, проходившую от основной палубы до днища. «Отто Шмидт» стал первым советским ледоколом, специально построенным для научно-исследовательских работ[8]. На нём в конце 1970-х – 1980-х гг. выполнялись исследования в пограничной зоне между многолетним льдом и открытой водой – там, где не могли работать ни дрейфующие станции, ни обычные научно-исследовательские суда ледового класса. Ледокол останавливался у кромки и ненадолго превращался в дрейфующую научную станцию. Но по финансовым соображениям судно никогда не использовалось в качестве долговременной дрейфующей станции.

Проект дрейфующей станции на НИС «Леонид Красин»

В 1987 г., когда решался вопрос о дальнейшей судьбе переоборудованного в энергоплавбазу ледокола «Леонид Красин», выработавшего свой ресурс, заведующий отделом ВНИИОкеангеология М.Л. Верба предложил использовать его в качестве дрейфующей станции и тем самым отметить столетие дрейфа «Фрама». Организация дрейфа прославленного в прошлом судна задумывалась следующим образом: «Л. Красин» в сопровождении мощного (атомного) ледокола своим ходом дойдёт до кромки сплошных льдов в районе Новосибирских островов или архипелага Северная Земля, а затем будет отбуксирован к точке начала дрейфа, который продлится 1,5–2 года в северной части Гренландского моря; затем судно по чистой воде само вернётся в Мурманск. Для осуществления рейса «Л. Красин», корпус которого соответствовал условиям пассивного дрейфа во льдах, следовало дооборудовать.

Планировалось, что дрейфующая станция на борту «Л. Красина» будет международной экспедицией и повторит дрейф «Фрама». Автором этой инициативы также был М.Л. Верба. Его поддержал генеральный директор ПГО «Севморгеология» В.Н. Шимараев. В декабре 1988 г. в Ленинграде состоялись две встречи представителей межведомственных комитетов по исследованию Арктики из нескольких стран (СССР, Норвегия, ФРГ, Канада и США). Все поддерживали инициативу советской стороны и договорились о выработке научной программы дрейфа. Документы об этом интересном проекте впервые были представлены на конференции «Полярные чтения – 2022»[9].

«Красин» в Ленинграде у набережной Лейтенанта Шмидта. Фотография Н. Прохорова. 25 июля 1991 г. Сайт «Водный транспорт».

Из-за изменений экономической и политической ситуации в стране в конце 1980-х гг. реализацию проекта признали нерентабельной. Судьба прославленного в прошлом ледокола сложилась иначе – судно стало музеем.

«Российские полярные Одиссеи»

В 1990-е гг. появился ещё один проект дрейфующего судна, к рассмотрению которого возвращались не раз вплоть до конца 2000-х гг.

В.Л. Дмитриев (клуб «Полярный Одиссей», Карельский морской историко-культурный центр – КМЦ) с середины 1980-х гг. разрабатывал проекты реплик традиционных судов, предназначенных для плавания в арктических морях. Под его руководством из дерева строились суда, которые стали примером встраивания историко-культурной традиции в современность, возвращения к секретам северного судостроения. В 1995 г. в КМЦ он разработал проект научно-исследовательского судна – дрейфующей полярной станции (НИС ДПС), а также экспедиции на нём. Проект и судно получили название «Российские полярные Одиссеи», а также кратко именовались «Полярный Одиссей».

В.Л. Дмитриев представил проект на рассмотрение Правительства Республики Карелия и получил поддержку, а во время визита в Карелию Президента России Б.Н. Ельцина в 1997 г. последовало и одобрение инициативы президентом. Проектом заинтересовались Институт водных проблем Севера Карельского научного центра РАН и ААНИИ. Возможная экспедиция на НИС ДПС даже получила условное название «Северный полюс-2001».

НИС ДПС предлагалось строить из дерева. Форма корпуса «арктического челнока», с одной стороны, напоминала «Фрам» Ф. Нансена, а с другой, его оконечности планировалось сделать одинаковыми – округлыми, что позволило бы судну двигаться как носом, так и кормой вперёд. Конструкцией предусматривалось, что винты и рули могут убираться внутрь корпуса, поверх главной палубы создавалась специальная оболочка, защищающая её от скоплений льда и снега. В центральной части судна предполагалось разместить специальную шахту, позволяющую опускать под воду научно-исследовательское оборудование, а на верхней площадке – ветроэлектростанцию, радионавигационную и метеорологическую аппаратуру. Судно длиной около 50 м могло бы принять на борт до 35 человек и обеспечить им комфортное проживание в течение трёх лет[10].

 Эскиз судна «Полярный Одиссей» и схема возможной работы подобных судов в Арктике. Из брошюры «Развитие исследований Арктики с дрейфующих судов нового поколения», 2006 г.

В начале 2000-х гг. проект рассматривался специалистами ААНИИ, которые также факультативно проработали несколько вариантов плавучих инженерных сооружений для долговременного базирования дрейфующих научных обсерваторий и выполнили анализ опыта работы СП. С возобновлением работы дрейфующих станций «Северный полюс» (2003 г.) эти проекты были отложены, а использование деревянного судна всё же представлялось специалистам сомнительным[11].

В середине 2000-х гг. по заказу Минэкономразвития Республики Карелия были выполнены научно-исследовательские разработки инновационного проекта «Полярный Одиссей», результаты обсуждались на семинарах и конференциях[12]. Но дальнейшего развития он не получил: у учёных возникли серьёзные сомнения относительно надёжности многолетней эксплуатации деревянного судна, ведь в ХХI в. технологии шагнули уже далеко вперёд по сравнению с веком XIX-м. К тому же в период МПГ 2007/2008 состоялся удачный дрейф шхуны «Тара», корпус которой был металлическим.

Зарубежные проекты организации дрейфующих станций на судах

СССР не был единственной страной, организующей научные дрейфующие станции. С 1952 г. начали работать американские станции. Организовывались они на ледяных островах и работали с перерывами. А в 1970 г. стартовала программа «Айджекс» Для изучения крупномасштабных закономерностей дрейфа льда в Арктическом бассейне исследователи из США организованы три дрейфующие станции и выставили восемь автоматических станций. В последующие годы число буёв возрастало, что обеспечило регулярный сбор метеорологической информации, решив таким образом многие из задач, возлагавшихся на коллективы станций[13].

Во 2-й половине 1970-х гг. в США рассматривалась возможность использования судна в качестве платформы для проведения исследований в Арктике. Проект, получивший название «Дрейфующая станция Нансена», предусматривал вмораживание ледокола The USS Burton Island типа Wind и 2–3 года его работы для изучения максимума солнечной активности (1978 г.), палеоклимата и прогнозирования будущих климатических изменений[14]. Но идея не была реализована. В этом сыграли свою роль и успехи советских полярников, в том числе достижение атомоходом «Арктика» полюса в 1977 г. и высокоширотный рейс дизель-электрохода «Капитан Мышевский» в 1978 г.

            Только в начале XXI в. состоялись две экспедиции на судах, приспособленных для плавания в арктических льдах, в ходе которых эти суда выполняли исследовательские программы в период специально запланированного дрейфа. При этом ни одно из них не переоборудовалось под экспедицию, а только оснащалось для выполнения программы исследований во время дрейфа.

В период Международного полярного года 2007/2008 была проведена экспедиция на двухмачтовой полярной шхуне «Тара», корпус которой выполнен из алюминия (именно этот металл становится более прочным при низких температурах). Идея полярного дрейфа, повторяющего путь «Фрама», принадлежала французскому исследователю Б. Бьюигу и Э. Бургуа, мореплавателю и владельцу шхуны, построенной в 1989 г. Перед началом экспедиции на «Таре» установили дополнительное оборудование (в т.ч. 40 кв. м солнечных панелей), подготовили запасы еды и питья на два года дрейфа.

Цель проекта – научные исследования и привлечение внимания к проблемам экологии и будущего Арктики. Работы велись в рамках международной научно-исследовательской программы DAMOCLES (Developing Arctic Modeling and Observing Capabilities for Long-term Environmental Studies – Развитие возможностей моделирования и средств наблюдения для долговременного изучения окружающей среды Арктики). Научные наблюдения осуществлялись коллективом полярных исследователей из двенадцати стран, в т.ч. России[15].

«Тара» вышла из порта Лорьён (Франция) 11 июля 2006 г. и, обогнув Норвегию, Северным морским путём дошла до Тикси. Отсюда она вышла в море Лаптевых, где под проводкой ледокола «Капитан Драницын» вошла во льды севернее Новосибирских островов. Её дрейф начался 4 сентября 2006 г. в районе 79° 53’ с. ш. и 143° 17’ в. д и продолжался по 20 января 2008 г. В точке 74°31’ c.ш., 12°53’ з.д. «Тара» начала самостоятельное движение и через четыре дня прибыла на Шпицберген. Путь дрейфа прошёл через Центральную Арктику («Тара» была всего в 200 км от полюса – ближе, чем судно Нансена и «Г. Седов» в своё время) и завершился выходом через пролив Фрама в Гренландское море. Во время дрейфа велись океанологические, гляциологические, сейсмометрические, радиометрические и метеорологические наблюдения, гидрохимические и гидробиологические исследования, наблюдения за птицами и морскими животными. Была получена уникальная научная информация, позволившая учёным оценить процессы, происходящие в Арктике в течение последних лет.

Исследователи отметили ускорение дрейфа по сравнению с «Фрамом» – более чем в два раза. Это подтвердило мнение учёных об увеличении скорости динамических процессов в Арктике.

Спустя несколько лет консорциум ведущих полярных исследовательских институтов под эгидой Международного арктического научного комитета (IASC) под руководством Института Альфреда Вегенера (AWI) при участии ААНИИ, Университета Колорадо и Кооперативного института исследований в области наук об окружающей среде (CIRES) разработал проект многопрофильной дрейфующей обсерватории по изучению изменений арктического климата – MOSAiC (Multidisciplinary Drifting Observatory for the Study of Arctic Climate). В основу проекта было положено круглогодичное использование германского ледокола Polarstern, дрейфующего с морским льдом через Арктический бассейн в течение 2019–2020 гг. Судно стало мезомасштабным полигоном, на котором выполнялись метеорологические, океанологические, ледовые и другие исследования, изучались характеристики загрязнения атмосферы Арктики.

Polarstern вышел из Тромсё 20 сентября 2019 г. Судно дрейфовало вместе со льдиной по Трансарктическому течению, миновало северный полюс и осенью 2020 г. освободилось ото льда в проливе Фрама. ААНИИ обеспечивал логистическую поддержку экспедиции с привлечением судов «Академик Федоров» и «Академик Трёшников», предоставлял необходимую спутниковую информацию и ледовые прогнозы. Сотрудники института вели ледовые наблюдения и исследования непосредственно в экспедиции.

На дрейфующем льду также была создана распределённая пространственная сеть наблюдений с применением разного типа автономных океанографических регистраторов в области с радиусом 40 км от судна.

Ледокол Polarstern в центральной части Северного Ледовитого океана во время полярной ночи. 2020 г. Фотография Л. Пиотровского. AWI.

Исследования и выполнение рейсов ледоколов от партнёров MOSAiC ещё больше расширило географический охват наблюдений, что способствовало исследованию глобальных обратных связей. Экспедиция стала реализацией на практике идеи исследования арктического пространства на вмороженном в лёд ледоколе, к которой неоднократно возвращались на протяжении ХХ в., но потребовала очень больших затрат. Поэтому регулярное повторение таких экспедиций оказалось нерентабельным.

«Трансарктика 2019» – российский вариант СП на дрейфующем судне

Осенью 2018 г. полномочный представитель Президента РФ в Дальневосточном федеральном округе Ю.П. Трутнев и президент Ассоциации полярников А.Н. Чилингаров выдвинули предложение об организации в конце 2018–2019 гг. дрейфующей научной станции нового типа – на вмороженном в лёд дизель-электрическом ледоколе (предлагалось использовать ледокол «Капитан Драницын» или «Адмирал Макаров»). Но специалисты высказали сомнения в использовании судов без переоборудования. Тогда в Росгидромете подготовили масштабный проект, который получил название «Трансарктика 2019» (головная организация – ААНИИ, научный руководитель – И.Е. Фролов).

Экспедиция «Трансарктика 2019» была разбита на четыре этапа, которые объединялись единой программой исследований изменений природной среды Северного Ледовитого океана. Они были направлены на совершенствование моделей прогноза погоды и климата, необходимых для обеспечения безопасного судоходства на акватории Севморпути.

Первый этап проходил на научно-экспедиционном судне (НЭС) «Академик Трёшников». Это судно ледового класса не нуждалось в дополнительном переоборудовании. Именно на нём организовали сезонную дрейфующую научно-исследовательскую станцию «Северный полюс-2019».

НЭС вышел из Мурманска 20 марта 2019 г. Через 10 дней, 30 марта, состоялось официальное открытие станции СП-2019 в экспериментальном формате «судно – лёд» (СЛ-Э). Основные лаборатории полярников находились на борту, а рядом с судном организовали выносные пункты для выполнения разных научных задач.

 Научный руководитель экспедиции «Трансарктика 2019» И.Е. Фролов, капитан НЭС «Академик Трёшников» Д.А. Карпенко и заместитель начальника экспедиции В.В. Иванов на станции в формате СЛ-Э. 14 апреля 2019 г. Фотография С. Николаева. ААНИИ.

Дрейф судна продолжался недолго – полтора месяца. В его ходе отрабатывались методы эффективной организации наблюдений на СЛ-Э[16]. Полученный опыт был важен для дальнейшего проведения исследований с дрейфующих судов.

Подчеркнём, что экспедиции, проведённые в 2000–2010-х гг. на дрейфующих судах, предусматривали только их дооснащение для выполнения научной программы дрейфа.

Также в середине 2000-х гг. учёные ААНИИ неоднократно возвращались к идее разработки специального судна, способного обеспечить долговременную работу дрейфующей станции. Теперь такое судно – ЛСП «Северный полюс» – построено. В организации его первой экспедиции учтён весь опыт станций СП и экспедиции «Трансарктика 2019». Об этом уникальном судне – отдельный рассказ.

ЛСП во время вторых ходовых испытаний в Финском заливе. 6 июля 2022 г. ААНИИ.

[1] ЦГАНТД СПб. Ф. р-369. Оп. 1-1. Д. 972. Л. 1.

[2] Там же. Л. 2–3.

[3] Там же. Л. 6.

[4] Волков Н.А. Стальной «СП» (об одном проекте) // Человек и стихия, 1969. Л., 1968. С. 177–178.

[5] Вмороженное судно // Юный техник. 1970. № 9. С. 11; Дрейфующие станции на самоходных судах // Вечерний Ленинград. 1967. 28 декабря; Дрейфующий корабль // Комсомольская правда. 1967. 19 декабря; На макушке планеты // Известия. 1967. 8 декабря; Стальной «СП». Проект дрейфующей станции-судна // Неделя. 1968. 21 января.

[6] Кремер Б.А. Льды или суда? К истории дрейфующих станций // Летопись Севера. М., 1971. Т. 5. С. 129.

[7] Попов Ю.Н. Предварительная проработка возможности использования портового ледокола проекта 97 для научных исследований в Арктике взамен дрейфующих станций «Северный Полюс». Л., 1967: Фонды ААНИИ. Д. Р-2788. 31 л.

[8] Кузнецов Н.А. От «Добрыни Никитича» до «Отто Шмидта» Ледоколы проекта 97 и их модификации // Морская коллекция. 2009. № 8. С. 29–32; Малов В. «Отто Шмидт» уходит в Арктику //Юный техник. 1979. № 11. С. 26–31.

[9] Верба М.Л., Верба В.В., Трофимов В.А. План дрейфа к Северному полюсу международной экспедиции на ледоколе «Леонид Красин» // Сайт «Полярные чтения». Тезисы и презентации конференции 2022 г. [Электронный ресурс] URL: http://polarconf.ru/conference/2022-mezhdunarodnoe-sotrudnichestvo-v-arktike-i-antarktike-istorija-i-sovremennost-ru/ (дата обращения: 18.08.2022).

[12] Развитие исследований Арктики с дрейфующих судов нового поколения. Петрозаводск, 2006. 8 с.; Аннотация концепции проекта «Российские полярные Одиссеи». СПб., 2009 [Электронный ресурс] URL: http://arcticas.ru/docs/project_odissey.pdf (дата обращения: 18.08.2022).

[13] Угрюмов А.И., Коровин В.П. На льдине к Северному полюсу. История полярных дрейфующих станций. СПБ., 2004. С. 96–97.

[14] Campbell W.J., Ramseier R.O., Weeks W.F., Gloersen P. Аn integrated approach to the remote sensing of floating ice // Space and Energy. Proceedings of the XXVIth International Astronautical Congress, Lisbon, 21–27 September 1975. 1977. P. 445–487.

[15] Петров А.С. Программа «Тара-Арктик»: арктический дрейф французской яхты «Тара» // Новости МПГ 2007/08. 2008. № 18. С. 11–15.

[16] Данилов А.И. Экспедиция «Трансарктика 2019»: Исследования от Баренцева до Чукотского моря. Хроника первого этапа // Российские полярные исследования. 2019. № 2 (36). С. 10–15.