Впервые в истории науки ученые намерены пробурить земную кору до самой мантии. Именно для этого в Японии спроектировано и построено уникальное специализированное судно – корабль-дрель «Chikyu» («Земля»), водоизмещением 57 500 тонн и стоимостью 535 миллионов долларов. Каких открытий ожидают исследователи от его применения?
Непревзойденным мировым достижением, занесенным в Книгу рекордов Гиннесса, на нынешний день является скважина глубиной 12 262 метра. Ее бурение было начато в 1970 году на Кольском полуострове, неподалеку от города Заполярного буровой установкой «Уралмаш-15 000» и специальным технологическим инструментом. Однако на 13-м километре исследователи были вынуждены остановиться, так и не пробуравив земной коры, поскольку, по существу, потеряли управление инструментом и скважина пошла уж не вглубь, а в сторону.
Тогда очередное Флот освоения континентального шельфаглубинное бурение международная бригада исследователей решила провести на океанском дне, где толщина земной коры намного тоньше, чем на материке. Руководят этой программой Япония и США, участвуют Китай и 12 стран Европейского союза.
Новое судно «Chikyu», созданное для этой цели, намного превосходит возможности своего предшественника – корабля «Joides Resolution», который бурил дно в районе острова Ванкувер (Тихий океан) несколько лет тому назад. Однако тогда исследователям так и не удалось пробиться сквозь земную кору.
Корабль «Chikyu» оснащен сверхмощным сверлом, способным просверлить Землю на глубину почти 7 км – именно на такой глубине, по расчетам ученых, земная кора граничит с расплавленной мантией. Исследователи надеются, что на осуществление сверхглубокого бурения им хватит одного года.
В начале 2006 года корабль вышел в море и добрался до точки, выбранной в качестве исходного пункта для первого эксперимента. Это место находится в 600 км к юго-западу от Токио, в зоне, так называемой субдукции, где одна литосферная плита уходит под другую.
Как сообщил представитель японского Центра глубинного исследования Земли Дзюн Фукутоми, проходка 7-километровой скважины займет около года. И все это время судно должно покоиться строго на одном месте, отслеживая свое положение с помощью системы GPS и сети акустических датчиков, установленных на дне.
Судно «Chikyu», помимо использования техники, применяемой при подводном нефтегазовом бурении, оснащено целым рядом новейших устройств, которые обеспечат полную устойчивость научно-исследовательского корабля во время вибрации работающих буров и морской качки. Кроме того, предусмотрена специальная защита на случай, если во время бурения внезапно забьет нефтяной или газовый фонтан.
Предлагается к прочтению: Тяжеловесные аппараты на воздушной подушке
Ученые надеялись, что вместе с собранными образцами мантии и земной коры они получат в свои руки микробиологические организмы периода рождения Земли. Поднятые из глубин на поверхность кусочки «тела» нашей планеты позволят многое узнать и о том, какой была окружающая ее среда в прошлом, составить научно обоснованный климатический прогноз на будущее, а также, возможно, прояснят тайну возникновения жизни на нашей планете.
Важнейшей задачей станет изучение тектонической плиты у побережья Японии, на которую ныне приходится четверть всех происходящих в мире землетрясений, и составление сейсмологического календаря на ближайшие десятилетия.
Инициаторы проекта, конечно, надеются на его успех. Однако кое-кто из экспертов, помня о предпринятых ранее попытках глубоководного бурения, опасается, что и эта окажется безуспешной.
«Наша живая планета всегда сопротивлялась подобному вмешательству, – говорят они. Подобные эксперименты очень опасны. Мантия Земли предельно энергонасыщенна, и результатом бурения может стать рукотворный вулкан, последствия извержения которого могут оказаться непредсказуемы…»
И ту защиту, которая предусмотрена на случай выброса нефти или горячей породы, они считают недостаточной.
Плавучие АЭС
Идея эта вообще-то не новая. Еще тридцать с лишним лет назад в России были созданы Суда технического флотаплавучие электростанции «Северное сияние». Ток они вырабатывали с помощью авиационных турбин, отработавших свой ресурс в небе.
Однако опыт эксплуатации таких станций показал: работают они крайне шумно и потребляют большое количество топлива, которое в условиях Крайнего Севера – немалый дефицит.
Ученые и инженеры придумали, как можно получать тепло и электричество и без особого шума, и при малом расходе топлива.
Население двух третей территории России каждую зиму испытывает нехватку света и тепла, согреваясь с помощью мазутных и угольных котельных, топливо для которых приходится доставлять корабельными караванами, а в экстренных случаях – и самолетами. Плавучие атомные электростанции (сокращенно ПАЭС) позволят покончить с такой практикой…
Нижегородское Опытное конструкторское бюро машиностроения имени И. И. Африкантова (ОКБМ) является генеральным проектантом реакторной установки. Вместе со специалистами Центрального конструкторского бюро «Айсберг», генеральным проектантом плавучего энергетического блока, а также еще с несколькими предприятиями оно было готово сконструировать и построить первую ПАЭС через 3-4 года. База для строительства уже была подобрана: в районе Северодвинска, там, где ныне ремонтируют и строят атомные подводные лодки.
Интересная деталь: одним из первых в списке объектов значился проект опреснительного комплекса на базе плавучего энергоблока с реакторами КЛТ-40С. Почему так? Ведь вначале говорилось, что нужны производители, прежде всего, тепла и электроэнергии для северных регионов.
Оказывается, в плане заложена некая тактическая хитрость. На чем стопорятся в России самые лучшие начинания? Правильно, на них, как правило, нет денег. Вот российские специалисты и решили их поискать за границей. Велись переговоры с представителями Индии в надежде, что те найдут 140-180 млн долларов на строительство первой плавучей АЭС малой мощности, которую как раз можно использовать для опреснения морской воды.
Кроме Индии, в подобных установках заинтересованы Китай, Индонезия, страны Персидского залива и Африки. А средства, полученные от сдачи в аренду (как говорят специалисты – в лизинг) ПАЭС, позволят оснастить подобными же, но еще более мощными энергоблоками и собственного побережья Северного Ледовитого океана.
В обоих вариантах – и в южном, и в северном – основу ПАЭС составляют один или два реактора, а точнее, энергетических блока с реакторными установками типа КЛТ-40С, которыми обычно оснащают Подлодки меняют профессию – проекты подводных контейнеровозовледоколы и подводные лодки. Только в данном случае их монтируют на металлической или даже железобетонной барже. Причем в последнем варианте корпус получается дешевле и не так подвержен коррозии. Прочность же и мореходные качества его таковы, что это специфическое сооружение можно буксировать даже через океаны.
По соседству с энергетическими блоками расположатся хранилище ядерного топлива, отсеки с подсобным оборудованием. На корме – помещения, где с удобствами расположится персонал станции, порядка 50 человек, работающих вахтовым методом.
В условиях энергетического кризиса, затрагивающего многие регионы страны, плавучая АЭС может предоставить недорогую энергию, а мобильность позволяет относительно легко перемещать ее с места на место. Причем стоимость создания такой станции значительно ниже, чем цена стационарной АЭС, утверждают разработчики. Ведь ее можно построить прямо на заводе и доставить на место уже в готовом виде.
Итак, Судовые электростанции на буксирных судах
мощные океанские буксиры в сопровождении конвоя ВМФ оттащат станцию в то место, где ей предстоит работать. Там ее пришвартуют к заранее подготовленному пирсу, подсоединят провода, включат реактор, и на 10-12 лет местные власти могут забыть о проблемах с теплом и электричеством. По истечении этого срока ПАЭС просто отбуксируют на завод для профилактики, а на ее место встанет новая «ядерная баржа».
Опробовать на себе новое изобретение согласились власти Вилючинска на Камчатке и Певека на Чукотке. С ними борется за первенство и непосредственный производитель – Северодвинск, администрация которого рассчитывает получить независимый источник энергии в первую очередь.
Причем местные жители, давно привыкшие к стоящим у пирсов атомным подлодкам, почти равнодушны к предостережениям независимых экологов об опасности плавучих АЭС. Их больше волнуют отсутствие тепла, света в домах, а также работы, ведь ныне доки и верфи частенько простаивают.
Читайте также: Технологическое оборудование ПБУ, назначение, состав и размещение
Технические же параметры станции как раз хорошо подходят для небольших городов: ее реакторы способны выдавать порядка 70 МВт электроэнергии и около 140 Гкал/ч тепла. Этого хватит на то, чтобы осветить и обогреть город с населением примерно 200 тысяч человек или большое промышленное предприятие.
При этом тарифы, по подсчетам проектировщиков, будут ниже, чем при получении энергии с помощью традиционных видов топлива, особенно в условиях Крайнего Севера, где электростанции работают, в основном, на привозном мазуте и угле.
Сделаны уже и первые шаги по реализации проекта. По словам заместителя начальника Федерального агентства по атомной энергии В. И. Урывского, осуществление проекта уже поставлено на практические рельсы. О сооружении корпуса будущей плавучей АЭС уже есть договоренность с Китаем, причем зарубежные партнеры готовы делать корпус станции за свои собственные деньги. Все остальное оборудование будет российского производства. Так, окончательная достройка станции, как уже говорилось, была запланирована на крупнейшем оборонном предприятии «Севмаш» в Северодвинске.
Поначалу было предложение строить Гранды третьего поколения – Подводные истребители и первые атомные подводные лодкиплавучие АЭС на базе списанных атомных субмарин. Однако, просчитав, во сколько обойдутся их капремонт, переделка, специалисты пришли к выводу – построить заново значительно дешевле.
По нынешним подсчетам, строительство и подготовка персонала АЭС обойдутся в 6 млрд рублей. Планируемая же прибыль от реализации электрической энергии – 46 млрд рублей, а от тепловой – еще 61 млрд рублей.
Таковы хозяйственные плюсы проекта. Но есть у него и минусы. Во-первых, не опасно ли иметь у себя под боком в том или ином городе, по существу, плавучую ядерную бомбу? А если авария? А если террористы?..
Специалисты рассеивают подобные опасения следующим образом. Ныне Финляндия, Франция и Япония усердно наращивают мощности атомной энергетики. По тому же пути идут Иран, Индия и Китай. Естественно, Россия, одна из основных ядерных держав, тоже не желает оставаться в стороне.
У российских проектировщиков ПАЭС энтузиазм, кроме всего прочего, вызывает и тот факт, что большинство стран, желающих получить атомную энергию и пресную воду, не входят в Договор о нераспространении ядерного оружия, а следовательно, им не «светит» получение «ядерной баржи» в собственность. Они могут попросить пригнать ее к своим берегам при условии, что обслуживать ПАЭС будут российские специалисты и все отработанное ядерное топливо будет возвращаться в Россию. Таким образом, в перспективе можно получить неплохой выход на международный рынок.
Впрочем, противников у проекта все равно немало. В первую очередь это экологические организации. Так, скажем, эксперты знаменитой норвежской «Белуны» утверждают, что защита ПАЭС от возможных аварий и от угрозы теракта проработана недостаточно. Ведь реакторы ледокольного типа, которые планируется поставить на плавучих станциях, никогда еще не эксплуатировались в течение 40 лет (а именно таков заявленный срок службы плавучей станции), и, значит, предусмотреть все варианты их «поведения» просто невозможно.
«Реакторная установка типа КЛТ-40С работает на высокообогащенном уране, который без особой дальнейшей переработки можно использовать для создания ядерного взрывного устройства атомной бомбы, – сказано в заключении «Белуны». Для производства атомной бомбы нужно не менее трех килограммов урана-235 с обогащением в 20 процентов. Только в одном реакторе ПАЭС содержится, таким образом, расщепляющийся материал, достаточный для создания многих десятков атомных бомб».
Однако у специалистов, связанных с проектированием станции, мнение прямо противоположное.
«Что касается безопасности, то на самом деле плавучий энергоблок спроектирован так, что при любых событиях эвакуации населения не требуется, – утверждает Поляков. Безопасность была поставлена во главу угла с самого начала разработки проекта, который прошел очень жесткую государственную экологическую экспертизу. Получена лицензия Госатомнадзора на строительство и размещение ПАЭС. Это значит, что все операции, связанные со строительством и пуском, не оказывают такого влияния на окружающую среду, которое потребовало бы эвакуации населения…»
Говоря иначе, на ПАЭС уровней защиты даже больше, чем на подлодках. Между тем Морские трагедии, которые потрясли миравария на «Курске» показала, что даже при взрыве большой мощности в считанных метрах от реактора все его аварийные системы сработали, как надо, и реактор самозаглушился. Так получилось, что жизнь поставила натурный эксперимент, который подтвердил все теоретические выкладки.
Что же касается возможности создания атомной бомбы из украденного с ПАЭС урана, то давайте рассуждать логически. Во-первых, до сих пор не было ни одного случая захвата террористами АЭС. Они все-таки не дураки и знают, что, во-первых, с охраной АЭС лучше не связываться – службу там несут профессионалы высочайшей пробы. Во-вторых, надо быть самоубийцей, чтобы вскрыть работающий реактор. Да и при вскрытии все равно из полученного топлива атомную бомбу никогда не сделать, поскольку вопреки мнению экспертов «Белуны» на АЭС используют уран, все-таки малопригодный для оружейного применения.
Что касается кражи отработанного ядерного топлива, то его даже на «грязную» бомбу вряд ли хватит. Уже просчитано, что эффект от такого применения будет примерно такой, как от неисправной рентгеновской установки в поликлинике, – облучиться можно, лишь оказавшись в непосредственной близости от очага радиации.
Таким образом, остается рассмотреть последнюю проблему. А вообще стоит ли наращивать производство АЭС в мире? Быть может, лучше развернуть строительство альтернативных источников энергии, например, геотермальных станций, одна из которых строившаяся под Вилючинском.
Это интересно: Специальные системы газовозов
И тут трезвый расчет показывает, что подобные источники пока являются своего рода экзотикой. Даже в Исландии, где геотермальная энергетика развита лучше, чем где бы то ни было в мире, кроме того, существуют и тепловые станции. А ныне разворачивается система водородной энергетики.
В России же многие северные регионы требуют теплоснабжения 8-9 месяцев в году. И пока та же геотермальная станция в Вилючинске обеспечить такие потребности в тепле не может. Кроме того, не забывайте, ПАЭС заодно дает и электричество. А стало быть, может дать дополнительное количество электроэнергии.
Однако даже в районе Архангельска ныне нет резервных мощностей, способных «раскрутить» энергосистему в случае аварии. Дополнительные источники нужны и в других регионах, где электростанции были построены в 50—60-х годах прошлого века и должны в ближайшее время либо реконструироваться, либо вообще закрыться.
А вот вам еще один расчет, сделанный для региона Чукотки. На полуострове практически постоянно дуют ветры, так что самое место использовать тут ветрогенераторы. Однако один ветряной двигатель мощностью 5 кВт стоит в России порядка 10 тысяч долларов. Чтобы компенсировать энергию, вырабатываемую ПАЭС (70 МВт), надо 14 тысяч ветряков, стоимость которых составит 140 миллионов долларов. Это дешевле, чем плавучая станция, и, стало быть, есть прямой расчет строить именно их.
Верно, все это так. И никто не говорит, что ПАЭС – единственный способ решения проблемы. Можно испробовать и ветряки. Вон в Голландии, Дании, США их строят десятками тысяч. Но и там их доля в общем энергобалансе – считанные проценты.
В России же опыта массового строительства и эксплуатации ветрогенераторов пока нет. Зато вот по части АЭС опыт у специалистов огромный. РФ занимаем одно из ведущих мест в мире. И, наверное, не стоит так уж сразу отказываться от того, что имеем, в погоне за ветром.
В общем, проект, безусловно, интересный, к нему не случайно проявляют большой интерес зарубежные получатели энергии. Но нужно торопиться с его реализацией, пока Россию не определили зарубежные конкуренты.
Возвращение парусов
Воздушный змей традиционно считается детской игрой. Между тем в свое время это старинное изобретение не раз верой и правдой служило людям в самых различных ситуациях. И не исключено, послужит еще и в будущем.
Инженер из Гамбурга Штефан Враге предлагает вернуться к старым добрым временам. А именно – к перевозке грузов по морям парусниками. Только не совсем обычным. Вместо парусов он предлагает перемещать суда по морям с помощью воздушных змеев.
Вообще-то эта идея не вчера родилась. Еще в начале прошлого века делались попытки использования воздушных змеев, как на суше, так и на море. Однако в Первую мировую войну воздушные змеи использовались лишь для подъема наблюдателей с подводных лодок на высоту в несколько сот метров, чтобы оглядеть окружающие морские просторы.
С развитием радаров надобность в морской змеенавтике отпала. И ныне воздушные змеи на воде используют разве что экстремалы, которым мало обычного виндсерфинга, и они решили использовать воздушных змеев для скайсерфинга – то есть для буксировки человека как летом по воде, так и зимой по снегу или льду.
Однако змеи, предназначенные для буксировки одного человека, несравнимы по своим размерам с теми, что предназначены для буксировки целого судна. Тем не менее Враге не намерен отступать. Сначала вместе с коллегами он провел испытания первого прототипа подобного устройства на Балтике. Модель воздушного змея площадью в 5 кв. м вполне успешно буксировала 8-метровую Грузовые и грузопассажирские морские транспортные судамодель современного контейнеровоза. Полнометражный же змей-буксировщик должен быть по площади не менее футбольного поля, и взлететь он должен на высоту около полукилометра.
В отличие от обычного паруса, полагает изобретатель, воздушный змей хорош уже тем, что может быть запущен на большую высоту. А там зачастую ветер куда сильнее, чем у поверхности, а стало быть, судно пойдет быстрее. Кроме того, меняя высоту подъема, можно подобрать ветер наиболее подходящего направления. Наконец, воздушный змей-парус не требует высоких матч и такелажа, обычного для парусников. Немалое значение также имеет и тот факт, что корабль, буксируемый воздушным змеем, резко сократит расход горючего. Работа собственных двигателей понадобится ему лишь при заходе в гавань и выходе из нее.
Согласно расчетам, те 88 000 коммерческих судов, что ныне бороздят просторы Мирового океана, перевозя до 98 % всех грузов планеты, выбрасывают в атмосферу столько же углекислого газа и прочих вредных веществ, что и вся промышленность США. Ведь торговый флот ежегодно расходует 300 млн т горючего.
Однако прежде чем проект Штефана Враге получит признание, не говоря уже о его широком распространении, его создателям придется решить еще немало прикладных задач.
Необходимо, например, найти оптимальную схему и размеры змея. С одной стороны, его конфигурация должна обеспечивать высокую тягу, с другой – хорошую управляемость, а с третьей – конструкция не должна быть слишком громоздкой.
Необходимо также оптимизировать систему запуска и управления змеем. Согласитесь, делать это вручную в XXI веке как-то уже несерьезно.
Кое-что Штефан и его команда уже придумали. Так, они полагали, что забрасывать змея на большую высоту будет специальная пневматическая пушка, подобная тем, какие использовались для охоты на китов. Только вместо гарпуна в ее дуло будет закладываться контейнер с воздушным змеем.
За «гарпуном» – змеем также потянется трос. И когда змей поднимется на достаточную высоту, сработает автоматика раскрытия его конструкции и «коробочку» подхватит ветер. А за тем, чтобы канат был все время туго натянут – иначе змей потеряет устойчивость, – будет следить специальная система, управляющая натяжением троса. Она все время будет выбирать слабину под управлением компьютера. Тот же компьютер, получая информацию с метеоспутника, выберет Интегрированные системы управления судоходствомоптимальный маршрут следования судна и проведет по нему транспорт до порта назначения.
Кстати, по мнению главного конструктора системы Томаса Майера, первые парусники ходили, в основном, по ветру. И возили, стало быть, грузы, прежде всего туда, куда нес их ветер. А достигнув берега и отыскав удобную бухточку, наши предки основывали там порт. Стало быть, получается, большинство современных портов и поныне расположено на трассах господствующих ветров. А это, согласитесь, на руку создателям парусников XXI века. По их мнению, до 80 % ныне существующих трасс может быть обслужено именно парусниками.
Штефан Враге уже инвестировал в своей проект около 3 млн евро и полагает, что эти деньги вовсе не выброшены просто на ветер. Возглавляемая им фирма «Скай сейлз ГМБХ & Ко. Кг» начала получать заказы. Первым клиентом стало германское грузовое пароходство «Белуга шиллинг ГМБХ» (Бремен), которое заказало два паруса. За «Белугой» последовали другие пароходства.
Как отмечают эксперты, паруса идеально подходят для тихоходных танкеров и сухогрузов с максимальной скоростью до 15 узлов. Важную роль играет и район Мирового океана, по которому проходит маршрут.
К примеру, трасса из Роттердама в Южную Америку считается наиболее предпочтительной – из-за постоянных и сильных ветров.
По оценке экспертов, применение парусов позволит совершить подлинную революцию в морских грузовых перевозках. До 2015 года фирма «Скай сейлз ГМБХ & Ко. Кг» планирует оснастить парусами, по меньшей мере 3,5 % мирового флота торговых судов. А также около 360 крупных океанских яхт. Переговоры на сей счет уже ведутся. Вообще же, как считает Враге, новая система может найти применение на 40 тыс. морских судов.
Естественно, новая технология имеет свою цену. Самый маленький воздушный парус с блоком управления стоит свыше 150 000 евро. Однако за счет снижения расхода топлива он окупится уже через пять лет. По оценке изобретателя, парус обеспечивает экономию топлива на 10-35 %. А при благоприятных условиях – и до 50 %.
