Фото: «Балтийского завода»

Как известно, построенный и переданный в эксплуатацию в 2020 году головной универсальный атомный ледокол (ГУАЛ) «Арктика» проекта 22220 не был подвергнут государственным ледовым испытаниям с целью проверки соответствия его ледовых качеств требованиям Технического задания (ТЗ) к ледовой ходкости и маневренности во льдах.

Лолий Цой, инженер-кораблестроитель, д.т.н., профессор

Согласно ТЗ, подтвержденному проектом, его ледопроходимость в сплошном ровном льду при осадке при КВЛ на глубокой воде и скорости 1,5-2,0 узла при полной мощности на валах, равной 60 МВт, должна составлять на переднем ходу не менее 2,8-2,9 м. При этом прочность льда на изгиб должна быть не менее 500 кПа и лед иметь естественный снежный покров высотой 20-25 см.

Все не так, ребята…

В условиях мелководья ледопроходимость ледокола при минимальной рабочей осадке должна составлять при мощности на валах 35 МВт не менее 2,1 м (согласно проекту). Ледопроходимость на заднем ходу при осадке по КВЛ на глубокой воде должна быть, согласно Техническому заданию, не менее чем на переднем ходу, а по проектным данным она определена всего лишь в 2,6 м.

Проверяются также маневренные качества ледокола, в частности возможность выполнения разворотов в сплошных льдах циркуляцией на 180° и способом «звездочка». В дрейфующих льдах оценивается эффективность преодоления торосистых гряд.

Своевременные приемо-сдаточные ледовые испытания ГУАЛ «Арктика» были отложены из-за сгоревшего в процессе заводских ходовых испытаний на Балтике одного из шести гребных электродвигателей (ГЭД), который возможно было заменить только через год во время гарантийного ремонта ледокола. Однако после ремонта ледокол еще два года продолжал эксплуатироваться, не подвергаясь испытаниям.

Наконец в июне 2023 года была представлена возможность осуществить испытания головного ледокола «Арктика» вместе с первым серийным УАЛ «Сибирь». Вместе с тем удивительно, что испытания были назначены на столь позднее время года. В июне уже разрушился и почти растаял лед на Енисее и в Обской губе, что не позволило провести самую востребованную часть испытаний универсальных двухосадочных ледоколов в условиях мелководья. Тем более что по сравнению с Техническим заданием минимальная рабочая осадка ледоколов в процессе постройки была превышена почти на 0,9 м, то есть с 8,55 м до около 9,45 м в пресной воде. Возможные негативные последствия такого чрезмерного увеличения минимальной осадки ледоколов при работе на речном мелководье с глубинами 10,2-10,4 м автором изложены в статьях в журнале «Морской флот».

Необходима натурная проверка. Однако из-за интенсивного таяния льда в июне испытания проводились только на глубокой воде в припайных льдах северо-восточной части Карского моря. Но и здесь лед был уже в стадии обсыхания, снежный покров полностью растаял. По измерениям ААНИИ прочность льда на изгиб во время испытаний УАЛ «Сибирь» 2-3 июня 2023 г. составила 202-283 кПа, а при испытаниях ГУАЛ «Арктика» 12-14 июня она равнялась уже 190 кПа.

В испытательную партию вошли представители ФГУП «КГНЦ», АО ЦКБ «Айсберг» и ФГБУ «ААНИИ». Результаты испытаний обоих ледоколов опубликованы в Трудах Крыловского государственного научного центра, т. 3, № 405, 2023, группой авторов: Е.А. Бокатова, А.А. Добродеев, К.Е. Сазонов, Е.М. Бабич, Н.А. Крупина, в статье «Ледовые натурные испытания атомных ледоколов «Арктика» и «Сибирь».

Авторы в преамбуле декларируют обнадеживающее заключение по результатам испытаний, что новые атомные ледоколы проекта 22220 «обладают отличными ледовыми качествами… Предельная ледопроходимость данных судов при скорости движения 2 уз составляет 2,81 м…, что позволяет прокладывать каналы во льдах толщиной 1,5-2,0 м с повышенной скоростью. Кроме того, эти ледоколы способны уверенно маневрировать во льдах и преодолевать значительные торосистые образования». И тут же: «Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов».

Должно быть, не все из них уверены в надежности выводов, сделанных на основании проведенных экспромтом испытаний в разрушенных таянием льдах далеко не предельной прочности и толщины. Кроме того, судя по приведенным в таблицах 1, 2, 3 и 4 данным по замерам мощности на валах во время тестов, энергетические установки обоих ледоколов были, мягко выражаясь, «не в спортивной форме».

Так, на режимах движения задним ходом гребные электродвигатели как «Арктики», так и «Сибири» не развивали мощность более 80%. При этом даже при движении передним хаодом у ГУАЛ «Арктика» спаренные ГЭДы левого борта развили мощность, равную только одному ГЭДу. Возникает вопрос, уж не сгорел ли еще один гребной электродвигатель у головного ледокола, как это уже однажды имело место быть?

Ниже приводятся в авторском оригинале таблицы 1, 2, 3 и 4, в которые для удобства обсуждения вписаны суммарные значения мощности на валах ледоколов при каждом режиме движения.

Таблица 1. Средние показатели ледовой ходкости ледокола «Сибирь» на режиме движения передним ходом

Таблица 2. Средние показатели ледовой ходкости ледокола «Сибирь» на режиме движения задним ходом

Таблица 3. Средние показатели ледовой ходкости ледокола «Арктика» на режиме движения передним ходом

Таблица 4. Средние показатели ледовой ходкости ледокола «Арктика» на режиме движения задним ходом

Доверяй, но проверяй

Не теряя времени на расшифровку скрытых авторами статьи таинственных методов пересчета полученных результатов испытаний ледоколов в весеннем разрушенном таянием льду на более прочный в 2-2,5 раза зимний заснеженный лед, оценим эти результаты с позиции многолетнего советского опыта испытаний и эксплуатации ледоколов, накопленного учеными ААНИИ и ЦНИИМФа.

Итак, прежде всего оценим степень разрушенности июньского льда. На рис. 1 приведена разработанная ААНИИ и используемая в отечественной практике система навигационной оценки морского льда по его состоянию, а на рис. 2 – систематизированные ААНИИ данные по определению толщины льда в зависимости от разрушенности.

Рис. 1. Система навигационной оценки морского льда по его состоянию

Рис. 2. Номограмма для определения толщины льда в период таяния (HR) по данным о разрушенности (R) и толщине льда в конце периода нарастания (H0)

Приведенные данные позволяют установить эквивалентную разрушенному таянием весеннему льду толщину зимнего льда. Судя по информации о характеристиках ледяного покрова во время испытаний ледоколов, нетрудно установить, что разрушенность июньского льда составляла не менее чем 3 балла. С запасом на полбалла в безопасную сторону проанализируем результаты испытаний применительно к разрушенности льда, равной 2 баллам к УАЛ «Сибирь», испытанному в начале июня, и 3 баллам по отношению к ГУАЛ «Арктика», испытанному в середине июня 2023 года.

На рис. 3 представлены с использованием данных испытаний зависимости скорости от суммарной мощности на валах каждого из испытанных ледоколов на переднем ходу в ровном сплошном весеннем льду, что позволило установить достижимую скорость при максимальной проектной мощности ледоколов, равной 60 МВт.

Точки с полученными скоростями нанесены на прогнозные графики ледовой ходкости ледоколов, представленные в Пояснительной записке ЦКБ «Айсберг» к Техническому проекту 22220.360060.134.1.

На рис. 4 показана точка (4) достижимой скорости ГУАЛ «Арктика» на переднем ходу в весеннем льду разрушенностью 3 балла и соответствие этой скорости нормативному зимнему льду, точка (5).

Как следует из графика, точка, преобразованная из весеннего в зимний лед, удачно легла на проектную кривую ледовой ходкости (3). Это при условии развития ледоколом полной 100%-ной мощности. По данным же испытаний, «Арктика» смогла поднять мощность только до 41 МВт. Это соответствует ледопроходимости ледокола с такой мощностью на валах не более 2,5 м.

Этих скудных сведений по результатам испытаний, тем более во льду практически в 3 раза тоньше ожидаемой проектной ледопроходимости, явно недостаточно, чтобы убедиться в выполнении требования Технического задания к ледопроходимости ледоколов проекта 22220.

Рис. 3. Зависимость скорости от мощности на валах при испытаниях ледоколов в весеннем льду (передний ход): 1 – ГУАЛ «Арктика», 2 – УАЛ «Сибирь»

Рис. 4. Ледовая ходкость ледоколов на переднем ходу: 3 – проект 22220; 4 – весенний лед; 5 – зимний лед

На полигонах двух толщин

Результаты анализа достигнутой ледопроходимости на переднем ходу ледоколом «Сибирь» во время испытаний в начале июня 2023 г. графически также представлены на рис. 4. Испытания проводились на полигонах двух толщин: 1,80 м и 1,55 м. Обе точки практически легли на ожидаемую кривую ледовой ходкости ледокола по проекту 22220. Однако следует напомнить, что разрушенность льда в начале июня уже была не менее 2 баллов.

На рис. 4 пунктиром, соединяющим точки (5), показана ожидаемая согласно испытаниям зависимость ледопроходимости «Арктики» и «Сибири» в сравнении с проектной (3) при условии соответствия по толщине весеннего льда зимнему. При полученных заниженных по сравнению с проектными результатах испытаний авторам испытаний и их анализа, выполненного под руководством доктора К.Е. Сазонова, следовало бы пока воздержаться от рекламного оптимистического вывода, что новые атомоходы обладают «отличными ледовыми качествами». Предстоит еще серьезно разобраться, насколько построенные ледоколы соответствуют требованиям Технического задания.

Также сомнительно выглядят результаты испытаний близнецов на заднем ходу. При этом следует заметить, что оба ледокола по непонятным причинам не были испытаны на полной мощности. Так, мощность на валах у ГУАЛ «Арктика» не поднималась выше 46,4 МВт (77%), а у УАЛ «Сибирь» – не выше 48,4 МВт (81%). Судя по представленным в статье К.Е. Сазонова и др. в таблицах 2 и 4 данным по мощности на каждом валу, у «Сибири» на валу правого борта в работе был только один из спаренных ГЭД, а у «Арктики», как и на переднем ходу, – один ГЭД левого борта. При таком состоянии энергетических установок были проведены испытания их заднего хода. Что-то мешало работать по полной программе?

На рис. 5 представлена полученная на испытаниях зависимость скорости ледоколов на заднем ходу от суммарной мощности на валах при соответствующих толщинах льда в каждом конкретном случае.

Определенные таким образом ожидаемые скорости заднего хода ледоколов при мощности на валах, равной 60 МВт, нанесены на график (рис. 6) с проектной зависимостью ледопроходимости ледокола от скорости на заднем ходу (3), приведенной в Пояснительной записке 22220.360060.134.1 к Техническому проекту ЦКБ «Айсберг». Точки (4) соответствуют разрушенности весеннего льда 3 балла для «Арктики» и 2 балла для «Сибири». С использованием упомянутого уже выше метода оценки эквивалентного весеннему зимнего льда определены ожидаемые скорости (5) обоих ледоколов применительно к нормативному зимнему льду с прочностью на изгиб 500 кПа.

Рис. 5. Зависимость скорости от мощности на валах при испытаниях ледоколов в весеннем льду (задний ход): 1 – ГУАЛ «Арктика»; 2 – УАЛ «Сибирь»

Рис. 6. Ледопроходимость ледоколов на заднем ходу (см. обозначения на рис. 5 и 6)

При рассмотрении рис. 5 обращает на себя внимание значительный разброс точек между ледоколами одного и того же проекта. А если соединить полученные расчетные точки по «Арктике» и «Сибири» одной линией, экспериментальная зависимость ледопроходимости на заднем ходу (пунктир) заметно расходится в худшую сторону с проектной зависимостью (сплошная линия). Причем, как можно видеть, согласно эксперименту ледопроходимость на заднем ходу испытанных ледоколов оказалась хуже определенной в проекте 22220.

Вместе с тем, как известно, ледопроходимость универсального ледокола на заднем ходу, определенная в проекте, оказалась существенно ниже требуемой Техническим заданием, в соответствии с которым она должна быть не менее чем на переднем ходу. Этот вопрос неоднократно поднимался ЦНИИМФом в процессе проектирования ледокола и при утверждении Технического проекта 22220.

Однако, несмотря на результаты выполненных контрольных испытаний в независимом ледовом бассейне HSVA в Гамбурге, свидетельствующие об увеличении в два раза ледового сопротивления на заднем ходу у варианта ледокола с патентованной Крыловским центром зауженной кормовой оконечностью по сравнению с традиционной крейсерской кормой, проектант убедил заказчика в пользе узкой кормы, как позволяющей исключить взаимодействие бортовых гребных винтов с битым льдом, якобы успевающим на переднем ходу всплыть до контакта с винами. Для убеждения в ошибочности этого утверждения на рис. 7 представлена фотосъемка испытаний в независимом ледовом бассейне Aker Arctic в Хельсинки взаимодействия модели с узкой кормой с битым льдом при движении на переднем ходу в ровном сплошном льду. Как можно видеть, комментарии излишни.

Рис. 7. Взаимодействие со льдом модели ледокола, предложенной ЦНИИК (вверху – вид сбоку, внизу – вид снизу)

Вместе с тем следует отметить, что наиболее опасными с точки зрения возможности повреждения винтов от взаимодействия со льдом являются режимы их реверса и заднего хода ледокола. В этих случаях при зауженной корме ледокола винты становятся более уязвимыми, будучи неприкрытыми ватерлинией. И к этому добавляется плохая ледопроходимость ледокола из-за зауженной кормовой оконечности. В таблице 5 представлены экспериментальные данные по сравнению ледопроходимости на переднем и заднем ходу отечественных арктических ледоколов. Преимущество заднего хода позволяет значительно эффективнее осуществлять проводки судов в тяжелых ледовых условиях при их околке, прокладке и выравнивании канала в торосистых нагромождениях с частым использованием заднего хода.

Таблица 5. Ледопроходимость арктических ледоколов на переднем и заднем ходу по результатам натурных испытаний

Осторожно, встречаются небрежности

Следует также обратить внимание на полученный экспериментаторами вывод об отрицательном влиянии пневмообмыва корпуса (ПОУ) на ледопроходимость ледокола. Глядя на представленные результаты испытаний ПОУ, с удивлением обнаруживаешь, что ГУАЛ «Арктика» при движении во льду одной и той же толщины при включении пневмообмыва вынужден был увеличивать мощность ГЭД на 3-4 МВт, чтобы поддерживать скорость, развиваемую без ПОУ.

Предложенная фирмой «Вяртсиля» система пневмообмыва корпуса ледокола была тщательно испытана специалистами ААНИИ и ЦНИИМФом на ледоколах финской постройки «Ермак» и «Капитан Сорокин» в 1974-1978 гг. Испытания позволили установить эффективность пневмообмыва в зависимости от высоты снежного покрова льда и скорости движения ледокола (см. рис. 8). Очевидно, в бесснежных льдах положительный эффект отсутствует. Полученные во время испытаний «Арктики» в бесснежных, подверженных термическому разрушению льдах отрицательное влияние пневмообмыва корпуса свидетельствует о явно небрежном проведении испытаний.

Рис. 8. Результаты испытаний ледовой ходкости л/к «Капитан Сорокин» в припае (в числителе – толщина льда, см; в знаменателе – высота снега, см)

Касательно заявления авторов статьи об эффективности работы испытанных ледоколов в торосистых образованиях также следует отнестись с осторожностью, учитывая, что в июне торосы были уже обтаявшими с провалами, заполненными воздухом и водой. Очевидно, эти условия облегчали форсирование торосов непрерывным ходом.

Вместе с тем ГУАЛ «Арктика» не смог прошить с разгона в 17 узлов торосистую грядку соизмеримой с длиной ледокола ширины с высотой 1 м и килем в среднем около 6 м. Этот тест представлен наглядно на рис. 6 обсуждаемой статьи (см. рис. 9 здесь), где приведена временная зависимость скорости движения «Арктики» и частоты вращения гребных винтов при форсировании тороса.

Рис. 9. Попытка форсирования тороса ледоколом «Арктика»

Нетрудно обнаружить, что на 80-й секунде ледокол застрял и остановился, хотя винты продолжали вращаться при работающих гребных электродвигателях.

Повествуя о результатах маневренных испытаний ледоколов, авторы статьи умалчивают о самой важной с эксплуатационно-экономической точки зрения информации о затратах времени на разворот ледокола на 180° как с помощью циркуляции на переднем ходу, так и с помощью разворота на месте способом «звезда». При этом особо важное значение имеет разворот звездочкой, поскольку на выполнение циркуляции требуется большая площадь и больше времени. В этом случае главную роль приобретает задний ход, обеспечивающий эффективный отход ледокола назад в предельных льдах.

В качестве убедительного примера необходимости иметь надежный и эффективный задний ход ниже приводятся результаты вывода из Восточного района Арктики в тяжелую ледовую навигацию в 1983 г. заблокированных в Певеке транспортных судов и дизельных ледоколов атомным ледоколом «Леонид Брежнев» (переименованной «Арктики» в 1981 г.).

Проводка судов из Певека в Берингов пролив (20.11-28.11.1983 г.) атомным ледоколом «Леонид Брежнев» (а/л «Арктика»):

• Пройдено 770 миль за 8 суток и 5 часов.

• Средняя скорость проводки – 3,9 узла.

• Средняя мощность а/л «Леонид Брежнев» – 95,3%.

• Количество реверсов ГЭД а/л «Леонид Брежнев» за весь период проводки – 2405:

– в среднем – 12 реверсов в час;

– максимальное количество – 52 реверса в час.

• Число застреваний и околок проводимых судов – 87.

Как можно видеть из приведенных данных, в течение рейса ледокол совершил 87 околок ледоколов и судов в караване. В тяжелых льдах наиболее эффективным и кратчайшим по времени является возвращение лидера к застрявшим судам задним ходом, поскольку нормальный ледокол имеет лучшую проходимость на заднем ходу. Разворот в тяжелых условиях даже при хорошем заднем ходе трудоемкий и занимает много времени. Поэтому ледокол, совершающий околку застрявшего судна, проходит вдоль одного его борта задним ходом, затем проходит вдоль другого борта уже передним ходом и возвращается в голову каравана.

При прокладывании канала в тяжелых льдах набегами а/л «Леонид Брежнев» то и дело сбрасывало. Он получал крен, наваливаясь скулой на неломаемые глыбы пакового льда, его уводило в сторону. Потом вынужден был, пятясь назад, выравнивать канал, чтобы суда могли за ним пройти.

Никогда такого не было. И вот…

Накопленный многолетний опыт проектирования, строительства и переоборудования отечественных ледоколов однозначно свидетельствует о необходимости иметь ледопроходимость на заднем ходу в любом случае не хуже переднего, учитывая положительное влияние засасывающего и размывающего действия гребных винтов. Поэтому подтвержденная натурными испытаниями неприемлемо плохая ледопроходимость на заднем ходу свидетельствует о серьезнейшей ошибке проектанта и судостроительной науки, внедривших необоснованную, а точнее, вредную «новацию» в столь важный дорогостоящий объект, как атомный ледокол нового поколения, призванный повысить эффективность круглогодичного транзитного судоходства по Северному морскому пути.

Даже не вникая в недоступный читателю выполненный экспериментаторами анализ результатов испытаний, достаточно взглянуть на опубликованные в таблицах 1, 2, 3 и 4 протокольные данные о замеренных мощностях и скоростях движения ледоколов «Арктика» и «Сибирь» на переднем и заднем ходу в одинаковых ледовых условиях, чтобы убедиться, что скорости движения ледоколов на заднем ходу почти в два раза меньше, чем на переднем. Можно ли смириться с таким серьезным недостатком, тем более что продолжается строительство серии таких ледоколов?

К изложенному следует отнести еще немаловажную проблему, выявившуюся в результате постройки ледоколов, включая отказ от плакированного ледового пояса. По весовой нагрузке ледоколы оказались существенно перегруженными, почти на 1800 т. В результате требование Технического задания к минимальной рабочей осадке универсальных ледоколов для возможности работы в условиях мелководья р. Енисей и Обской губы, равное 8,55 м, после постройки оказалось превышенным почти на 0,9 м. Это вызывает опасение не только в снижении эффективности, но и безопасности работы на мелководье строящихся двухосадочных атомоходов.

Как уже упоминалось, ГУАЛ «Арктика» до сих пор не был подвергнут приемо-сдаточным испытаниям в условиях мелководья согласно утвержденной в 2020 г. Программе ледовых испытаний 22220.360285.3045. Предстоит еще установить возможную переработку мощности с учетом аэрации и кавитации винтов, не прикрытых зауженной ватерлинией при минимальной осадке, а также убедиться в надежном функционировании в условиях мелководья дейдвудов и ледовых ящиков.

Таким образом, судя по официальным ледовым испытаниям, выявившим проблемы по ледопроходимости на заднем ходу, а также учитывая серьезные отступления от требований Технического задания в процессе строительства серии универсальных атомных ледоколов по проекту 22220, предназначенных для повышения надежности и эффективности круглогодичной работы флота в акватории Северного морского пути, представляется очевидной необходимость обязательной переработки проекта, тем более с учетом принятого решения о продолжении строительства атомоходов этого класса.

Как известно, президент В. Путин анонсировал постройку еще двух ледоколов вслед за строящейся серией из пяти единиц. Перспективным ледоколам присвоены судьбоносные исторические названия – «Ленинград» и «Сталинград». Хотя бы только поэтому ледоколы должны быть самыми передовыми по своим ледовым качествам, маневренности и эффективности.

Морские вести России №10 (2024)