ГОТОВЬ САНИ ЛЕТОМ

Освоение Антарктиды – покрытого льдом южного континента – активно началось с середины XX века. Сегодня здесь ведут работу более 60 научных станций разных стран, исследующих климатические изменения, геологию и гляциосферу (состояние снега и льда). Только у России в Антарктиде пять зимовочных станций и столько же сезонных полевых баз. Транспортировка грузов между ними – нелегкое занятие, если взять в расчет сложный ландшафт и морозы –60 ˚С.

До недавнего времени грузы в Антарктиде перевозились на санях грузоподъемностью 15–20 т, которые буксировали тягачи. В мае 2018 года Центр НТИ Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) и НПО им. «Комсомольской правды» получили заказ от института Арктики и Антарктики на разработку принципиально нового крупнотоннажного транспорта, который будет использоваться в рамках реконструкции российской антарктической станции «Восток». Непосредственно задачей разработки транспортных саней для перевозки крупнотоннажных грузов занимался НИПИГАЗ (ведущий российский центр по управлению проектированием, поставками, логистикой и строительством, входящий в состав СИБУРа) при поддержке компании «Политех-Инжиниринг».

Большая часть территории Антарктиды покрыта снежными торосами, ледяными горами и глубокими трещинами. Также есть области зыбучих снегов (пояс Кристофера), заструги (высокие снежные гребни с карнизом) и сухие долины (небольшие участки побережья, свободные от снежного покрова). Все это затрудняет транспортировку грузов между полярными станциями, особенно если речь идет о крупногабаритных конструкциях

Территория партнерства

Первыми над идеей создания крупнотоннажных саней для перевозки грузов в условиях Антарктики задумались американцы, но созданная ими конструкция экстремальных нагрузок не выдержала. «Проблема функционирования любой техники на сильном морозе состоит в том, что металл становится хрупким при морозах от –40 ˚С до –60 ˚С. Сварочные швы при разнице температур, высокой влажности и, главное, сильном радиационном излучении, которое характерно для Антарктиды, сильно подвержены коррозии», – объясняет Сергей Цыбуков, гендиректор НПО им. «Комсомольской правды».

Ученые из США не стали засекречивать эксперимент: выложили в Сеть результаты тестов с фотографиями и описанием опытного образца, чтобы инженеры из других стран не пошли по ложному пути. Тему взялись развить специалисты из России. Для проекта был создан консорциум, объединивший несколько научных организаций и производственных компаний. Всего в работу были вовлечены более 200 экспертов. «В таких проектах правит бал драйв научных озарений, формируются коалиции под эгидой Международного научного комитета по исследованию Антарктики, и представители разных стран всегда готовы прийти на помощь друг другу», – говорит Сергей Цыбуков.

Композит повышенной прочности

Ноу-хау российского проекта заключается в создании высокопрочного композитного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), из которого была отлита несущая платформа, а также в разработке уникальной модели саней, состоящих из нескольких элементов, связанных друг с другом гибкими сочленениями.

Использовалось импортное сырье – в России пока СВМПЭ производится мало. Хотя, как говорит эксперт отрасли главный инженер НПЗ RAFO Oneşti Александр Гадецкий, отечественные предприятия в случае успешной модернизации в состоянии восполнить пробел. «Из нитей СВМПЭ производится динамическая бронезащита. Основная масса СВМПЭ идет на изготовление футеровки для горнорудной промышленности или портовых терминалов. Также нити СВМПЭ применяются в обмотке центрифуг для обогащения в ядерной промышленности», – перечисляет он различные варианты. Площадкой может стать предприятие «Томскнефтехим», где есть опыт производства СВМПЭ.

Сама по себе платформа имеет размер приличного загородного дома – 10 на 12 м. На нее установлены восемь пневмобаллонов, наполненных воздухом, – они выполняют роль амортизаторов. Поверх баллонов крепится металлическая рама, на которую монтируется настил, способный выдержать до 60 т груза. Все закрывает прочный тент.

Сани не самоходные: их тянут три ратрака (специальные транспортные средства на гусеничном ходу). Сплошное днище позволяет саням не застревать в ледяных расщелинах в отличие от конструкций на полозьях.

Транспортное средство было смоделировано и спроектировано на предприятии «Политех-Инжиниринг», созданного на базе СПбПУ под руководством проректора Алексея Боровкова, известного в России специалиста в области вычислительной механики. Ученый так прокомментировал свою работу: «Мы должны были создать семейство математических моделей и спроектировать изделие, аналогов которому в мире пока нет, а затем подвергнуть его ряду виртуальных испытаний, то есть просчитать в моделях различные условия, в которых придется работать нашему изобретению». Учитывалось множество факторов: как поведут себя сани при температурных колебаниях, в воде, при сильном ветре, упав с высоты, можно ли будет их оперативно починить в полевых условиях, насколько сложно собрать конструкцию на морозе.

«Вычислительный эксперимент во многих случаях призван заменить эксперимент реальный, физический. Такое имитационное моделирование возможно только с применением современных информационных технологий. Просчитывание всех возможных ситуаций находится за гранью интуиции генерального конструктора. Речь идет о математической модели высокого уровня адекватности, которая ведет себя практически точно так же, как реальный объект в натурных испытаниях, а затем и на этапе эксплуатации. Эту технологию в России мы впервые обкатали при реализации проекта «Кортеж», разработав многоуровневые матрицы целевых показателей и ресурсных ограничений, включающие около 50 тыс. различных характеристик», – пояснил Алексей Боровков.

Непосредственно создание саней происходило на площадке НПО им. «Комсомольской правды» в Санкт-Петербурге. На заводе из порошка СВМПЭ спрессовали готовые изделия (покрытия для полозьев). «Была проведена экспертиза заявок от разных организаций, заинтересовавшихся проектом, и отобраны самые перспективные предложения, – объясняет Сергей Цыбуков. – Критерием отбора стало наличие необходимых технологий, которые уже обкатывались в условиях, подобных антарк­тическим. Так выбор пал на наш завод, который разрабатывал спецтранспорт по заказу РЖД для применения в условиях Крайнего Севера. В итоге в короткие сроки мы изготовили первые сани, погрузили их на российское научно-исследовательское судно «Академик Федоров» и доставили в Антарктиду, чтобы испытать уже в полевых условиях». В Антарктиде сани преодолели расстояние 150 км между двумя российскими зимовочными станциями «Прогресс» и «Восток», пройдя законченный цикл испытаний к середине февраля 2019 года. Все этапы эксперимента фиксировались на видео. Затем разобранная конструкция вернулась обратно в Санкт-Петербург, ее ожидает дальнейшая модернизация.

Со слов Владимира Куликова, главного инженера проекта НИПИГАЗ, в процессе натурных испытаний было получено несколько полезных результатов. В частности, был разработан, апробирован и признан эффективным метод буксировки саней двумя тягачами в параллель (обычно буксируют сани последовательной сцепкой тягачей). Также была разработана уникальная поворотная балка, обеспечивающая равномерность распределения нагрузки тягачей при параллельной сцепке.

При соответствующей доработке экспериментальной модели полимерных саней они могут стать незаменимым транспортным средством для доставки крупногабаритных и тяжеловесных грузов при любых дорожных условиях, включая торосы, заструги, расселины, трещины и прочие препятствия. В настоящее время заказчиком ведутся работы по патентованию конструкции обоих видов саней.

Изначально в разработке для применения в Антарк­тике было два типа саней: полимерные и стальные. «В результате практических испытаний было выяснено, что оба проекта требуют дальнейшей доработки, – пояснил Владимир Куликов. – СИБУР принял участие на ранней стадии проекта разработки саней с платформой из СВМПЭ – R&D-центр компании НИОСТ по запросу НИПИГАЗ подготовил перечень организаций, потенциально способных выполнить задачу по разработке и изготовлению полимерных саней. После чего сотрудниками НИПИГАЗ были проведены очные аудиты пяти претендентов, из которых лишь двое оказались готовы к выполнению всего комплекса задач: подбору материалов, разработке конструкции, комплектации и изготовлению опытного образца».

Будет ли продолжение?

По словам главного специалиста Института Арктики и Антарктики Андрея Миракина, имеющего большой стаж работы в антарктических экспедициях, сани еще подлежат доработке. Россия планирует реконструировать старую станцию «Восток» в 2020–2021 годах. К этому времени и потребуется средство для транспортировки крупногабаритных модулей.

«В мировой практике перевозка сверхтяжелых грузов в условиях Антарктиды отсутствует. Сани надо доводить до ума и начинать их выпускать серийно, ведь они могут быть востребованы не только российскими полярниками, но и иностранными коллегами. Пока что у саней есть как плюсы, так и минусы. Достоинства таковы: большое скользящее пятно, соответственно, вес груза ровно распределяется по всей поверхности. За счет этого они не тонут в снегах, имеют хороший резерв плавучести. Что касается минусов, сани пока недостаточно скользкие: сочленения, дающие маневренность платформе, замедляют ее скольжение. Также сани оказались выше и тяжелее, чем требовалось, а габариты рамы подходят не для всех вариантов грузов», – говорит Андрей Миракин.

Пока крупнотоннажные сани выдержали тесты при температуре –40 ˚С. В следующем году доработанный образец будет подвергнут испытаниям при более суровых морозах.

Источник: neftehimia-journal.ru