Друзья земляне!
Предлагаю вашему вниманию некоторые соображения по поводу освоения Арктики.
Технический очерк
Введение. Цель – инновационное развитие Арктической Цивилизации
Одной из наиболее ярких и плодотворных идей последнего времени, имеющих фундаментальное научное и глобальное практическое значение, является концептуальная идея Арктической Цивилизации, выдвинутая академиком Ю.В.Яковцом. Она касается судеб не только огромного региона планеты – Арктики, но и в существенной степени затрагивает будущее всего Человечества. Новой является не только идея, но и само понятие Арктической Цивилизации. Традиционно наука, изучая многочисленные цивилизации, существовавшие и существующие в истории Человечества, выявляет и фиксирует отдельные факты, группирует их, анализирует и постепенно воссоздает исторический облик этих цивилизаций, выявляет причины и механизмы их возникновения, становления, развития, упадка и гибели. Впервые научная идея Арктической Цивилизации касается Цивилизации, находящейся в стадии развития. Сегодня в Арктике в той или иной степени уже присутствуют северо-американская–канадская цивилизация, западно-европейская и российская цивилизации. Они заметно отличаются между собой по принципам деятельности, применяемым технологиям, уровню технической оснащенности, характеру экономических целей и интересов. В национальных арктических зонах хозяйственного и государственного суверенитета сегодня можно наблюдать всего лишь слабые технологические и экономические проекции указанных цивилизаций. К созданию самодостаточной Арктической Цивилизации никто из арктических стран пока не приступил. Научный приоритет России в этой области налицо.
Арктической Цивилизации как цивилизации, имеющей собственные технологические основы, еще только предстоит сформироваться. Человечеству предстоит создать полномасштабную систему технологий Арктической Цивилизации со всеми ее отраслевыми составляющими в одном из крайне специфических регионов планеты. Единая для всех арктических стран специфика Арктики будет диктовать общность технологических, экономических и организационных подходов. Иными словами, идея Арктической Цивилизации подразумевает предстоящее возникновение единой технологической культуры на просторах Арктики. В практическом плане идея Арктической Цивилизации – это идея целевого планирования и совместного, экономически эффективного формирования технологических основ цивилизации в Арктике группой государств на принципах партнерства цивилизаций.
Уровень научного, инженерного и технологического развития является одной из важнейших характеристик любой цивилизации. От него напрямую зависит экономика, экономическая мощь, форма и темп общественного развития. Кроме того, своеобразие материальной культуры цивилизации определятся своеобразием набора тех технологий и тех материалов, которые в ней созданы и применяются, своеобразием форм организационных и производственных структур, характерных для нее. Коренные малочисленные народы Севера создали свою своеобразную культуру, однако, в силу крайне суровых климатических условий, в силу крайней скудости доступных природных ресурсов, в силу значительной разрозненности и разъединенности большими расстояниями малочисленных поселений невозможно говорить о существовании единой технологической основы северной цивилизации.
Ситуация на Севере начала кардинально меняться относительно недавно с переходом к широкомасштабной добыче углеводородов. Здесь появились многочисленные элементы производственных систем, связанных в первую очередь с добычей и транспортом полезных ископаемых. По мере развития добычи на Север все в больших масштабах переносятся «южные» технологии. Важно подчеркнуть, что завозимые и используемые производственные, энергетические, транспортные, коммунальные, жилые технические системы были созданы и отработаны в других климатических условиях и только затем лишь частично приспособлены к эксплуатационным условиям Севера. Специальные северные вахтовые вагончики, специальная одежда и обувь, смазочные масла для техники, системы смазки, топлива для использования при низких температурах – примеры такого приспособления. На этой стадии практически нет специальных северных технологий. В основном используется метод приспособления к северным условиям, метод модификации технических систем, разрабатываются и производятся так называемые «северные исполнения». Сегодня накоплен богатый опыт многих десятилетий хозяйственной деятельности на основе стратегии адаптации технологий. Это отрицательный опыт огромных экономических и экологических потерь. Издержки «модификационного» подхода оказались огромными.
В настоящее время все виды деятельности человека на Севере связаны с огромными дополнительными затратами, рисками, потерями. Анализ такого состояния дел показывает, что причина кроется либо в слабой приспособленности, либо в полной неприспособленности, либо полной непригодности всех составляющих и элементов современной технической культуры, современной техногенной среды к перенесению в условия Севера. Однако тот же анализ показывает, что сегодня в мире и в России имеются все научные, технические и технологические предпосылки, чтобы создать полноценную северную техногенную среду, свести к минимуму дополнительные издержки, связанные с природно-климатическими условиями северного региона планеты, создать эффективную северную экономику. Одним из примеров первой, полностью северной технической системы является ледокольный флот. Еще пример: системы индивидуального обогрева. Однако, примеров глубокой северной специализации сегодня относительно мало.
В этой связи встает естественный вопрос о цели пребывания человека на Севере, о долгосрочности существующих интересов, об экономической целесообразности освоения Севера. Концепция Арктической Цивилизации академика Ю. В. Яковца дает стратегически перспективные и потому наиболее интересные ответы на такого рода вопросы. Арктика является перспективным регионом для постоянного проживания десятков миллионов людей. Имеющиеся современные технологии, уже сформированные инженерные подходы и найденные технические решения позволяют создать в Арктике комфортные условия жизнедеятельности. Арктика может стать технологически и экономически самостоятельным, самодостаточным регионом планеты. Для этого необходимо разработать огромное число новейших технологий. Следовательно, нужно создавать арктическую инновационную систему, специализированные профильные инженерные, технологические и научные структуры, разрабатывать программы работ, формировать источники финансирования и механизмы реализации. Нужно создавать целостную разветвленную систему привлечения в указанную сферу инвестиций, систему создания экономической мотивации инвесторов и интеллектуальной мотивации ученых, инженеров, технологов, других специалистов, систему подготовки и поддержки инноваторов. В решении поставленных задач огромную роль должна сыграть правильно выстроенная и точно реализуемая концепция технологических основ Арктической Цивилизации. Предлагаемая статья посвящена разработке концепции проектирования технологических основ Арктической Цивилизации.
Арктические условия
При создании технологий, технических устройств и систем решающее значение имеют условия, в которых они будут эксплуатироваться. Перечислим кратко основные специфические особенности условий в Арктике. Во-первых, это суровые погодно-климатические условия, с особым низкотемпературным режимом, особым режимом и формой выпадения осадков. Во-вторых, это своеобразная пространственно-временная структура литосферы, гидросферы, атмосферы. Гидросфера представлена, в частности, относительно замкнутым водоемом – Северным Ледовитым Океаном, имеющим переменную глубину в большом диапазоне величин (с максимальной глубиной более 5 тыс. м), довольно большую среднюю глубину (более 1200м), относительно мелководный шельф (около 200м), значительное по площади ледовое покрытие (более 4 млн. кв. км), соленую переохлажденную воду (-0,9 град. С). Кроме того, гидросфера представлена огромным числом рек самой разной мощности водосброса. Вода в большом объеме представлена не только, жидкой, но и твердой фазой, в виде больших масс снега и льда. Лед в Арктике имеет множество форм: от ледового покрытия океанской поверхности, до ледяных островов, ледников и айсбергов. Мощный процесс образования айсбергов идет в Гренландии. Ледовое покрытие, изменение его площади, изменения ледовых масс многими механизмами связаны с погодой и уровнем вод Мирового Океана. Сезонные колебания ледового покрытия в окраинных и внутренних морях океана определяют условия сезонного судоходства. Режимы волнообразования существенно различаются в разных частях океана. В некоторых важных хозяйственных регионах высота волн во время шторма достигает 11 метров. Высота приливов колеблется от одного до шести метров. Значительны колебания уровня воды от нагонных процессов. Литосфера Арктики имеет многочисленные и разнообразные формы. Если Антарктика – это континент, окруженный водой, то Арктика – это океан, окруженный прибрежными территориями. Литосфера Арктики представлена в форме глубоководного дна, подводных хребтов, обширной шельфовой зоны, суши в виде огромного числа островов, архипелагов, береговой зоны со сложным рельефом и прибрежных территорий. Для литосферы Арктики характерны вечная мерзлота и отсутствие почвенного покрова на значительной части территории. Атмосфера Арктики имеет свой своеобразный температурный и влажностный режим. Для воздуха над Арктикой характерно повышенное атмосферное давление в течение большей части года, низкие температуры, относительно устойчивые сезонные режим и направления перемещения воздушных масс. Влажность воздушных масс низкая. В-третьих, особые условия теплообмена между этими тремя сферами, в частности, опосредованный контакт между океаном и атмосферой через слой термоизолирующего ледяного покрова. Большие ледовые и снежные массы, переохлажденная океанская вода создают значительную холодовую инерцию. Много тепла круглогодично поступает в Арктику вместе с теплыми водами океанского течения из Атлантики. Это определяет значительную биологическую продуктивность соответствующего сектора океана. Колебания площади ледового покрытия океанской поверхности влияет на суммарное отражение солнечной энергии, и ее поглощение. Уменьшение площади ледяного покрова ведет к увеличению поглощения солнечного света и к дальнейшему усилению таяния льдов. В-четвертых, близость к северному магнитному полюсу и к оси вращения Земли. В-пятых, своеобразие режима освещенности и характеристик солнечной радиации. В течение долгой полярной ночи в Арктике идет процесс выхолаживания всех геосфер, в течение полярного дня идет интенсивный прогрев. Энергетический годовой баланс в разных регионах Арктики различается очень сильно. В шестых, огромное количество метана, законсервированного в слое вечной мерзлоты на суше, а также в виде кристаллогидратов в придонном слое океана. Метан – сильнейший парниковый газ, в 30 раз превосходящий двуокись углерода по вызываемому парниковому эффекту. Дестабилизация температурных режимов в этих природных хранилищах метана, вызванная техногенными факторами, может инициировать ни с чем не сравнимый по мощности, отрицательный глобальный парниковый эффект.
К этому нужно добавить:
• слабость и редкость растительного покрова,
• очень низкую заселенность территории,
• принадлежность территории Арктики многим государствам,
• значительную неравномерность распределения территории по государствам,
• наличие в Арктике огромных запасов углеводородов,
• неравномерность их распределения по территории Арктики, по шельфу и по государствам,
• высокую уязвимость арктических экосистем, в частности, экосистемы Северного Ледовитого Океана,
• отсутствие признаков, следов и последствий деятельности предыдущей цивилизации.
Экологические и природоохранные ограничения на применяемые технологии связаны с тем, чтобы не вызвать изменений в природной среде, которые могут иметь катастрофические последствия. Применяемые и создаваемые технологии не должны вызывать нарушения в экосистемах, не должны вызывать изменения белизны снега, нарушения температурных режимов в геосферах, не должны вызывать массового интенсивного таяния льдов и значительного сокращения площади льдов, поскольку это может повлечь повышение уровня воды в океане, не должны вызывать массового выделения метана, не должны даже в малой степени загрязнять воды океана и т.д. Список такого рода ограничений весьма длинный и жесткий. В частности, эти требования сразу накладывают строжайший запрет на применение в тундре гусеничной вездеходной техники, на сжигание в Арктике попутного газа, на слив в океан промывных вод и т.д.
Важнейшими природными ресурсами Арктики, кроме запасов газа и других полезных ископаемых, являются вода и холод. Их объединение создает лед. Технологически простое получение льда позволяет разработать и применять технологию строительства изо льда. Ледяные фундаменты, ледяные автомобильные и железные дороги, ледяные причальные сооружения, ледяные подводные сооружения и т.д. – примеры экологически корректных и приемлемых сооружений и соответствующих строительных технологий для Арктики.
Важнейшие внешнеэкономические условия, в контексте которых необходимо оценивать все, связанное с Арктикой, – это, с одной стороны, ориентированность современной мировой экономики на газ, как энергоноситель, но, с другой стороны, труднодоступность газа и других полезных ископаемых в Арктике, высокий уровень производственных издержек при добыче, активный и постоянный поиск всеми странами альтернативных углеводородам источников энергии.
Группа арктических строительных технологий
Первую группу арктических технологий составляют технологии, обеспечивающие экономичное, скоростное строительство в условиях Арктики всех видов сооружений: гражданских, промышленных, транспортных, энергетических, агропромышленных и др. Указанные виды строительства должны быть обеспечены глубоко специализированными материалами и строительными технологиями. Такими материалами являются суперкомпозиты, представляющие собой новое поколение конструкционных строительных материалов. Они превосходят железобетон в десятки раз по всем основным физико-техническим характеристикам. В частности, по морозостойкости, по трещиностойкости, по ударной вязкости. Уникальные свойства этих материалов позволяют реализовать новую ячеистую строительную систему, снижающую ресурсоемкость строительства, в частности, материалоемкость и трудоемкость в десять и более раз. Ячеистая строительная система обеспечивает свободу строительного и архитектурного формообразования, позволяет удовлетворить самым разнообразным и высоким требованиям отдельных видов строительства. Более того, эта система позволяет строить уникальные сооружения, которые нельзя построить в других материалах и конструкциях. Примерами являются многочисленные подводные сооружения, такие как транспортные тоннели, платформы, заводы и многие другие. Эта же система суперкомпозитного ячеистого строительства позволяет создавать армирующие каркасы и осуществлять строительство автомобильных и железных дорог, используя лед в качестве инертного материала.
Другими примерами строительных материалов, технологически эффективных для применения в условиях Севера, являются пенобетон, пеносиликальцит, пеностекло, вакуумное стекло, древсталь, лед и ряд других. Они могут обеспечить весьма высокую экономическую эффективность северного строительства. Традиционные материалы, такие, как бетон, железобетон, сталь, вызывают неприемлемо высокую ресурсоемкость строительства по всей технологической цепочке строительного производства в северных регионах, и должны иметь ограниченное применение.
Примером новейшей эффективной строительной технологии является технология электронно-ионной обработки бетонной смеси с целью ускорения формирования цементного камня. Набор распалубочной прочности происходит не за пять-семь дней, а за полтора-два часа. Это чрезвычайно важно для проведения при отрицательных температурах бетонных работ, например, устройства теплоизоляции зданий, фундаментов, ограждающих конструкций, трубопроводов с помощью монолитного пенобетона.
Ниже приводится краткий перечень имеющихся и разрабатываемых арктических строительных технологий:
• Технологии производства суперкомпозитов;
• Технологии производства суперкомпозитных ячеистых конструкций;
• Технологии производства элстара;
• Технологии производства вакуумного стекла;
• Технологии производства монолитного сверхлегкого теплоизоляционного пенобетона;
• Технологии производства конструкционного материала древсталь;
• Технологии производства пеносиликальцита, пеностекла и ряда других специализированных строительных материалов, изделий, конструкций;
• Суперкомпозитная ячеистая строительная технология;
• Технологии строительства фундаментов;
• Технологии пенобетонной монолитной теплоизоляции;
• Технологии ледяного строительства с суперкомпозитным армирующим каркасом;
• Технология строительства с пневматической опалубкой;
• Технологии строительства гражданских и промышленных зданий;
• Технологии строительства транспортных эстакад;
• Технологии строительства транспортных тоннелей;
• Технологии строительства транспортных подводных плавучих тоннелей;
• Технология строительства коллекторов;
• Технология строительства плавучих портовых сооружений;
• Технология строительства защитных сооружений от наводнений;
• Технология строительства подводных платформ различного назначения;
• Технология строительство подводных поселений;
• Технология строительства подводных газоперерабатывающих заводов;
• Технология строительства северных монообъемных городов с полностью контролируемыми условиями городской среды.
Полный перечень составляет более 60-ти позиций.
Группа арктических технологий производства продовольствия
Вторую группу арктических технологий составляют технологии продовольственного жизнеобеспечения в условиях Арктики. На Севере невозможно использовать технологию традиционного полевого земледелия на открытых почвах. Технология выращивания растительной продукции в теплицах и парниках также не применима в условиях Арктики по условиям освещенности и энергетической эффективности. Она не обладает необходимой стабильностью, круглогодичностью, производительностью и экономичностью. Специально разработанная технология агропромышленного растениеводства в контролируемых условиях основана на принципиально новом подходе к растениеводству. Благодаря ряду новейших технологий, в частности, в области светотехники, почвоведения, микробиологии, агропромышленного скоростного суперкомпозитного строительства, растениеводство может быть перенесено «под крышу» в замкнутые объемы специализированных зданий, в которых создаются максимально благоприятные условия для выращиваемых растений. Это, например, температурный и влажностный режим газовой атмосферы и почвы, это режим освещенности, состав почв, применяемые агротехнические приемы ухода за растениями.
Растениеводство переводится в гарантированный промышленный режим, с многократным увеличением производительности. Исключается зависимость от погодных и климатических условий, исключаются насекомые-вредители, сорняки и болезни растений. Исключаются потери при уборке, транспортировке и хранении растительной продукции. Исключается использование тяжелой тракторной техники, разрушающей и загрязняющей почву. Появляется возможность полной роботизации и автоматизации всего производственного процесса, возможность применения новейших информационных технологий. Производство плодородных почв, ориентированных на выращиваемые культуры становится частью агропромышленного растениеводства. Производство посадочного материала максимально высокого качества, без генетических дефектов и болезней также становится частью агропромышленного производства. Производство растительной продукции становится независимым от внешних условий, непрерывным, круглогодичным, разнообразным по ассортименту, достаточным, гарантированным, экономичным, наукоемким, высокотехнологичным.
Сами здания размещаются в черте города максимально близко к потребителю, что исключает дальние перевозки. Продукция производится по мере ее потребления, что сводит к минимуму затраты на хранение. В городе есть все необходимые коммуникации и квалифицированный персонал. Растениеводство оказывается ничем не связанным с сельской местностью. Такие агропромышленные производства можно создавать в любых климатических зонах, вплоть до районов крайнего Севера, и обеспечить решение задачи национальной и региональной продовольственной безопасности.
Ниже приводится краткий перечень имеющихся и разрабатываемых арктических технологий производства продовольствия:
• Технологии агропромышленного растениеводства в контролируемых условиях;
• Технология агропромышленного кормопроизводства в контролируемых условиях для животноводства, птицеводства и рыбоводства в условиях Арктики;
• Технологии агропромышленного растениеводства в контролируемых условиях для производства специализированных северных биодобавок;
• Технологии микробиологического производства специализированных северных биодобавок;
• Технологии агропромышленного растениеводства в контролируемых условиях для северной фармакологии и косметологии;
• Технологии северного животноводства и птицеводства;
• Технологии северного интенсивного рыбоводства.
Полный перечень составляет более тридцати позиций.
Группа технологий арктического здравоохранения
Третью группу арктических технологий составляют технологии арктического здравоохранения. Основу здоровья людей составляет сбалансированное, функциональное, адекватное питание. Для жителей Арктики это справедливо в гораздо большей степени, чем для жителей других регионов. Нехватка жизненно важных веществ в рационе питания приводит к падению иммунного статуса, функциональным расстройствам, заболеваниям самой различной этиологии. Недостатки в питании пагубно сказываются на репродуктивной функции мужчин и женщин, на родовой функции женщин, на вынашивании и выкармливании детей, на развитии и росте детского организма, формировании интеллекта. По это причине базовая технология агропромышленного растениеводства с целью обеспечения полноценным питанием населения Арктики без каких-либо скидок на климатические условия, с целью производства полноценных кормов для животноводства, птицеводства, рыбоводства, с целью производства зелени и лечебных трав должна рассматриваться как важнейшая технология здравоохранения.
В настоящее время разработаны эффективные методы инструментальной экспресс диагностики, созданы многочисленные виды оборудования, позволяющие выявлять широкий спектр заболеваний на ранних стадиях, позволяющие прогнозировать предрасположенность организма к определенным заболеваниям. Вместе с методами традиционной медицины в настоящее время разработан широкий спектр методов и средств так называемых нетрадиционных направлений медицины, в частности, интегративной медицины. Особой эффективностью обладают, диагностические и лечебные методы резонансной энергоинформационной медицины доктора Юсупова.
Отдельного внимания заслуживают корректирующие, восстанавливающие, развивающие гимнастические комплексы профилактической медицины, в частности, гидростатическая гимнастика и акваформинг. Эти комплексы учитывают водную природу человеческого организма, водную природу буквально всех жизненно важных процессов в организме. Комплексы позволяют не только восстанавливать и поддерживать все функции организма, но также значительно продлевать активную физическую, духовную и интеллектуальную жизнь человека, являясь основой нового направления в геронтологии - «Аквагеронтологии». Соответствующая комплексная технология называется технологией аквагеронтологии.
Полный перечень технологий составляет более тридцати позиций.
Группа арктических транспортных технологий
Традиционные технологии строительства автомобильных дорог, примененные на Севере, показали свою полную непригодность для этого региона. Причин много: отсутствие инертных материалов, огромные расстояния, низкие температуры, очень короткое лето, долгая полярная ночь, отсутствие инфраструктуры, дороговизна топлива и эксплуатации дорожной техники, вечная мерзлота и многие другие факторы. Строительство на основе использования железобетонных плит, песка, бревен технологически и экономически абсурдно. При эксплуатации таких «дорог» происходит растепление вечной мерзлоты и погружение тела дороги под воду. Приходится производить многократные перестилки дорожного полотна, но тем не менее происходят потери техники и грузов, потери времени. Огромные финансовые затраты на транспортировку – это плата за использование традиционной автотранспортной технологии, традиционной автотранспортной техники, традиционной дорожной строительной технологии, в условиях, для которых они не предназначены и для которых они не годятся. Немногим лучше обстоит дело с железными дорогами на Севере. В любом случае, стратегию полномасштабного освоения Арктики на указанных транспортных технологиях построить невозможно. Представляется, что для условий Арктики в качестве основных приемлемыми являются технологии полета и технологии движения по эстакадам.
Транспортные эстакады имеют многочисленные достоинства:
• эстакады не требуют значительных землеотводов, как, например, железная дорога или автомагистраль;
• эстакады позволяют сгладить сложный рельеф местности за счет изменения высоты опор и избежать крутых спусков и подъемов;
• эстакады позволяют проложить трассу там, где практически нет свободного, достаточного или подходящего места для дорог, например, в городах, в горах, в лесах, в болотах;
• эстакады позволяют соединять пункты назначения практически по прямой линии, существенно сокращая длину пути по сравнению с другими транспортными магистралями.
Однако у транспортных эстакад, возводимых из стальных или железобетонных конструкций, есть принципиальные для условий Арктики недостатки: они строятся очень долго, с большими сложностями и получаются очень дорогими. Суперкомпозитная ячеистая строительная система позволяет преодолеть указанные недостатки.
Примером специализированной арктической транспортной технологии может служить технология магистрального грузопровода. Транспортная система магистрального грузопровода - это эстакадная транспортная система, имеющая свой специализированный подвижной состав, рельсы и колеса специальной конструкции, особый электропривод и системы автоматического управления движением. Все перечисленные и множество других составляющих этой транспортной системы имеют уникальное техническое и технологическое решение. Благодаря этому ее производительность составляет миллиарды тонн груза в год. Для сравнения укажем, что железные дороги обладают производительностью, не превышающей 100-150 млн. тонн грузов в год.
Система магистрального грузопровода предназначена для безостановочных перевозок сверхбольших объемов грузов (миллиарды тонн) на сверхбольшие расстояния (тысячи км). Она может быть ориентирована на решение задачи транспортного обеспечения мировой торговли между тремя основными промышленно развитыми регионами мира - Европой, АТР, США и Канадой. Россия – единственная страна, которая имеет с этими регионами общие границы. Иными словами, Россия находится в экономико-географическом центре мира. В этом состоит ее геостратегическое географическое преимущество. Сухопутные транзитные перевозки через территорию России, в частности, вдоль побережья Северного Ледовитого Океана, обладают многочисленными преимуществами по сравнению с морскими перевозками: они быстрее, безопаснее, дешевле. Строительство магистрального грузопровода через территорию России позволит многократно ускорить мировой грузооборот, многократно снизить транспортные и финансовые издержки мировой торговли, позволит занять России центральное место в системе глобальных перевозок. Доходность такой транспортной системы будет превышать доходность от добычи в Арктике полезных ископаемых и будет гораздо меньше зависеть от рыночной конъюнктуры на сырье. Этим определяется стратегическое и экономическое значение российского арктического региона помимо добычи полезных ископаемых. В настоящее время имеется около десятка вариантов грузовых и пассажирских эстакадных транспортных систем, с характеристиками, многократно превосходящими характеристики известных транспортных систем.
Наряду с традиционными транспортными системами, основанными на технологиях полета, такими, как самолеты, вертолеты, экранолеты, аэростаты, суда на воздушной подушке, создан ряд принципиально новых систем, основанных на нетрадиционных технологиях. Среди них можно назвать группу аэроэстакадных технологий, в которых полет осуществляется с использованием эстакады. Эстакада в этих технологиях выполняет разные функции: создание сложно профилированной подстилающей поверхности, основа для движения тяговых или энергопередающих устройств и ряд других. Энергоэффективность такого рода транспортных систем значительно выше, чем у традиционных транспортных систем, а зависимость от погодных условий значительно ниже. В настоящее время имеется около десятка различных вариантов такого рода систем.
Освоение гигантских месторождений углеводородов в Арктике наталкивается на проблему транспортного обеспечения вывоза добываемого сырья. Прокладка подводных трубопроводов в Северном Ледовитом Океане невозможна из-за того, что его поверхность покрыта круглый год многометровым слоем льда. Возможность круглогодичной и крупномасштабной добычи газа должна быть обеспечена подводными танкерами сверхбольшого водоизмещения (сотни тысяч и миллионы тонн), предназначенными либо для перевозки сжиженного газа, либо жидких полуфабрикатов – продуктов первичной переработки добытого газа. Строительство подводных танкеров такого размера (около ста метров в ширину и сотни метров в длину) с использованием традиционных материалов (титан, сталь), традиционных конструкций и традиционных технологий, применяемых при изготовлении подводных лодок, невозможно. Корпус танкера с большими пролетами даже на небольших глубинах будет смят давлением воды. Для строительства подводных крупногабаритных объектов, в том числе и танкеров сверхбольшого водоизмещения можно использовать суперкомпозиты, суперкомпозитные ячеистые структуры и роботизированные технологии сборки ячеистых структур. Суперкомпозиты обладают прочностью, в десятки раз более высокой, чем железобетон. Они не пропускают воду и крайне слабо подвержены коррозии в морской воде. Ячеистые конструкции, собираемые из суперкомпозитных листовых элементов, обладают высочайшими прочностными свойствами, способными противостоять всем видам нагрузок, возникающих в подводных кораблях при движении на значительной глубине. Технология сборки ячеистых конструкций будет реализована в роботизированных комплексах, полностью исключающих ручной труд людей. Технология строительства подводных крупногабаритных кораблей должна быть ориентирована не только на потребности арктического региона. Целесообразно взять курс на формирование совершенно нового сегмента мирового рынка судостроения и рынка морских перевозок, по финансовым объемам и физическим параметрам, многократно превышающим соответствующие современные сегменты рынка надводного грузового судоходства, и снижение себестоимости перевозок в несколько раз.
Группа арктических технологий для подводной добычи и переработки газа
Разработана группа технологий, позволяющих полностью решить задачу добычи газа на подводных месторождениях в Северном Ледовитом Океане и его транспортировки в любую точку Земного шара. Основу указанных технологий составляет суперкомпозитная ячеистая строительная система, модифицированная для строительства под водой на больших глубинах. С помощью этой системы изготавливается типовая подводная добычная платформа цилиндрической геометрии, способная выдерживать внешнее гидростатическое давление до 10 атмосфер. Платформа изготавливается на суше, на специальном стапеле. На платформе после ее изготовления размещается стандартное буровое оборудование. Платформа в подводном положении буксируется к месту добычи с помощью специализированного подводного буксировочного плавсредства. Далее платформа под водой переводится в вертикальное положении и фиксируется над заданной точкой морского дна так, чтобы ее верхний край находился на глубине 20-30 метров. Кроме платформы к месту ее установки буксируются фрагменты защитного вертикального коллектора, через который будет осуществляться бурение. Суммарная длина фрагментов коллектора равна расстоянию от нижнего торца платформы до океанского дна. Фрагменты коллектора переводятся под водой в вертикальное положение, последовательно соединяются между собой и опускаются вниз. Монтаж защитного коллектора заканчивается тогда, когда нижний торец коллектора опустится до самого дна. На нижнем торце самого первого фрагмента защитного коллектора заранее смонтировано устьевое оборудование, обеспечивающее при бурении и эксплуатации скважины герметичность внутреннего пространства защитного коллектора, а также аварийное закрытие скважины, временное закрытие скважины или ее консервацию. Верхний конец защитного коллектора соединяется с переходным шлюзом добычной платформы. Бурение и монтаж обсадной колонны осуществляется через защитный коллектор.
Еще одна комплексная технология разработана для переработки добываемого газа в жидкий полуфабрикат, например, метанол. Разработана технология хранения жидкого продукта в специальных подводных плавучих хранилищах. Общее число основных технологий для подводной добычи и переработки газа составляет около 80 позиций.
Группа арктических энергетических технологий
Новейшие технологии в энергетике позволяют полностью обойтись в Арктике без сжигания газа и угля. Примером таких технологий является технология ветроэнергетики, основанная на использовании специальной турбины и сопла Лаваля или технология щелевых ветрогенераторов с вертикальной осью. Наиболее перспективным является вариант создания «высотной ветроэнергетики». Этот вариант предполагает строительство высотных платформ и размещение на каждой десятков и сотен ветрогенераторов. Высотные платформы представляют собой монтажные площадки на высоких опорах, достаточно далеко разнесенных друг от друга в пространстве и обеспечивающих платформе достаточную устойчивость даже при сильных арктических ветрах. Платформы и опоры целесообразно строить на основе суперкомпозитной ячеистой строительной системы, предопределяющей высокую скорость и экономичность строительства, надежность и долговечность сооружения в условиях Арктики. Удельные ресурсные затраты на несущие конструкции в пересчете на мощность ветроэнергетической оказываются невысокими. Размещение ветрогенераторов на большой высоте обеспечивает сильный, постоянный и устойчивый ветровой поток.
Одновременно с этим вариантом целесообразно производить ветрогенераторы простых конструкций и в больших количествах. Быстросборные и не требующие специальных технических знаний, простые и надежные в эксплуатации, с высокой ремонтопригодностью такие ветрогенераторы обеспечат для коренного населения, для вахтовиков, для туристов и многих других электропитание всех видов бытовой техники, телефонной, телевизионной и медицинской аппаратуры.
Одним из крупнейших источников энергии являются морские и океанские течения. Разработаны специальные виды крупногабаритных подводных турбин для медленных водных потоков. Фрагменты этих турбин собираются на суше, на специальных стапелях в виде суперкомпозитных ячеистых конструкций. Затем фрагменты буксируются по отдельности в надводном плавучем положении к месту установки. Все фрагменты состыковываются в единую конструкцию, которая погружаются на определенную глубину и фиксируются с помощью специальной системы якорения в подводном плавучем положении. Оценки показывают, что строительство, монтаж, наладка и пуск одной турбины мощностью Красноярской ГЭС можно осуществлять за 14-15 месяцев. Себестоимость энергии снижается минимум в десять раз. Количество доступной энергии практически не ограниченно.
Еще одной перспективной технологией получения энергии является технология добычи геотермальной энергии с помощью специально пробуренных скважин. Скоростное бурение скважин со скоростью до 30 метров в час с использованием специального бурового снаряда позволяет бурить вертикальные и горизонтальные скважины на глубину 7-10 км за очень короткие сроки. На указанных глубинах температура пород составляет 250-350 градусов по Цельсию. В одну из скважин нагнетается под давлением вода, которая от пород нагревается и превращается в пар. Перегретый пар по естественным трещинам в породе просачивается в другую скважину и по ней поднимается на поверхность земли. Если естественной трещиноватости пород не достаточно, то осуществляется гидроразрыв пласта. Далее с помощью известного энергетического оборудования, собранного в виде стандартного массового мобильного комплекса, получается электроэнергия и тепло.
Перспективной областью для применения ядерных энергетических установок являются все арктические подводные технологии, связанные с подводным транспортом, подводными добычными платформами, подводными тоннелями, подводными заводами, подводными поселениями. Основное требование – обеспечить безопасность. Безопасность может быть обеспечена на уровне, в сотни раз превышающем уровень безопасности атомных подводных лодок и атомных ледоколов, за счет использования защитных многослойных ячеистых суперкомпозитных оболочек. Оболочки специальной конструкции не будут разрушены даже при прямом неоднократном попадании в нее торпед.
Наконец отметим, что упоминаемый ниже синтез углеводородов в виде углехимических производств идет с выделением большого количества тепла, которого всего в два раза меньше по сравнению с простым сжиганием угля. В углехимической технологии цель состоит в синтезе углеводородов, поэтому получение тепла и электроэнергии оказывается бесплатным приложением. Особо подчеркнем, что в указанном технологическом процессе вредных выбросов в виде СО или СО2 нет совсем. Весь углерод уходит на синтез. По этой причине углехимическое производство можно размещать в городской черте с целью экономии на сетях и на транспорте для сотрудников.
Полный перечень основных энергетических технологий составляет более двух десятков позиций.
Группа технологий арктической газохимической промышленности
Современная стратегия развития газодобывающей промышленности ориентирована на добычу газа, его подготовку к транспортировке по газопроводу и транспортировку потребителям. Переработка газа на месте добычи не предполагается. Такой подход является следствием «сырьевого подхода» к Арктике: она рассматривается только в качестве «стратегически важного источника сырья». Это означает, что весь регион становится заложником рыночной конъюнктуры на газ, и в случае падения спроса, падения цен на газ регион полностью теряет возможность не только развиваться, но и жить. Примером такой зависимости являются моногорода, в частности, связанные с газодобычей. После истощения газового месторождения хозяйственная жизнь практически останавливается, город становится нежизнеспособным и дотационным.
Концепция создания Арктической Цивилизации предполагает развитие Арктики как самодостаточного и экономически самостоятельного региона, обладающего собственной перерабатывающей промышленностью, в частности, собственным газохимическим и углехимическим производством. Создание указанных производств в Арктике должно осуществляться на основе принципиально новых технологий, полностью исключающих какие-либо выбросы в атмосферу, гидросферу и литосферу. Этому принципиально важному требованию полностью удовлетворяет разработанная в России инновационная технология переработки газа и получения из него химических соединений широкого спектра. Технология основана на катализаторах нового поколения, не имеющих аналога в мире. Катализаторы реализуют принципиально новую концепцию сложного каталитического синтеза. Инновационная технология выступает основой арктической газохимической промышленности, выпускающей топлива всех видов, включая евро-5, пластмассы, химические волокна, ароматические углеводороды и т.д. Отметим основные преимущества указанной технологии:
• выход готовой химической продукции за один проход газа через катализатор возрастает с нескольких процентов у катализаторов традиционной структуры до 60-70%; технологическое давление с 15-20 атмосфер может быть уменьшено до 2-3 атмосфер; технологическая температура с нескольких сотен градусов может быть уменьшена до 60-80 градусов Цельсия;
• благодаря столь значительному снижению уровня основных технологических параметров, оборудование будет иметь по сравнению с традиционным оборудованием многократно уменьшенные габариты и энергопотребление при многократно увеличенной производительности; производство может быть выполнено в мобильном варианте, позволяющем перемещать производство по мере выработки газовой скважины; многочисленные производства могут быть развернуты в непосредственной близости к месту добычи газа, к группам скважин;
• многократно уменьшается потребление дорогостоящих каталитических материалов; производство становится гибким и может в зависимости от рыночной конъюнктуры переключаться на выпуск нового вида химической продукции всего за несколько суток; на месте добычи газа целесообразно производить не разнообразную продукцию, а полуфабрикат высокой степени универсальности, который затем транспортируется на место основной переработки.
Отметим, что последнее обстоятельство особенно важно и ценно. Если выбрать в качестве полуфабриката вещество в виде жидкости, например, метанол, то тем самым впервые в мире решается основная проблема транспортировки газа экономически целесообразным способом: впервые удастся полностью отказаться от газопроводов, а также от дорогостоящей технологии сжижения газа и его транспортировки. Для транспортировки метанола по трубопроводу нужна труба небольшого диаметра, работающая под относительно небольшим давлением. Продукт метанол многократно дороже, чем газ, а транспортировка его многократно дешевле и проще. Выигрыш, очевидно, будет огромным.
Отметим отдельно самое главное, обстоятельство, касающееся сырьевой базы. Число скважин, в которых пластовое давление после многих лет добычи газа упало до 15-20 атмосфер, в разных регионах России исчисляется многими тысячами. Добыча на них полностью прекращена, поскольку величины давления и дебита недостаточно, чтобы заполнить газопроводы. Но суммарный объем этого остаточного газа низкого давления исчисляется, по некоторым оценкам, многими триллионами кубометров.
На аналогичном подходе может быть создана углехимическая промышленность, синтезирующая любые углеводороды из угля и воды в одном непрерывном процессе с помощью нового поколения катализаторов. Отходом такой промышленности будет чистый кислород, остающийся после распада воды и изъятия водорода.
Важным направлением в развитии этих производств является создание подводных перерабатывающих производств, позволяющих добываемый с подводных платформ из морских месторождений газ превращать в дорогостоящий жидкий полуфабрикат и транспортировать его в любую точку Земли под водой с помощью подводных танкеров. Прокладка подводных газопроводов подо льдом невозможна и не целесообразна.
Полный перечень этой группы технологий составляет более сорока позиций.
Группа арктических коммуникационных и информационных
космических технологий
Создание инновационной арктической экономики включает разработку и применение многочисленной группы коммуникационных и информационных технологий, обеспечивающих глубокую адаптацию экономического и общественного организма к условиям Арктики. Примером одной из таких технологий является космическая спутниковая технология, позволяющая решение огромного числа земных задач перенести в космос или обеспечить из космоса. Основу технологии составляет низкоорбитальная многофункциональная спутниковая система, получившая название «Полярная звезда». Спутниковая система включает от нескольких десятков до нескольких сотен серийных спутников, расположенных на определенным образом выстроенной системе орбит. Спутниковая система позволяет обеспечить всеми видами коммуникаций всю территорию Арктики, а при необходимости, и всю поверхность Земли. В системе заложены новые принципы орбитального построения, новые принципы конструкций спутников, новые технологии в области построения бортового комплекса аппаратуры и бортовой обработки информации. Система первого поколения способна обслуживать до 2 млрд. абонентов. В перечне решаемых задач: мобильная безроуминговая связь по всей Арктике, мобильный скоростной Интернет, интерактивное телевидение высокого разрешения, техническое телевидение, банковские расчеты, индивидуальное информационное обслуживание, гидрологические, гляциологические, океанографические, климатологические, геодезические, геофизические, картографические, поисковые и спасательные, экологический мониторинг геосфер Земли, геологические, в частности, поиск и прогноз полезных ископаемых, автоматизированные системы управления, лесотехнические, транспортные навигационные и многие сотни других научных и прикладных задач.
Указанная спутниковая технология порождает тысячи новых специализированных технологий. На ее основе можно создать мобильный коммуникационный комплекс для коренных народов Севера, для геологов, для добытчиков, для жителей городов, обеспечивающий дешевую телефонную и телевизионную связь. Можно создать автоматизированные системы управления хозяйственным комплексом округа, города, отдельного производства, добычной площадки, управления транспортными средствами и системами с телевизионным наблюдением в реальном масштабе времени. На ее основе можно создать систему медицинской диагностики в рамках арктической медицины, а также непрерывного сопровождения тяжело больных, например, сахарным диабетом или сердечно-сосудистыми заболеваниями. На основе спутниковой системы можно построить региональные информационные и телекоммуникационные сети округа, города, поселка. Можно построить многочисленные системы автоматизированного сбора информации, включая, слежение за стадами оленей и за отдельными животными.
Еще одним примером указанной группы технологий является технология, объединяющая интернет, телевидение, мультимедийный комплекс, радио, персональный компьютер в единое целое. Соответствующее индивидуальное устройство может быть настроено на большой перечень дополнительных задач. Например, обучение, включая среднее специальное и высшее образование, библиотечное обслуживание, медицинское обслуживание, проектные работы, рекламу, ведение сайтов, получение специализированной профессиональной информации и многое другое. Благодаря соединению множества технологий в одном программном пакете, в одном устройстве уровень решения перечисленных задач несопоставимо выше современного уровня решения этих задач по одиночке.
Полный перечень задач этой группы технологий превышает двести позиций.
Группа арктических технологий роботизации
Очень важную группу арктических технологий образуют технологии роботизации. Человеку во многих случаях сложно вынести условия Арктики или приспособиться к ним. Роботам могут быть поручены многочисленные задачи, в которых они с успехом заменят человека. К таким задачам можно отнести задачи управления арктическими транспортными средствами и системами, управления арктическими энергетическими объектами и системами.
Для суперкомпозитной ячеистой строительной системы разработаны основы роботизации строительного процесса, сформулированы все требования к созданию отдельных специализированных роботов и роботизированных комплексов, позволяющих строить перечисленные в настоящей статье сооружения, в частности, подводные транспортные и энергетические объекты.
Агропромышленное растениеводство может быть практически полностью роботизировано, что обеспечит безупречное качество продукции, высокую продуктивность, низкую себестоимость. Более того, роботизация позволяет применить те технологии, которые не совместимы с пребыванием человека в производственном помещении. Примером таких технологий являются технологии, связанные изменением газового состава и давления атмосферы внутри растениеводческого комплекса.
Роботизация настолько важна, что ее применение нужно планировать с самого начала проектирования любой арктической технологической и технической системы.
Полный перечень арктических технологий роботизации включает около 20 позиций.
Заключение. Стратегия арктического технологического лидерства
В настоящей статье впервые сформулирована концепция развития Арктической Цивилизации на собственной технологической основе. Наблюдаемые сегодня процессы приспособления к условиям Арктики малопригодных технологий должны после многих десятилетий немыслимых затрат наконец смениться целенаправленной разработкой глубоко специализированных арктических технологий по всему спектру отраслей экономики. Важно подчеркнуть, что принципиально важна именно такая, общеэкономическая постановка стратегической задачи, в противном случае новые арктические технологии будут постоянно, самым неприятным и затратным образом вступать в конфликт со старыми «неарктическими» технологиями. Нельзя построить инновационную экономику фрагментарно, слоями или секторами. Экономика образует целостный организм. Установка на отдельные «прорывные технологии» абсурдна, поскольку сводится к оснащению экономики «высокотехнологичными протезами», опережающими сам организм.
Сегодня у России есть возможность, сконцентрировав усилия, стать на многие десятилетия лидером в создании технологических основ Арктической Цивилизации. Можно и нужно повторить опыт СССР по созданию лидирующих технологий в космосе, в авиации, в кораблестроении, в энергетике, в медицине, в сельском хозяйстве, в строительстве. Это позволит рачительно отнестись к природным богатствам и перейти от торговли сырьем к торговле высокотехнологичными продуктами, устройствами, системами. Нужно сформировать свое уникальное место в международной системе разделения труда и на многие годы прочно занять в созданных секторах мирового технологического рынка лидирующие позиции. Можно и нужно ярко и уверенно освоить новую снежную Целину. Через несколько лет предстоит выставка «ЭКСПО Арктика-2015». Какими технологическими разработками будем поражать воображение всего мира и доказывать свое право считаться реальными лидерами в освоении Арктики и в построении Арктической Цивилизации?