Российские учёные разработали гибкий и прочный лёд для строительства гигантских объектов в Арктике

Герои Арктики

В мае 1937 года на льдину возле Северного полюса приземлились несколько самолётов. Вскоре они отправились обратно в СССР, высадив четверых полярников с оборудованием. На льдине остались Иван Папанин, Евгений Фёдоров, Эрнст Кренкель и Пётр Ширшов. Им предстояло основать первую в мире дрейфующую научно-исследовательскую полярную станцию «Северный Полюс-1».

К экспедиции готовились больше года. В 1930-х годах развернуть столь масштабный проект в Арктике было невероятно сложной задачей. Многими технологиями нельзя было воспользоваться в условиях холода и удалённости от Большой земли. В среднем температура на Северном полюсе летом была чуть ниже нуля. Зимой она опускается до -40 градусов, при этом сотрудникам полярной станции приходилось жить в палатке. Радиостанция, благодаря которой они связывались с Советским Союзом, находилась в доме, построенном из снега.

Членам экспедиции приходилось постоянно бороться с сильнейшими морозами, а также опасаться хрупкости их временных сооружений. Из-за перепада температур стены построек постоянно рушились, поэтому приходилось возводить новые. Продовольствие никогда не хранили в одном месте, чтобы в случае чего оно не пропало. Иногда таяли и части льдины, на которой находилась станция. Когда это случалось, полярникам приходилось перемещаться на надувной лодке между различными объектами.

Экспедиция продолжалась девять месяцев. За это время льдина, на которой обитали полярники, сократилась с трёх километров в длину и пяти в ширину до площади в 300 на 200 метров. Когда размеры стали крайне опасными для обитания, началась операция по спасению полярников. Всех членов экспедиции доставили домой. Данные, полученные учёными, стали важными для дальнейшего освоения Арктики, а Папанин и его коллеги получили звания Героев Советского Союза.

Фото: atexpo.ru / commons.wikimedia.org

Иглу и ледяной авианосец

Снег и лёд для строительства начали применять в далёком прошлом. В полярных регионах практически нет другого материала, поэтому жители приспособили их для различных целей. Одними из первых строить из снежных и ледяных блоков начали эскимосы. Иглу – их традиционные жилища.

Освоение Арктики и Антарктиды активно началось в конце XIX века и в начале XX века. Исследователи стали изучать быт местных жителей и применять полученные навыки во время экспедиций. В 1914 году этнограф из Канады Вильялмур Стефанссон стал первым представителем Большой земли, которому удалось построить иглу.

Транспортировка различных материалов на Северный и Южный полюса – сложная задача, поэтому приходится пользоваться тем, что есть на месте. Во время Второй мировой войны у Великобритании существовал проект по созданию авианосца из льда. Стали и других материалов в то время для этой цели не хватало, поэтому был предложен альтернативный вариант.

Специалисты понимали, что обычный лёд не подойдёт для строительства авианосца, поэтому был изобретён пайкерит. Это смесь опилок с водой, которая при замерзании становится довольно прочной и менее теплопроводной. В 1943 году из пайкерита был сделан прототип авианосца «Хабаккук». После этого создание полномасштабного корабля посчитали нецелесообразным из-за различных трудностей, проект отменили. Пайкерит не получил распространения и почти не использовался для строительства.

Позднее учёные вернулись к разработкам времён Второй мировой и стали их улучшать. В лабораториях создавали различные укреплённые виды льда, но они всё равно не годились для чего-то масштабного. Иглу или какое-то другое небольшое здание построить можно, но для амбиций по освоению полярных регионов этого точно не достаточно.

Проект «Хабаккук». Фото: Illustrated London News Ltd/Mar

Лёд 2.0

Совершенно новое вещество смогли разработать в Томском государственном университете. Российские учёные создали материал на основе льда, который обладает столь высокой прочностью и повышенной гибкостью, какой прежде никогда не было.

За разработку отвечали специалисты лаборатории «Полифункциональные химические материалы» ТГУ, а также сотрудники Московского государственного технического университета им. Баумана и федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН». Одним из начальников проекта был научный руководитель лаборатории, академик РАН и советник гендиректора Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов Вячеслав Бузник.

Материал внешне особо не отличается от обычного льда. Его особенность внутри – он наполнен различными по составу волокнами, которые придают особые свойства. Специалисты посмотрели на опыт прошлого, в том числе на создание пайкерита, и решили обратиться к технологиям, которые применяются в авиации. Крылья самолётов делают очень прочными, но при этом лёгкими и устойчивыми к перепадам температур. Такой подход помог сделать необычный лёд.

Учёные пробовали различные компоненты, которые смогли бы повысить прочность материала. В общей сложности через лабораторию прошли около 600 образцов, в том числе ткань из волокнистых нитей, пропитанная эпоксидной смолой, из которой изготавливают крылья самолётов. После этого были отобраны лучшие элементы для создания композитного льда.

Фото: pixabay.com

Ледяной причал и остров

В основу льда легли нити из полимеров и из льна. При этом состав можно менять для тех или иных свойств, которые необходимы для материала. По словам учёных, одной из главных особенностей разработки стала повышенная прочность. Испытания показали, что армированный лёд прочнее обычного примерно в шесть раз. Но не менее важна гибкость, которая увеличивается в 15 раз. Композитный лёд в образцах сгибали под углом до 120 градусов.

К сожалению, новый материал невозможно полностью изготавливать в Арктике. В ТГУ отмечают, что арматуру, то есть составляющую часть, придётся завозить на материк. В университете добавили, что использовать морскую воду для создания композитного льда не получится – с ней слишком сложно работать. Но в Арктике есть пресные источники, в том числе в реках в районе Сабетты, поэтому проблем с этим не будет.

По словам Вячеслава Бузника, специалисты продолжают тестировать материал. Учёные работают над образцами большей площади, чтобы проверить композитный лёд в различных условиях. Уже сейчас в Томском государственном университете уверены, что разработку будут использовать в самых разных сферах, что сложно было представить раньше.

«Область применения этого материала довольно широкая – от строительства причалов для разгрузки и взлётно-посадочных полос до площадок в море, которые необходимы при освоении шельфовых месторождений. Более того, можно возводить и ледовые острова для установки на них разведочных буровых. Думаю, что это дело не такого уж далёкого будущего», – подчеркнул Вячеслав Бузник.

Россия продолжает активное развитие Арктики. В регионе за следующие десять лет хотят реализовать десятки различных программ. Планируется, что Арктика станет одним из центров добычи и переработки углеводородов, а сейчас там активно добывают нефть. Все больше людей привлекаются для работы в сложных условиях, поэтому немаловажно, чтобы была обеспечена максимальная безопасность.

В этом и поможет прорывная разработка Томского государственного университета. Если раньше изо льда можно было построить что-то простое и непрочное, то сейчас появится возможность возвести гигантский промышленный комплекс или что-то не менее грандиозное. Применять новый армированный лёд начнут в скором времени, и уже можно сказать, что он не только даст новые возможности для освоения Арктики, но и сохранит человеческие жизни.