Санкт-Петербургский университетHi-Tech
Аэродром на краю земли
Сделать снег прочным, как бетон, и посадить на него 90-тонный самолет — звучит нереалистично. Но универсанты успешно справились с этой задачей в Антарктиде
Гляциологи Сергей Викторович Попов, профессор СПбГУ (кафедра гидрологии суши), и Сергей Петрович Поляков, выпускник Университета, главный специалист Российской антарктической экспедиции, помогли создать на ледовом континенте аэродром Зенит для приема тяжелых воздушных судов.
По словам исследователей, потребность в таком объекте возникла в 2022 году. В конце осени на российской станции Восток должно было начаться строительство главных корпусов нового зимовочного комплекса (НЗК) для полярников. Для этого отечественным специалистам требовалось привезти на континент технику, инструменты, материалы и топливо — в общей сложности более 2500 тонн грузов, а также около 100 инженеров и механиков.
Доставить все исключительно морским путем вовремя бы не получилось: с апреля по ноябрь воду у берегов Антарктиды покрывает прочный лед, через который трудно пройти ледоколам. Поэтому часть перевозок планировали осуществить с помощью тяжелых самолетов Ил-76. Их вес без багажа и пассажиров в среднем составляет 90 тонн, а за один раз воздушные суда позволяют перевезти 85 человек и около 50 тонн груза. К тому же самолеты этого типа преодолевают путь от Кейптауна — основного пункта отправки в Антарктиду — до ледового континента всего за шесть с половиной часов, тогда как у морских судов тот же маршрут занимает 10–14 дней.
Сложность заключалась в том, что на антарктическом материке отсутствовали подходящие для Ил-76 аэродромы, с которых можно было бы попасть на место строительства. Именно поэтому генеральный подрядчик НЗК, компания «Запсибгазпром», и запустила проект по созданию посадочной площадки Зенит.
Ближе к воде
При этом организовать новый аэродром решили не на самой станции Восток. Все потому, что она располагается в центральной Антарктиде, на расстоянии 1500 километров от побережья. Это место с самым суровым климатом на планете. Большую часть года температура здесь не поднимается выше −60 °C, а воздух разреженный и сухой. Строить взлетно-посадочную полосу в таких условиях слишком долго, дорого и трудно, а летать на тяжелых самолетах небезопасно.
Поэтому специалисты начали искать площадку с более щадящими условиями и удобной логистикой. В итоге под аэродром Зенит выделили участок недалеко от прибрежной российской станции Прогресс. Именно через нее в последние десятилетия происходит снабжение станции Восток, для чего организуются санно-гусеничные походы.
Ученым-гляциологам оставалось придумать, как на покрытом снегом леднике в районе Прогресса соорудить надежный аэродром. «Обычно в Антарктиде посадочные площадки для тяжелых самолетов делают в зонах голубого льда. Это участки, на которых отсутствует постоянный снежный покров, поэтому воздушным судам удобно с них взлетать и на них приземляться. Однако такие области составляют лишь около 6 % от всей территории белого континента. Рядом со станцией Прогресс их нет, поэтому нам нужно было разработать технологию для организации аэродрома прямо на рыхлом снегу глубиной от трех до десяти метров», — объясняет Сергей Поляков.
10 российских научно-исследовательских станций насчитывается сегодня в Антарктиде.
Утрамбовать Антарктиду
Основная идея ученых состояла в том, чтобы спрессовать снежный слой так сильно, чтобы по прочности он мог сравниться с бетонной плитой. В своих ранних исследованиях универсанты уже доказали, что с помощью давления снегу можно придать твердость до 1 мегапаскаля (МПа) — при таких показателях поверхность как раз способна выдерживать нагрузку от колесных шасси тяжелых самолетов. Гляциологи также определили, с какой именно силой нужно воздействовать на снежный покров, чтобы обеспечивать ему нужные характеристики прочности.
«Это удалось выяснить в ходе штамповых испытаний в Антарктиде в 2006–2008 годах. Тогда мы выбирали площадки с отличающейся плотностью и твердостью снега и гидравлическим домкратом вдавливали в них с разной силой специальные металлические пластины — штампы. Через некоторое время отбирали с мест испытаний керны (образцы) и в гляциологической лаборатории измеряли плотность и прочность получившегося снега. Также с помощью специального прибора — пенетрометра — фиксировали твердость покрытия непосредственно в ходе полевых работ. Эксперимент проводился при температуре около −30 °С. Так что его результаты пригодились для работы над аэродромом Зенит: создавать посадочную площадку нам предстояло в аналогичных условиях», — рассказывает Сергей Поляков.
Факт: −89,2 °С — самая низкая официально зафиксированная температура воздуха на Земле. Наблюдалась на антарктической станции Восток 21 июля 1983 года.
Источник: aari.ru
Ни капли бетона
Путем математических расчетов универсанты определили, что для корректной посадки Ил-76 на станции Прогресс нужно сделать снежную плиту из нескольких слоев разной прочности. Нижнему требовалось придать твердость около 0,6 МПа, каждому последующему — чуть более высокую. Верхний же пласт должен был стать самым прочным (не менее 1 МПа), поскольку именно на него самолет оказывает самое сильное давление, которое уменьшается по мере увеличения глубины.
На следующем этапе гляциологи совместно с сотрудниками компании «Запсибгазпром» приступили к формированию посадочной площадки. «Этот процесс, пожалуй, был самым трудозатратным, — подчеркивает Сергей Поляков. — Пять машин, работая по восемь часов в сутки, наносили один снежный слой толщиной около 30 сантиметров на всю территорию посадочной полосы примерно две недели». Каждый новый снежный пласт придавливали особой уплотняющей платформой. Ее специально для ведения строительства в Антарктиде разработал и запатентовал коллектив под руководством Сергея Полякова.
В результате полярники сформировали прочную плиту, толщина которой составила один метр, длина — 3000 метров, ширина — 100 метров. На работу ушло всего шесть месяцев. Это стало рекордом в истории антарктического строительства аэродромов на глубоком снегу. Ранее никому не удавалось создать на ледовом континенте подобную посадочную площадку в столь короткие сроки.
Факт: в настоящее время Зенит является единственным в Антарктиде аэродромом, созданным на глубоком снегу и предназначенным для посадки тяжелых самолетов.
Экзамен для полосы
Прежде чем открыть новый аэродром, ученые проверили его надежность. Для этого с помощью пенетрометра измерили прочность посадочной полосы более чем в 100 точках. Также исследователи провели тесты с тяжелой техникой. Они вывозили на снежную плиту машины, чьи колеса давили на поверхность примерно с той же силой, что и шасси Ил-76. Все эксперименты подтвердили высокое качество аэродрома.
Однако на этом гляциологи не остановились и дополнительно проанализировали площадку на наличие приповерхностных трещин. «Они являются одной из основных угроз для любого аэродрома в Антарктиде. Сверху может казаться, что с полосой все хорошо, а внутри при этом будут значительные трещины до пяти метров глубиной. Они образуются из-за того, что разные части ледника, покрывающего материк, движутся с разной скоростью, — объясняет Сергей Попов. — Поэтому перед приземлением самолета требуется провести специальный георадарный контроль. Такую работу мы выполнили и на Зените. Все найденные трещины забутили, то есть устранили по специальной технологии».
В итоге уже 7 ноября 2022 года аэродром станции Прогресс успешно принял первый самолет Ил-76. Он доставил на ледовый континент 6,6 тонны груза и 82 человека — ученых Арктического и антарктического научно-исследовательского института и специалистов «Запсибгазпрома». С тех пор Зенит продолжает работать и ежегодно с ноября по март принимает в среднем шесть-семь тяжелых самолетов. С 2023 года площадка обслуживает и международные рейсы: сюда прибывают полярники из Индии, Китая и Южной Африки.
Дорога на север
Как отмечает Сергей Поляков, технология, разработанная для организации аэродрома Зенит, в перспективе может использоваться для создания аналогичных посадочных площадок. Причем не только в Антарктиде, но и в районах вечной мерзлоты. «Россия активно осваивает северные территории, например архипелаги Северная Земля или Земля Франца-Иосифа, в связи с чем существует запрос на создание там удобной транспортной инфраструктуры. Удовлетворить его помогут снежные аэродромы. Понадобится лишь уплотнить снег, который покрывает местные мхи и лишайники, сделать плиту толщиной буквально 30–40 сантиметров — и можно приземлять тяжелый самолет», — заключает гляциолог.
Сергей Петрович Поляков
выпускник ЛГУ 1980 года (кафедра физики атмосферы), главный специалист Российской антарктической экспедиции.
Предоставлено С. П. Поляковым
Сергей Викторович Попов
профессор СПбГУ (кафедра гидрологии суши).
Предоставлено С. В. Поповым
Станция Восток
Основана в Антарктиде в 1957 году. С тех пор отечественные полярники изучают на ней особенности строения и движения ледников, физику атмосферы, состояние магнитосферы и ионосферы Земли.
Также на станции проводятся медико-биологические исследования. Российские специалисты анализируют, как экстремальный холод, недостаток кислорода и изоляция влияют на организм человека. Результаты этих работ в будущем могут помочь при организации научных баз на Луне.
Еще одно направление деятельности — исследование озера Восток, крупнейшего на планете подледникового водоема, который был изолирован от внешней среды в течение миллионов лет. В настоящее время разрабатываются технологии для безопасного изучения реликтового объекта. С их помощью исследователи надеются узнать много нового: например, обнаружить древние формы жизни и выяснить, как на планете на протяжении миллионов лет менялся климат. Это один из важнейших национальных проектов, которые Россия реализует в Антарктиде.
Источник: aari.ru
Территории высшего пилотажа
Аэродромы в Антарктиде считаются одними из самых опасных из-за сложного рельефа и суровых погодных условий. На других континентах тоже есть площадки, сажать самолет на которые — настоящее испытание для пилотов.
Рядом с обрывом
Где: аэропорт имени Тенцинга и Хиллари (Непал)
Взлетно-посадочная полоса располагается на краю скалы. С одной стороны упирается в массивный горный хребет Гималаев высотой около 4000 метров, с другой резко обрывается на 700 метров в пропасть.
На песке
Где: аэропорт Барра (Шотландия)
Единственное в мире место, где самолеты приземляются прямо на песчаный пляж. На аэродроме организованы три полосы из песка, которые несколько раз в день затапливают воды Атлантического океана.
Самая короткая
Где: аэропорт Хуанчо-Ираускин (Нидерланды)
Взлетно-посадочная полоса расположена на вершине подводного вулкана, с обеих сторон обрывается в океан. Длина составляет рекордные 396 метров, тогда как обычно для легких и малых самолетов прокладывают трассу на 800–1200 метров.
На автомагистрали
Где: международный аэропорт Гибралтар (Великобритания)
Взлетно-посадочная полоса пересекает главную городскую дорогу Гибралтара — проспект Уинстона Черчилля. Поэтому на время приема и отправки рейсов движение автомобилей останавливается, как на железнодорожном переезде: опускаются шлагбаумы, загораются светофоры, перекрываются пешеходные переходы.
Под наклоном
Где: аэропорт Куршевель (Франция)
Полоса построена под самым большим в мире углом — 18,5 градусов. При посадке самолеты движутся по наклону вверх и таким образом резко гасят скорость. Это важно: ведь длина трассы всего 525 метров, а упирается она в склоны Альпийских гор. При взлете пилоты, наоборот, ведут борт вниз, благодаря чему лучше разгоняются на коротком отрезке. Однако при этом им приходится опасно «нырять» в обрыв.
Источник: Ассоциация туроператоров России.
Виктория Лемешкина
Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl